電機與拖動技術(大連理工大學課件和答案)第1章

1、1.1直流電機的結構與工作原理1.2直流電機的電樞繞組1.3直流電機的銘牌數據及主要系列,第一章 直流電機的結構與工作原理,,主磁極,換向磁極,電刷裝置,機座,端蓋,,電樞鐵芯,電樞繞組,換向器,轉軸,軸承,1.1直流電機的結構與工作原理1.1.1直流電機的主要結構,圖1-2 直流電機的正剖面圖1．極靴 2．電樞齒 3．電樞槽 4．主磁極 5．勵磁繞組 6．機座（磁軛） 7．換向極 8．換向極繞組 9．電樞繞

2、組 10．電樞鐵芯 11．底腳,,圖1-3 換向極結構1．換向極鐵芯 2．換向極繞組,圖1-4 電刷盒裝配1．刷盒 2．電刷 3．銅絲辮 4．壓緊彈簧,圖1-5 電樞鐵芯沖片,,圖1-6 直流電機換向器,,圖1-6 直流電機換向器,1.1.2 直流電機的基本原理,1、直流發(fā)電機工作原理,右圖為直流發(fā)電機的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉導磁圓柱體上的線圈，線圈連同導磁圓柱體稱為電機的轉子或電樞。線圈

3、的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉的換向片上。轉子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。,當原動機驅動電機轉子逆時針旋轉 后 ，如右圖。,可見，和電刷A接觸的導體總是位于N極下，和電刷B接觸的導體總是位于S極下。,導體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導體cd在N極下，c點低電位，d點高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負。,可見，和電刷A接觸的導體總是位于N極下，和電

4、刷B接觸的導體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。,實際直流發(fā)電機的電樞是根據實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵芯表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構成電機的電樞繞組。磁極也是根據需要N、S極交替旋轉多對。,2、直流電動機工作原理,把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負極。此時電樞線圈中將電流流過。如右圖。,直流電動機是將電能轉變成機械能的旋轉機械。,在

5、磁場作用下，N極性下導體ab受力方向從右向左，S 極下導體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉矩。當電磁轉矩大于阻轉矩時，電機轉子逆時針方向旋轉。,原N極性下導體ab轉到S極下，受力方向從左向右，原S 極下導體cd轉到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉。,當電樞旋轉到右圖所示位置時,同直流發(fā)電機相同，實際的直流電動機的電樞并非單一線圈，磁極也并

6、非一對。,電樞繞組是直流電機的核心部分。無論是發(fā)電機還是電動機，感應電動勢和電磁轉矩都在電樞繞組中產生，電樞繞組是實現機電能量轉換的樞紐，電樞繞組的名稱由此而來，并為此把直流電機的轉子稱為電樞。,1.2直流電機的電樞繞組 1.2.1基本知識,繞組元件 稱構成繞組的線圈為繞組元件，是用絕緣銅線繞制的。元件的開始端頭稱首端，終了端頭稱末端。嵌放在電樞鐵芯槽中的直線部分稱有效邊，連接兩個有效邊的部分稱為端接部分。一個元件可以是單匝或多匝

7、。,直流電機電樞繞組是雙層的，即每個槽分上下兩層嵌放元件有效邊。每個元件的一個邊嵌放在一個槽子的上層，另一個邊嵌放在另一個槽子的下層,線圈數、槽數、換向片數的關系：元件數等于換向片數等于槽數，即 S=K=Z式中 S —元件數； K—換向片數； Z—電樞實際槽數。,,疊繞組和波繞組 疊繞組是指相串聯的后一個元件端接部分緊疊在

8、前一個元件端接部分的上面，整個繞組成褶疊式前進；波繞組是指相串聯的兩個元件像波浪式的前進如圖所示,1.2.2電樞繞組的節(jié)距,1．極距 極距就是一個磁極在電樞表面的空間距離,,2 ．第一節(jié)距y1 第一節(jié)距是指一個線圈兩有效邊之間在電樞表面上的跨距，以槽數表示，如圖1—10所示。由于線圈邊要放入槽內，所以應是整數。而為了讓組能感應出最大的電動勢，應使接近或等于極距。為了節(jié)省銅線及其工藝的方便，一般采用短距或整距繞組。3．第二節(jié)距y2

9、 它是指相串聯的兩個相鄰線圈中，第一個線圈的下層邊與相鄰的第二個線圈的上層邊之間的距離，用槽數表示。4．換向片節(jié)距yk 線圈的兩端所連接的換向片之間距離，用該線圈跨過的換向片數來表示。5．合成節(jié)距y 它是指相串聯的兩個相鄰線圈對應的有效邊之間的距離，用槽數表示。,,單疊繞組是指元件的首端和末端分別接到相鄰的兩片換向片上，下一個元件疊在前一個元件之上。,繪制展開圖的步驟是：第一步：計算繞組的各節(jié)距。包括、y、y1。第二步：畫

10、槽、畫元件，按順序編號。每槽用兩條短線表示，實線表示上層，虛線表示下層。注意：實線上的標號既表示槽號又表示元件號，同時還表示該元件的上層邊所在的位置。第三步：畫換向片，按順序編號。用小方塊代表各換向片，換向片與電樞同周長，換向片的編號也是按順序從左向右并以第一元件上層邊所連接的換向片作為第一換向片號。第四步：排列、連接繞組。根據各節(jié)距按規(guī)律排列連接。第五步：放置主磁極。主磁極應N、S極交替地、均勻地放置在各槽之上，每個磁極的寬度約

11、為0.7倍的極距。第六步：安放電刷。在展開圖中，直流電機的電刷置于磁極中心線下，電刷大小與換向片相同，電刷數與主磁極數相同。在實際生產過程中，直流電機電刷的位置是通過實驗方法確定的。,1.2.3單疊繞組,〔例〕 已知一臺直流電機，2p=2，S=K=Z=8，畫出單疊繞組展開圖。解：計算繞組的各節(jié)距：極距： 第一節(jié)距 ： 合成節(jié)距 ： y=yk=1 按照上述步驟繪制單疊繞組的展開圖，如圖所示。,,,,單疊繞組的并

12、聯支路圖畫出元件的連接及有關的換向片和電刷，就成了繞組的并聯支路圖。并聯支路圖，就是繞組的電路簡圖,,單疊繞組的特點（1）y=yk=1（2）2a=2p（3）同一個主磁極下的元件串聯在一起組成一個支路，有幾個主磁極就有幾條支路；（4）電刷數等于主磁極數，電刷位置應使支路感應電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯支路電動勢；（5）電樞電流等于各并聯支路電流之和,1.2.4單波繞組,單波繞組直接相連的兩個線圈的對應邊不是在同一個主磁極

13、下面，而是分別處于相鄰兩對主磁極中的同極性磁極下面，合成節(jié)距約等于兩個極距,,2p=4，Z=15單波短距繞組的展開圖,,,單波繞組并聯支路圖單波繞組對應的瞬間并聯支路圖如圖所示。由圖可知，單波繞組只有一對并聯支路，支路對數與磁極對數無關，即a=1。,單波繞組的特點 （1） （2）a=1； （3）電樞電動勢等于支路感應電動勢； （4）正負電刷間電動勢最大。,,1.3直流電機的銘牌數據及主要系列,1.3

14、.1直流電機的銘牌數據,銘牌數據主要包括：電機型號、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉速和勵磁電流、勵磁方式、勵磁電壓、工作方式、絕緣等級等，此外還有電機的出廠數據，如出廠編號、出廠日期等。,1．直流電機的型號其格式為：第一個字符用大寫的漢語拼音表示產品系列代號，第二個字符用阿拉伯數字表示設計序號，第三個阿拉伯數字是機座中心高，第四個阿拉伯數字表示電樞鐵芯長度代號，第五個阿拉伯數字表示端蓋的代號。例如型號是Z4—200—21的直流

15、電機，Z是系列（即一般用途直流電動機）代號，200是電機中心高（mm），21中的2是電樞鐵芯長度代號，1是端蓋的代號。,2．直流電機的額定值（1）額定功率 對于發(fā)電機來說，是指正負電刷之間輸出的電功率；對于電動機，則是指軸上輸出的機械功率。（2）額定電壓 指額定運行狀況下，直流發(fā)電機的輸出電壓或直流電動機的輸入電壓，單位為V 。（3）額定電流 指在額定情況下，電機流出或流入的電流，單位為A 。直流發(fā)電機額定電流為

16、 直流電動機額定電流為 （4）額定效率 式中PN—是額定輸出功率； P1—是輸入功率。 （5）額定轉速nN 在額定功率、額定電壓、額定電流時電機的轉速，單位為r/min。 （6）額定勵磁電壓 Uf 在

17、額定情況下，勵磁繞組所加的電壓，單位為V。 （7）額定勵磁電流If 在額定情況下，通過勵磁繞組的電流，單位為A。,,,,直流電機出線端標志,注：下標1是首端，為正極；下標2是末端，為負極。,1.3.2直流電機的主要系列搞系列化的目的是為了產品的標準化和通用化。我國電機的主要系列有： （1）Z2系列。 一般用途的中小型直流電機。 （2）Z和ZF系列。 一般用途的中大型直流電機，其中“Z”為直流電動機系列

18、，“ZF”為直流發(fā)電機系列。 （3）ZT系列。 用于恒功率且調速范圍較寬的寬調速直流發(fā)電機。 （4）ZZJ系列。 冶金輔助拖動機械用的冶金起重直流電動機，它具有快速起動和承受較大過載能力的特性。 （5）ZQ系列。 電力機車、工礦電機車和蓄電池供電的電車用的直流牽引電動機。 （6）Z—H系列。 船舶上各種輔機船用的直流電動機。 （7）ZA系列。 用于礦井和易爆氣體場合的防安爆全型直流電機。