《电机与拖动基础》辅导系统研讨.doc

《电机与拖动基础》课程辅导系统 第一章 直流电机原理 一、内容提要 本章主要介绍直流电机的工作原理及其基本结构。 直流电机的工作原理是建立在电磁感应定律和电磁力定律的基础上的。在不同的外部条件下，电机中能量转换的方向是可逆的。如果从电机轴上输入机械功率，电枢绕组中感应电动势大于端电压，即时，电机运行于发电机状态，将机械能转化为电能，从电刷两端输出电能；如果从电枢输入电功率，电枢绕组中感应电动势小于外加端电压，即时，电机运行于电动机状态，将电能转换为机械能，从轴上输出机械能。 直流电机的结构可以分为定子、转子两大部分。定子部分包括：机座、主磁极（包括励磁绕组）、换向极（包括换相极绕组）和电刷装置。定子主要用来建立磁场。转子部分包括：电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和轴承等。转子主要通过电枢绕组传递电磁功率，是电动机的核心部件。 常用的电枢绕组有单叠绕组和单波绕组。单叠绕组是将上层边位于同一磁极下的元件先串联成一条支路，不同磁极下的支路再并联，故并联支路数等于磁极数；单波绕组是将上层边位于同极性磁极下的元件串联成一条支路，由于磁极只有N、S两种，故并联支路数为2。 绕组元件中感应电动势和元件中流过的电流都是交变的，但经过换向器和电刷的机械整流作用，使在电刷和电刷接通的外电路上，电动势、电压和电流都变为直流。 直流电机能量变换是依靠气隙磁场进行的。空载时，直流电机的气隙磁场由励磁绕组的磁动势产生；负载时，气隙磁场由励磁绕组和电枢绕组的磁动势共同产生。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。当电刷位于几何中性线时，只有交轴电枢反应。交轴电枢反应使气隙磁场发生畸变，对电动机来说，其磁场的物理中性线逆转偏离几何中性线。在磁路饱和时，交轴电枢反应具有去磁效应，使每极磁通量减少。 直流电机的能量变换可用电磁功率来表征，即。对直流电动机，感应电动势是反电动势，其方向与电枢电流方向相反。而对于电动机而言，电磁转矩是拖动转矩，与转速方向一致。 换向是指绕组元件从一条支路经过电刷转入另一条支路时，元件中电流方向改变的过程。按换向的电磁理论分析，直线换向不会产生火花，延迟换向有可能出现火花，造成换向不良。为改善换向，直流电机一般都装设换向极，使换向元件在换向区感应电动势抵消元件的电抗电动势和电枢反应电动势，力求实现直线换向。 直流电动机的工作特性与励磁方式密切相关。他、并励直流电动机的电磁转矩基本上正比于电枢电流，当负载变化时，转速变化很小，特性较硬。串励直流电动机的电磁转矩近似与电枢电流的平方成比例，因此串励电动机的起动力矩较大，负载变化时，转速变化较大，特性较软，在使用时注意不准空载或轻载工作，以免转速过高。复励直流电动机的特性介于二者之间。 二、基本要求 学习本章应主要掌握以下几个方面的内容： 1、掌握在磁场里运动导体产生感应电动势和载流导体受力这两个基本规律。这两个规律是直流电机工作的理论基础。 2、了解直流电机的主要结构和各部分的主要作用。要求知道直流电机的两大组成部分：定子和转子。 知道直流电机的铭牌中有哪些主要的额定数据及其含义以及在使用电机时应当注意的事项。 电枢绕组是直流电机的核心。 (a)理解单叠绕组和单波绕组各节距的计算方法。 (b)能够看懂绘制好的绕组展开图 (c)了解各绕组的主要特点：知道什么情况下用单叠绕组，什么情况下用单波绕组 了解什么叫电枢反应；电枢反应对电机的影响；如何抵消电枢反应的影响 熟练掌握电枢电动势和电磁转矩的计算公式和性质。 （1）在恒定磁场中转动的电枢绕组产生感应电动势，电动势的大小可用下式计算： 式中：，当电机制造好后仅与电机结构有关，称为电动势常数；N是电枢导体总数。 （2）在恒定的磁场内通电的电枢绕组产生电磁转矩，转矩的计算由下式给出： 式中：仅与电机结构有关，成为转矩常数。 （3）两个常数之间的关系为。 以上两个计算公式是直流电机中的最基本公式，贯穿直流电机及直流电机拖动分析的始终，应当牢记。 7、 了解直流电机的换向过程。什么叫直线换向？如何改善直流电机的换向？ 8、了解直流发电机的励磁方式。 9、掌握电磁功率的关系式，这个公式说明了直流电机中机电能量是可以彼此相互转换的。 10、掌握并励直流发电机电压建立的三个条件：电机主磁路有剩磁；并励绕组极性连接正确；励磁绕组回路电阻小于临界电阻值。 11、掌握直流发电机的他外特性。 12、了解什么叫电机的可逆原理。 13、掌握如何判断一台电机是处于电动状态还是发电状态。 14、掌握分析直流电机用的电动机惯例、发电机惯例，能根据惯例写出直流电机稳态运行的基本方程式。 15、掌握他励直流电动机运行时，电机内的功率关系 16、掌握他励直流电动机的机械特性。 三、重点与难点分析