NDJ3盘式直流电机结构原理磁场方程起动调速

第三章:直流电动机的稳态分析直流电机直流电能机械能优点:电动机:起动,调速性能好发电机:供电质量好缺点:结构复杂,成本高,可靠性差前景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，直流电机使用受到限制但仍有一定的理论价值和实用价值机械能电能直流电动机的稳态分析直流电动机结构、励磁方式和额定值一、盘型电机结构直流电机电枢电枢绕组电刷支路电流方向主磁极励磁绕组SN定子转子气隙桶型铁心+缠绕导线盘型电机特点主磁通与主磁路：磁力线从N极通过气隙，到转子铁心，再越过气隙到S极，通过机壳闭合。内腔：磁场被屏蔽，腔内导线起连接作用。端部：导线处在磁场之外，也只起连接作用。工作导体：只有 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面导线处在磁场中，工作时起作用。绕组及工作特点电枢绕组首尾相连，构成一个闭合回路（固定的）电刷把电枢绕组平分为两个支路电枢的转动时，每个支路中导体不停发生变化，但每个支路中导体电流方向不变每个极下导体中电流方向一致电刷是电枢表面导体电流分界线直流电动机原理电刷接电源导体中流过电流电磁力（左手）电动机转动i+-i电动机直流发电机原理转子在外力作用下转动导体切割磁力线导体产生电动势e+-e发电机直流发电机原理转子在外力作用下转动导体切割磁力线导体产生电动势导体电流电磁力e+-ie发电机直流电动机原理电刷接电源导体中流过电流电磁力（左手）电动机转动电动势e+-ii电动机盘型电机-简化模型及电路模型简化电机模型电刷是电枢表面导体电流分界线直流电机电路模型只关注外层边和主磁极二、励磁方式励磁方式：励磁绕组的通电方式他励：两个独立电路，I=Ia电机电压、电流；电枢电压、电流；励磁电压、电流并励：电机电压U=励磁电压Uf串励：电机电流I=励磁电流If复励他励并励串励复励三、直流电动机的额定值直流电机的额定值有：（1）额定功率：在铭牌规定的额定状态下运行时，电动机轴端输出的机械功率，以kW表示。（2）额定电压：指额定状态下电动机（电枢）出线两端的工作电压，以V表示。（3）额定电流：指电动机运行在额定时，电动机（电枢）出线上的线电流，以A表示。（4）额定转速：指额定状态下运行时转子的转速，以r/min表示。（5）额定励磁电压（仅对他励电机）。实际电机的电枢绕组把导体的另一条边放在相临磁极下，以提高利用率。一对导体边称为一个元件。四、直流电机的基本结构直流电机定子转子气隙定子主磁极换向极机座电刷装置励磁绕组电刷转子电枢铁心电枢绕组换向器轴直流电动机的稳态分析直流电动机结构、励磁方式和额定值空载和负载时直流电机的磁场为什么要研究电机内的磁场机电能量转换的媒介思路空载时的磁场负载时的磁场一、空载时直流电机的磁场空载运行:Ia≈0空载时的磁场:磁动势主磁通→主磁场<气隙磁场>漏磁通磁场分布:<忽略齿槽影响>极靴下极靴范围以外几何中性线处绕组元件位于气隙处b=f(x)每极磁通Φldxbδ=f(x)二、负载时的电枢磁动势和电枢反应电枢反应:负载时磁动势=主极+电枢理想电枢:电枢表面光滑,绕组为整距,构成绕组元件的导体均匀分布在电枢表面.讨论顺序1、电刷位于几何中性线时的交轴电枢磁动势和交轴电枢反应2、电刷偏离几何中性线时的直轴电枢磁动势和直轴电枢反应Ia≠01、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应电刷位于几何中性线时的电枢磁动势.磁场分布直轴交轴交轴磁动势电枢磁动势的空间分布展开,确定原点1、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应电枢磁动势的空间分布,导体中电流ia，总导体数Zax处,沿磁力线选择闭合回路磁动势分布:电枢旋转时同样适用不计铁心磁位降1、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应气隙磁场极靴下极间马鞍形1、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应合成磁场的求取例图:电动机,顺时针旋转主磁场电枢磁动势分布,磁场磁场叠加.电流方向交轴电枢反应电枢反应作用：半个极下为增磁，半个极下为去磁的作用1）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，2）不计饱和时，交轴电枢反应（总）既无增磁、亦无去磁作用计及饱和时，交轴电枢反应（总）具有一定的去磁作用。增磁去磁去磁作用对每极磁通Φ的影响dxldxbδ=f(x)直流电动机的稳态分析直流电动机结构、励磁方式和额定值空载和负载时直流电机的磁场直流电动机工作原理、电磁转矩和电动势电动机工作原理工作原理电枢导体中电流方向左手定则：判断电磁力及电磁转矩方向电机在电磁转矩作用下转动电刷是电枢表面导体电流分界线每个极下导体中电流方向一致且分布不变，电磁力及电磁转矩方向不变直流电机的电磁转矩一根导体的电磁转矩一个极下导体合成电磁转矩同名磁极下导体电流方向相同,磁极相同,合成电磁转矩方向、大小相同异名磁极下导体电流方向相反,磁极相反,合成电磁转矩方向、大小也相同总电磁转矩TpTp直流电机的电磁转矩每根导体的电磁转矩为一个极下导体数z，则一个极下导体的合成电磁转矩τ每极磁通平均磁通密度常系数Iaia电动机工作原理电动势判断右手定则：判断电动势方向；电动势与电流方向相反（反电动势）每个支路中导体电动势方向一致电动机电路ei电枢绕组的感应电动势电枢绕组有2a=条支路,每条支路元件相同每条支路所处磁场也对称相同每条支路的合成电动势方向相同,大小相同电机感应电动势即为一条支路电动势ee前后前后每根导体的感应电动势为一条支路串联导体数z，则一条支路串联导体的电动势代数和电枢绕组的感应电动势τ每极磁通Φ平均磁通密度常系数n如何使电动机反向：A.改变主磁极；B.改变电枢电流；C.同时改变。判断主磁极极性判断电动机转向SN问题图中两种电机是什么励磁方式判断电机电流、电枢电流、励磁电流和电枢电动势方向直流电动机的稳态分析直流电动机结构、励磁方式和额定值空载和负载时直流电机的磁场直流电动机工作原理、电磁转矩和电动势直流电动机电压方程和功率方程他励直流电动机电压方程特点：I=Ia；电流方向电动势与电流关系：正方向的规定:电动机惯例电压方程电枢总电阻反向电枢电阻电刷压降并励直流电机电压方程并励直流电机特点：电枢电压=励磁电压电流方程：I=Ia+If主回路电压方程串励直流电机：电枢电流=电机电流=励磁电流他励直流电动机的功率输入功率电磁功率:为电动机电动势吸收的电功率总机械功率TeΩ:为电动机电磁转矩发出的机械功率转换功率:输出功率:P0：克服机械摩擦、风阻、铁心损耗等所需的功率.空载机械损耗直流电动机的稳态分析直流电动机结构、励磁方式和额定值空载和负载时直流电机的磁场直流电动机工作原理、电磁转矩和电动势直流电动机电压方程和功率方程直流拖动的运动方程运动方程正方向规定n为正常运行方向；Te与n正方向相同；T0、T2与n正方向相反。运动方程稳定运行条件之一直流电动机的稳态分析直流电动机结构、励磁方式和额定值空载和负载时直流电机的磁场直流电动机工作原理、电磁转矩和电动势直流电动机电压方程和功率方程直流拖动的运动方程直流电动机工作特性和机械特性并励电动机工作特性工作特性条件：U=UN，If=IfN时，n,Te,η=f(Ia)。转速特性分析:Ia增大时，影响电动机转速的因素电枢电阻压降,使n↓电枢反应去磁,使n↑为稳定运行,使曲线稍微下降转速调整率nNn0PN并励电动机运行工作特性注意事项运行中，励磁绕组不允许断开.如果断开，If=0，φ趋向于剩磁磁通，电枢电流增加，Te数值不大不小.当T2为轻载时，Te>T2+T0，电机一直加速，飞车;当T2为重载时，TeTL,使电动机加速，直到A点Te=TL,电动机重新稳定。A点是稳定的。Te直流电动机的稳态分析直流电动机结构、励磁方式和额定值空载和负载时直流电机的磁场直流电动机工作原理、电磁转矩和电动势直流电动机电压方程和功率方程直流拖动的运动方程直流电动机工作特性和机械特性直流电动机稳态平衡与运行点直流电动机的起动、调速和制动起动：静止—加速—稳定起动特性是衡量电动机性能的重要指标之一。起动的要求：起动转矩大；起动电流小；起动设备简单、经济、可靠。起动的基本方法：直接起动；电枢回路串电阻；降低电压起动。直流电动机的起动TeTe直流电动机的起动直接起动过程分析IstTstn’0T0运行点变化轨迹直流电动机的起动直接起动分析缺点：起动瞬间，n=0，Ea=0，Ia=U/Ra，电流很大，一般电机无法承受。改进策略需要减小电流。但电流减小，影响起动转矩，必须加以考虑。直接起动特（优）点：方法简单直流电动机的起动直接起动电枢回路串电阻起动电流限制在一定范围内降低电压起动电枢回路串电阻起动运行点轨迹分析IstTst运行点变化轨迹1.1IN2IN他励和并励直流电动机的调速调速：负载不变情况下的速度改变起动特性是衡量电动机性能的重要指标之一。调速的基本要求：调速范围宽，方法简单，经济。调速方法：电枢控制：改变电压，电枢串电阻；磁场控制：改变励磁电流。他励和并励直流电动机的调速图解法分析调速的基本原理：负载不变时，其负载特性曲线不变；这时改变直流电动机的参数，使电动机机械特性改变，新的特性交点即为新的运行点，其对应的转速即为拖动系统稳定后的新转速。AnA电枢串电阻调速方法简单易行损耗大特性软nAn1TL电枢串电阻调速运行点分析TenoT110V降低电压调速损耗小使用较多需要专用电源nAn1TL弱磁升速方法简单温升高换向变差nAn1TL他励直流电动机的制动电动机四象限运行电动机运行状态电动机运行制动运行：n与Te方向相反Teno能耗制动正常运行能耗制动正常运行正常停车能耗制动正常运行正常停车能耗制动停车能耗制动运行点分析TenoT倒拉反转制动运行正常运行倒拉反转制动运行正常运行电枢串大电阻电流减小，电机转速减小倒拉反转制动运行正常运行电枢串大电阻电流减小，电机转速到0倒拉反转制动运行正常运行电枢串大电阻电流减小，电机转速到0电机转速反向制动运行状态倒拉反转制动运行运行点轨迹TenoT反接制动与回馈制动反接制动电压反向回馈制动转速上升Ea>U直流电动机机械特性的测定测量直流电动机在不同转速下的电磁转矩用直流电动机的调速原理来分析负载的机械特性Ten负载机械特性(忽略T0)负载电机的机械特性负载电机按负载定正方向时又UN=0T2n电动机试验分析电动机机械特性不变。当改变负载电机的电枢串联电阻时，负载特性发生改变，特性曲线交点改变，电动机稳定在不同的转速下。Ten