第3直流电机解决方案.ppt

第三章 直流电机 本章概述 实现电能与机械能相互转换的设备称为电机。应用旋转的方式进行能量转换的电机叫旋转电机，把机械能转换为电能的旋转电机称作发电机，根据电磁原理把电能转换为机械能的旋转电机称为电动机。 船用电机在船舶的整个电器设备中占有很大的比例。一般几千吨位以上的船舶，电机的总数量可超过百台以上，若为电力推动船舶，电机数量更多。根据电流种类电机分交流电机和直流电机。 直流电机是实现机械能和直流电能相互转换的一种旋转电器装置。直流电机是可逆的。一台直流电机既可作为发电机使用，也可以作为电动机使用。在作为电动机使用时，它将电能转换为机械能，并且具有良好调速性能，调速设备简单，有较大的起动转矩和制动转矩等优点，在现代船舶上有时被用在要求起动转矩大调速性能好和有较大的过载能力的起货机或电动舵机的电力拖动上。在作为发电机使用时，它把机械能转换为电能。 直流发电机早期作为主电源在船舶上普遍应用，与交流发电机比较，存在的主要缺点是：电压不能变换以及结构复杂，造价高和维护工作量大等。现在大多数船舶采用交流发电机替代直流发电机，但有些船舶仍用直流发电机作为变流机组向直流电力拖动系统提供直流电能。有些船舶主机轴带发电机也是直流发电机，如远洋捕捞船的拖网机。所以直流电机仍然是船舶电气设备的主要类型之一。 本章主要介绍，直流电机的工作原理、结构特点、励磁方式和直流发电机、直流电动机的基本运行特性等。 第三章 直流电机 本章主要讲解内容 第一节 直流电机的工作原理与结构 第二节 电枢绕组的感应电势和电磁转矩 第三节 直流发电机的运行特性 第四节 直流电动机的运行特性 第五节 无刷直流电动机 第一节 直流电机的工作原理与结构 第二节 电枢绕组的感应电势和电磁转矩 三、直流电机的电磁功率 直流电机的损耗有以下几种： 机械损耗PM、铁芯损耗PFe、励磁回路功率Pf（即励磁回 路铜耗If2Rf）和电枢绕组的铜损耗PCu和附加损耗(杂散损 耗)PΔ等. 第三节 直流发电机的运行特性 一、直流发电机的励磁方式 直流发电机的励磁方式分他励和自励， 自励包括并励、串励和复励。 三、自励发电机建压条件 （1）发电机必须有剩磁。若剩磁消失可用外电源充磁。 （2）励磁电流产生的磁场要与剩磁磁场方向相同。这与 并励绕组和电枢电路的连接极性及电枢的转动方向 有关。在固定转动方向下，主要决定于两并联电路 的连接极性。 （3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。励磁电阻过 大或发生断路时，不能自励建立正常电压。当然转 速过低，空载特性曲线变低也使两曲线的交点变 低，而无法建立起正常的电压。 第四节 直流电动机的运行特性 1.电势平衡方程 参照图3-19，不考虑 和 ，根据基尔霍夫电压定 律，并励电动机带负载运行时的电势平衡方程为： 其中 ，而 , 由于励磁电流 要远远小于负 载电流 ，所以并励发电机电枢电流近似等于负载电流， 即 。 直流电动机的机械特性与励磁方式有关： (1)并(或他)励电动机：由于每极磁通、理想空载转速 和系数均为常数，故转速随转矩的增加而降低，如图3- 20所示；但由于电枢电阻很小，转速随负载的变化不大， 其转速变化率仅为3％～8％，故为硬机械特性。适于要求 恒转速拖动的生产机械。 (2)串励电动机：由于串励磁通随负载的增加而增知，从而使 转速随负载的增加而迅速下降，如图 3-20所示。 该特性曲线的特点是：空载转速非常高，机械特性比较软。当 负载转矩较小时，转速将很高，甚至会超出最高限度的数值， 导致电机机械结构的损坏。所以，串励直流电动机绝对不允许 空载起动及空载运行。它的软特性、起动力矩比较大，适用于 起动困难的场合。 三、直流电机的电枢反应和直流电机的换向 1．直流电机的电枢反应 当电机有负载后，便有电流流过电枢绕组，产生电枢 磁场，此时电机的气隙磁场由主磁场和电枢两个磁场共同 决定。电枢磁场对主磁极磁场的影响称为电枢反应。 如图3-21 （a） （b）、（c）所示 直流电机在运行时，电枢绕组从定子主磁极的一个极面下方进 入另一个极面下方时，通过换向片与电刷连接，绕组中的电流 将改变方向，这一过程称为直流电机的换向。 为了改善换向性能，通常在定子主磁极之间放置换向极 用于改善换向，换向极绕组与电枢绕组串联，由电枢电流 所产生的换向极磁场与电枢绕组电流所产生的交轴电枢磁 场方向相反。它不仅用来抵消或削弱电枢磁