第四章直流电机xz-03-07_精品文档.ppt

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电机及变压器,昆明询知民用航空器维修培训中心,电机定义及分类,重点：

电磁感应原理、转换和传递能量、电磁机械装置按能量转换观点分,按飞机上的应用分主电源发电机变压器驱动电动机变流机控制电机,电机的基本概念,绕组：

线圈。

小电机-漆包线；大电机-铜条/棒进行绝缘处理。

电枢绕组、励磁绕组、补偿绕组电枢：

输入、输出电能进行能量转换的绕组直流-单相交流-三相励磁：

产生磁场的绕组。

交、直流电机均为直流直流：

他励（励磁机或永久磁铁）、自励（并励、串励、复励）同步发电机：

直流励磁机、静止的励磁（有刷，相复励）、旋转励磁（无刷，两级/三级，带旋转整流器）异步电动机：

三相交流电通入对称三相绕组产生旋转磁场,电机的基本概念,气隙：

定、转子的间隙，是磁路的一部分。

定子/转子、原边/副边、初级/次级铁心：

硅钢片，减小涡流，提高导磁率。

左手定则：

右手定则：

直流电机主要内容,一、概述1定义2分类二、直流电机1直流电机的基本结构2直流电机的工作原理3直流电机的电枢反应4直流发电机5直流电动机6直流电机的参数和使用7直流电动机的起动、调速、反转和制动,4-2直流发电机,能量转换：

机械能直流电能原理：

导体在磁场中做切割磁力线运动，在导体中产生感应电动势。

结构：

旋转单元电枢；静止单元磁场。

原动力：

燃汽涡轮机、柴油机、汽油机和蒸汽机等。

大容量直流发电机,飞机上的直流发电机,直流电机的基本结构之定子部分,定子部分机壳：

作为主磁路的一部分导磁和机械支撑主磁极：

产生主磁通，励磁绕组+磁极铁心换向极：

相邻两主磁极换向极铁心+换向绕组，换向绕,组与电枢绕组串联，流过电枢电流电刷组件：

连接电枢绕组、换向器和外电路,直流电机的基本结构之转子部分,4.2.1直流发电机的结构：

1.磁轭（钢框架）：

包括极心、极掌磁轭的两个功用：

在两个磁极之间形成完整的磁路；对发电机的其它部件起机械支撑作用。

励磁绕组：

用于产生磁场的N极和S极。

励磁绕组从外部直流电源通电后，在磁轭、极心、极掌、气隙和电枢铁心中将产生磁力线。

电枢：

电枢铁心由硅钢片叠成，槽中嵌有铜线绕组；各个线圈的首末端被引出接到整流子相对应的整流片上。

换向器：

由大量的楔形铜片组成，呈圆筒形，用于保持流向外电路的电流方向不改变；片之间的电压不得超过15V。

电刷与电刷架：

用于将换向器来的电流传送到外电路。

电刷通常用碳和石墨的化合物制成。

由弹簧压在换向片上，保证两者接触良好。

电刷架的作用是固定电刷。

4.2.2直流发电机的工作原理：

1.单线圈电枢,具有换向器的单线圈发电机,当换向器与电枢线圈一起转动时，每一个电刷只与换向器的一片相接触。

这样，从电刷输出到外电路的电流就变成直流了。

4.2.2直流发电机的工作原理：

图4.2-4单线圈电枢上产生的感应电动势,4.2.2直流发电机的工作原理：

2.多线圈的效应：

电枢线圈越多，发电机输出,图4.2-5两个电枢线圈产生的感应电动势,电压的波纹越小。

直流发电机的输出电压由电枢线圈的匝数、励磁磁场的总磁通量及电枢转速的乘积决定。

4.2.2直流发电机的工作原理：

图4.2-6鼓形电枢和两层绕组,电刷的个数与磁极数相等。

电枢线圈的两个终端联接到相邻的整流片上。

整个电枢绕组形成连续的闭合回路。

直流发电机鼓形电枢各部件之间的关系：

4.2.2直流发电机的工作原理：

正、负电刷之间产生的电压：

感应电动势，单位：

伏特（V）；每个磁极的磁通，单位：

韦伯（Wb）；n电枢旋转的速度，单位：

转/秒；与电机结构相关的常数。

根据右手定则判断其方向,4.2.2直流发电机的工作原理：

5.电枢反应,产生：

电枢有电流流过，产生电枢电流磁场；电枢磁场与励磁磁场将相互叠加，使发电机内部磁场产生变形，这种现象称为电枢反应。

正交磁化：

电枢磁场与励磁磁场方向垂直。

，正交磁化强度与电枢电流成正比。

图4.2-8电枢反应,4.2.2直流发电机的工作原理：

5.电枢反应,作用：

对励磁磁场有减弱的作用，这种磁场称为电枢去磁磁场。

电枢反应还使机械中性面AB发生偏移，变为AB，称为电气中性面。

电刷可以偏移到AB上，以便减小电弧。

图4.2-8电枢反应,4.2.2直流发电机的工作原理：

6.电枢反应的补偿,增加补偿绕组；使用换向极:

换向极使发电机内部磁场回到了合适的位置。

4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-10直流发电机的励磁类型,1.励磁绕组的联接方法：

是否有串励发电机？

4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-11直流发电机的磁饱和曲线,2.空载特性和负载特性,直流发电机的磁场强度取决于励磁绕组的安培匝数和磁路的磁阻。

安匝数随励磁电流的变化而变化。

感应电压与励磁磁场的强度及电枢转速成正比。

4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-12并励发电机输出电压的建立,3.并励式直流发电机,直流发电机电压建立的必要条件：

剩磁（由铁磁材料的磁滞现象引起）。

4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-13并励发电机的外特性,3.并励式直流发电机的外特性：

端电压与负载之间的关系,影响因素：

电枢电阻电枢反应由于电压下降引起励磁电流减小。

4.2.3直流发电机的工作特性,图4.2-13并励发电机的外特性,3.并励式直流发电机的外特性：

外特性的拐点：

发电机过载时，其端电压迅速下降，励磁电流减小，励磁磁场的磁化程度降低。

电压进一步下降，出现短路现象。

但短路电流并不会很大。

4.2.3直流发电机的工作特性,4.复励式直流发电机,串励磁通的作用：

发电机接入负载后，串励电流增加，从而使励磁磁通增加。

增加的幅度取决于复励的程度。

并励：

调节电机的空载电压串励：

调节电机的负载电压,4.2.3直流发电机的工作特性,4.复励式直流发电机,

（2）外电压特性：

平复励：

空载和全负载电压相同；过复励：

端电压升高；欠复励：

几乎与并励发电机相同，补偿由于电枢压降和电枢反应引起的端电压降低。

图4.2-14复励发电机的外特性,并励式电动机：

恒定电压下，以基本恒定的转速提供可变转矩。

串励式电动机：

恒定电压下，可以提供可变转矩，但其转速随负载变化而变化，即：

大负载时转速低，小负载时转速高。

直流电动机的励磁方式,4-3直流电动机,复励式电动机：

起动力矩高于并励电动机；而转速随负载的变化小于串励式电动机。

通电导体在磁场中所受的力：

大小和方向取决于磁场和电流的大小和方向。

通电导体在磁场的运动,4.3.1直流电动机的工作原理,B-磁通密度；I-电流大小；L-导体的有效长度。

方向判定：

左手定则,2.直流电动机的基本工作原理：

两导体电枢的磁场分布,4.3.1直流电动机的工作原理,直流电动机的磁场：

主励磁磁场；电枢线圈产生的磁场；主励磁磁场与电枢磁场之间相互作用产生的合成磁场。

2.直流电动机的基本工作原理：

4.3.1直流电动机的工作原理,单电枢绕组在垂直位置无转矩。

2.直流电动机的基本工作原理：

4.3.1直流电动机的工作原理,四磁极并励直流电动机,通过换向器和电刷改变电枢线圈中电流的方向。

在电枢上装有许多绕组，保证电枢旋转到任何位置上，都有靠近磁极的线圈受到电磁力的作用，使得电枢能够连续运转。

3.反电动势：

电枢导体在磁场中运动，切割磁力线，感应出一个电动势，其方向与外加电动势的方向相反。

4.3.1直流电动机的工作原理,反电动势与励磁磁场强度成正比；与电枢旋转速度成正比。

电枢电流；,外加电压；,反电动势；,电枢电阻,4.电动机中的电枢反应：

4.3.1直流电动机的工作原理,图4.3-8电动机中的电枢反应,发电机电枢电流与感应电动势的方向一致；电动机电枢电流与反电动势的方向则相反。

电动机：

合成磁通沿与电枢转向相反的方向旋转；发电机：

合成磁通沿与电枢转向相同的方向旋转,4.3.1直流电动机的工作原理,电动机中的电枢反应,发电机中的电枢反应,4.电动机中的电枢反应：

4.3.1直流电动机的工作原理,图4.3-8电动机中的电枢反应,解决方法:

（与发电机对比）相同点：

增加补偿绕组采用换向极。

不同点：

作用方向与发电机相反。

4.3.2直流电动机的转矩功率,T-转矩；Ct-转矩常数（包括电枢导线的数量、通路数等）；-每个磁极的磁通；Ia-电枢电流。

1.转矩,电动机的转矩与电枢电流成正比，与磁通量成正比。

另一种表示公式：

M=CmIa,根据左手定则判断其方向,4.3.2直流电动机的转矩功率,输入功率P1=U1I1输出功率PM=P1-Pcu1-PFe,2.功率,航空维修中，计算转矩、输出功率等，采用的是英制单位。

与国际单位制换算关系为：

1磅英尺1.36牛顿米1马力745.7瓦1马力33000磅英尺,4.3.3直流电动机的工作特性,串励电动机的特性曲线,1.串励式直流电动机,不允许空载运行。

常数（由磁极数、电流通路、电枢导体数决定）,外加电压；,电枢电流；,电枢线圈电阻；,励磁线圈电阻；,励磁磁场的磁通；,电动机转速。

4.3.3直流电动机的工作特性,串励电动机的特性曲线,1.串励式直流电动机,磁场的强度正比于电枢电流Ia；转矩正比于电枢电流的平方Ia2。

优点：

转速随负载的变化而变化，机械特性比较“软”，过载能力强。

励磁线圈和电枢线圈的电阻值很低，在起动时，能形成大电流，产生很高的起动力矩。

4.3.3直流电动机的工作特性,并励电动机的特性曲线,2.并励式直流电动机,特点：

转矩仅随电枢电流变化。

起动转矩小于串励式直流电动机。

负载大，电枢电流大；负载越小，电枢电流越小。

优点：

转速调节特性比较好。

基本恒速。

4.3.3直流电动机的工作特性,图4.3-12复励电动机的种类,3.复励式直流电动机,积复励：

串励绕组产生的磁场对并励绕组磁场有加强作用，差复励：

串励绕组产生的磁场对并励绕组磁场有减弱作用。

应用较少。

应用：

利用积复励电动机中的串励绕组获得较高的起动转矩；正常运转时利用并励电动机的转速调节特性将电动机转速稳定。

4.3.4直流起动发电机,有足够的起动转矩，使发动机能在预定的时间内平稳地起动；起动电流不应过大，以免电机过热、换向恶化；起动完毕后能自动转入发电状态，给机上电网正常供电。

起动发电机应满足的要求：

4.3.4直流起动发电机,起动发电机的起动控制电路,第一级：

两组电瓶并联；电枢串联起动电阻Rst起动；电机工作在复励状态；起动转矩不大。

4.3.4直流起动发电机,起动发电机的起动控制电路,第二级：

切除起动电阻；电枢电压/电流上升，转矩增大，转速升高。

4.3.4直流起动发电机,起动发电机的起动控制电路,第三级：

两组电瓶串联供电；转矩上升，转速继续增加；发动机点火工作；,4.3.4直流起动发电机,起动发电机的起动控制电路,第四级：

切除并励绕组，转为串励电动机工作。

发动机进入慢车转速，电机开始进入并励发电状态。

4.3.4直流起动发电机,分级起动过程,