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直流电动机的原理及特性

  直流电动机的原理及特性_电子/电路_工程科技_专业资料。第2章 直流电动机的原理及特性 直流电机的用途 测速 伺服 励磁机 电源 直流电机的特点 ? 直流发电机的电势波形较好,对电磁干扰的影响小。 ? 直流电动机的调速范围宽广,调速特性平滑

  第2章 直流电动机的原理及特性 直流电机的用途 测速 伺服 励磁机 电源 直流电机的特点 ? 直流发电机的电势波形较好,对电磁干扰的影响小。 ? 直流电动机的调速范围宽广,调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强,起动和制动性能良好。 ? 由于存在换向器,其制造复杂,价格较高 2.1直流电动机的基本结构和工作原理 2.1.1 直流电机的结构 2.1直流电动机的基本结构和工作原理 2.1.1 直流电机的结构 定子部分 主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。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 磁阻减小,改善主磁极磁场分布,并使励磁绕组容易固定。为 了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗,主磁极铁心采用 1~1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。主磁极上装 有励磁绕组,整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁极的个数 一定是偶数,励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按 N, S 极交替出现。 机座 ——机座有两个作用,一是作为主磁极的一部 分,二是作为电机的结构框架。 机座中作为磁通通 路叠部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯成筒形以 后焊成,或者用铸钢件(小型机座用铸铁件)制成。 机座的两端装有端盖。 定子部分 换向极 ——换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个 小磁极,它的作用是改善直流电机的换向情况,使电 机运行时不产生有害的火花。换向极结构和主磁极类 似,是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成, 并用螺杆固定在机座上。换向极的个数一般与主磁极 的极数相等,在功率很小的直流电机中,也有不装换 向极的。换向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的, 要流过较大的电流,因此和主磁极的串励绕组一样, 导线有较大的截面。 端盖 —— 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支 撑转子,将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还 起防护作用。 定子部分 电刷装置——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,右 图所示,电刷是石墨或金属石墨组成的导电块,放在 刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面,旋 转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在 刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组,同 极性的各刷杆用连线连在一起,再引到出线盒。刷杆 装在可移动的刷杆座上,以便调整电刷的位置。 转子部分 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 0.5mm且冲有齿、槽的型号为DR530或DR510的硅钢片 叠压夹紧而成,如左图所示。小型电机的电枢铁心冲 片直接压装在轴上,大型电机的电枢铁心冲片先压装 在转子支架上,然后再将支架固定在轴上。为改善通 风,冲片可沿轴向分成几段,以构成径向通风道。 转子部分 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,他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(左图),并 用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架 上。 转子部分 换向器—在直流发电机中,换向器起整流作用,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。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个 圆筒,其间用云母片绝缘,两端再用两个V形环夹紧而构 成,如图所示。每个电枢线圈首端和尾端的引线,分别焊 入相应换向片的升高片内。小型电机常用塑料换向器,这 种换向器用换向片排成圆筒,再用塑料通过热压制成。 直流电机 定子 机座 换向极 主磁极 电刷装置 电枢铁心 换向器 转子 电枢绕组 轴承 风扇 转轴 2.1.2 直流电动机的励磁方式 定义:直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式。 实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接,就决定了它是什么 样的励磁方式。 1.他励式 若励磁绕组不与电枢 绕组联接,励磁绕组单独 由其他电源供电的直流电 机称为他励式直流电机。 2.1.2 直流电动机的励磁方式 并励式 励磁绕组与电枢绕组并联,称为并励式直流电机。 并励式直流电机的电枢电流Ia。励磁绕组流过的 电流为If ,经过负载或电源供给电机的总电流 为 I,三者须满足以下关系: 直流发电机:Ia =I+If 直流电动机:Ia =I-If 2.1.2 直流电动机的励磁方式 串励式 励磁绕组与电枢绕组串联再接通直流电源称为 串励直流电动机。由于串励式直流电机作为发 电机用时,其电压大小随负载变化而有较大的 变化,故一般不用串励式直流发电机,只作电 动机使用。串励式直流电动机广泛应用交通运 输。 串励式电机:Ia =I=If 2.1.2 直流电动机的励磁方式 复励式 复励式直流电机上有两个励磁绕组,一个和电枢 并联,一个和电枢串联。 复励式直流电机的串励绕组产生的磁势与并 励磁势方向相同时称为加复励(或积复励); 复励式 两者磁势方向相反时称为差复励(或减 复励); 加复励和差复励比较,应严格按要求接,实用 中加复励用得较多。 2.1.3 额定数据 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牌上,故又叫铭牌值。 2.1.3 额定数据 1.额定功率 PN: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 W 为量纲单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。 2.额定电压 UN: 指额定状态下电机线端的电压,以 V 为量纲单位。 3.额定电流 IN: 指电机在额定电压、额定功率时电机线端电流,以 A 为量纲单位。 4.额定转速 nN: 指额定状态下运行时转子的转速,以r/min为量纲单位。 5.额定励磁电流 IfN: 指电机在额定状态时的励磁电流值。 注意: 对于直流发电机,PN是指输出的电功率,它等于额定电压和额定电流的乘积。 PN=UNIN 对于直流电动机,PN是指输出的机械功率,所以公式中还应有效率η N存在。 PN=UNINηN 2.1.4 工作原理 直流电机是电机的主要类型之一。一台 直流电机即可作为发电机使用,也可作为电 动机使用。 用作发电机可以获得直流电源,常用作 大型交流发电机的励磁机;用作电动机,由 于其具有良好的调速性能,在许多调速性能 要求较高的场合,得到广泛使用。 1 直流发电机的工作原理 1 直流发电机的工作原理 转子转过180°之后 1 直流发电机的工作原理 转过180°之后 直流发电机运行时的几点结论 1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电; 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一 致; 3. 从空间看, 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不 变的磁场; 4. 产生的电磁转矩T与转子转向相反, 是制动性质; 2 直流电动机的工作原理 转 子 转 过 180° 后 直流电动机运行时的几点结论 1. 外施电压、电流是直流, 电枢线. 线圈中感应电势与电流方向相反; 3. 线圈是旋转的,电枢电流是交变的。 电枢电流产 生的磁场在空间上是恒定不变的; 4. 产生的电磁转矩T与转子转向相同, 是驱动性质; 直流电机的可逆原理 ? 同一台直流电机, 通过改变外界条件,真钱扑克大全, 可当发电机运行, 也可当电动机运行。 §1-2 直流电机电枢绕组 ? 电枢绕组是直流电机的电路部分,亦是实现机电能量 转换的枢纽。电枢绕组的构成,应能产生足够的感应 电动势,并允许通过一定多电枢电流,从而产生所需 的电磁转矩和电磁功率。此外,还要节省有色金属和 绝缘材料,结构简单,运行可靠。 ? 分类:叠绕组、波绕组、混合绕组 对电枢绕组的要求: 在通过规定的电流和产生足够的电势和电磁转矩前 提下,所消耗的有效材料最省, 强度高(机械、电 气、热), 运转可靠,结构简单等。 波绕组示意图 叠绕组示意图 有关电枢绕组基本概念、名词、术语 电枢绕组有许多个形状相同的线圈组成,每个线圈有两个 有效边,分别位于电枢圆周相距一个极距的两个槽中。 一个边在上层时,另一个边一般在下层。 有关电枢绕组基本概念、名词、术语 元件:线圈是组成绕组的元件 有效边:有效边是指线圈的直线部分。 端部:端部是指线圈非接触电枢铁 心的那个部分。 上、下层:从工艺上考虑,一个线圈在嵌线时必须使一个有效边 在下层边,另一个有效边必须在上层边。 电机的极距τ 极距用希腊字母τ表示是电机的常用量之 一。有两个表达式: 一是电机中每个磁极所占的电枢感槽数 二是电机中每个磁极所占的电枢周长 方向的长度值。 Z τ=-----(槽) 2P ∏D τ=-------(m) 2P 有关电枢绕组名词、术语 极轴线:磁极中心线 几何中心线:磁极之间的平分线 极距:铁心表面, 一个极所占的距离。 元件: 第一节距y1 第二节距y2 y=y1-y2 合成节距y: 换向器节距yk: 2.2 直流电机的电枢绕组 2.2.1 单迭绕组: 迭: 两个相临联接的元件, 后以元 件的端部紧迭在前一元件的端部。 单: 首末端相联的两换向片相隔 一个换向片的宽度。 y=yk=1 特点: 槽数Z、元件数S和换向片数K三者相同 单迭绕组分析实例 实例: P=2, Z=S=K=16 计算数据y和y1 1。 数据计算: y=yk=1 y1 ? ? ? Z 16 ? ?4 2 p 2? 2 画绕组展开图 安放电刷和磁极 单迭绕组展开图 1.槽展开 槽展开 τ 2.绕组放置 绕组放置 τ 3.安放磁极电刷 安放磁极、电刷 τ τ 1 2 3 N 4 5 6 S7 8 9 10 N 11 12 13 14 S 15 16 15 16 1 2 3 4 5 + + - 6 7 8 9 10 11 12 13 + - - 14 展开图(2) τ τ τ τ 1 2 3 N 4 5 6 S7 8 9 10 N 11 12 13 14 S 15 16 15 16 1 2 3 4 5 + + - 6 7 8 9 10 11 12 13 + - - 14 绕组放置 ? 元件1: 上元件边在1槽, 下元件边放在相距y1=4即5槽下层。 ? 元件2: 上元件边在2槽, 下元件边放在相距y1=4即6槽下层。 以此类推 某一瞬间电刷、磁极放置 磁极:磁极宽度约0.7τ , 均匀分布,N、S极交替安排。 ? 电刷:连接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大 直流电势以及产生最大的电磁转矩, 电刷放在被电 刷短路的元件电势为零的位置。 电刷放置:电刷放置在使电刷的中心线与主磁极轴线对 准的换向片上。 元件连接顺序图 绕电枢一周, 所有元件互相串联构成一闭合回路。 τ τ τ τ 电 路 图 1 2 3 N 4 5 6 S7 8 9 10 N 11 12 13 14 S 15 16 15 16 1 2 3 4 5 + + 结合电刷的放置, 得 到该瞬时的电路图 - 6 7 8 9 10 11 12 13 + - - 14 每个极下的元件组成一 条支路。 即单迭绕组的 并联支路数正好等于电 机的极数。 这是单迭绕组的重要特点之一。 单迭绕组的特点 ? 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 ? 并联支路数等于磁极数, 2a=2p; ? 整个电枢绕组的闭合回路中, 感应电动势的总和为零, 绕组内部无换流; ? 每条支路由不相同的电刷引出, 电刷不能少, 电刷数 等于磁极数; ? 正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势, 电枢 电压等于支路电压; ? 由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和, 即 Ia ? 2aia 2.2.2 单波绕组: 波绕组:首末端所接的两换 向片相隔很远, 两个元件紧 相串联后形似波浪。 ?为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加, 元件边应 处于相同磁极极性下, 即合成节距 y ? 2? , y ? 2? ?为了使绕组从某一换向片出发, 沿电枢铁心一周后回到 原来出发点相邻的一片上, 则可由此再绕下去。 单波绕组: 换向片极距yk必须符合P ? yk ? k ? 1即 yk ? k ?1 ?C P 单波绕组 实例:P=2, Z=S=K=15 左单波绕组 1。绕组数据计算 计算数据y和y1 z 15 3 y1 ? ?? ? ? ? 3 2p 4 4 y ? yk ? K ? 1 15 ? 1 ? ?7 p 2 画绕组展开图 y 2 ? y ? y1 ? 7 ? 3 ? 4 安放电刷和磁极 元件、磁极、电刷放置原则 元件、换向片的放置: 1#元件上层边1#槽, 下层边4#槽;首末端所连 的换向片相距yk=7; 为了端部对称, 首末端所连的两换向片之间的 中心线#元件的轴线#元件上层边 所连的换向片定为1#。 依次联接。 磁极放置: N、S极磁极均匀交替的排列。 电刷的放置:放在与主极轴线对准的换向片上。 单波绕组展开图 槽展开 τ 绕组放置 τ 安放磁极、电刷 τ τ 1 2N 3 4 5 6 7 S 8 9 N 10 11 12 13S 14 15 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 单波绕组元件连接顺序图 从绕组展开图可以看出, 全部15个元件串联而构成 一个闭合回路的顺序是: 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 用联接顺序图表示为: 上层边 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 4 11 3 10 2 9 9 1 9 1 下层边 1 8 15 7 14 6 13 5 12 单波绕组电路图 15 1 8 9 8 1 9 15 2 7 10 14 3 6 11 13 4 5 12 5 12 4 单波绕组把相同极性下的全部元件串联起来组成一条支路。 由 于磁极只有N、S之分, 所以单波绕组的支路对数a与极对数多 少无关, 永远为1,即a=1。 单波绕组的特点 ?同极性下各元件串联起来组成一条支路, 支路对数a=1, 与磁极对数p无关。 ?当元件的几何尺寸对称时, 电刷在换向 器表面上的位置对准主磁极中心线, 支 路电动势最大。 ?电刷组数应等于极数(采用全额电刷); ?电枢电流 Ia=2ia 。 直流电机绕组的归纳 ? 所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路. ? 电枢绕组的支路数(2a)永远是成对出现,这是由于磁 极数(2p)是一个偶数. 注:a-支路对数 p-极对数 ? 为了得到最大的直流电势,电刷总是与位于几何中线上 的导体相接触。 单迭绕组和单波绕组的区别 单迭绕组:先串联所有上元件边在同一极下的元件, 形成一条支路。 每增加一对主极就增加一对支路。 2a=2p。 迭绕组并联的支路数多, 每条支路中串联元件数 少,适应于较大电流、较低电压的电机。 单波绕组:把全部上元件边在相同极性下的元件 相连,形成一条支路。 整个绕组只有一对支路, 极数的增减与支路数无关。 2a=2。 波绕组并联的支路数少, 每条支路中串联元件数 多, 适用于较高电压、较小电流的电机。

时间:2020-08-24 10:26