第四章直流电机及同步电机.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,四,章 直流电机和同步电机,第一节,直流电机的构造,第二节,直流电动机的基本工作原理,第三节,直流电动机的机械特性,第四节,同步电机简介,第一节,直流电机的构造,直流电机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。,直流电机的优点：,(1),调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。,(2),起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。,(3),易于控制。,应用,:,轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、,矿山竖井提升机以及起重设备,等调速范围大的大型设备。,N,S,N,S,一、,直流电机的构造,极掌,极心,励磁绕组,机座,转子,直流电机的磁极和磁路,直流电机由定,子,(,磁极,),、转子,(,电枢,),和机座等,部分构成。,2.,转子,(,电枢,),由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。,1.,磁极,永磁式,:,由永久磁铁做成。,励磁式,:,磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，,形成电磁铁。,励磁,:,磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称,为励磁。,电枢铁心：由硅钢片叠装而成。,电枢绕组：由结构、形状相同的线圈组成,用来在电机中产生磁场。,1.,他励电机,励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。,二、直流电机的分类,直流电机按照励磁方式可分为他励电机、并励电机、串励电机和复励电机。,2.,并励电机,励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。,U,U,f,I,a,M,+,_,+,_,I,f,他励,I,a,U,M,+,_,I,f,+,_,I,E,并励,4.,复励电机,励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。,3.,串励电机,励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,串励,U,I,a,+,_,I,f,M,复励,U,+,_,I,M,I,a,I,U,+,S,b,N,a,c,d,直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向,如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是,S,极有效边的电流方向向里,N,极有效边的电流方向向外。电动机电,枢,绕组通电后中受力,(,左手定则,),按顺时针方向旋转,。,U,+,U,+,电刷,换向片,U,+,I,F,F,T,n,换向器作用：,将外部直流电,转换成内部的,交流电，以保,持转矩方向不,变。,第二节 直流电动机的基本工作原理,U,+,E,E,T,n,S,b,N,d,F,F,a,c,I,I,换向片,电刷,线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。,K,E,:,与电机结构有关的常数,n,:,电动机转速,：,磁通,1.,电枢感应电动势,E,=,E,K,n,U,+,E,E,T,n,S,b,N,d,F,F,a,c,I,I,换向片,电刷,由图可知，,电枢感应电动势,E,与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称,反电势,。,式中：,U ,外加电压,R,a,绕组电阻,2.,电枢回路电压平衡式,R,a,I,a,E,+,+,U,M,K,T,:,与电机结构有关的常数,:,线圈所处位置的磁通,I,a,：,电枢绕组中的电流,3.,电磁转矩,单位,:,(,韦伯,),，,I,a,(,安,),，,T,(,牛顿,米,),直流电动机电枢绕组中的电流,(,电枢电流,I,a,),与磁通,相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为,4.,转矩平衡关系,电动机的电磁转矩,T,为驱动转矩,它使电枢转动。,在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空,载损耗转矩相平衡，即,T,=,K,T,I,a,当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。,转矩平衡过程,T,2,:,机械负载转矩,T,0,:,空载转矩,例：,设外加电枢电压,U,一定，,T,=,T,2,(,平衡,),，此时，,若,T,2,突然增加，则调整过程为,达到新的平衡点,(,I,a,、,P,入,),。,T,2,n,I,a,T,E,第三节 直流电动机的机械特性,求得,I,a,U,M,+,_,I,f,+,_,I,E,一、他励和并励电动机的机械特性,式中：,n,=,f,(,T,),机械,特性曲线,n,0,n,N,T,N,他励和并励电动机在负载变化时，转速,n,的变化不大,硬机械特性（自然特性）。,n,0,T,n,n,N,很小，大约为,3%8%,求得,二、串励电动机的机械特性,串励电动机在负载变化时，转速,n,的变化大,软机械特性（自然特性）。,适合于拖动启动频繁、负载变化大的负载。,当负载增加时，转速快速下降，当负载减小时，转速快速上升，这样不仅可以确保安全，而且可以提高生产效率。,n,0,T,三、复励电动机的机械特性,复励,U,+,_,I,M,I,a,复励电动机有两个励磁绕组：并励绕组和串励绕组，所以它的机械特性介于并励电动机和串励电动机之间。若并励绕组的作用大于串励绕组，复励电动机的机械特性接近于并励电动机，能在穿载、轻载下运行，广泛地运用于轮船、城市无轨电车以及起重、采矿设备中。若串励绕组的主要作用大于并励绕组，则机械特性接近于串励电动机，属于软特性。,一、基本结构,第四节,同步电机简介,1.,定子（电枢）,定子包括：机座、定子铁心和绕组,2.,转子（磁极）,同步机的定子（电枢）和三相异步电动机的一样；而它的转子是磁极，由直流励磁。,二、,同步电动机的工作原理,1.,转动原理,定子三相绕组通入三相交流电,旋转磁场,转子绕组通以直流励磁电流，将产生相对于转子,静止的恒定磁场。,转子磁场因受定子磁场磁吸力的作用而随定子磁场同步旋转，达到同步转速，即,若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等。,。,三、同步机的用途,1.,同步电动机：用于恒转速，容量大的电力驱动上。,O,T,根据转速公式,可知，当电源频率一定时，同步电动机的转速是恒定的，不随负载而变。,所以机械特性,是一条平行横轴的直线。,通过调节励磁电流来调节功率因数，可以改善电网的,功率因数。,发电机：当励磁绕组通入直流电流后，转子立即建立,恒定磁场，用原动机拖动转子，以同步转速,旋转时，定子导体与转子有相对运动而产,生交流感应电动势。,调相机：实为不带负载的同步电动机，用于改善电,网的功率因数。一般用于电网中。,3.,