船舶电力拖动Ⅰ 电机及拖动 教学课件 作者 宋谦 1.1.ppt

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1、船舶电力拖动Ⅰ(电机与拖动)武汉船舶职业技术学院宋谦第一章直流电机的原理本章首先介绍直流电机的工作原理和基本结构，接着分析直流电机的电枢绕组和电枢反应，导出直流电机的电磁转矩和感应电动势公式，然后列出直流电机的基本方程式，并分别分析直流发电机和直流电动机的稳态运行性能，最后简要介绍换向问题。在电力拖动系统中，将直流电能转换成机械能的旋转电机称为直流电动机，而直流发电机是将机械能转换为直流电能的旋转电机。直流电动机具有很多优点：过载能力强，启动转矩大，制动转矩大；直流电动机调速性能比交流电动机的调速性能好，调速范围广，调速的平滑性好，调速方式易于控

2、制，调速装置可靠性高，并且调速时损耗小，经济性好。所以，直流电动机被广泛地应用在电力机车、无轨电车、轧钢机、机床和各种起重设备中。直流发电机供电质量较好，常常作为中小型同步发电机的励磁电源和一些化学工业中的直流电源。但与交流电机相比，直流电机的结构复杂、成本较高、可靠性稍差，使它的应用受到限制。随着电力电子技术的发展，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被逐步取代的趋势。尽管如此，研究直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。第一节直流电机的工作原理直流电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，它能使绕组在气隙磁场中旋转感生

3、出交流电动势，并依靠换向装置，将此交流电变为直流电。其产生交流电的物理根源在于，电机中存在磁场和与之有相对运动的电路，即气隙磁场和绕组。旋转绕组和静止气隙磁场相互作用的关系可通过电磁感应定律和电磁力定律来分析。根据电磁感应定律，在恒定磁场中，当导体切割磁场磁力线时，导体中将感应电动势。如果磁力线、导体及其运动方向三者互相垂直，则导体中产生的感应电动势的大小为(1—1)式中，B为磁感应强度，单位为T；为导体切割磁力线的有效长度，单位为m；为导体切割磁场的线速度，单位为m／s；为导体感应电动势，单位为V。依据电磁力定律，当磁场与载流导体相互垂直时，如

4、图1—1(a)所示，作用在载流导体上的电磁力为(1—2)式中，为载流导体中电流，单位为A；为电磁力，单位为N。电磁力的方向用左手定则确定，如图1—1(b)所示。图1—1载流导体在磁场内受到的电磁力及左手定则一、直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理是基于导体切割磁力线感应电动势的基本原理。但要将绕组中感应的交流电动势变为外电路的直流电动势，则需要经过一套机械整流装置，即换向片和电刷。直流发电机的工作原理如图1—2所示。图中N、S是固定的磁极，abcd是旋转电枢铁心上的某个线圈，线圈的两个出线端分别接到互相绝缘的两个换向片1、2上，换向片固定在转

5、轴上，随转轴一起转动，电刷A、B固定不动，并与换向片接触将线圈与外电路的负载接通。图1—2直流发电机工作原理(a)导体ab和cd分别处在N极和S极下时；(b)导体cd和ab分别处在N极和S极下时当原动机拖动发电机的电枢线圈按逆时针方向旋转时，即线圈abcd按逆时针方向旋转，此时线圈将切割磁场感应电动势，根据右手定则，可确定ab导体中感应的电动势方向为由b指向a，dc导体中感应电动势的方向为由d指向c，于是，在外电路闭合的情况下，电流将沿a—1—A—灯—B—2—d—c—b—a的方向流通，如图1—2(a)所示。当线圈abcd随电枢转过半周时，如图1—

6、2(b)所示，此时dc处于N极下，ab处于S极下，则dc导体中感应电动势的方向变为由c指向d，ab导体中感应电动势的方向变为由a指向b；并且此时电刷A将与换向片2接触，而电刷B将与换向片1接触。于是，此时电流的通路为d—2—A—灯—B—1—a—b—c—d。由此可见，电枢线圈abcd旋转半周，线圈中的感应电动势就改变一次方向，但由电刷AB导出的电动势仍保持原来的方向。这说明直流电机的内部虽然是交流，但对外电路而言是直流。只有一个线圈的直流发电机，电刷间所得的电动势是脉动电动势。实际上直流电机的电枢上有许多线圈，这样，由电刷导出的电动势的脉动情况会缓

7、和许多，从而得到脉动较小的直流电动势。总之，在直流发电机的上述工作过程中，电刷A所引出的电动势始终是切割N极磁场导体的电动势，它始终具有正极性；而电刷B所引出的电动势始终是切割S极磁场导体的电动势，它始终具有负极性。因此，在电刷两端可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。二、直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理是基于载流导体在磁场中受力产生电磁力形成电磁转矩的基本原理。但要获得恒定方向的转矩，需将其外电路的直流电流变为绕组中的交流电流，即同样需要机械整流装置。直流电动机的基本结构与直流发电机相同，如图1—3所示，此时A、B电刷接在直流电

8、源上，电机的轴上带着被拖动的负载。图1—3直流电动机的工作原理(a)起始位置；(b)转过半周时的位置当直流电流从电刷A流人，经换向片1、