电机学详细讲解带计算公式

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1、第七章直流电机第七章直流电机§7.1概述§7.2工作原理§7.3电枢电动势及电压平衡关系§7.4电磁转矩§7.5机械特性§7.6直流电动机的调速§7.7直流电动机的使用和额定值§7.1概述与异步电动机相比,直流电动机的结构复杂,使用和维护不如异步机方便,而且要使用直流电源。直流电机的优点:(1)调速性能好:调速范围广,易于平滑调节。(2)起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。(3)易于控制。应用:(1)轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。(2)用蓄电池做电源的地方,如汽车、拖

2、拉机等。(3)家庭:电动缝纫机、电动自行车、电动玩具§7.2工作原理一、工作原理U+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II注意:换向片和电源固定联接,线圈无论怎样转动,总是上半边的电流向里,下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则,通电线圈在磁场的作用下,使线圈逆时针旋转。FFU+–NS电刷换向片IIFFU+–NS电刷换向片IIEE由右手定则,线圈在磁场中旋转,将在线圈中产生感应电动势,感应电动势的方向与电流的方向相反。直流发电机用右手定则判感应电动势Ea的方向U+–NSEEIa电枢绕组电阻Ra

3、感应电动势输出电压二、直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成。机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构1.转子(又称电枢)由铁芯、绕组(线圈)、换向器组成。2.定子定子的分类:永磁式:由永久磁铁做成。励磁式:磁极上绕线圈,然后在线圈中通过直流电,形成电磁铁。励磁的定义:磁极上的线圈通以直流电产生磁通,称为励磁。根据励磁线圈和转子绕组的联接关系,励磁式的直流电机又可细分为:他励电动机:励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机:励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机:励磁线圈与转子电枢串联

4、接到同一电源上。复励电动机:励磁线圈与转子电枢的联接有串有并,接在同一电源上。M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U§7.3电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后,产生电磁转矩,使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动,又会在线圈中产生感应电动势(用E表示)。一、电枢中的感应电动势FFU+–NS电刷换向片IIEE根据右手定则知,E和原通入的电流方向相反,其大小为:KE:与电机结构有关的常数n:电动机转速:磁通单位:(韦伯),n(转/每分),E(伏)FFU+–NS电刷换向片IIEE二、电枢

5、绕组中电压的平衡关系因为E与通入的电流方向相反,所以叫反电势。U:外加电压Ra:绕组电阻MRaIaE+–+–U以上两公式反映的概念:(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比,若想改变E,只能改变或n。(2)若忽略绕组中的电阻Ra,则,可见,当外加电压一定时,电机转速和磁通成反比,通过改变可调速。§7.4电磁转矩KT:与线圈的结构有关的常数(与线圈大小,磁极的对数等有关):线圈所处位置的磁通Ia:电枢绕组中的电流一、电磁转矩单位:(韦伯),Ia(安培),T(牛顿米)由转矩公式可知:(1)产生转矩

6、的条件:必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电机旋转的方向:改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向。二、转矩平衡关系电磁转矩T为驱动转矩,在电机运行时,必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡,即TL:负载转矩T0:空载转矩转矩平衡过程:当负载转矩(TL)发生变化时,通过电机转速、电动势、电枢电流的变化,电磁转矩自动调整,以实现新的平衡。例:设外加电枢电压U一定,T=TL+T0(平衡),这时,若TL突然增加,则调整过程为:与原平衡点相比,新的平衡点:Ia、P入TLnEIaT最后达到新的平衡点。机

7、械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系,下边以他励和串励电机为例说明。他励电动机和并励电动机的特性一样。§7.5机械特性一、他励电动机的机械特性即:其中,M他励UfIfIaUn0:理想空载转速,即T=0时的转速。(实际工作时,由于有空载损耗,电机的T不会为0。)当T时n,但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小,所以在负载变化时,转速n的变化不大,属硬机械特性。根据n-T公式画出特性曲线n0nNTNTnn其中,串励的特点:励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。二、串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比,即

8、=KIa,则据此公式做出T-n曲线nTM串励UIa(1)T=0时,在理想情况下,n。但实际上负载转矩不会为0,不会工作在T=0的状态,但空载时T很小,n很高。串励不允许空载运行,以防转速过高。串励特性:(2)随转矩的增大,n下降得很快,这种特性属软机械特性。nT(2)恒功率负载(P一定时,T和n成反比),要选软特性电机拖动。如:电气机车等。直流电动机特性类型的选择:(1)恒转矩的生产机械(TL一定,和转速无关)要选硬特

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