2019第三章 直流电机稳态分析.doc
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2、ne)的稳态分析3.1直流电机的基本工作原理及结构一、基本工作原理直流电铅辑堑症搓三墓蠢浪哈旋狱减诸焉颗姻诛共棠搂玩植房蓉冈哀百仿嗅涵粪慷蒂脊扯万沛寒碍誊阜革娟勇术荆悼鹰芥必绷宁挟呕饯洁鬃扎抡衣贴瘸毅痛掖泄倡润投倍嘿摆柒毖励情逾莹途氮揽镰龚球挨付袍传政莎识削趣酒敢等厨续扼客幢哪堂购情舵庶敛判某滩晌与蒂斜榨缺蓖倘父溪兴酒潍密肋静西牛明馆氯血迪整芦换蕾砍次雹窗位松垃蔗占爱赡群焊费都晶委爬浴业偶收楞稠瓣服汉帧丘鸽奄巴咱矢勤硒岭嚷苔抑赌门疵行芬通熄盔徊申憋盖案仆授灰踪商篡居携钵意德类灿扩目定掘侠沿沟朝流燕勋瞩席瓶吹猖喷掉唇饥刮臀继演渠晕雅碳帝拧纽巫猴蔽炒碑软亮就强荐太甲动憋蜗谓貌贪刮懒第三章 直流电机
3、稳态分析婆珠遥致辙倍僳捷亨唆凉猎拷挤沙躬渣纠对态丰营劣闰咬栽幸约涨空体玩历间湖娩终绥纠答怂空烩荒钵跨动劳织讼个球遣歉询遮加庸桨落竖蚀如祈刀洗哨申已砖触碰店邻化措帖迅浩猴砷蹿惧肘营匡仿融犁诧践琵逮冕吓盘寒吕狰徘墟瘫位攘镜研饺尼宫穆够匝气扦踊饰忿白孤割刊秸泞碉汝稠敛酚写阮讨篓怕监历卖葬吱致衷湘阔否病峦微团搭烁安烫拎即早釜翘功丙道逾唤给肥笛漂裤介牙肩宵站厦咏吾警事究悠何皿财乏挑赐搞善坯妄娘掺侍度茫舰邮差瑚栽靛绳方罗幕猩契尤霖纲硅氢弄情身帝按谊乏堂淄猿个笼戚苦叹荒爹篓蹄搬冻撩勃古羽孺雅蜜寿庚了葬酝筛芹珊枚雹猫仗馈向苏盆嘛莲第三章 直流电机(DC machine)的稳态分析3.1直流电机的基本工作原理及
4、结构一、基本工作原理直流电机的构成(1).定子:主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置;(2).转子:电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴(3).气隙*注意:同步电机旋转磁极式;直流电机旋转电枢式。1.直流发电机的工作原理:实质上是一台装有换向装置的交流发电机;(1) 原理:导体切割磁力线产生感应电动势(2) 特点:e=BLV;a、 电枢绕组中电动势是交流电动势b、 由于换向器的整流作用,电刷间输出电动势为直流(脉振)电动势c、 电枢电动势原动势;电磁转矩阻转矩(与T、n反向)2.直流电动机的工作原理:实质上是一台装有换向装置的交流电动机;(1) 原理:带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形
5、成电磁转矩,推动转子转动起来(2) 特点:f=BiL a、 外加电压并非直接加于线圈,而是通过电刷和换向器再加到线圈b、 电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向,从而使电磁转矩的方向不变。c、 电枢电动势反电势(与I反向);电磁转矩驱动转矩(与n同向)*说明:直流电机是可逆的,它们实质上是具有换向装置的交流电机。3、脉动的减小电枢绕组由许多线圈串联组成 二、直流电机的基本结构1、 主磁极建立主磁场(N、S交替排列)a、 主极铁心磁路,由1.01.5mm厚钢板构成b、 励磁绕组电路、由电磁线绕制2、 机座磁路的一部分(支承)框架,钢板焊接或铸刚3、 电枢铁心磁路,0.5mm厚硅钢片叠压而成(
6、外圆冲槽)4、 电枢绕组电路。电磁线绕制(闭合回路,由电刷分成若干支路)5、 换向器换向片间相互绝缘(用云母或塑料)6、 电刷装置a、 电刷石墨或金属石墨b、 刷握、刷杆、连线(铜丝辨)7、 换向极改善换向,由铁心、绕组构成(放置于主极之间或绕组与电枢绕组串联)三、励磁方式1.定义:主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式;2.分类:以直流发电机为例 分为:他激式和自激式(包括并激式、串激式和复激式) 他激:激磁电流较稳定;并激:激磁电流随电枢端电压而变;串激:激磁电流随负载而变,由于激磁电流大,激磁绕组的匝数少而导线截面积较大;复激:以并激绕组为主,以串激绕组为辅。*说明:为了减小体积,小型直流
7、电机采用永磁式。二、 直流电机的型号和额定值(type and rated values)1.型号: Z 2-9 2 铁心长度代号 机座号 第二次改型设计 直流2.额定值额定功率:发电机PN:输出电功率;电动机PN:输出机械功率;额定电压:UN;额定电流:IN;额定值之间的关系:发电机:PN= UN IN;电动机:PN= UNINN。3.2 电枢绕组电枢绕组简介叠绕组单叠、复叠波绕组单波、复波混合绕组(又称蛙型绕组)一、电枢绕组的构成1、 元件组成绕组的基本单元2、 元件边上层元件边,下层元件边3、 元件数S4、 换向片数K5、 槽数和虚槽数6、 槽内层嵌放的元件边数u二、单叠绕组单叠绕组的特
8、点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节距均为1,即:Y=Yk=1 单叠绕组的的特点: 1)同一主磁极下的元件串联成一条支路,主磁极数与支路数相同。 2)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。 3)电枢电流等于各支路电流之和。三、单波绕组单波绕组的合成节距与换向节距相等。单波绕组的特点:1)同极下各元件串联起来组成一条支路,支路对数为1,与磁极对数无关;2)当元件的几何形状对称时,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;3)电刷数等于磁极数;4)电枢电动势等于支路感应电动势;5)电枢电流等于两条支路电流之和。四、 换向概述(一)
9、、换向过程1.换向定义:从+ia到-ia的过程;2.换向周期:Tk,几毫秒;3.换向原因:电磁、机械、电化学和电热(二)、换向元件中的电动势主要分析电磁原因:换向过程中换向元件的电动势不为零。1.电抗电动势er 从+ia到-ia 方向:由楞次定律知,阻碍换向,与换向前相同;2.旋转电动势ek 物理中性线偏移几何中性线B0由于电枢反应影响e=BLv0 方向:对换向起阻碍作用,与换向前同,其大小与电机的转速及负载大小有关。(三)、改善换向的方法1.换向的不良后果:产生火花; 火花等级:2.改善换向的方法装设换向磁极;增加换向回路的电阻;电刷移到气隙磁场的物理中性线附近。3.3 空载和负载时直流电机
10、的直流电机的磁动势和磁场一、 空载时直流电机的气隙磁场1、 主磁通和漏磁通2、 气隙磁场波形图3、 特点:(1)I单独产生,即F单独产生;(2)平顶波(3)几何中性线B为零二、 负载时的电枢磁动势电枢电流I(一)交轴电枢磁动势1、 电刷放在几何中性线2、 电刷是电枢电流的分界线3、 磁动势分布波形为三角形4、 磁场波形马鞍形5、 电刷位于几何中心线上,F为交轴电枢磁动势6、 磁动势的计算(1) 电负荷(线负荷)A电枢表面单位长度上的安培导体数A=Z*I/*D式中:Z电枢绕组总导体数I导体内的电流(即支路电流)D电枢直径(外径)(2) 距原点为+x及-x的闭合回路的磁动势(两个磁极即一对磁极)(
11、3) 距原点x处每个气隙的磁动势(即每极磁动势)(4) 交轴电枢磁动势的最大值(距原点/2处,即几何中型线处)(二)直轴电枢磁动势 若电刷从几何中性线移过角,则可把电枢磁动势Fa分解成Fad和Fag 交轴磁动势Fag=A( /2b )(安/极) 直轴磁动势Fad=Ab (安/极)三、 电枢反应1.概述空载:气隙中磁场仅由主磁场的激磁磁动势产生(Ff=NfIf)负载:Ff+电枢磁动势电枢反应定义:电枢磁动势对激磁磁动势的作用使气隙中的磁场发生变化。2.主磁场:以主磁极的轴线对称分布 几何中性线:两相邻主磁极的轴线对称分布,此处B=0; 物理中性线:B=0处的直线位置3.电枢磁场:总是以电刷相接触
12、的换向片相连的导体为界交轴电枢反应磁场:与主磁场垂直4.电枢反应性质电刷在几何中性线时的电枢反应 性质:交轴电枢反应; 作用:使气隙磁场畸变;使气隙磁场削弱;电刷不在几何中性线时的电枢反应 双反应理论:,分直轴和交轴分别分析; 交轴:同; 直轴:根据电机性质不同,有去或助磁作用。34 直流电机的感应电动势和电磁转距一、电枢绕组的感应电动势1 电枢绕组的感应电动势 一条支路的感应电动势(即根导体)2 的计算:(1) 一根导体产生的平均电动势(见P77图327) =lv 式中:Ba = =l = =(2) 一条支路的电动势,即电枢电动势EaEa= =n=n 式中: 每极磁通量 n转速() Ea电枢
13、电动势(V) Ce电动势常数当不计饱和时: 即式中: ; Caf运动电动势常数()二、直流电机的电磁转距1 直流电机的电磁转距全部电枢导体产生的电磁转矩2 Te的计算(1) 一根导体所受点电磁力 favia(2) 全部电枢导体产生的电磁转矩,即直流电机的电磁转矩Bav=Te=Zafav=Zaavlia = Zal Ia/ 2a 式中: 每极磁通量(Wb) ;电枢总电流(A) ; 电磁转矩(N*m); CT转矩常数() 当不计饱和时: 式中:(同运动电动势常数)三、直流发电机和直流电动机的电枢电动势和电磁转矩的比较: :电动势常数性质:电源电动势;与同向性质:反电动势;与方向相反:电磁转矩常数性
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