直流电动机资料.pptx

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1、旋转部分:静止部分:定子转子中间有气隙直流电动机2.1 直流电动机的基本结构及工作原理2.1.1直流电动机的基本结构第1页/共83页直流电机定子转子机座换向极主磁极电刷装置电枢铁心轴承换向器风扇 转轴电枢绕组主要由定子、转子两部分组成主要由定子、转子两部分组成第2页/共83页小型直流电动机的剖面结构 第3页/共83页一、定子部分电磁方面：产生磁场和构成磁路。机械方面：整个电机的支撑。作用:构成:磁极机座换向极电刷装置端盖和轴承第4页/共83页（一）主磁极产生恒定、有一定的空间分布形状的气隙磁通密度 励磁绕组铁心作用：第5页/共83页（二）机座整体机座:起导磁和机械支撑作用叠片机座:只起机械支撑

2、作用第6页/共83页（三）换向极安装在相邻的两主磁极之间，用螺钉固定在机座上，用来改善直流电机的换向，一般电机容量超过1kW时均应安装换向极。用整块钢制成，也可用厚11.5mm厚钢板或硅钢片叠成 第7页/共83页（四）电刷用石墨制成的导电块 第8页/共83页（五）端盖主要起支撑作用。端盖固定在机座上，其上放置轴承支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。第9页/共83页二、转子部分转子又称电枢，是电机的转动部分，其作用是感应电势和产生电磁转矩，从而实现能量的转换 作用:构成:电枢铁心换向器电机转轴电枢绕组轴承和风扇第10页/共83页（一）电枢铁心作用：通过磁通和嵌放电枢绕组。材料：为减小当电机旋

3、转时铁心中的磁通方向发生变化引起的磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，表面有绝缘层。第11页/共83页（二）换向器作用：实现电刷内外交直流的转换。材料：采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好 的紫铜或铜合金制成 第12页/共83页（三）转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。第13页/共83页（四）电枢绕组用于产生感应电动势和通过电流，实现机电能量的转换。线圈元件边在槽内的放置情况 作用第14页/共83页主极极靴和电枢间的间隙称为空气隙。三、空气隙气隙既保证了电机的安全运行，又是磁路的重要组成部分。由于空气磁阻远大于铁磁物质的磁阻，

4、而电机的能量转换是依靠气隙磁通为媒介进行的，所以气隙的大小和形状对电机的性能有很大影响。直流电机的气隙是不均匀的。极靴中部气隙较小，两侧气隙逐渐扩大，极尖处气隙最大。小型电机气隙约为13mm；大型电机气隙可达1012mm。作用作用:第15页/共83页2.1.2 直流电动机的工作原理外部提供用左手定则判断受力方向及形成的转矩方向：f=Bf=BX Xli li 通过电刷和换向器将直流变为元件的交流电引入产生电磁转矩使电机旋转带动负载旋转建立磁场交流直流过程？第16页/共83页第17页/共83页2.2 2.2 直流电机的分类及铭牌直流电机的分类及铭牌电机型号2.2.1 铭牌参数电机额定功率电机额定电

5、压额定电流额定转速额定励磁电流励磁方式出厂数据如出厂编号、出厂日期等额定转矩额定效率第18页/共83页Z 29 2一般用途直流电机 设计序号,第二次改型设计 机座序号 电枢铁心长度序号 第19页/共83页Z系列：一般用途直流电动机（如Z2，Z3，Z4等系列）；ZJ系列：精密机床用直流电动机；ZT系列：广调速直流电动机；ZQ系列：直流牵引电动机；ZH系列：船用直流电动机；ZA系列：防爆安全型直流电动机；ZKJ系列：挖掘机用直流电动机；ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机；第一部分字符的含义如下：第20页/共83页1额定功率PN 2额定电压UN和接法 额定条件下电机所能供给的功率。对于电动机额定功率

6、是指电动机轴上输出的最大机械功率。额定功率的单位为kW 额定运行状态时，定子绕组应加的线电压，单位为V 额定值第21页/共83页3.额定电流IN指电机在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流值。额定电流的单位为A 额定功率、额定电压和额定电流的关系为：电动机 P PN N=U=UN NI IN N N N10103 3 kWkW第22页/共83页4.额定转速nN：对应于额定电流，额定电压，电机运行于额定功率时所对应的转速。额定功率的单位为r/minr/min。5.额定励磁电流IfN：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。额定励磁电流的单位为A 6.励磁方式：直流电机的励磁线

7、圈与其电枢线圈的连接方式。根据电枢线圈与励磁线圈的连接方式不同，直流电机励磁有并励、串励、他励、复励等方式 第23页/共83页7.额定转矩TN：反应输出额定功率和额定转速之间的关系，单位为Nm。TN=9.55PN/nN (PN的单位必须是W)8.额定效率 N：是指直流电动机在额定工作下输出功率与输入功率的比值，常用百分数表示。N PN/P1N 100%第24页/共83页电机的电流正好等于额定值。长期过载运行将使电机过热，降低电机寿命甚至损坏 电机的电流超过额定值 电机的电流比额定值小得多。长期轻载运行使电机的容量不能充分利用 在选择电机时，应根据负载的要求，尽可能使电机运行在额定值附近 满载运

8、行:过载运行:轻载运行:三种运行方式第25页/共83页西门子公司的一台电机的铭牌西门子公司的一台电机的铭牌额定功率7457W7457W额定转速1180r/min1180r/min额定电压500V500V额定电流17A17A励磁方式：并励励磁电流：1.4/2.8A1.4/2.8A励磁电阻166166欧姆绝缘等级F F工作制：连续最高环境温度：4040度励磁电压300/150V300/150V第26页/共83页2.2.2 直流电机的分类1他励电机 分别由两个不同的电源供电。电压可以相同，也可以不同 第27页/共83页2并励电机 由同一电源供电。励磁电流一般为额定电流的5%第28页/共83页3串励电

9、机励磁电流与电枢电流相同，数值较大，因此，串励绕组匝数很少，导线较粗。串励式直流电动机具有很大的起动转矩，但其机械特性很软，且空载时有极高的转速，串励式直流电动机不准空载或轻载运行。串励式直流电动机常用于要求很大起动转矩且转速允许有较大变化的负载等 第29页/共83页4复励电机 串励绕组和他励（或并励）绕组的磁势方向相同。积复励：串励绕组和他励（或并励）绕组的磁势方向相反。差复励：第30页/共83页绕组名绕组名称称电枢电枢绕组绕组换向换向极绕极绕组组补偿补偿绕组绕组串励串励绕组绕组并励并励绕组绕组他励他励绕组绕组线端名线端名称称A1 A2B1 B2C1 C2D1 D2E1 E2F1 F2直流电

10、机各绕组线端的符号 第31页/共83页322.3.1 电枢电动势和电枢电动势和电磁转矩电磁转矩1.1.感应电动势感应电动势E E：支路中各串联元件感应电动势的代数和。支路中各串联元件感应电动势的代数和。u为每极磁通量，空载时由励磁电流产生，负载时由励为每极磁通量，空载时由励磁电流产生，负载时由励磁电流和电枢电流共同产生。磁电流和电枢电流共同产生。uCE为电动势常数为电动势常数2.3 直流电机的基本公式第32页/共83页直流电机332.电磁转矩电磁转矩 Tem：所有导体产生的电磁转矩的代数和。所有导体产生的电磁转矩的代数和。u CT为转矩常数，与电机结构有关。为转矩常数，与电机结构有关。第33页

11、/共83页342.3.22.3.22.3.2直流电动机的电动势直流电动机的电动势直流电动机的电动势直流电动机的电动势直流电动机的电动势直流电动机的电动势平衡方程平衡方程平衡方程平衡方程平衡方程平衡方程第34页/共83页直流电机352.3.3 2.3.3 功率平衡方程功率平衡方程输入电功率输入电功率 P P1 1电磁功率电磁功率 P Pem em 电枢铜耗电枢铜耗 p pCua Cua 励磁铜耗励磁铜耗 p pCuf Cuf 电机铁耗电机铁耗 p pFeFe 机械损耗机械损耗 p pmec mec 附加损耗附加损耗 p pad ad 输出机械功率输出机械功率 P P2 2pCua+pCuf 亦称

12、之为可变损耗。亦称之为可变损耗。pFe+pmec+pad=p0 称之为空载损耗，亦称为不变损耗称之为空载损耗，亦称为不变损耗。P Pemem=P P1 1P PCuCu P P2 2=P PememP P0 0=T T2 2 第35页/共83页直流电机363.转矩方程电磁转矩电磁转矩 T Tem em 负载转矩负载转矩 T T2 2 空载制动转矩空载制动转矩 T T0 04.4.效率效率T2=9.55P2/nN (P2的单位必须是W)第36页/共83页直流电机37 2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 工作特性工作特性工作特性工作特性工作特性工作特性 直流电动

13、机直流电动机 n n、T Temem、f f（IaIa）的关系曲线称为工作特性。）的关系曲线称为工作特性。直直流流电电动动机机的的工工作作特特性性因因励励磁磁方方式式而而异异，可可用用计计算算法法求求得得，但但大多用实验方法确定。大多用实验方法确定。（1）他励电动机工作特性2.4 直流电机的运行特性第37页/共83页定义：当 、时，由 可得 转速特性转速调整率转速调整率 第38页/共83页 如果负载较重，电枢反应较大，存在较大的去磁作用，固曲线上翘。忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性关系变化。第39页/共83页定义：当 、时，转矩表达式:考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度比电流上升的

14、慢，曲线呈向下翘。转矩特性第40页/共83页定义：当 、时，效率如下所示：2、负载电流增大，效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流增大到一定程度时铜损快速增大此时效率又变小。1、空载损耗为不变损耗，不随负载电流变化，当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分消耗在空载损耗上；效率特性第41页/共83页 当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：（2）串励电动机工作特性 转速特性第42页/共83页 由电动势平衡方程式可得转速表达式：当负载电流为零时，电机转速趋于无穷大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行；当电枢电流较大时，转速特性为稍稍向下倾斜的直线

15、，因为磁路趋于饱和。第43页/共83页定义：2、当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动机的工作特性与他励电动机相似。1、当负载电流较小时，磁路不饱和，转矩正比于电枢电流的平方。串励电动机的效率特性与并励电动机相似。转矩特性第44页/共83页2.4.2 2.4.2 直流电动机的机械特性（一）他励直流电动机的机械特性1 1机械特性的表达式机械特性：U=UU=UN N、I If f I IfNfN、电枢回路电阻为恒值的条件下，电动机的转速n n与电磁转矩之间的关系：n=f(Tem)n=f(Tem)第45页/共83页1 1机械特性的表达式理想空载转速机械特性的斜率转速降第46页/共83页理想空载转速实际

16、空载转速斜率越小，特性越平，称为硬特性。反之称为软特性第47页/共83页2 2固有机械特性和人为机械特性固有（自然）机械特性：电枢电压、励磁磁通为额定值，且电枢回路不外串电阻时的机械特性。因为电枢电阻R Ra a很小，特性斜率很小，通常额定转速降nNnN只有额定转速的百分之几到百分之十几，所以他励直流电动机的固有机械特性是硬特性.第48页/共83页2 2固有机械特性和人为机械特性电枢串电阻时的人为特性 斜率增加第49页/共83页降低电枢电压时的人为特性改变电压时，只能在低于额定电压的范围内变化 特点：人为特性的斜率不变，但理想空载转速n n0 0随电压的降低而正比减小 第50页/共83页减弱励

17、磁磁通时的人为特性只能在额定值以下调节励磁电流 实际运行条件下，电机工作在磁通越小，稳定转速越高的区域。第51页/共83页直流电机52（二）串励电动机（二）串励电动机设磁路不饱和设磁路不饱和 第52页/共83页 三、复励电动机的特点三、复励电动机的特点 复励电动机通常接为积复励，其特性介于并励和 复励电动机的转矩转速特性串励电动机之间。第53页/共83页2.5 2.5 直流电动机的起动、调速、直流电动机的起动、调速、反转与制动反转与制动2.5.1 2.5.1 他励直流电动机的起动、调速、反转与制动（一）他励直流电动机的起动起动：电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。起动转矩为T

18、 Tstst=C=CT TI Istst 第54页/共83页如果他励直流电动机在额定电压下直接起动，由于起动瞬间n=0n=0，Ea=0Ea=0，故起动电流为 ：电枢电阻RaRa很小，所以，直接起动电流将达到很大的数值，通常可达到（1010 2020）I IN N 后果：引起电网电压下降，影响电网上其他用户 使电动机的换向严重恶化，甚至会烧坏电动机 过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构 第55页/共83页除了个别容量很小的电动机外，一般直流电动机不允许直接起动。（1 1）要有足够大的起动转矩。（2 2）起动电流要限制在一定的范围内。（3 3）起动设备要简单、可靠。对直流电动机的起动的要求：限制

19、起动电流的方法：他励直流电动机：电枢回路串电阻起动降低电枢电压起动起动时应保证电动机的磁通为最大值，以使转矩较大 第56页/共83页1 1电枢回路串电阻起动起动前，应使励磁回路调节电阻Rst=0Rst=0，对于普通直流电动机，一般要求 IstIst（1.51.52 2）I IN N 为了缩短起动时间，保持电动机在起动过程中的加速不变，应将起动电阻平滑地切除，最后使电动机转速达到运行值。第57页/共83页采用三级电阻起动时电动机的电路原理图及其机械特性 起动点，I Istst和T Tstst都为最大值转速逐步上升串入全部电阻逐级切除电阻运定运行点第58页/共83页2 2降压起动当直流电源电压可调

20、时，可以采用降压方法起动。降低U U 起动nn，E Ea a I Ia a逐渐提高电源电压，保证起动电流和转矩保持在一定的数值上。特点：需要专用电源，设备投资较大起动平稳，起动过程中能量损耗小第59页/共83页（二）他励直流电动机的调速调速：机械调速:电气调速:改变传动机构速比 改变电动机参数,人为地改变电动机的机械特性，从而使负载工作点发生变化，转速随之变化。由得调速方法：改变电压U U减弱磁通电枢回路串电阻第60页/共83页1 1评价调速的指标（1 1）调速范围 电动机在额定负载下可能运行的最高转速与 最低转速之比，通常又用D D表示:受电动机的机械强度、换向条件、电压等级等方面的限制 受

21、到低速运行时转速的相对稳定性的限制 （2 2）静差率（相对稳定性）负载变化时，转速变化的程度。转速变化小，其相对稳定性好 第61页/共83页不同机械特性的静差率 静差率与调速范围两个指标是相互制约,电动机的范围D D与最低转速是的静差率关系:最低转速机械特性上的转速降 最低转速时的静差率 第62页/共83页（3 3）调速的平滑性 在一定的调速范围内，调速的级数越多，即调速越平滑，相邻两级转速之比称为平滑系数：1 1，则平滑性好，则平滑性好，当当=1=1时，称为无级调速，即转速可以连续调节。时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。调速不连续时，级数有限，称为有

22、级调速。（4 4）调速的经济性主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。第63页/共83页2 2调速方法（1 1）电枢回路串电阻调速设电动机拖动恒转矩负载原运行于A A点，串电阻后对应的运行点为B B，C C点。恒转矩负载时电枢串电阻调速过程 第64页/共83页 缺点：（1 1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差。（2 2）低速是特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的 相对稳定性差。（3 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D2D2。（4 4）如果负载转矩保持不变，则调速后输出功率 （P P2 2TTL Ln n）随转速的下降而减小，此时效率较低。而且转速越低，所串电阻越大，损

23、耗 越大，效率越低，所以这种调速方法是不太经济的。电枢串电阻调速的优点:设备简单，操作方便；第65页/共83页（2 2）降低电源电压调速电压越低，稳态转速也越低 电压从U UN N下降至U U1 1再降至U U2 2,转速从n nN N降至n n1 1再降至n n2 2。降压调速的优点 ：（1 1）电源电压能够平衡调节，可以实现无级调速；（2 2）调速前后机械特性的斜率不变，硬度较高，负载 变化时，速度稳定性好；（3 3）无论轻载还是重载，调速范围相同，一般可达D=2.5D=2.51212；（4 4）电能损耗较小。第66页/共83页（3 3）减弱磁通调速 改变磁通只能从额定值往下调，调节磁通调速即是弱磁调速 。减弱磁通调速 2 2 1 1 UEaU，电枢电流反向，电磁转矩的方向也随之改变：由驱动转矩变成制动转矩。从能量传递方向看，电机处于发电状态。机车恒速下坡重物匀速下放第81页/共83页降压调速时产生回馈制动 增磁调速时产生回馈制动 由于转速不能突变在降压时形成的回馈制动回馈制动第82页/共83页感谢您的观看！第83页/共83页