许晓峰电机与拖动.ppt

第 1 章 直流电机 1.1 直流电机的基本工作原理和结构 1.2 直流电机的电枢绕组简介 1.3 直流电机的电枢反应 1.4 电流电机的电枢电动势和电磁转矩 1.5 直流电动机的换向 1.6 直流发电机 1.7 直流电动机 直流电机的工作原理 直流电机的基本结构 使电枢绕组在此磁场的作用下产生感应电动势和电磁转矩。主磁极包括主极铁芯（包括极身和极掌）和套在主极铁芯上的励磁绕组两部份，如图所示。主磁极总是偶数，且N、S极相间出现。为了降低电枢旋转时的极靴表面引起的涡流损耗,主极铁芯一般用1~1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成。在小型直流电机中,主磁极也可采用永久磁铁,它不需要励磁绕组,这种电机叫做永磁直流电机。 换向极也由换向极铁芯和套在其上的换向极绕组两部分组成,见图2-4。换向极铁芯一般用整块钢制成,当换向要求较高时用1.0~1.5mm厚的钢片叠压而成。换向极绕组须与电枢绕组串联。在1kW以下的小容量直流电机中,有时换向极的数目只有主磁极的一半,或不装换向极。 3)、机座 4)、电刷 2、转子 1）、电枢铁心:是电机主磁路的一部分,且用来嵌放电枢绕组。 2）、电枢绕组 3）、换向器 直流电机电刷 直流电机的结构 电机装配图 1.3 直流电机的电枢反应 1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 一、换向的物理过程：如图所示， 这样就完成了整个换向过程，在整个过程中，我们理想化电机不会发生火花，但实际上这是不可能的，因此，换向元件中不可能没有感应电动势。 二、换向元件中的感应电动势 1）电抗电动势 ： 换向元件中，在电流变化时，必然出现由自感与互感作用所引起的感应电动势，这个电动势称为电抗电动势。 经过推导，可得电抗电动势为： 可见电机的负载越重,转速越高，则 越大。根据楞次定律，漏感的作用总是阻碍电流变化的，因为电流是在减少，所以其方向必与+ 方向相同。 2）电枢反应电动势： 虽然换向元件位于几何中性线处，主磁场的磁密等于零，但是电枢磁场的磁密不等于零。因此换向元件必然切割电枢磁场，而在其中产生一种旋转电动势，称为电枢反应电动势。 为： 因为 , ,所以 ,即当负载越重，转速越高时， 越大。据右手定则可以判定，无论是发电机或电动机状态， 的方向总是与换向前元件中电流方向相同，即与方向相同，也是阻碍换向的。 3）电刷下产生火花的电磁原因： 在换向元件中存在着两个方向相同的电动势 + ，因此在换向元件中，会产生附加的换向电流 ， 由 所建立的电磁能量 要释放出来。当这部分能量足够大时，它将以火花的形式从后刷边放出，使维持连续，这就是电刷下产生火花的电磁原因。此外还有机械及电化学方面的原因。 火花使电刷及换向器表面损坏，严重时将使电机不能正常运行。 三、改善换向的方法： 从产生火花的电磁原因出发，减少换向元件的电抗电动势和电枢反应电动势，就可以有效地改善换向。目前最有效的办法是装换向极。 对换向极的要求是： （1）换向极应装在几何中性线处； （2）换向极的极性应使所产生的方向与电枢反应磁动势的方向相反。 1.7 直流电动机 一、直流电动机的基本方程式： 在这里，我们规定以电流流入的方向为正方向。 1、电动势平衡方程式： U=Ea+Ia(Ra+Rc) 在电动机中，显然端电压必须大于反电动势，由此得到电动机的转速为： 励磁回路的电动势方程为： 转矩平衡方程式： 当T=TL时，电机稳态运行。 3）功率平衡方程式：并励直流电机从电源输入的电功率为： P1 = UI=U（Ia+If）= [Ea+Ia（Ra+Rc）]Ia+UIf= EaIa+Ia2（Ra+Rc） + UIf= PM+pCUa+pCUf (2) 大小 转矩常数 T 与 n 方向相反，为制动转矩。 T 与 n 方向相同，为拖动转矩。 CT = pN 2?a (N·m) (3) 方向 由Φ 和 Ia 共同决定。 (4) 性质 发电机： 电动机： CTΦ Ia T = 单位：Wb 单位：A (1) 产生 电枢旋转 n 磁 场 Φ (2) 大小 每个导体：e = B l v 电动势： 2. 感应电动势 e →∑e →E E = CEΦ