电机拖动与控制PPT讲稿.ppt

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1、电机拖动与控制第1页，共98页，编辑于2022年，星期一 第第0 0章章 电机概述电机概述v电机的定义电机的定义 电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，是电动机和发电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，是电动机和发电机的统称。将电能转换为机械能的电机称为电机的统称。将电能转换为机械能的电机称为电动机电动机；将机械；将机械能转换为电能的电机称为能转换为电能的电机称为发电机发电机。v工作原理工作原理 电磁感应定律、电磁力定律及电流的磁效应。电磁感应定律、电磁力定律及电流的磁效应。v构造的一般原则构造的一般原则 用适当的导磁和导电材料构成能互相进行电磁感应的用适当的导磁和导电材料构成能互相进行电

2、磁感应的电路和磁路，以产生电磁功率和电磁转矩，达到能量转换电路和磁路，以产生电磁功率和电磁转矩，达到能量转换的目的。的目的。第2页，共98页，编辑于2022年，星期一v电机分类：电机分类：变压器变压器直流电机直流电机伺服电动机、步进电动机、测速发电机伺服电动机、步进电动机、测速发电机 回转变压器、自整角机、直线电动机回转变压器、自整角机、直线电动机电力变压器：升压变压器、降压变压器电力变压器：升压变压器、降压变压器动力电机动力电机微特电机微特电机感应电机感应电机同步电机同步电机感应电动机感应电动机感应发电机感应发电机交流电机交流电机同步电动机同步电动机同步发电机同步发电机同步补偿机同步补偿机直

3、流电动机直流电动机直流发电机直流发电机旋旋转转电电机机静静止止电电机机特种变压器特种变压器：自耦、三绕组、互感器自耦、三绕组、互感器第3页，共98页，编辑于2022年，星期一v我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：第4页，共98页，编辑于2022年，星期一v我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：第5页，共98页，编辑于2022年，星期一第6页，共98页，编辑于2022年，星期一第7页，共98页，编辑于2022年，星期一第8页，共98页，编辑于2022年，星期一本章内容：本章内容：v直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理v直流电机的结构及铭牌直流

4、电机的结构及铭牌v直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组v直流电机的磁场直流电机的磁场v电枢绕组的感应电动势与电磁转矩电枢绕组的感应电动势与电磁转矩v直流电机中的换向直流电机中的换向v直流电动机的分类直流电动机的分类第一章第一章 直流电机基本理论及结构直流电机基本理论及结构第9页，共98页，编辑于2022年，星期一第一章第一章 直流电机基本理论及结构直流电机基本理论及结构直流电机优缺点：直流电机优缺点：优点：优点：起动性能和调速性能好，过载能力大。起动性能和调速性能好，过载能力大。缺点：缺点：存在电流换向问题，结构工艺复杂，使用有色金属多，价格昂贵，存在电流换向问题，结构工艺复杂，使用有色金属多

5、，价格昂贵，运行可靠性差。运行可靠性差。直流电机发展形势：直流电机发展形势：随着近年来电力电子学和微电子学的迅速发展，将逐步被交流调随着近年来电力电子学和微电子学的迅速发展，将逐步被交流调速电动机取代，直流发电机则正在被电力电子器件整流装置所取代。速电动机取代，直流发电机则正在被电力电子器件整流装置所取代。但在今后一个相当长的时期内，直流电机仍将在许多场合继续发挥但在今后一个相当长的时期内，直流电机仍将在许多场合继续发挥作用。作用。第10页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.1 1.1 直流直流电机电机的基本工作原理的基本工作原理补充：分析电机常用的基本电磁定律补充：分析电机常用的基本电

6、磁定律 (1)(1)电磁力定律：电磁力定律：垂直于垂直于磁力线的导体通过电流时，会受到力的作用。磁力线的导体通过电流时，会受到力的作用。力的方向用力的方向用左手左手定则确定：定则确定：若与磁力线垂直的导体通过电流，导体受的力为：若与磁力线垂直的导体通过电流，导体受的力为：F=BLIF=BLIF F：力，：力，N BN B：磁感应强度：磁感应强度,Wb/m,Wb/m2 2或或T(T(特斯拉特斯拉)L:L:导体的有效长度，导体的有效长度，m Im I：导体中的电流，：导体中的电流，A A第11页，共98页，编辑于2022年，星期一若导体与磁力线发生相对运动，导体中感应的电势为：若导体与磁力线发生相

7、对运动，导体中感应的电势为：E=BE=BL LV VE E：感应电势，：感应电势，V BV B：磁感应强度：磁感应强度,Wb/m,Wb/m2 2或或T(T(特斯拉特斯拉)L:L:导体的有效长度，导体的有效长度，m Vm V：导体的运动速度，：导体的运动速度，m/sm/s感应电动势的方向用感应电动势的方向用右手右手定则确定：定则确定：1.1 1.1 直流直流电机电机的基本工作原理的基本工作原理(2)(2)电磁感应定律：电磁感应定律：若导体切割磁力线，导体中会产生感应电动势。若导体切割磁力线，导体中会产生感应电动势。第12页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.1 1.1 直流直流电机电机的基

8、本工作原理的基本工作原理(3)(3)电流磁效应：电流磁效应：通电的导体周围会产生磁场。通电的导体周围会产生磁场。磁场的方向用磁场的方向用右手螺旋右手螺旋定则确定：定则确定：第13页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.1 1.1 直流直流电机电机的基本工作原理的基本工作原理 1.1.1 1.1.1 直流直流电动机电动机的基本工作原理的基本工作原理 直流电动机直流电动机是将直流电能转变成机械能的旋转机械。是将直流电能转变成机械能的旋转机械。N N和和S S是一对固定的磁极，可以是电是一对固定的磁极，可以是电磁铁，也可以是永久磁铁。把电刷磁铁，也可以是永久磁铁。把电刷A A、B B接到直流电源

9、上，电刷接到直流电源上，电刷A A接正极，电接正极，电刷刷B B接负极。此时电枢线圈中将电流流接负极。此时电枢线圈中将电流流过，电流方向过，电流方向a a到到b b到到c c到到d d到到a a。在磁场。在磁场作用下，作用下，N N极性下导体极性下导体abab受力受力方向从方向从右向左，右向左，S S 极下导体极下导体cdcd受力方向受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。如右图。向旋转。如右图。a)a)图图1-1 1-1 直流电动机的工作原理直流电动

10、机的工作原理第14页，共98页，编辑于2022年，星期一1.1.1 1.1.1 直流直流电动机电动机的基本工作原理的基本工作原理 当电枢旋转到右图所示位置时原当电枢旋转到右图所示位置时原N N极性下导体极性下导体abab转到转到S S极下，受力极下，受力方方向从左向右，原向从左向右，原S S 极下导体极下导体cdcd转到转到N N极下，受力方向从右向左。极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。方向旋转。实际的直流电动机，电枢圆周实际的直流电动机，

11、电枢圆周上均匀地嵌放许多线圈，相应地上均匀地嵌放许多线圈，相应地换向器由许多换向片组成，使电换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生的总的电磁转矩足枢线圈所产生的总的电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转够大并且比较均匀，电动机的转速也就比较均匀。速也就比较均匀。b)b)图图1-1 1-1 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理第15页，共98页，编辑于2022年，星期一1.1.1 1.1.1 直流直流电动机电动机的基本工作原理的基本工作原理 电机的各组成部件电机的各组成部件第16页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.1 1.1 直流直流电机电机的基本工作原理的基本工作原理 1.1.2

12、 1.1.2 直流直流发电机发电机的基本工作原理的基本工作原理 右图为直流发电机的物理右图为直流发电机的物理模型，模型，N N、S S为定子磁极，为定子磁极，abcdabcd是固定在可旋转导磁圆柱体上是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的称为电机的转子或电枢转子或电枢。线圈。线圈的首末端的首末端a a、d d连接到两个相互连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。定不动的电刷进行的。图图1-2 1-

13、2 直流发电机的工作原理图直流发电机的工作原理图第17页，共98页，编辑于2022年，星期一1.1.2 1.1.2 直流直流发电机发电机的基本工作原理的基本工作原理 直流发电机直流发电机是将机械能转变成是将机械能转变成电能的旋转机械。电能的旋转机械。当原动机驱动电机转子逆时当原动机驱动电机转子逆时针旋转时，线圈针旋转时，线圈abcdabcd将产生将产生感感应电动势应电动势。如右图，导体如右图，导体abab在在N N极下，极下，a a点高电位，点高电位，b b点低电位；导体点低电位；导体cdcd在在S S极下，极下，c c点高电位，点高电位，d d点点低电位；电刷低电位；电刷A A极性为正，电极

14、性为正，电刷刷B B极性为负。极性为负。图图1-2 1-2 直流发电机的工作原理图直流发电机的工作原理图第18页，共98页，编辑于2022年，星期一 当原动机驱动电机转子逆当原动机驱动电机转子逆时针旋转时针旋转180180度后，如右图。度后，如右图。导体导体abab在在S S极下，极下，a a点低电点低电位，位，b b点高电位；导体点高电位；导体cdcd在在N N极下，极下，c c点低电位，点低电位，d d点高点高电位；电刷电位；电刷A A极性仍为正，极性仍为正，电刷电刷B B极性仍为负。可见，极性仍为负。可见，和电刷和电刷A A接触的导体总是位接触的导体总是位于于N N极下，和电刷极下，和电

15、刷B B接触的接触的导体总是位于导体总是位于S S极下。极下。1.1.2 1.1.2 直流直流发电机发电机的基本工作原理的基本工作原理图图1-2 1-2 直流发电机的工作原理图直流发电机的工作原理图第19页，共98页，编辑于2022年，星期一1.1.2 1.1.2 直流直流发电机发电机的基本工作原理的基本工作原理 电机可逆原理：电机可逆原理：从上述基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可以作为发从上述基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，只是其输入输出的条件不同而电机运行，也可以作为电动机运行，只是其输入输出的条件不同而已。如用原动机拖动直流电机的电枢

16、，将机械能从电机轴上输入，已。如用原动机拖动直流电机的电枢，将机械能从电机轴上输入，而电刷上不加直流电压，则从电刷端可以引出直流电动势作为直流而电刷上不加直流电压，则从电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机；如在电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机；如在电刷上加直流电压，将电能输入电枢，则从电机轴上输出机械能，电刷上加直流电压，将电能输入电枢，则从电机轴上输出机械能，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机。这种同一台电拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机。这种同一台电机，既能作发电机又能作电动机运行的原理，在电机学理论

17、中称为机，既能作发电机又能作电动机运行的原理，在电机学理论中称为电机的电机的可逆原理可逆原理。第20页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.2 1.2 直流电机的结构及铭牌直流电机的结构及铭牌 1.2.1 1.2.1 结构结构直流电机结构：直流电机结构：主要由主要由定子、转子定子、转子（电枢）（电枢）两大部分两大部分组成。组成。定子定子的作用是产的作用是产生生磁场磁场；转子转子的的作用是产生作用是产生电磁电磁转矩和感应电动势转矩和感应电动势。第21页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.2.1 1.2.1 结构结构图图1-4 1-4 直流电机横剖面示意图直流电机横剖面示意图第22页，共

18、98页，编辑于2022年，星期一1.1.定子定子 直流电机的定子由直流电机的定子由主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部等部件组成。件组成。(1)(1)主磁极主磁极：主要作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁主要作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙磁阻减靠近转子一端的扩大的部分称为

19、极靴，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。(2)(2)换向极换向极：主要作用是改善换向，安装在两相邻主磁极之间，是由换主要作用是改善换向，安装在两相邻主磁极之间，是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成。向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成。(3)(3)机座：机座：机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。机座中作为磁通通路的部分称为磁轭。机座的两端机的结构框架。机座中作为磁通通路的部分称为磁轭。机座的两端装有端盖。装有端盖。(4)(4)端盖：

20、端盖：端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。1.2.1 1.2.1 结构结构第23页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.2.1 1.2.1 结构结构(5)(5)电刷装置：电刷装置：电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷、刷握、刷杆和连线等部分组成。由电刷、刷握、刷杆和连线等部分组成。第24页，共98页，编辑于2022年，星期一 图图1-7 1-7 换换 向向 极极 1.2.1 1.2.1

21、结构结构第25页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.2.1 1.2.1 结构结构第26页，共98页，编辑于2022年，星期一 2.2.转子转子 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。(1)(1)电枢铁心电枢铁心：电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支：电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚的涡流损耗，铁心一般用厚0.5mm0.5mm且冲有齿、槽硅钢片叠压夹紧而且

22、冲有齿、槽硅钢片叠压夹紧而成。成。(2)(2)电枢绕组电枢绕组：电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，：电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘，放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。并用槽楔压紧。(3)(3)换向器换向器：在直流电

23、动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电：在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝机的关键部件之一。换向器由许多换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个缘，两端再用两个V V形环夹紧而构成。形环夹紧而构成。1.2.1 1.2.1 结构结构第27页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.2.1 1.2.1 结构结构第28页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.2.1 1.2.1 结构结构第29页，共98页，编辑于2022年，星期一图图1-9 1-9 直流电机转子结构直流电机转子结构1.1.转轴转轴 2

24、.2.轴承轴承 3.3.换向器换向器 4.4.电枢铁心电枢铁心 5.5.电枢绕组电枢绕组 6.6.风扇风扇 7.7.轴承轴承 1.2.1 1.2.1 结构结构第30页，共98页，编辑于2022年，星期一 电机的铭牌上标明了电机的型号及额定数据，供用户选择和电机的铭牌上标明了电机的型号及额定数据，供用户选择和使用时参考。使用时参考。额定值额定值 是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机）在指定工作是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机）在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作，并具有优良的

25、性能。额定值也是制造各电气设备长期可靠地工作，并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。牌上，故又叫铭牌值。1.2.2 1.2.2 电机的铭牌电机的铭牌第31页，共98页，编辑于2022年，星期一1.1.铭牌数据铭牌数据根据国家标准，直流电机的额定数据有：根据国家标准，直流电机的额定数据有：额定功率额定功率 P PN N指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以以 W W 为量纲单位。若大于为量纲单位。若大

26、于 1kW 1kW 或或 1MW 1MW 时时,则用则用 kW kW 或或 MW MW 表示。表示。对于直流发电机，对于直流发电机，P PN N是指发电机带额定负载时，电刷输出的功率，是指发电机带额定负载时，电刷输出的功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。它等于额定电压和额定电流的乘积。P PN NU UN NI IN N 对于直流电动机，对于直流电动机，P PN N是指电动机带额定负载时，转轴上输出的机是指电动机带额定负载时，转轴上输出的机械功率，所以公式中还应有效率械功率，所以公式中还应有效率N N存在。存在。P PN NU UN NI IN NN N(N N额定效率）额定效率）1.2.2

27、 1.2.2 电机的铭牌电机的铭牌第32页，共98页，编辑于2022年，星期一额定电压额定电压 U UN N指额定状态下电枢出线端的电压，以指额定状态下电枢出线端的电压，以 “V V”为量纲单位。为量纲单位。额定电流额定电流 I IN N指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 “A A”为量纲单位。为量纲单位。额定转速额定转速 n nN N指额定状态下运行时转子的转速，以指额定状态下运行时转子的转速，以r/minr/min为量纲单位。为量纲单位。额定励磁电流额定励磁电流 I If f指电机在额定状态时的励磁电流值。指电机在额定状态时的励磁电流值

28、。1.2.2 1.2.2 电机的铭牌电机的铭牌第33页，共98页，编辑于2022年，星期一额定条件下电机额定条件下电机所能提供的功率所能提供的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发电机发电机指轴上输出指轴上输出的机械功率的机械功率电动机电动机发电机：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。在额定工况下，电机在额定工况下，电机出线端的平均电压出线端的平均电压在额定电压下，运行于在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速行于额定功率时

29、对应的转速 1.2.2 1.2.2 电机的铭牌电机的铭牌第34页，共98页，编辑于2022年，星期一对应于额定电压、额定电流、额对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流定转速及额定功率时的励磁电流指直流电机的励磁线圈指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式与电枢线圈的连接方式励磁方式 此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号此外，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。等。电动机轴上输出的额定转矩用电动机轴上输出的额定转矩用T TN N表示，其大小等于输出的额定机表示，其大小等于输出的额定机械功率除以转子额定角速度，械功率除以转子额定角

30、速度，即即T TN N=P=PN N/N N=P=PN N/(2n/(2nN N/60)=9.55 P/60)=9.55 PN N/n/nN N实际运行时，电机不可能总是工作在额定运行状态，如果运行实际运行时，电机不可能总是工作在额定运行状态，如果运行时电机的负载小于额定容量，称为时电机的负载小于额定容量，称为欠载运行欠载运行；而电机的负载超过额定；而电机的负载超过额定容量，称为容量，称为过载运行过载运行。长期的欠载或过载都不好。长期的欠载或过载都不好。1.2.2 1.2.2 电机的铭牌电机的铭牌第35页，共98页，编辑于2022年，星期一例题例题1-11-1：一台直流电动机其额定功率一台直流

31、电动机其额定功率P PN N=160kW=160kW，额定电压，额定电压U UN N=220V=220V，额定效，额定效率率N N=90%=90%，额定转速，额定转速n nN N=1500r/min=1500r/min，求该电动机额定运行状态时，求该电动机额定运行状态时的输入功率、额定电流及额定转矩各是多少？的输入功率、额定电流及额定转矩各是多少？1.2.2 1.2.2 电机的铭牌电机的铭牌解：解：额定输入功率额定输入功率 P P1 1=P=PN N/N N=160/0.9=177.8kW=160/0.9=177.8kW 额定电流额定电流 I IN N=P=PN N/U/UN N N N=16

32、0*10=160*103 3/220*0.9=808.1A/220*0.9=808.1A 额定转矩额定转矩 T TN N=9.55 P=9.55 PN N/n/nN N=9.55*160*10=9.55*160*103 3/1500=1018.7N/1500=1018.7N m m第36页，共98页，编辑于2022年，星期一2.2.国产直流电机产品的型号：国产直流电机产品的型号：电机产品的型号一般用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字表电机产品的型号一般用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。其中示。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，汉语拼音字母是根据电机的全名称选择

33、有代表意义的汉字，再从该字的拼音中得到再从该字的拼音中得到，例如，例如，Z ZA A112/2112/21 1其中，其中，Z Z直流电动机；直流电动机；A A设计系列号；设计系列号；112 112中心高中心高112mm 2112mm 2极数；极数；1 11 1号铁心号铁心Z2Z2系列是一般用途的中、小型直流电机，包括发电机和电动机及系列是一般用途的中、小型直流电机，包括发电机和电动机及调压发电机。调压发电机。Z Z和和ZFZF系列是一般用途的大、中型直流电机系列。系列是一般用途的大、中型直流电机系列。Z Z是直流电动机是直流电动机系列；系列；ZFZF是直流发电机系列。是直流发电机系列。ZQZQ

34、系列是电力机车、工矿电机车和蓄电池供电电车用的直流牵系列是电力机车、工矿电机车和蓄电池供电电车用的直流牵引电动机。引电动机。ZHZH系列是船舶上各种辅助机械用的船用直流电动机。系列是船舶上各种辅助机械用的船用直流电动机。ZUZU系列是用于龙门刨床的直流电动机。系列是用于龙门刨床的直流电动机。1.2.2 1.2.2 电机的铭牌电机的铭牌第37页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.3 1.3 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 1.3.1 1.3.1 电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 元件（线圈）：元件（线圈）：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝

35、两种。一个元件由两条元件边和端接线组成，和多匝两种。一个元件由两条元件边和端接线组成，元件边放在槽内，能切割磁力线而产生感应电动势，元件边放在槽内，能切割磁力线而产生感应电动势，叫叫“有效边有效边”，端接线放在槽外，不切割磁力线，仅作为，端接线放在槽外，不切割磁力线，仅作为连接线用。每个元件的一个元件边放在某一个槽的上层，连接线用。每个元件的一个元件边放在某一个槽的上层，另一个元件边则放在另一槽的下层。另一个元件边则放在另一槽的下层。元件的首末端：元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。每一个元连，其中一根称为首端，另

36、一根称为末端。每一个元件的两个端点分别接在不同的换向片上，每个换向片件的两个端点分别接在不同的换向片上，每个换向片接两个不同的线圈端头。接两个不同的线圈端头。第38页，共98页，编辑于2022年，星期一实槽：实槽：电机电枢上实际开出的槽叫实槽。实槽数用电机电枢上实际开出的槽叫实槽。实槽数用Q Q表示。表示。虚槽：虚槽：即单元槽即单元槽(每层元件边的数量等于虚槽数每层元件边的数量等于虚槽数)，每个，每个虚槽的上、下层各有一个元件边。虚槽数用虚槽的上、下层各有一个元件边。虚槽数用Q Q表示。设表示。设槽内每层有槽内每层有个虚槽，若实槽数为个虚槽，若实槽数为Q Q，虚槽数为，虚槽数为Q Q，则，则Q

37、 Q=Q=Q。极轴线：极轴线：磁极的中心线。磁极的中心线。几何中性线：几何中性线：是指主磁极是指主磁极N N极和极和S S极的机械分界线。极的机械分界线。物理中性线：物理中性线：把把N N极与极与S S极磁场为零处的分界线称极磁场为零处的分界线称 为物理中性线。为物理中性线。1.3.1 1.3.1 电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 第39页，共98页，编辑于2022年，星期一 a)a)元件元件 b)b)绕组元件在槽内的放置绕组元件在槽内的放置 c c）实槽与虚槽）实槽与虚槽 b b）1 1上层边；上层边；2 2下层边；下层边；3 3端接部分；端接部分；4 4首、末端首、末端 c c）1 1

38、槽楔；槽楔；2 2线圈绝缘；线圈绝缘；3 3导线；导线；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 1.3.1 1.3.1 电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 第40页，共98页，编辑于2022年，星期一极距：极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示为（距离）表示为（距离）若用虚槽数表示为（槽数）若用虚槽数表示为（槽数）式中式中 D D电枢外径电枢外径(m)(m)；p p磁极对数。磁极对数。p2t=Q Q 1.3.1 1.3.1 电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 极距位置示意图极距位置示意图第41页，

39、共98页，编辑于2022年，星期一绕组节距：绕组节距：绕组节距通常用虚槽数或换向片数表示，绕组节距通常用虚槽数或换向片数表示，见图见图1-121-12。(1)(1)第一节距第一节距Y Y1 1：同一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距同一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。离。(2)(2)第二节距第二节距Y Y2 2：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。与第二个元件的上层边间的距离。(3)(3)合成节距合成节距Y Y：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。

40、(4)(4)换向器节距换向器节距Y YK K：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。同一元件首末端连接的换向片之间的距离。单叠绕组单叠绕组单波绕组单波绕组 1.3.1 1.3.1 电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 第42页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.3.1 1.3.1 电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 图图1-12 1-12 电枢绕组的节距电枢绕组的节距a)a)单叠绕组单叠绕组 b)b)单波绕组单波绕组a)a)b)b)第43页，共98页，编辑于2022年，星期一绕组主要分类：绕组主要分类：大的分类为环形和鼓形；环形绕组只曾在原始电机用过；现代直流电机大的分类为环形和鼓形；

41、环形绕组只曾在原始电机用过；现代直流电机均用鼓形绕组，它又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。鼓形绕组比环形绕均用鼓形绕组，它又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。鼓形绕组比环形绕组制造容易，又节省导线，运行较可靠，经济性好，故现在均用鼓形绕组。组制造容易，又节省导线，运行较可靠，经济性好，故现在均用鼓形绕组。环形绕组示意图环形绕组示意图鼓形绕组示意图鼓形绕组示意图 1.3.1 1.3.1 电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 第44页，共98页，编辑于2022年，星期一叠绕组：叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整

42、个绕组成折叠式前进。元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组：波绕组：指把相隔约为一对极距的指把相隔约为一对极距的同极性同极性磁场下的相应元件串联起来，磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。象波浪式的前进。波绕组示意图波绕组示意图叠绕组示意图叠绕组示意图 1.3.1 1.3.1 电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 第45页，共98页，编辑于2022年，星期一 单叠绕组：单叠绕组：是指相邻元件是指相邻元件(线圈线圈)相互叠压相互叠压,元件的出线端接到相邻元件的出线端接到相邻的换向片上，第一个元件的下层边（虚线）连接着第二个元件的上层边，的换向片上，第一个元件的下层边（虚线）连接着第二个元

43、件的上层边，它放在第一元件上层边相邻的第二个槽内。合成节距与换向节距均为它放在第一元件上层边相邻的第二个槽内。合成节距与换向节距均为1,1,即：即：Y=YY=Yk k=1=1 下面通过例子说明单叠绕组如何连接，有何特点。下面通过例子说明单叠绕组如何连接，有何特点。例例:已知某直流电机的极对数已知某直流电机的极对数p=2 p=2，虚槽数，虚槽数Q Q，元件数，元件数S S，及换向片数，及换向片数为为K K，S=K=QS=K=Q=16,=16,试画出单叠绕组展开图。试画出单叠绕组展开图。1.3.2 1.3.2 单叠绕组单叠绕组第46页，共98页，编辑于2022年，星期一解解:1:1计算绕组数据计算

44、绕组数据:因为是单叠，所以因为是单叠，所以 Y=Y Y=Yk k=1=1 2 2画绕组展开图画绕组展开图:假想把电枢从某一槽的中间沿轴向切开展示成平面，所假想把电枢从某一槽的中间沿轴向切开展示成平面，所得绕组连接图称为得绕组连接图称为绕组展开图绕组展开图。（1 1）先画）先画1616根等长、等距的实线，代表各槽上层元件边，再根等长、等距的实线，代表各槽上层元件边，再画画1616根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。1.3.2 1.3.2 单叠绕组单叠绕组Q Q第47页，共98页，编辑于2022年，星期一（2 2）根据）根据Y1Y1，画出第一个元件的上下层边

45、（，画出第一个元件的上下层边（1 15 5槽），槽），令上层边所在的槽号为元件号。令上层边所在的槽号为元件号。（3 3）接上换向片，）接上换向片，1 1、2 2片之间对准元件中心线，之片之间对准元件中心线，之后等分换向器，定出换向片号；后等分换向器，定出换向片号；（4 4）画出第二个元件，上层边在第）画出第二个元件，上层边在第2 2槽，与第一个元件槽，与第一个元件的下层边联接；下层边在第的下层边联接；下层边在第6 6槽与槽与3 3号换向联接。按此规号换向联接。按此规律，一直把律，一直把1616个元件全部联起来。个元件全部联起来。（5 5）放磁极：磁极应均匀分布在圆周上，）放磁极：磁极应均匀分布

46、在圆周上，N N极磁力线极磁力线垂直向里（进入纸面），垂直向里（进入纸面），S S极向外（从纸面穿出）；极向外（从纸面穿出）；1.3.2 1.3.2 单叠绕组单叠绕组第48页，共98页，编辑于2022年，星期一（6 6）放电刷：对准在磁极轴线下，画一个换向片宽）放电刷：对准在磁极轴线下，画一个换向片宽（实际上（实际上K K很多，电刷宽很多，电刷宽2 23 3片宽）。并把相同极性片宽）。并把相同极性下的电刷并联起来。实际运行时，电刷是静止不动的，下的电刷并联起来。实际运行时，电刷是静止不动的，电枢在旋转，电枢在旋转，但是被电刷所短路的元件，永远都是处但是被电刷所短路的元件，永远都是处于电机的于电

47、机的几何中性线几何中性线，其感应电动势是接近零的。为，其感应电动势是接近零的。为使正、负电刷间引出的电动势最大，我们已知被电刷使正、负电刷间引出的电动势最大，我们已知被电刷所短路的元件电动势为零，在元件端接线对称的情况所短路的元件电动势为零，在元件端接线对称的情况下，电刷的实际位置应在下，电刷的实际位置应在磁极中性线磁极中性线下，所以习惯上下，所以习惯上称为称为“电刷放在几何中性线位置电刷放在几何中性线位置”。1.3.2 1.3.2 单叠绕组单叠绕组第49页，共98页，编辑于2022年，星期一第50页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.3.2 1.3.2 单叠绕组单叠绕组第51页，共98

48、页，编辑于2022年，星期一 1.3.2 1.3.2 单叠绕组单叠绕组单叠绕组连接顺序表单叠绕组连接顺序表 绕组展开图比较直观，但画起来比较麻烦，为简便起见，绕绕组展开图比较直观，但画起来比较麻烦，为简便起见，绕组连接规律也可用组连接规律也可用连接顺序表连接顺序表来表示。本例连接顺序表如下。上排来表示。本例连接顺序表如下。上排数字同时代表上层元件边的元件号、槽号和换向片号，下排数字代表数字同时代表上层元件边的元件号、槽号和换向片号，下排数字代表下层元件边所在的槽号。下层元件边所在的槽号。第52页，共98页，编辑于2022年，星期一图图1-15 1-15 单叠绕组并联支路图单叠绕组并联支路图 1

49、.3.2 1.3.2 单叠绕组单叠绕组 取一瞬间（如图取一瞬间（如图F1-16F1-16瞬间），将此瞬间不与电刷接触的换向片省去不画，可瞬间），将此瞬间不与电刷接触的换向片省去不画，可以得到图以得到图1-151-15的并联支路图。可以看出单叠绕组的连接规律是将同一磁极下的各个的并联支路图。可以看出单叠绕组的连接规律是将同一磁极下的各个元件串联起来组成一条支路。所以，单叠绕组的并联支路对数元件串联起来组成一条支路。所以，单叠绕组的并联支路对数a a总等于极对数总等于极对数p p，即，即a=pa=p。第53页，共98页，编辑于2022年，星期一单叠绕组的特点：单叠绕组的特点：1 1）同一主磁极下的

50、元件串联成一条支路，主磁极数与并）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与并联支路数相同。联支路数相同。2 2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。大，电刷间电动势等于并联支路电动势。3 3）电刷个数等于极数。）电刷个数等于极数。1.3.2 1.3.2 单叠绕组单叠绕组第54页，共98页，编辑于2022年，星期一第55页，共98页，编辑于2022年，星期一 1.3.3 1.3.3 单波绕组单波绕组第56页，共98页，编辑于2022年，星期一单波绕组的特点：单波绕组的特点：1 1）上层边位于同一极性磁极