串激电机技术指导.ppt
《串激电机技术指导.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《串激电机技术指导.ppt(68页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1,交直流两用电机资料,小型电机的分类、市场 电机的基本原理 直流电机(共通、关联) 交直流两用电机(单相串励换向器电机) 附录,2,小型电机的分类、市场,3,电机的分类,4,小型电机的分类及定义,小型电机的分类与定义 (除玩具用电机),5,小型电机的生产情况,技術,6,未来预测,技術,7,电机的基本原理,8,交变磁场与旋转磁场,技術,图3.1交变磁场,图3.1旋转磁场,9,力矩的产生原理,图3.5 夫累铭(fleming)左手法则,最基本的电磁力是如图3.5所示的夫累铭左手法则而产生,当磁场B中所置的长度 为l的导体上流通电流I时,载流导体所受的作用力F为: F=IBl,图3.5 夫累铭左手
2、法则,10,电机存在的3种力矩,技術,电磁力中除了导体所受的作用力外,还有铁心及永久磁石所受的作用力,严格 来说,微小部分所受的作用力可用下式(3.13)来表示。,在这里,i:电流密度,B:磁密,H:磁场的强弱,ur:可逆透磁率,J:磁化的强度。 与此式中的3种力矩对对应的有3项,与式(3.13)相同,第1项是载流导体所受 的作用力,在后面会讲到如果绕组向无铁心电机一样全部在磁场中,那么就可以 考虑只有这种力在作用。第2项是铁心表面所受的作用力,在铁心槽内绕线的电机, 基本上是以这种力在作用。第3项是永久磁瓦的磁极所受的作用力,永久磁瓦转子 因为受此力而转动。,11,电机存在的3种力矩,技術,
3、但是,要用此式根据作用点的电磁力直接计算力矩一般是比较困难的,所以通常是使用虚功原理(移动微小距离时的工作与那时的磁场能量变化量是相等)根据积蓄磁气能量Wm的变化,以下式(3.14)为基础进行计算的情况比较多。,气隙面的吸引力(法向力)F是在气隙长度的变化方向X、微分积蓄磁气能量Wm而得出的。旋转力矩(发生力矩)T同样地是在旋转方向、处微分积蓄磁气能量Wm而得出。 这个计算的具体方法就是终章中所示的FEM有限要素法解析。 如上所述,电机中有导体、铁心、永久磁瓦这3个发生力矩的要因。 总之,电机上存在着含磁阻力矩、波动力矩的3种力矩发生要因。,12,法向力与切向力,技術,中所积蓄的能量,X是位移
4、量,这叫做假相位移原理。电机的话,其力的发生是在气隙 面进行的。图(a)是表示气隙附近的概略图,在这里,W是磁气能量,X是旋转角或是气隙长的变化。 作为发生力,与气隙面垂直方向的吸引力Fn(叫做法向力Normal Force)绝对要多,但如图(b)所示的圆筒结构的对称设计时,与上下、左右的气隙面垂直所发生的磁气吸引力相互打消,合成值基本为0。与此相对的,与气隙面平行的成分Ft(切向力Tangential Force)虽然只是法向力的几分之1,但全周积分后的合成值便成了电机的 发生力矩了。,作为一种物理现象的力F、其发生是遵循,的大法则,在这里,W是磁场,法向力与切向力,法向力与切向力,13,电
5、机力矩的2个基本,技術,在这里我们对电机力矩的2个基本做进一步进行思考。 首先,设想一下永久磁石间相互极引和排斥的关系,图3.6中表示定子磁极(上侧S-N2)和转子(下侧N1)的相对相位角和发生力矩的关系。 力矩发生的基本原理是异极相吸、同极相斥,总之让上下磁极中心(磁瓦中心)保持一致而产生力。,图3.5 力矩与相位角度的关系(力矩角),图3.6 N、S磁瓦中心的偏移角与 法向力的关系,14,直流电机(共通、关联),15,直流电机的结构,图4.7 音响机器用微型电机的结构图例,图4.7中的微型电机,罗列其零部件名称:轴、定子磁气机壳、绝缘端 盖、轴承、绕组、转子铁心、整流子、定子永久磁石、碳刷
6、防 震用减震器、环形可调电阻。,16,直流电机的结构,图4.8 有槽标准型DC电机,图4.8中的有槽转子DC电机,其结构包括有槽转子铁心、整流子、转子绕组、 碳刷、 永久磁石。 此结构的特征是,转子绕组与整流子片数做多,从设计上可提高电压,输出可做到几十几百W。,17,直流电机 绕组接线,技術,星形接线与三爪接线 对3槽电机的接线方式进行简单地说明,槽内绕组所产生的感应电压因其绕组的接线方式不同,输给碳刷端子上的电压也会不同。其代表性的接线方式如图4.4的星形接线和三爪接线。,各槽内的绕组感应电压e是相同的,但碳刷间出现的合成电压(a)和(b)是不同的。星形连线图(a)是通过N(称为中性点)将
7、各绕组的一端共同连接,所以碳刷端子上出现的电压就只是2个绕组的和2e,而另一边,三爪接线中端子电压是随着绕组数的增加而增大。,18,碳刷与换向器例,技術,19,直流电机的基本式,技術,(1)直流电机的基本式 基于电磁感应作用电机的一般式是遵循夫累铭左手或是右手法则,所以转速、磁通、力矩、发生电压间的关系式是以基本电压方程式来表现。这不仅仅是限定于直流电机,一般的电机也可通用。 结论是以下列2条式子为基本式。,(4.1)式从电压方程式导出转数n的关系式,kV/rpm是感应电压常数、是电机设计时决定的特有常数,Wb是主磁通量,VV是电源的外加电压,IRV是电路的压降。(4.2)式是发生力矩T的关系
8、式,kT/A是力矩常数。力矩常数与感应电压常数k一样是电机设计的特有常数,发生力矩T基本上是与主磁通量Wb和电流IA的积成比例。,20,直流电机的基本式,技術,另外,电机的输出和输入功率有如下关系式:,(4.3)式中是输出功率的关系式,w.T是旋转角速度wrad/s与力矩TN.m的乘积,这就是机械输出功率。但是,从能量保存的法则上来考虑,机械输出功率与电气输出输率是一样的。这种情况,有效电气输出功率就是电机反电动势(发生电压)Er和电流Io的乘积。这也就可以根据能量保存法则从原理上来证明等效。,21,直流电机的等效电路,技術,图4.5 DC电机的电压等效电路,根据Eo与Er的电压差E(=Eo-
9、Er),这个闭合电路内,流通有E=Eo-Er=Io.R的电流Io。,直流电机的等效电路 机械输出与电气输出功率的等效关系如图4.5所示,Eo是外加电压,Er是电机的反电动势,E是电压差,I.R是电阻部分引起的压降,Io是电路电流。像这样的电路称之为DC电机系统的等效电路。 通常,电源电压Eo与电机的反电动势Er间,有这样的关系:,图4.5 直流电机电压等效电路,22,直流电机的特性,技術,图4.5 直流电机电压等效电路,根据此等效电路,可以理解电机的性能。首先,将DC电机连接到Eu的DC电源上,因为最开始没有旋转,所以Er=0、E=Eo。当全部电压施加到串联电路电抗R上时、流通Ia=Eo/R过
10、大电流,产生很大的力矩。接着,转子的转速开始上升时,电枢绕组内发生反电动势,相应此部分E会减少。最后加速完成,最高转速为恒定状态,如果电机没有损失、那么不要力矩,所以Io.R=0,即Eo=Er、不流通电流。 以上的关系如图4.6所示。这是永久磁石电机中具有代表性的它励式DC电机的一般性能。换言之,也就是可以忽略电枢反作用及铁心的饱和现象时的例子。,图4.5 直流电机电压等效电路,图4.6 永久磁石DC电机的特性图,23,直流电机 转子角度与力矩,技術,24,交直流两用电机,25,交直流两用电机,技術,26,交直流两用电机的分类,技術,27,交直流两用电机的分类,技術,以感应作用补偿,与激磁串联
11、、90相位,28,交直流两用电机的分类,技術,(2)单相并励电动机(single-phase shunt motor) 这种类型如图4.35所示,是指激磁F与电枢A并联的电机。 (3)单相复励电动机(single-phase compound motor) 这种类型如图4.36所示,是指并联的两个激磁F1和F2与电枢A串联在一起的电机。,图4.35 单相并励电动机,图4.36 单相复励电动机,29,交直流两用电机的分类,技術,图4.37 单相排斥电动机,30,交直流两用电机的分类,技術,(5)3相串励电动机、3相并励电动机 这些电机是将单相串励电动机和并励电动机设计成3相绕组结构,例如3相串激
12、电机是如图4.38所示的方式接线。,图4.38 3相串励电动机,31,单相换向器电机的种类,電気工学,32,串激电机的结构,技術,串激电机的结构如图4.39概略图所示,主要部件是定子和转子,各部件的名称如图所示。此图中省略了支撑定子、固定转子轴承的端盖。 串激电机如通常图4.39所示,是2极结构,在2个激磁绕组中间连接电枢绕组。,33,单相串励换向器电动机-结构,資料,34,单相串励换向器电动机-结构,資料,(3)如果增加电枢的匝数,那么电枢的反作用将会变大,所以除了极小输出的电机外,一般会设计成在4.7的5处所学补偿绕线。 (4)由碳刷短路的绕组中,除4.3的4中所学由电抗产生的感应电动势以
13、外,因主磁通量的交变,还会感应出受变压器作用的电动势,导致短路电流变大,整流困难。为了改善此问题,采用接触抵抗相对较大的碳刷。另外,在大型电机上设立补极、或是在电枢绕组和换向器片之间使用高电阻的导线连接,以限制短路电流。,35,为何可AC、DC两用?,技術,串激电机的工作原理基本上与直流电机完全相同。但是,直流电机是主激磁 由永久磁石作成、有一定的方向,而串激电机是由激磁绕组形成,其方向及强度 随时间的变化而不同。这两种电机都是基于夫雷铭左手法则、受永久磁石或激磁 绕组形成的磁场与电枢绕组中的电流的相互作用,从而得到一定方向的转矩。,36,为何可AC、DC两用?,技術,37,为何可AC、DC两
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电机 技术指导
链接地址:https://www.31doc.com/p-3097913.html