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正文內(nèi)容

項目一直流電機ppt課件(編輯修改稿)

2025-02-11 16:34 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 小電流的電機 。 第一章 直 流 電 機 任務(wù)四 直流電機的磁場 直流電機的勵磁方式 主磁極上勵磁繞組通以直流勵磁電流產(chǎn)生的磁動勢稱為勵磁磁動勢 。 勵磁磁動勢單獨產(chǎn)生的磁場是直流電機的主磁場 , 又稱為勵磁磁場 。 勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式 。 直流電機按勵磁方式的不同可以分為他勵直流電機 、 并勵直流電機 、 串勵直流電機 、 復(fù)勵直流電機 4類 。 第一章 直 流 電 機 1. 他勵直流電機 他勵直流電機的勵磁繞組由其他直流電源供電 , 與電樞繞組之間沒有電的聯(lián)系 , 如圖 (a)所示 。 永磁直流電機也屬于他勵直流電機 , 其勵磁磁場與電樞電流無關(guān) 。 圖 電流正方向是以電動機為例設(shè)定的 。 第一章 直 流 電 機 圖 (a) 他勵; (b) 并勵; (c) 串勵; (d) 復(fù)勵 第一章 直 流 電 機 2. 并勵直流電機 并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián) , 如圖 ( b)所示 , 勵磁電壓等于電樞繞組端電壓 。 他勵直流電機和并勵直流電機的勵磁電流只有電機額定電流的 1% ~ 5% , 因此勵磁繞組的導(dǎo)線細而匝數(shù)多 。 3. 串勵直流電機 串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián) , 如圖 ( c)所示 , 勵磁電流等于電樞電流 , 因此勵磁繞組的導(dǎo)線粗而匝數(shù)較少 。 第一章 直 流 電 機 4. 復(fù)勵直流電機 復(fù)勵直流電機的每個主磁極上套有兩個勵磁繞組:一個與電樞繞組并聯(lián) , 稱為并勵繞組;另一個與電樞繞組串聯(lián) , 稱為串勵繞組 , 如圖 (d)所示 。 兩個繞組產(chǎn)生的磁動勢方向相同時稱為積復(fù)勵 , 磁動勢方向相反時稱為差復(fù)勵 , 通常采用積復(fù)勵方式 。 直流電機的勵磁方式不同 , 運行特性和適用場合也不同 。 第一章 直 流 電 機 直流電機不帶負載 (即不輸出功率 )時的運行狀態(tài)稱為空載運行 。 空載運行時電樞電流為零或近似等于零 , 因此空載磁場是指主磁極勵磁磁動勢單獨產(chǎn)生的勵磁磁場 , 亦稱為主磁場 。 一臺四極直流電機空載磁場的分布示意圖如圖 , 圖中只畫了一半 。 第一章 直 流 電 機 圖 直流電機的空載磁場分布示意圖 第一章 直 流 電 機 1. 主磁通和漏碰通 圖 , 當(dāng)勵磁繞組通以勵磁電流時 , 產(chǎn)生的磁通大部分由 N極出來 , 經(jīng)氣隙進入電摳齒 , 通過電樞鐵心的磁軛 (電摳磁軛 )到 S 極下的電樞齒 , 又通過氣隙回到定子的 S極 , 再經(jīng)機座 (定于磁軛 )形成閉合回路 。 這部分同時與勵磁繞組和電摳繞組相匝鏈的磁通稱為主磁通 , 用 Φ0表示 。 主磁通經(jīng)過的路徑稱為主磁路 。 主磁路由主磁極 、 氣隙 、 電樞齒 、 電樞磁軛和定子磁軛五部分組成 。 另有一部分磁通不通過氣隙 , 直接經(jīng)過相鄰磁極或定子磁軛形成閉合回路 , 這部分磁通不進入電樞鐵心 ,僅與勵磁繞組匝鏈 , 不和電樞繞組相交鏈 , 不能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 , 稱為漏磁通 。 以表示 。 漏磁通路徑主要為空氣 , 磁阻很大 , 所以漏磁通的數(shù)量只有主磁通的 20% 左右 。 第一章 直 流 電 機 2. 直流電機的空載磁化特性 直流電機運行時 , 要求氣隙磁場每個極下有一定數(shù)量的主磁通 , 叫每極磁通 Φ, 當(dāng)勵磁繞組的匝數(shù) Nf一定時 , 每極磁通Φ的大小主要決定于勵磁電流 。 空載時 Φ與空載勵磁電流 (或空載勵磁磁動勢 F?= N?)的關(guān)系稱為電機的空載磁化特性 。 由于構(gòu)成主磁路的五部分當(dāng)中有四部分是鐵磁性材料 , 鐵磁性材料磁化時的 B—H曲線有飽和現(xiàn)象 , 磁阻是非線性的 , 所以空載磁化特性在較大時也出現(xiàn)飽和 , 如圖 。 由于空載時的每極磁通是隨磁動勢或勵磁電流的變化而變化 。 在額定狀態(tài)下 ,電機往往工作在飽和點附近 , 這樣即可以獲得較大的磁通 , 又不致需要太大的勵磁磁動勢 , 從而可以節(jié)省鐵心和勵磁繞組的材料 。 所以電機的工作點一般選在磁化特性開始轉(zhuǎn)彎 , 亦即磁路開始飽和的部分 。 第一章 直 流 電 機 圖 空載磁化特性曲線 第一章 直 流 電 機 3. 空載磁場氣隙磁通密度分布曲線 主磁極的勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上 , 當(dāng)近似地忽略主磁路中鐵磁性材料的磁阻時 , 主磁極下氣隙磁密的分布就取決于氣隙 δ的分布情況 。 一般情況下 , 磁極極靴寬度約為極距的75% 左右 , 如圖 。 磁極中心及其附近 , 氣隙 δ較小且均勻不變 , 磁通密度較大且基本為常數(shù);靠近兩邊極尖處 , 氣隙逐漸變大 , 磁通密度減??;超出極尖以外 , 氣隙明顯增大 , 磁通密度顯著減??;在磁極之間的幾何中性線處 , 氣隙磁通密度為零 。 因此 , 空載氣隙磁通密度分布為一禮帽形的平頂波 。 第一章 直 流 電 機 圖 空載時氣隙磁通密度分布 第一章 直 流 電 機 直流電機的負載磁場與電樞反應(yīng) 直流電機空載時勵磁磁動勢單獨產(chǎn)生的氣隙磁通密度分布為一平頂波 , 如圖 。 直流電機帶負載時 , 電樞繞組流過電樞電流 I , 產(chǎn)生電樞磁動勢 F a, 與勵磁磁動勢 Ff共同建立負載時的氣隙合成磁通密度 , 必然會使原來的氣隙磁通密度的分布發(fā)生變化 。 通常把電樞磁動勢對氣隙磁通密度分布的影響稱為電樞反應(yīng) ( armature reaction) 。 第一章 直 流 電 機 1. 直流電機的電樞磁場 圖 的電樞磁場分布情況 。 圖中沒有畫出換向器 , 所以把電刷直接畫在幾何中性線處 , 以表示電刷是通過換向器與處在幾何中性線上的元件邊相接觸的 。 電刷軸線上部所有元件構(gòu)成一條支路 , 下部所有元件構(gòu)成另一條支路 。 電樞元件邊中電流的方向以電刷軸線為界 , 圖例中設(shè)上部元件邊中電流為流出 , 下部元件邊電流為流進 。 由右手螺旋定則可知 , 電樞磁動勢的方向由左向右 , 電樞磁場軸線與電刷軸線重合在幾何中性線上 , 亦即與磁極軸線相垂直 , 如圖 (a)所示 。 第一章 直 流 電 機 圖 (a) 電樞磁場; (b) 電樞磁勢與磁場分布 第一章 直 流 電 機 下面進一步分析電樞磁動勢和電樞磁場氣隙磁通密度的分布情況 。 如果設(shè)元件導(dǎo)體數(shù)為 N, 元件中電流為 ia, 將此電機從幾何中性線處切開展平 , 如圖 (b)所示 。 圖中磁極軸線上的 O為圓點 , 距圓點 177。 x處作一閉合磁路 。 根據(jù)全電流定律可知 , 作用在這一閉合磁路的磁動勢等于它所包圍的全電流 , 即 xADNix 2π2 a ?( ) 第一章 直 流 電 機 式中: D為電樞直徑; A為電樞線負載時電樞圓周單位長度上的安培數(shù) 。 忽略鐵磁性材料的磁阻并認為電機的氣隙是均勻的 , 則每個氣隙所消耗的磁動勢為 Fax=2xA/2=Ax。 一般取磁力線自電樞出 、 進入定子時的磁動勢為正 , 反之為負 , 這樣可得整個繞組元件產(chǎn)生的磁動勢的分布情況 , 如圖 (b)中的曲線 Fax所示 。 電樞磁動勢空間分布為一三角形波 , 三角形波磁動勢的最大值在幾何中性線位置 , 磁極中心線處為零 。 如果忽略鐵心中的磁阻 , 認為電樞磁動勢全部消耗在氣隙上 , 則根據(jù)磁路的歐姆定律 , 可得電樞磁場磁密的表達式為 ?? xxFB a0a ? () 式中: Fax為氣隙中 x處的磁動勢; B ax為氣隙中 x處的磁密。 第一章 直 流 電 機 2. ( 1) 當(dāng)磁路不飽和或不考慮磁路飽和現(xiàn)象時 , 可以利用疊加原理 , 將空載時氣隙合成磁場的磁通密度分布曲線 B0x和電樞磁場的氣隙磁密分布曲線 Bax相加 , 即得負載氣隙合成磁場的磁通密度分布曲線 , 如圖 (b)中的曲線 Bδx所示 。 第一章 直 流 電 機 圖 直流電機的電樞反應(yīng) (a) 電樞磁場; (b) 電樞磁勢與磁場分布 第一章 直 流 電 機 對照曲線 B0x和 Bδx 可見:電樞反應(yīng)的影響是使氣隙磁場發(fā)生畸變 , 使半個磁極下的磁場加強 , 磁通增加 , 另半個磁極下的磁場減弱 , 磁通減少 。 由于增加和減少的磁通量相等 , 因而每極總磁通 Φ維持不變 。 磁場發(fā)生畸變 , 使電樞表面磁通密度等于零的物理中性線偏離了幾何中性線 , 如圖 (a)所示 。 對發(fā)電機 , 物理中性線順著旋轉(zhuǎn)方向 (發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)方向 )偏離幾何中性線;而對電動機 , 則逆著旋轉(zhuǎn)方向 ( 電動機的旋轉(zhuǎn)方向 )偏離幾何中性線 。 第一章 直 流 電 機 (2) 當(dāng)考慮磁路飽和的影響時 , 半個極下磁場相加 , 由于飽和程度增加 , 磁阻增大 , 因而氣隙磁通密度的實際值低于不考慮飽和時的直接相加值;另半個極下磁場減弱 , 飽和程度降低 , 磁阻減小 , 氣隙磁通密度的實際值略大于不考慮飽和時的直接相加值 。 實際的氣隙合成磁場磁通密度分布曲線如圖(b)中的曲線 Bδx所示 。 由于鐵磁性材料的非線性 , 因而減少的面積 ( S3) 大于增加的面積 ( S4) , 即半個極下減少的磁通大于另半個極下增加的磁通 , 使每極總磁通有所減小 。 由以上分析可以得知 , 電刷放在幾何中性線上時電樞反應(yīng)的影響為: ① 使氣隙磁場發(fā)生畸變 , 半個極下磁場削弱 , 半個極下磁場加強; ② 磁路飽和時有去磁作用 , 使每個極下部總的磁通有所減小 。 第一章 直 流 電 機 任務(wù)五 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 直流電機的電樞電動勢 電樞繞組的電動勢是指直流電機正負電刷之間的感應(yīng)電動勢 , 也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路的電動勢 。 電樞繞組元件邊內(nèi)的導(dǎo)體切割氣隙合成磁場 , 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 , 由于氣隙合成磁通密度在一個極下的分布不均勻 , 如圖 , 因而導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的大小是變化的 。 為分析方便起見 , 可把磁通密度看成均勻分布的 , 取一個極下氣隙磁通密度的平均值 Bav, 從而可得一根導(dǎo)體在一個極距范圍內(nèi)切割氣隙磁通密度產(chǎn)生的電動勢的平均值 eav, 其表達式為 lvBe avav ? ( ) 第一章 直 流 電 機 圖 氣隙磁通密度分布與平均磁通密度 第一章 直 流 電 機 式中: Bav為一個極下氣隙磁通密度的平均值 , 稱平均磁通密度; l為電樞導(dǎo)體的有效長度 (槽內(nèi)部分 ); v為電樞表面的線速度 。 由于 ?lΦBav ??Pnv 260?( ) ( ) 因而一根導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的平均值 nPPnlle av ????602260??( ) 第一章 直 流 電 機 設(shè)電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)為 N, 則每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為 N/ 2a, 因此電樞繞組的感應(yīng)電動勢 nCnaPNnPaNeaNE eava ????????? 6060222( ) 式中: Ce=PN/60a, 對已經(jīng)制造好的電機是一常數(shù) , 稱為直流電機的電動勢常數(shù) 。 當(dāng)每極磁通 Φ的單位用 Wb( 韋伯 ) , 轉(zhuǎn)速單位用 r/min時 , 電動勢 Ea的單位為 V。 式 ( ) 表明:對已制成的電機 , 電樞電動勢 Ea與每極磁通 Φ和轉(zhuǎn)速 n的乘積成正比 , 式中的 Φ一般是指負載時氣隙合成磁場的每極磁通 。 第一章 直 流 電 機 1. 5. 2 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩 電樞繞組中流過電樞電流 Ia 時,元件的導(dǎo)體中流過支路電流 ?a成為載流導(dǎo)體,在磁場中受到電磁力的作用。電磁力 ?的方向按左手定則確定,如圖 。一根導(dǎo)體所受電磁力的大小為 axx liBf ?( ) 如果仍把氣隙合成磁場看成是均勻的,氣隙磁密用平均值Bav表示,成為載流導(dǎo)體,則每根導(dǎo)體所受電磁力的平均值為 aavav liBf ?( ) 第一章 直 流 電 機 一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩,其大小為 2DfTavav ?? ( ) 式中: D為電樞外徑。 第一章 直 流 電 機 不同極性磁極下的電樞導(dǎo)體中電流的方向也不同,所以電樞所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向都是一致的,因而電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩等于一根
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