电气工程概论直流电机.pptx

第四节第四节 电机学电机学(直流部分直流部分)一、概述一、概述 电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，实现电能和电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，实现电能和机械能相互转化的电磁装置。机械能相互转化的电磁装置。按按照照电电机机的的用用途途分分类类：可可分分为为发发电电机机、电电动动机机和和控控制制电机。电机。按照电机的电流类型分类：可以分为直流电机和交流按照电机的电流类型分类：可以分为直流电机和交流电机，其中交流电机可以分为同步电机和异步电机。电机，其中交流电机可以分为同步电机和异步电机。按照电机的相数分类：可以分为单相电机和多相电机，按照电机的相数分类：可以分为单相电机和多相电机，如单相交流电机和最常见三相电机。如单相交流电机和最常见三相电机。按照电机的大小尺寸、容量分类：有大、中、小和微按照电机的大小尺寸、容量分类：有大、中、小和微型电机。型电机。二、直流电机二、直流电机 (一一)直流发电机工作原理直流发电机工作原理 (二二)直流电动机工作原理直流电动机工作原理 （1 1）电机的可逆原理：直流电机可作为发电机运行，也可作）电机的可逆原理：直流电机可作为发电机运行，也可作为电动机运行。为电动机运行。（2 2）换向器的作用是实现电枢线圈内的交流电动势、电流与）换向器的作用是实现电枢线圈内的交流电动势、电流与电刷的直流电压、电流之间的转化。电刷的直流电压、电流之间的转化。(三三)直流电机的结构直流电机的结构 直流电机主要包括转子和定子两大部分。转子是电机直流电机主要包括转子和定子两大部分。转子是电机的转动部分，定子是电机的静止部分。的转动部分，定子是电机的静止部分。1 1 定子：用来产生磁场和作为电机的机械支架，主要包括定子：用来产生磁场和作为电机的机械支架，主要包括主磁极、换向极、机座和电刷装置。主磁极、换向极、机座和电刷装置。2 2 转子：也称为电枢，用来产生感应电动势和电磁转矩，转子：也称为电枢，用来产生感应电动势和电磁转矩，实现能量的转换。主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、实现能量的转换。主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等。转轴和风扇等。(四四)直流电机的励磁直流电机的励磁 直流电机的励磁方式分为永磁体励磁、电机本体励磁直流电机的励磁方式分为永磁体励磁、电机本体励磁（并励、串励和复励）、其他电源励磁三种。（并励、串励和复励）、其他电源励磁三种。(五五)直流电机中的感应电动势直流电机中的感应电动势 其中其中p p为极对数，为极对数，N N为电枢绕组的总导体数，为电枢绕组的总导体数，a a为支路对为支路对数，数，为每极主磁通，为每极主磁通，n n为电机转速。为电机转速。(六六)直流电机的电动势平衡方程直流电机的电动势平衡方程 1 1 直流发电机的电动势方程直流发电机的电动势方程 2 2 直流电动机的电动势方程直流电动机的电动势方程 (七七)直流电机的电磁转矩直流电机的电磁转矩 (八八)直流电机损耗和功率平衡直流电机损耗和功率平衡 1 1 直流电机损耗分类直流电机损耗分类 （1 1）机械损耗）机械损耗p pmecmec，主要由轴承间的磨擦和电刷与换向器间，主要由轴承间的磨擦和电刷与换向器间的摩擦产生。的摩擦产生。（2 2）铁芯损耗）铁芯损耗p pFeFe，由电枢铁芯产生的涡流损耗和磁滞损耗。，由电枢铁芯产生的涡流损耗和磁滞损耗。（3 3）励磁损耗）励磁损耗p pf f，由励磁绕组电阻产生的损耗。，由励磁绕组电阻产生的损耗。（4 4）负载损耗）负载损耗p pa a，电枢绕组的电阻损耗等。，电枢绕组的电阻损耗等。（5 5）杂散损耗）杂散损耗p padad。2 2 直流电机的功率平衡方程直流电机的功率平衡方程 （1 1）直流发电机的功率平衡方程）直流发电机的功率平衡方程 直流发电机的效率直流发电机的效率 （2 2）直流电动机的功率平衡方程）直流电动机的功率平衡方程 (九九)直流发电机的特性直流发电机的特性 1 1 空载特性空载特性:发电机当发电机当n n为常值，为常值，I I=0A=0A时时,发电机空载端电发电机空载端电压压U U0 0与励磁电流与励磁电流I If f之间的函数关系。之间的函数关系。2 2 负载特性负载特性:发电机发电机n n为常值，为常值，I0AI0A时，发电机端电压时，发电机端电压U U与与励磁电流之间的函数关系。励磁电流之间的函数关系。3 3 外特性外特性:发电机当发电机当n n为常值，为常值，I If f为常值时为常值时,发电机电压发电机电压U U与与输出电流输出电流I I之间的函数关系。之间的函数关系。4 4 调节特性调节特性:发电机发电机n n为常值，为常值，U U为常值时，励磁电流为常值时，励磁电流I If f与输与输出电流出电流I I之间的函数关系。之间的函数关系。(十十)直流电动机的机械特性和调速直流电动机的机械特性和调速 1 1 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性:电机励磁电流电机励磁电流I If f恒定且电恒定且电枢端电压一定时，电机转速与电磁转矩之间的函数关系。枢端电压一定时，电机转速与电磁转矩之间的函数关系。其中其中 （1 1）固有机械特性：当电动机端电压额定）固有机械特性：当电动机端电压额定U U=U UN N，每极气隙，每极气隙励磁磁通额定励磁磁通额定N N，电枢回路无串接电阻，电枢回路无串接电阻(R Rstst0)0)时的时的机械特性。机械特性。（2 2）人为机械特性：在固有机械特性的基础上，主要分析）人为机械特性：在固有机械特性的基础上，主要分析改变电枢回路串接电阻、改变端电压和改变励磁磁通三种改变电枢回路串接电阻、改变端电压和改变励磁磁通三种情况下的人为机械特性。情况下的人为机械特性。1 1）电枢回路串接电阻的人为机械特性：）电枢回路串接电阻的人为机械特性：2 2）改变电枢端电压的人为机械特性：）改变电枢端电压的人为机械特性：3 3）改变气隙磁通）改变气隙磁通的人为机械特性的人为机械特性(R Rstst0)0)：2 2 他励直流电动机的调速他励直流电动机的调速（1 1）串电阻调速）串电阻调速优点：实现简单，适用于低速短时运行的拖动装置。优点：实现简单，适用于低速短时运行的拖动装置。缺点：机械特性软，静差率大；转速调节范围小，只能低于缺点：机械特性软，静差率大；转速调节范围小，只能低于额定转速调节；串接电阻消耗功率；只能实现有级调速。额定转速调节；串接电阻消耗功率；只能实现有级调速。（2 2）调压调速）调压调速优点：机械特性硬度不变；励磁电流额定时，可实现恒转矩优点：机械特性硬度不变；励磁电流额定时，可实现恒转矩调速；调速范围宽，可实现无级调速；调速过程能量损耗调速；调速范围宽，可实现无级调速；调速过程能量损耗小。小。缺点：需要调压电源；只能低于额定转速调节；随电压降低缺点：需要调压电源；只能低于额定转速调节；随电压降低静差率增大。静差率增大。（3 3）弱磁调速（恒功率调速）弱磁调速（恒功率调速）优点：控制方便，调速平滑，经济性好。优点：控制方便，调速平滑，经济性好。缺点：调速范围窄，受电机机械强度和换向火花的限制，转缺点：调速范围窄，受电机机械强度和换向火花的限制，转速不可太高，要防止电机飞车的现象发生。速不可太高，要防止电机飞车的现象发生。(十一十一)直流电机的额定值直流电机的额定值 （1 1）额定功率）额定功率P PN N：对于直流发电机，指电机输出的功率；：对于直流发电机，指电机输出的功率；对于直流电动机，指电机输出的机械功率。对于直流电动机，指电机输出的机械功率。（2 2）额定电压）额定电压U UN N：电机额定运行时的输入或输出电压。：电机额定运行时的输入或输出电压。（3 3）额定电流）额定电流I IN N：电机额定运行时能承受的电流。：电机额定运行时能承受的电流。（4 4）额定转速）额定转速n nN N：电机额定运行时的转子转速。：电机额定运行时的转子转速。（5 5）额定励磁电压）额定励磁电压U UfNfN：保证电机额定运行的励磁绕组所需：保证电机额定运行的励磁绕组所需的电压。的电压。已知某直流电机额定工况下其转速已知某直流电机额定工况下其转速 n=1000r/min，电枢开路电动势，电枢开路电动势 Ea=110V，扭矩，扭矩 T=250Nm，请估算其额定电枢电流请估算其额定电枢电流Ia。计算题：