电机及拖动基础 PPT讲稿.ppt

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1、电机及拖动基础电机及拖动基础 课件课件第1页，共42页，编辑于2022年，星期日 当安装换向器以后，将直流电压加于电刷端，直流电流经电刷流过电枢上当安装换向器以后，将直流电压加于电刷端，直流电流经电刷流过电枢上的线圈，则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋转起来。由于换向的线圈，则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋转起来。由于换向器配合电刷对电流的换向作用，使得线圈边只要处在器配合电刷对电流的换向作用，使得线圈边只要处在N极下，其中通过电极下，其中通过电流的方向总是由电刷流的方向总是由电刷A流入的方向；而在流入的方向；而在S极下时，总是从电刷极下时，总是从电刷B流出流出的方向，就使电

2、动机能够连续地旋转。的方向，就使电动机能够连续地旋转。当线圈当线圈ax中通入直流电流时，线圈边中通入直流电流时，线圈边a和和x上均受到电磁力，根据左手定则确上均受到电磁力，根据左手定则确定力的方向。这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电磁转矩。定力的方向。这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电磁转矩。2第2页，共42页，编辑于2022年，星期日（二）直流发电机的工作原理（二）直流发电机的工作原理 用原动机拖动电枢逆时针方向恒速转动，用原动机拖动电枢逆时针方向恒速转动，线圈边线圈边ab和和cd就分别切割不同极性磁极下就分别切割不同极性磁极下的磁场，线圈中产生了交变的电动势。由于的磁场，线圈中产生了交

3、变的电动势。由于换向器配合电刷对电流的换向作用，在电刷换向器配合电刷对电流的换向作用，在电刷A、B端的电动势确是直流电动势。端的电动势确是直流电动势。一台直流电机一台直流电机作为电动机运行作为电动机运行在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢 旋转，拖动生产机械旋转旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；，输出机械能；作为发动机运行作为发动机运行用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直 流电动势，作为直流电源，输出电能。流电动势，作为直流电源，输出电能。3第3页，共42页，编辑于2022年，星期日二、直流电机的结构二、

4、直流电机的结构直流电机剖面图直流电机剖面图1换向器换向器2电刷装置电刷装置3机座机座4主磁极主磁极5换向极换向极6端盖端盖7风扇风扇8电枢绕组电枢绕组9电枢铁心电枢铁心4第4页，共42页，编辑于2022年，星期日5第5页，共42页，编辑于2022年，星期日（一）直流电机的静止部分（一）直流电机的静止部分1 1、主磁极、主磁极2 2、换向极、换向极1主磁极铁心主磁极铁心2励磁绕组励磁绕组3机座机座1换向极铁心换向极铁心2换向极绕组换向极绕组3、机座、机座用来固定主磁极、换向极和端盖；用来固定主磁极、换向极和端盖；另外，又作为磁路的一部分。另外，又作为磁路的一部分。6第6页，共42页，编辑于202

5、2年，星期日（二）直流电机的转动部分（二）直流电机的转动部分4、电刷装置、电刷装置1刷握刷握2电刷电刷3压紧弹簧压紧弹簧4 4铜丝辫铜丝辫1、电枢铁心、电枢铁心a)电枢铁心电枢铁心 冲片冲片b)电枢铁心电枢铁心7第7页，共42页，编辑于2022年，星期日2、电枢绕组、电枢绕组由许多按一由许多按一定规律连接的线圈组成。定规律连接的线圈组成。1槽楔槽楔2线圈绝缘线圈绝缘3导体导体4 4层间绝缘层间绝缘5 5槽绝缘槽绝缘6 6槽底绝缘槽底绝缘电枢槽内的绝缘电枢槽内的绝缘3、换向器、换向器由许多换向由许多换向片组成，换向片之间用云母绝片组成，换向片之间用云母绝缘。缘。1换向片换向片2连接片连接片8第8

6、页，共42页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据直流电机的额定值有：直流电机的额定值有：1 1、额定功率、额定功率PN(kW)2 2、额定电压、额定电压UN(V)3 3、额定电流、额定电流IN(A)4 4、额定转速、额定转速nN(r/min)5 5、额定励磁电压、额定励磁电压UfN(V)9第9页，共42页，编辑于2022年，星期日在额定工况下，电机出线端的平均电压发电机：是指输出额定电压；发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。电动机：是指输入额定电压。在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速

7、指轴上输出指轴上输出的机械功率的机械功率指电刷间输出的指电刷间输出的额定电功率额定电功率电动机电动机发电机发电机额定条件下电机所能提供的功率额定功率10第10页，共42页，编辑于2022年，星期日对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式励磁方式励磁方式 此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。编号等。电机运行时，所有物理量与额定值相同电机运行时，所有物理量与额定值相同电机运行于额定状态。电机运行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流电机的运行电流小于额定电

8、流欠载运行；运行电流大于额定电流欠载运行；运行电流大于额定电流过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。电机的运行效率、工作性能等比较好。11第11页，共42页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组一、简单的绕组一、简单的绕组 对绕组的要求：在能够通过规定的电流对绕组的要求：在能够通过规定的电流和产生足够的电动势的前提下，尽可能节和产生足够的电

9、动势的前提下，尽可能节省铜和绝缘材料，并且结构简单、运行可省铜和绝缘材料，并且结构简单、运行可靠。靠。1-21-2、3-43-4、5-65-6、7-87-8分分别构成别构成4 4个线圈个线圈 右图只是说明原理的示意图。它的缺点是：右图只是说明原理的示意图。它的缺点是：随着电枢的转动，始终只有一个线圈有电流。随着电枢的转动，始终只有一个线圈有电流。这样的话，材料没有充分利用，产生的总转矩这样的话，材料没有充分利用，产生的总转矩或电势均很小或电势均很小。解决办法：用解决办法：用4 4个换向片将个换向片将4 4个线圈都连接起来，成个线圈都连接起来，成为一个闭合绕组，两个不同的元件边连接一个换向为一个

10、闭合绕组，两个不同的元件边连接一个换向片。每个元件的两个元件边连接片。每个元件的两个元件边连接2 2个不同的换向片。个不同的换向片。共用了共用了4 4个换向片，节省了材料，提高了输出转矩。个换向片，节省了材料，提高了输出转矩。12第12页，共42页，编辑于2022年，星期日13第13页，共42页，编辑于2022年，星期日14第14页，共42页，编辑于2022年，星期日15第15页，共42页，编辑于2022年，星期日16第16页，共42页，编辑于2022年，星期日二、绕组的基本形式二、绕组的基本形式（一）单叠绕组（一）单叠绕组单叠绕组的特点：元件的两个端子连接在相单叠绕组的特点：元件的两个端子连

11、接在相邻的两个换向片上。邻的两个换向片上。单叠绕组的所有的相邻元件依次串联，单叠绕组的所有的相邻元件依次串联，即后一元件的首端与前一元件的末端连即后一元件的首端与前一元件的末端连在一起，接到一个换向片上。最后一个在一起，接到一个换向片上。最后一个元件末端与第一个元件首端连接在一起，元件末端与第一个元件首端连接在一起，形成一个闭合回路。形成一个闭合回路。元件的跨距：上层元件边与下层元件边元件的跨距：上层元件边与下层元件边的距离（用槽数表示）称为跨距。一般要求的距离（用槽数表示）称为跨距。一般要求元件的跨距等于电机的极距。元件的跨距等于电机的极距。右上图中，跨距为右上图中，跨距为4 4槽。槽。17

12、第17页，共42页，编辑于2022年，星期日18第18页，共42页，编辑于2022年，星期日19第19页，共42页，编辑于2022年，星期日（二）单波绕组（二）单波绕组单波绕组单波绕组不是把元件依串联，而是把相隔大约两个极距，即在不是把元件依串联，而是把相隔大约两个极距，即在磁场中的位置差不多相对应的元件连接起来。磁场中的位置差不多相对应的元件连接起来。20第20页，共42页，编辑于2022年，星期日21第21页，共42页，编辑于2022年，星期日直流电机的电枢绕组除了单叠、单波两种基本形式以外，还有其他形式，如复直流电机的电枢绕组除了单叠、单波两种基本形式以外，还有其他形式，如复叠绕组、复波

13、绕组、混合绕组等叠绕组、复波绕组、混合绕组等。22第22页，共42页，编辑于2022年，星期日第四节第四节 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场一、直流电机的励磁方式一、直流电机的励磁方式1 1、他励直流电机、他励直流电机励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而是由励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而是由 其他直流电源对励磁绕组供电其他直流电源对励磁绕组供电。2 2、并励直流电机、并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联。励磁绕组与电枢绕组并联。3 3、串励直流电机、串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联。励磁绕组与电枢绕组串联。4 4、复励直流电机、复励直流电机两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，两个励

14、磁绕组，一个与电枢绕组并联，另一个与电枢绕组串联。另一个与电枢绕组串联。23第23页，共42页，编辑于2022年，星期日二、直流电机的空载磁场二、直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场是指电枢电流等于零或者很小时，由励磁磁动势直流电机的空载磁场是指电枢电流等于零或者很小时，由励磁磁动势单独建立的磁场。单独建立的磁场。24第24页，共42页，编辑于2022年，星期日气隙中主磁场磁通密度的分布气隙中主磁场磁通密度的分布磁化曲线磁化曲线25第25页，共42页，编辑于2022年，星期日三、直流电机负载时的磁场及电枢反应三、直流电机负载时的磁场及电枢反应 当直流电机带上负载以后，在电机磁路当直流电机带上负

15、载以后，在电机磁路中又形成一个磁动势，这个磁动势称为电中又形成一个磁动势，这个磁动势称为电枢磁动势。枢磁动势。此时的电机气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁此时的电机气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的。电枢磁动势对气隙磁场的影响动势共同产生的。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。称为电枢反应。26第26页，共42页，编辑于2022年，星期日4 4个元件所产生的电枢磁动势波形个元件所产生的电枢磁动势波形电枢反应后磁动势波形电枢反应后磁动势波形1 1、有负载时气隙磁场发生了畸变、有负载时气隙磁场发生了畸变2 2、电枢反应呈现去磁作用、电枢反应呈现去磁作用27第27页，共42页，编辑于202

16、2年，星期日第五节第五节 感应电动势和电磁转矩的计算感应电动势和电磁转矩的计算一、感应电动势的计算一、感应电动势的计算 直流电机无论作电动机运行，还是发电机直流电机无论作电动机运行，还是发电机运行，电枢内部都感应产生电动势。运行，电枢内部都感应产生电动势。式中，式中，n电枢的转速；电枢的转速；p极对数。极对数。根据电磁感应定律，一个匝数为根据电磁感应定律，一个匝数为 的元件的元件中感应电动势的平均值为：中感应电动势的平均值为：28第28页，共42页，编辑于2022年，星期日对制成的电机，对制成的电机，Ce=pZ/60a为一个常数，称为电动势常数为一个常数，称为电动势常数绕组全部有效导体数为绕组

17、全部有效导体数为 ，所以，所以若不计饱和影响，有若不计饱和影响，有其中其中Kf 为比例常数为比例常数29第29页，共42页，编辑于2022年，星期日其中其中Gaf=CT Kf ；为机械角速度。为机械角速度。感应电动势的计算公式为感应电动势的计算公式为30第30页，共42页，编辑于2022年，星期日其中其中为电机的转矩常数，有为电机的转矩常数，有电磁转矩也可以表示为电磁转矩也可以表示为其中其中Gaf=CT Kf 二、二、电磁转矩的计算电磁转矩的计算31第31页，共42页，编辑于2022年，星期日第六节第六节 直流电机的运行原理直流电机的运行原理一、直流电机的基本方程式一、直流电机的基本方程式（一

18、）电动势平衡方程式（一）电动势平衡方程式若电机稳态运行，对于电动机若电机稳态运行，对于电动机若电机稳态运行，对于发电机若电机稳态运行，对于发电机32第32页，共42页，编辑于2022年，星期日（二）转矩平衡方程式（二）转矩平衡方程式对于电动机：对于电动机：稳态运行时稳态运行时其中其中T2为负载制动转矩，为负载制动转矩，T0为空载损耗转矩。为空载损耗转矩。对于发电机：对于发电机：其中其中T1为原动机拖动转矩。为原动机拖动转矩。稳态运行时稳态运行时二、直流电动机工作特性二、直流电动机工作特性33第33页，共42页，编辑于2022年，星期日（一）并励直流电动机的工作特性（一）并励直流电动机的工作特性

19、1.转速特性转速特性当当U=UN,If=IfN时，时，n=f(Ia)的关系曲线的关系曲线其中其中2.转矩特性转矩特性当当U=UN,If=IfN时，时，Te=f(Ia)的关系曲线的关系曲线3.效率特性效率特性当当U=UN,If=IfN时，时，=f(Ia)的关系曲线的关系曲线34第34页，共42页，编辑于2022年，星期日（二）串励直流电动机的工作特性（二）串励直流电动机的工作特性电动势平衡方程式电动势平衡方程式电动势公式电动势公式转矩平衡方程式转矩平衡方程式转矩公式转矩公式（其中，（其中，Rfc为串励绕组电阻，为串励绕组电阻，）35第35页，共42页，编辑于2022年，星期日（三）复励直流电动机

20、的工作特性（三）复励直流电动机的工作特性 例例2-12-1 一台他励直流电动机的额定数据为：一台他励直流电动机的额定数据为：电枢绕组的电阻电枢绕组的电阻电刷接触压降电刷接触压降设电动机原来在额定转速和额定负载下运行，在负载的总制动转矩设电动机原来在额定转速和额定负载下运行，在负载的总制动转矩（包括损耗转矩）保持不变的情况下，试求（包括损耗转矩）保持不变的情况下，试求（1）在电枢回路中突然串入电阻）在电枢回路中突然串入电阻R=0.0743,求串入电阻最初瞬间求串入电阻最初瞬间和达到稳定时的电枢电流和转速分别是多少？和达到稳定时的电枢电流和转速分别是多少？36第36页，共42页，编辑于2022年，

21、星期日（2）减少电动机的励磁电流，使磁通）减少电动机的励磁电流，使磁通 减少减少10%，当达到稳定时，当达到稳定时的电枢电流和转速分别是多少？的电枢电流和转速分别是多少？解解（1）电枢回路中突然串入电阻）电枢回路中突然串入电阻R最初瞬间最初瞬间稳态时稳态时（2）磁通）磁通 减少为原来的减少为原来的0.937第37页，共42页，编辑于2022年，星期日三、直流发电机的工作特性三、直流发电机的工作特性a)他励直流发电机他励直流发电机b)并励直流发电机并励直流发电机c)复励直流发电机复励直流发电机（一）空载运行（一）空载运行1 空载特性空载特性当他励直流发电机被原动机拖动，当他励直流发电机被原动机拖

22、动，n=nN 时，励磁绕组端加上励磁电压时，励磁绕组端加上励磁电压Uf,调节励磁电流调节励磁电流If0,得出空载特性曲得出空载特性曲线线U0=f(I0)。38第38页，共42页，编辑于2022年，星期日2 并励和复励直流发电机空载电压的建立并励和复励直流发电机空载电压的建立自励电压的建立有三个条件：自励电压的建立有三个条件：1）电机必须有剩磁；电机必须有剩磁；2）励磁绕组并联到）励磁绕组并联到电枢的极性必须正确；电枢的极性必须正确；3）励磁回路的总电阻小于该转速下的励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻临界电阻。（二）负载运行（二）负载运行 无论他励、并励还是复励发电机，建立无论他励、并励还是

23、复励发电机，建立电压以后，在电压以后，在 n=nN 的条件下，加上负载的条件下，加上负载后，发电机的端电压都将发生变化。后，发电机的端电压都将发生变化。1积复励发积复励发电机外特性；电机外特性；2他励发他励发电机外特性；电机外特性；3并励发并励发电机外特性；电机外特性；39第39页，共42页，编辑于2022年，星期日第七节第七节 直流电机的换向直流电机的换向 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。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

24、。产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。随着电化学和电热学等现象。一、一、换向的电磁现象换向的电磁现象1、电抗电动势、电抗电动势 换向元件中出现的由自换向元件中出现的由自感与互感作用所引起的感感与互感作用所引起的感应电动势，称为电抗电动应电动势，称为电抗电动势。势。40第40页，共42页，编辑于2022年，星期日2、电枢反应电动势、电枢反应电动势 由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上，在几何中心线处，虽然主磁由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上，在几何中心线处，虽然主磁场的磁

25、密等于零，可是电枢磁场的磁密不为零。因此，换向元件切割电场的磁密等于零，可是电枢磁场的磁密不为零。因此，换向元件切割电枢磁场，产生一种电动势，称为电枢反应电动势。枢磁场，产生一种电动势，称为电枢反应电动势。二、改善二、改善换向的方法换向的方法 改善换向一般采用以下方法：改善换向一般采用以下方法：装设换向磁极装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势 大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组，补偿绕组与电大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组，补偿绕组与电枢绕组串联，产生的磁动势抵消电枢反应磁动势。枢绕组串联，产生的磁动势抵消电枢反应磁动势。41第41页，共42页，编辑于2022年，星期日第二章第二章 结结 束束42第42页，共42页，编辑于2022年，星期日