船舶电气设备及系统-大连海事大学+第05章+直流电机

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1、第5章直流电机§5.1直流电机的工作原理和结构特点§5.2直流电机的励磁方式和运行特性§5.3无刷直流电动机内容简介本章主要内容包括：直流电机的结构特点、工作原理和直流发电机、直流电动机的基本运行特性、无刷直流电动机等。电枢绕组在原动机的拖动下逆时针方向旋转发电机的电动势为电源电动势。电枢中有电流以后,电流与磁场相作用产生电磁转矩。方向与转动方向相反,故称反转矩。1)直流发电机的工作原理§5.1直流电机的工作原理和结构特点5.1.1直流电机的工作原理直流电源电刷换向器线圈电动机的电磁转矩是驱动转矩.在旋转的过程中,电枢线圈也切割磁场而产生电动势,该电动势的方向总是与电流

2、方向相反,故称为反电动势.2)直流电动机的工作原理3)直流电机的电枢绕组和电刷的正确位置直流电机的电枢绕组实际采用分布式线圈结构，每个线圈有两个边，分别置于相距一个磁极极距位置的槽内，即这些线圈沿电枢铁心圆周均匀分布，并通过相应数量的换向片依次串联构成一个闭合回路电刷的位置正确与否,将影响到正负电刷间的电动势E,从而影响到发电机的电压和电动机的转速;同时电刷的位置也影响到电刷下的火花。电刷的正确位置确定电刷正确位置的原则是，使正负电刷间能获得最大电动势电刷放在磁场几何中性线上为了保证电刷的正确位置，通常在刷架与端盖或刷架与定子之间设置了正确装配的“标记”。在运行管理中应

3、经常注意检查，若发现刷架松动或移位，应按“标记”加以校正和固定。5.1.2直流电机的构造换向器的结构5.1.3直流电机的额定值1.额定容量（KW）:是指额定状态下,发电机输出的电功率Pn=UnIn,或电动机轴上输出的机械功率Pn=UnInn;2.额定电压（V）：端电压Un;3.额定电流（A）：发电机输出的或电动机输入的额定电流In;4.额定转速nN：额定状态下的转速;此外,还有绝缘等级和温升、工作制和使用条件等。5.励磁方式及额定励磁电流If(A);按励磁绕组与电枢绕组的连接关系，直流电机可分为：他励（或称它励）、并励、串励和复励4种：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的

4、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。§5.2直流电机的励磁方式和运行特性5.2.1直流电机的励磁方式M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U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）。FFU+–NS电刷换向片IIEE5.2.2直流电机的基本理论CE:与电机结构有关的常数称为电势常数CT:与电机结构有关的常数,称为转矩常数P1:输入的机械功率,P2:输出的电功率

5、,∑P电机内部各种损耗因为E=KeΦn,而Φ与If之间为磁化曲线关系,所以空载特性曲线与磁化曲线相似。1)空载特性剩磁电压Er：励磁电流等于零时的开路电压,约为额定电压的2~5％。当发电机空载(I=0)及保持额定转速不变时,电枢电动势(或空载电压U0)与励磁电流If之间的关系E=f(If)。EEr0If5.2.3直流发电机的运行特性自励发电机靠剩磁建立电压。非线性的空载特性曲线(E=f(If))与线性的场阻线(Rf=E/If)的交点即为自励的稳定电压。电路暂态过程的电压平衡方程EE=IfRfE=f（If）Er0Ifα2)自励发电机的建压条件在稳定交点之前,dIf/dt>

6、0,励磁电流If一直增加。在稳定交点处,E-IfRf=0和dIf/dt=0,If和E都不再变化。3.励磁电路的电阻要适当。自励发电机的自励起压条件:1.发电机要有剩磁；2.励磁电流磁场与剩磁场方向相同；3)外特性在保持并励总电阻和额定转速不变的条件下,发电机的有载端电压与负载电流之间的关系U=f(I)。直流发电机电枢电路的电压平衡方程为（1）他励发电机电枢电流Ia等于负载电流I，只有电枢电阻引起端电压的微小变化（2）并励发电机电枢电流Ia=I+If电枢电阻引起端电压的下降将进一步引起并励电流及感应电动势的减小,电动势的减小,又使电压进一步下降(3)复励发电机电枢电流Ia

7、=I+If复励发电机主磁极上的串励绕组的励磁电流可以是负载电流(短复励)或电枢电流(长复励),复励发电机又分为积复励发电机和差复励发电机。串励与并励磁场方向一致的复励发电机称为积复励发电机串励与并励磁场方相反的复励发电机称为差复励发电机。根据串励绕组对端电压的补偿程度又分为平复励、欠复励和过复励发电机。直流发电机从空载到满载端电压变化的程度用电压变化率表示,即4)电压变化率他励发电机u％≈(5~10)％;并励u％≈(10~30)％;平复励u％=0;欠复励u％>0;过复励u％<0。5)转矩和功率的平衡当发电机稳定运行时,发电机机械