电机与电力拖动基础教程第2章(2.1~2.3)课件.ppt

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1、电机原理与拖动基础下页主讲人：包蕾宁波工程学院第2章直流电机直流电机的基本工作原理2.1直流电机的结构2.2直流电机的铭牌数据2.3下页直流电机的空载磁场2.4直流电机的电枢绕组2.5直流电机的负载磁场及电枢反应2.6感应电动势和电磁转矩的计算2.7直流发电机2.8直流电动机2.9直流电机的换向2.10本章重点直流电机工作原理，直流电机的组成及各部件的作用，铭牌数据意义励磁方式、电枢反应、换向的概念、绕组的并联支路对数，电枢电势、电磁转矩物理意义及计算方法。直流发电机电势、功率和转矩平衡方程式及计算，运行特性分析。直流电动

2、机电势、功率和转矩平衡方程式及计算，工作特性。下页下页上页返回2.1直流电机的基本工作原理机电能量关系直流电机（dcmachines）是将机械能转换为直流电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机(dcgenerators)。把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机(dcmotor)。直流发电机的工作原理是建立在电磁感应定律基础上的。（下面用简单直流电机模型来说明工作原理）2.1.1直流发电机的基本工作原理下页上页返回直流发电机的基本工作原理给励磁绕组(theexcitingwin

3、ding)通入直流电，使在空中固定不动的主磁极呈现上为N极、下为S极（主磁极也可以是永久磁铁做成）。在N和S极之间有电枢，电枢铁芯上安放着由A和X两根导体组成的电枢线圈，线圈的首端（a）和末端（x）分别连在两个相互绝缘的半圆形铜质换向片上，换向片形成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，且与转轴绝缘。换向片上安放着一对固定不动的电刷A和B，电刷能与外电路连接。下页上页返回气隙磁密分布气隙磁密分布波形图下页上页返回定子、转子和气隙定子(stator)在空中固定不动的部分（主磁极、电刷等）称为定子。转子(rotor)随转轴转动

4、的部分（线圈、电枢铁芯、换相器等）称为转子（或称电枢(armature)）气隙(airgap)定、转子之间有一空隙，称为气隙。下页上页返回当原动机带动电枢逆时针方向旋转时导体切割磁力线，根据电磁感应定律，导体内产生感应电势，大小：e=Bxlv（V）其中：Bx——导体所在处的磁通密度（Wb/m2）,l——导体的有效长度（m），v——导体的线速度（m/s）。发电机工作情况下页上页返回感应电势方向感应电势方向由右手定则判定：伸开右手使大拇指与四指呈90°，当磁力线指向手心，大拇指指向导体运动方向，则四指的指向为导体中感应电势方向

5、。下页上页返回分析ωt=0°时，a端为☉，与之相接触的电刷A为+;x端为⊕，与之相接触的电刷B为-；下页上页返回当电枢旋转了180°后，即ωt=180°时，X端旋转到N极下，X端为☉，与之相接触的电刷B1为+;A端旋转到S极下，A端为⊕,与之相接触的电刷B2为-；下页上页返回线圈ax电动势的波形eax下页上页返回换向器作用CommutatorAction从分析中可得出：N极下导体电势指向纸外，电刷A总为+；S极下导体电势指向纸内，电刷B总为-，不难看出，线圈中的电势是交流电势，而通过换向器的作用，使电刷间的电势为直流电势。

6、电刷A与B间的电动势波形图eAB下页上页返回换向器和电刷作用(brush)换向器和电刷的共同作用：①将线圈中的交流电势整流成刷间的直流电势；②把转动的电路与外面不转的电路连接。从刷间电势波形看，电势脉动很大，为了减小电势的脉动程度，实际电机采用很多元件组成电枢线圈，均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接，刷间串联元件数增多，脉动减小，就得到所需的直流电。（a）单匝线圈电势；（b）电刷间输出电势下页上页返回2.1.2直流电动机的基本工作原理将直流电加到电刷上（A为+、B为-），线圈ax上就有电流通过（a端为⊕、x端为☉），根据

7、电磁力定律，载流导体在磁场中要受力，大小为：f=BxlI（N），其中I为流过导体中的电流（A），方向由左手定则确定，伸开左手使大拇指与四指呈90°，当磁力线指向手心，四指的指向为导体中电流方向，则大拇指指向导体受力方向。下页上页返回直流电机换向器将外部电刷间的直流电变成了内部线圈中交替变化的电流;把外面不转的电路与转动的电路连接。图中电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边处在N极下，还是S极下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁力矩，从而使转子获得了一个固定方向的电磁转矩。换向器和电刷的共同作用是：下页上页返回直流电机的工作原

8、理仅仅揭示了如何利用基本电磁规律以实现机电能量转换的道理，但是要将其付诸应用，直流电机必须具有能满足电磁和机械两方面要求的合理的结构型式。直流电机的结构型式是多种多样的。下页上页返回直流电机包括定子（静止部分）、转子（转动部分或称电枢）两大部分；静止部分和转动部分有一个确定的空气间隙(称气隙)，是主磁路