电机与控制教学课件 第2章 直流电机及其控制.pptVIP

2.并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组并联，如图2-28（b）所示。励磁电压等于电枢绕组端电压。以上两类电机的励磁电流只有电机额定电流的1%～5%。 3.串励直流电机 励磁绕组与电枢绕组串联，如图2-28（c）所示。励磁电流等于电枢电流，所以励磁绕组的导线粗而匝数较少。 4.复励直流电机 每个主磁极上套有两套励磁绕组，一个与电枢绕组并联，称为并励绕组，一个与电枢绕组串联，称为串励绕组，如图2-28（d）所示。两个绕组产生的磁动势方向相同时称为积复励，两个磁势方向相反时称为差复励，通常采用积复励方式。 图2-28直流电机 的励磁方式 任务3 直流电机的换向及改善换向的方法 阶段1 直流电机的换向 1.直流电机换向的过程 直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向改变的过程称为换向。为了分析方便，假定换向片的宽度等于电刷的宽度。换向过程如下。 （1）电刷与换向片1接触时，元件1中的电流方向如图2-29所示，大小为i=ia。（2）电枢移到电刷与换向片2接触时，元件1被短路，电流被分流。（3）电刷仅与换向片2接触时，元件1的电流方向如图2-29所示，大小为i=-ia。 元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为换向周期，以Tk表示。换向周期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。 换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。 图2-29直流电机换向原理图 2.换向的电磁理论 换向元件中存在自感电动势eL和互感电动势eM，是由换向元件（线圈）在换向过程中因电流改变而产生的。 在几何中性线处，由于电枢反应在存在，电枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势ea。根据楞次定律，自感电动势eL、互感电动势eM和切割电动势ea总是阻碍换向的。在换向元件中还存在换向电动势ek，是指在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应的电动势。换向电动势是帮助换向的。 换向元件中的合成电动势为∑e=eL+eM+ea-ek（2-7）设两相邻的换向片与电刷的接触电阻分别是Rb1和Rb2，元件自身的电阻为R,流过的电流为i，元件与换向片间的连线电阻为Rk,则元件在换向时的回路方程为Ri+（Rk+Rb1)i-（Rk+Rb2)i=∑e（2-8） 忽略元件电阻和元件与换向片间的连线电阻，并设电刷与换向片的接触总电阻为Rb，则可推导出换向元件中的电流变化规律为i=iaTk-2tTk+∑eRb（Tkt+TkTk-t)=il+ik（2-9） 式中Tk——换向周期；i1——元件瞬时电流；ik——电刷与换向片间接触电流。 阶段2 直流电机改善换向的方法 1.直流电机换向的种类 直流电机的换向有直线换向、延迟换向和超越换向3种类型，如图2-30所示。 （1）直线换向：当∑e=0时，换向元件电流随时间线性变化。（2）延迟换向：当∑e0时，换向元件电流随时间不是线性变化，出现电流延迟现象。（3）超越换向：当∑e0时，换向元件电流随时间不是线性变化，出现电流超前现象。 图2-30换向的分类 图2-31换向磁极 2.改善换向的方法 除了直线换向外，延迟和超越换向时的合成电动势不为零，换向元件中产生附加换向电流，附加换向电流足够大时会在电刷下产生火花。另外，机械和化学方面的因素也能引起换向不良产生火花。改善换向一般采用以下方法。 （1）装置换向磁极。安装换向磁极是目前改善换向的有效方法。由于换向磁极产生的磁动势方向与电枢反应磁动势的方向相反，大小略大于电枢反应磁动势。这就使换向磁动势可以抵消电枢反应磁动势。剩余的换向磁动势产生的磁通会在换向元件中产生感应动势，其方向正好与电抗电势相反，叠加的结果可抵消。从而消除火花，改善换向，如图2-31所示。 （2）安装补偿绕组。补偿绕组专门嵌在主磁极极靴下槽内，其绕组通过电刷与电枢绕组串联，连接的原则是保证其电流方向应与该极下的电枢电流相反，它产生的磁动势与电枢磁动势相反，所以能补偿电枢反应的影响。（3）调整电刷。在小容量的直流电机中，通常适当地调整电刷以改善换向。将电刷由几何中心线移到物理中心线位，即电动运行时，逆时针移刷；发电运行时，顺时针移刷。（4）合理选择电