电机学第三章

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1、3.3 直流直流电机的感电机的感应电动势应电动势和电磁转和电磁转矩矩3.4 直流电机直流电机的基本方程的基本方程3.5 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性绪论绪论3.2 空载空载和负载时和负载时直流电机直流电机的磁场的磁场3.1 直流直流电机的工电机的工作原理和作原理和基本结构基本结构第三章第三章 直流电机的稳态分析直流电机的稳态分析葛宝明葛宝明 博士博士 教授教授北京交通大学电气工程学院北京交通大学电气工程学院 直流电机是电机的主要类型之一。直流直流电机是电机的主要类型之一。直流电机自身有着显著的电机自身有着显著的优点优点，但与交流电机相，但与交流电机相比自身又有着比自身又有着缺点缺点

2、。近年来，与电力电子装。近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值值! 本章主要内容本章主要内容 1.直流电机的工作原理和基本结构直流电机的工作原理和基本结构 2.接着说明电机的磁动势和磁场接着说明电机的磁动势和磁场 4.并分析直流电动机的稳态运行性能并分析直流电动机的稳态运行性能3.导出电机的电动势和电磁转矩公式导出电机的电动势和电磁转矩公式3.1 3.1 直流电机的工作原理和基本结构直流电机的

3、工作原理和基本结构一、直流电机的工作原理一、直流电机的工作原理 1、直流电机的构成、直流电机的构成 （如图如图31, page81）表示一台直流电机。）表示一台直流电机。 固定部分（定子）：主磁极固定部分（定子）：主磁极N和和S、电刷、电刷. 旋转部分（转子）：电枢铁心、换向器、旋转部分（转子）：电枢铁心、换向器、 电枢绕组电枢绕组AX(一个线圈一个线圈). 定子与转子之间为气隙。定子与转子之间为气隙。2 2、直流发电机的工作原理、直流发电机的工作原理 发电机：虽然线圈发电机：虽然线圈AX电动势电动势是交流电动势，但由于换向器的整是交流电动势，但由于换向器的整流作用，电刷、间的输出电动势却流作

4、用，电刷、间的输出电动势却是直流电动势。是直流电动势。（图图3-2 a，图图3-2b）3、直流电动机的工作原理、直流电动机的工作原理 电动机：在直流电动机中，外电动机：在直流电动机中，外加电压并非直接加于线圈，而是通加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈上的。过电刷和换向器再加到线圈上的。所以，导体中的电流将随其所处磁所以，导体中的电流将随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向，极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终保持不从而使电磁转矩的方向始终保持不变变。4、脉动的减小、脉动的减小 电刷上的电动势为串联电动势电刷上的电动势为串联电动势 之和。之和。电枢绕组由多个

5、线圈串联而构成。电枢绕组由多个线圈串联而构成。 实现方法：实现方法：二、直流电机的二、直流电机的基本结构基本结构1、主磁极、主磁极 构成：构成：主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。 2、机座、机座 构成：构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。作用：作用：建立主磁场。建立主磁场。作用：作用：1、主磁路的一部分；、主磁路的一部分；2、电机的结构框架。、电机的结构框架。3、电枢铁心、电枢铁心 作用：作用：1、主磁路的一部分；、主磁路的一部分；2、电枢绕组的支撑部件。、电枢绕组的支撑部件。 构成：构成：一般用厚一般用厚0.5且冲有齿、槽

6、的且冲有齿、槽的 DR530或或DR510的硅钢片叠压的硅钢片叠压 夹紧而成夹紧而成 4、电枢绕组、电枢绕组作用：作用：直流电机的电路部分。直流电机的电路部分。 构成：构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下层以及线圈与电枢铁心间要妥善地上下层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。绝缘，并用槽楔压紧。5、换向器、换向器作用：作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。整流（发电机）或逆变（电动机）。构成：构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间用片间用V形云母绝缘，两端形云母绝缘，两端再用两个再用两个V形环夹紧而构

7、成。形环夹紧而构成。6、电刷装置、电刷装置作用：作用：电枢电路的引出（或引入）装置。电枢电路的引出（或引入）装置。构成：构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。电刷、刷盒、刷杆和连线等。三、三、 励磁方式励磁方式 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。直流电机按励磁方式可分：直流电机按励磁方式可分：他励他励自励自励7、换向极、换向极 作用：作用：改善换向。改善换向。 构成：构成：亦由铁心和绕组组成。亦由铁心和绕组组成。 复励式复励式( 图图d)： 装有两个励磁绕组，一为与电枢并联的装有两个励磁绕组，一为与电枢并联的1、他励式、他励式其励磁绕组由其他电源供电，其励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连

8、励磁绕组与电枢绕组不相连。2、自励式、自励式发电机发电机 ：利用自身发出的电流励磁；：利用自身发出的电流励磁； 电动机电动机 ：励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。：励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。并励式并励式( 图图b) ： 励磁绕组与电枢绕组并联；励磁绕组与电枢绕组并联； 串励式串励式( 图图c) ： 励磁绕组与电枢绕组串联；励磁绕组与电枢绕组串联； 并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。fIaEaRaIU四四 、直流电机的额定值、直流电机的额定值直流电机的额定值有：直流电机的额定值有：（1）额定功率：额定功率：指电机在铭牌规定的额定状态下运指电机在铭牌规

9、定的额定状态下运 对电动机，额定功率是指输出的机械功率；对电动机，额定功率是指输出的机械功率； 对发电机，额定功率是指输出的电功率。对发电机，额定功率是指输出的电功率。行时，电机的输出功率，以行时，电机的输出功率，以kW表示。表示。（2）额定电压：额定电压：指额定状态下电枢出线端的电压，以指额定状态下电枢出线端的电压，以V表示。表示。（3）额定电流：额定电流：指电机运行在时，电机的线电流，以指电机运行在时，电机的线电流，以A表示。表示。（4）额定转速：额定转速：指额定状态下运行时转子的转速，以指额定状态下运行时转子的转速，以r/min表示。表示。（5）额定励磁电压额定励磁电压 （仅对他励电机）

10、。（仅对他励电机）。3.2 3.2 空载和负载时直流电机的磁场空载和负载时直流电机的磁场一一 、空载时直流电机的磁场、空载时直流电机的磁场(图形图形) pD 2：空载时的主磁极的磁通：空载时的主磁极的磁通：a) 主磁通：通过气隙，并形成气隙磁场。主磁通：通过气隙，并形成气隙磁场。b) 主极漏磁通主极漏磁通极矩：极矩：二二 、负载时的电枢磁动势和电枢反应（介绍）、负载时的电枢磁动势和电枢反应（介绍）电枢反应：负载时电枢磁动势对主极磁场的影响电枢反应：负载时电枢磁动势对主极磁场的影响1、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应影响：影响：1）、引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁密等于

11、）、引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁密等于 零的位置（物理中性线）偏离几何中性线，零的位置（物理中性线）偏离几何中性线， 2）、不计饱和时，交轴电枢反）、不计饱和时，交轴电枢反 应既无增磁、亦应既无增磁、亦 无去磁用无去磁用; 计及饱和时，交轴电枢反应具有一定的去计及饱和时，交轴电枢反应具有一定的去 磁作用。磁作用。2、直轴电枢磁动势和直轴电枢反应、直轴电枢磁动势和直轴电枢反应发电机：电刷顺电枢旋转方向移动，电枢反应为去磁；发电机：电刷顺电枢旋转方向移动，电枢反应为去磁； 电刷逆电枢旋转方向移动，电枢反应为增磁。电刷逆电枢旋转方向移动，电枢反应为增磁。电动机：与发电机的情况相反。电动机：与发电机