2.5并励直流发电机、直流电动机解析
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直流电机的工作原理
直流电机是一种将直流电能转化为机械能的装置。
它的工作原理基于洛伦兹力和电动行为的相互作用。
直流电机的核心部件是电枢,由大量线圈组成。
当直流电源施加在电枢上时,电流流经线圈,产生一圈圈的磁场。
在电枢旁边,有一个磁体称为永磁体或者磁场极,它产生恒定的磁场。
当电流通过电枢的线圈时,根据右手定则,线圈内的磁场与永磁体的磁场产生相互作用,产生力矩。
由于电流的方向是可逆的,所以直流电机的转向也是可逆的。
当电流改变方向时,电枢产生的磁场方向也会改变,进而改变了与永磁体的相互作用,实现了转向。
为了实现连续的旋转运动,直流电机需要一个机械装置来改变电枢线圈的方向。
这个装置通常由一个可调整的组件(如换向器和刷子)组成,它能够使电流从一个线圈转移到下一个线圈,从而保持电枢的旋转方向。
总之,直流电机工作的基本原理就是利用洛伦兹力和电动行为,通过电磁感应和相互作用实现电能到机械能的转换。
电机与拖动直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值主题:直流电机的辅导文章——直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值、直流电机的磁场和电枢反应、直流电机的感应电动势和电磁转矩学习时间:2016年10月10日--10月16日内容:我们这周主要学习课件第2章直流电机的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电机相关知识的理解。
一、直流电机的工作原理(重点掌握)直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机,两者之间具有可逆性。
1.直流电动机的工作原理:当给电枢绕组通入直流电流时,通过电刷和换向器转换为交变电流,使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用,保证了电动机连续转动,从而实现电能到机械能的转换。
图1 直流电动机的工作原理图2.直流发电机的工作原理:当原动机拖动电枢转动时,电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势,再通过电刷和换向器转换为直流电动势,由电枢绕组输出直流电流,从而实现机械能到电能的转换。
图2 直流发电机的工作原理图二、直流电机的基本组成和额定值(重点掌握)1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成,其基本组成如图3所示。
转子称为电枢,它是能量转换的枢纽。
电枢绕组构成了直流电机的主要电路,它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。
按元件的连接方式和端接形状分类,电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。
电枢绕组是电机的重要部件。
直流电机的绕组有五种形式:单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。
换向器是直流电机所特有的部件,与电刷配合,实现电枢绕组端部的直流电流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换,即在直流电动机中起到了“逆变器”的作用,在直流发电机中起到了“整流器”的作用。
图3 直流电机的基本组成2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。
1)额定电压N U :对于直流电动机,N U 是输入电压的额定值;对于直流发电机,N U 是输出电压的额定值。
直流电机基本概念思考题解答P.221—5题:在直流电机中,为什么每根导体的电势为交流,但由电刷引出的电势为直流?答:电枢中的每一根直线导体(即镶在电枢铁芯中的导体)顺序切割电机磁场,而相对于直线导体而言磁场的大小在改变,该导体就会感应电势。
且该电势的大小和方向均随时间而变化。
故该电势的性质为交流。
但经换向器的机械整流作用,在电刷端口该电势就为直流性质。
1—7题:为什么直流电机的电枢铁芯必须用硅钢片迭压而成,定子铁芯却用普通钢片?答:电枢铁芯既导磁又导电,其在旋转运行时会产生涡流损耗和磁滞损耗。
为减少这些铁损耗,电枢铁芯必须用硅钢片迭压而成。
而定子铁芯在工作时用于产生主磁通,铁损耗几乎为零,故定子铁芯用普通钢片迭压而成,这样可降低电机成本。
1—8题:直流电机的电枢绕组是自成闭合回路,当电枢旋转而在其中产生感应电势时,会不会产生环流,为什么?答:根据电枢绕组的结构原理,其呈现为自成闭合状态。
而各支路是并联的,支路数是成对出现的。
在理想状态下,各支路电势大小相等。
绕组内阻的电压降也相同且对称。
故绕组并联回路中不会产生环流。
1—9题:直流电机的电枢绕组为什么必须闭合?若一处断开,会产生什么后果?答:电枢绕组必须永成闭合回路,才能满足电机运行时的“机---电”能量转换的要求;若一处断开,电机仍能转,但因并联支路对数减少,电机将不能满载运行使用。
1—10题:有一台单迭绕组电机,若除去一对正负电刷,对电机有什么影响?答:根据直流电机的基本理论单迭绕组的支路数2a=2p,共有4条支路,2对正负电刷。
若去除其中一对正负电刷,此时只有一对绕组工作,故此时电机只能带一半的负载运行。
1—11题:直流发电机和直流电动机的额定功率是指什么?一台直流电机在运行时的功率大小是由什么决定的?答:(1)直流发电机:其额定功率是指额定输出的电功率。
Pn = Un*In (w)直流电动机:其额定功率是指额定输出的机械功率。
Pn = Un*In*ηn (w)(2)直流电机在运行时,若电机的电磁参数不变时,其功率大小主要由它带的负载大小决定的。
直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。
根据励磁方式的不同,直流电机可分为下列几种类型。
1.他励直流电机
励磁绕组与电枢绕组无联接关系,而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机,接线如图1.23(a)所示。
图中M表示电动机,若为发电机,则用G表示。
永磁直流电机也可看作他励直流电机。
2.并励直流电机
并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联,接线如图1.23(b)所示。
作为并励发电机来说,是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电;作为并励电动机来说,励磁绕组与电枢共用同一电源,从性能上讲与他励直流电动机相同。
3.串励直流电机
串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后,再接于直流电源,接线如图1.23(c)所示。
这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。
4.复励直流电机
复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组,接线如图1.23(d)所示。
若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。
若两个磁通势方向相反,则称为差复励。
不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。
一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式,直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。
直流电机的工作原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置。
它采用的是电磁感应的原理,通过电流在磁场中产生力矩,使得电机运转。
下面将详细介绍直流电机的工作原理。
一、电枢和磁极直流电机的关键部件是电枢和磁极。
电枢由绕组和电刷组成,绕组通常采用导电性能较好的铜线绕制,而电刷则由导电材料制成。
磁极由磁场产生器、磁铁等组成,其作用是产生均匀的磁场。
二、电磁感应在直流电机中,电枢通常由一对相互独立的绕组组成,分别称为电枢绕组和励磁绕组。
当外加电源将电流引入电枢绕组时,电枢绕组中产生的磁场与励磁绕组产生的磁场叠加,形成一个整体的磁场。
三、力矩产生当直流电机接通电源后,电枢中的电流开始流动。
根据洛伦兹力的原理,当导体在磁场中运动时,会受到一个力的作用。
在直流电机中,这个力会产生一个力矩,使电枢开始旋转。
电枢的旋转会改变磁通量的大小和方向,从而产生电感应电动势。
根据霍尔定律,电感应电动势的方向与电流变化方向相反。
这个电感应电动势会阻碍电枢继续增大电流,形成一个反作用力。
当力矩与反作用力达到平衡时,电枢将保持旋转。
四、换向器的作用为了使电枢继续旋转,需要不断改变电枢绕组的电流方向。
这就需要通过一个特殊的装置——换向器来实现。
换向器可以使电流方向周期性地变换,从而改变磁场方向,使得电枢继续运转。
五、直流电机的应用直流电机广泛应用于工业、交通、家电等领域。
在工业领域,直流电机被用于驱动各种机械设备,如风机、水泵、制造机械等。
在交通领域,直流电机被应用于电动汽车、电动自行车等。
在家电领域,直流电机被用于冰箱、洗衣机、吸尘器等家电产品。
总结起来,直流电机的工作原理是通过电磁感应的方式,利用洛伦兹力产生力矩,使得电机转动。
电枢和磁极是直流电机的关键部件。
通过换向器的作用,改变电枢绕组的电流方向,实现电机的连续运转。
直流电机在各个领域都有广泛的应用,促进了社会的发展和进步。
直流电动机直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机,广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表动玩具等。
1.电磁式直流电动机电磁式直流电动机由定子磁极、转子(电枢)、换向器(俗称整流子)、电刷、机壳、轴承等构成,电磁式直流电动机的定子磁极(主磁极)由铁心和励磁绕组构成。
根据其励磁(旧标准称为激磁)方式的不同又可分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。
因励磁方式不同,定子磁极磁通(由定子磁极的励磁线圈通电后产生)的规律也不同。
串励直流电动机的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器相串联,励磁电流与电枢电流成正比,定子的磁通量随着励磁电流的增大而增大,转矩近似与电枢电流的平方成正比,转速随转矩或电流的增加而迅速下降。
其起动转矩可达额定转矩的5倍以上,短时间过载转矩可达额定转矩的4倍以上,转速变化率较大,空载转速甚高(一般不允许其在空载下运行)。
可通过用外用电阻器与串励绕组串联(或并联)、或将串励绕组并联换接来实现调速。
并励直流电动机的励磁绕组与转子绕组相并联,其励磁电流较恒定,起动转矩与电枢电流成正比,起动电流约为额定电流的2.5倍左右。
转速则随电流及转矩的增大而略有下降,短时过载转矩为额定转矩的1.5倍。
转速变化率较小,为5%~15%。
可通过消弱磁场的恒功率来调速。
他励直流电动机的励磁绕组接到独立的励磁电源供电,其励磁电流也较恒定,起动转矩与电枢电流成正比。
转速变化也为5%~15%。
可以通过消弱磁场恒功率来提高转速或通过降低转子绕组的电压来使转速降低。
复励直流电动机的定子磁极上除有并励绕组外,还装有与转子绕组串联的串励绕组(其匝数较少)。
串联绕组产生磁通的方向与主绕组的磁通方向相同,起动转矩约为额定转矩的4倍左右,短时间过载转矩为额定转矩的3.5倍左右。
转速变化率为25%~30%(与串联绕组有关)。
转速可通过消弱磁场强度来调整。
换向器的换向片使用银铜、镉铜等合金材料,用高强度塑料模压成。
电机与拖动刘锦波第2章习题解答第2章习题解答思考题2.1 直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流还是直流?若是交流,其交变频率是多少?答:直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流,⽽电刷外部为直流。
电刷与换向器组合实现了外部直流与内部交流的转换(或换流)。
内部电枢绕组所感应电势或电流的频率为:Hz n p f 60=,即内部电流的⽅向每转交变p 次(p 为电机的极对数)。
2.2 为什么直流电动机必须采⽤电刷和换向器把外加直流电源转变交流然后再给电枢绕组供电,⽽不是直接采⽤直流电源供电?答:对于直流电动机,若不采⽤电刷或换向器将直流转换为内部交流,⽽是直接采⽤直流供电,则当电枢绕组的某⼀导体边转⾄极下时,假定电流为流⼊的,电磁转矩沿顺时针⽅向。
则当该导体边转⾄极下时,电流仍为流⼊的,则所产⽣的电磁转矩必为逆时针⽅向。
这样,在⼀个周期内,电机的转⼦(或电枢)不可能产⽣有效的电磁转矩。
故此,必须采⽤机械式换流器完成直流到交流的转换。
N S 2.3 直流电机铭牌上所给出的额定功率是指输出功率还是输⼊功率?是电功率还是机械功率?答:电机铭牌上的额定功率均指输出功率。
对于电动机,其额定功率是指机械输出功率;对于发电机,其额定功率是指电枢绕组的输出电功率。
2.4 为什么说直流电机的绕组是闭合绕组?答:直流电机的线圈之间是通过换向⽚依次相联的,每⼀个换向⽚均与不同线圈的两个导体边相连,由此构成的电枢绕组⾃然是闭合绕组。
2.5 如果将传统永磁直流电动机的定⼦和转⼦颠倒,即定⼦侧为电枢绕组⽽转⼦采⽤永久磁钢产⽣励磁,试分析这样⼀台反装式直流电动机其电刷应该是静⽌还是旋转的?说明理由。
答:传统永磁直流电动机的磁极位于定⼦,⽽电枢绕组位于转⼦,其换向器随电枢绕组⼀同旋转,⽽电刷则固定在定⼦侧,只有这样才能产⽣有效的电磁转矩。
换句话说,直流电机的电刷必须相对主极是静⽌不动的,才能产⽣有效的电磁转矩。
因此,当传统直流电动机反装,亦即电枢绕组位于定⼦,⽽主极位于转⼦时,其电刷应随主极⼀同旋转。
并励直流电动机的工作特性和机械特性一、实验目的掌握用实验方法测取并励直流电动机的工作特性和机械特性。
二、预习要点什么是直流电动机的工作特性和机械特性?三、实验项目测定并励直流电动机的工作特性和机械特性:保持U=U N 和I f =I fN 不变,测取n 、T 2、η=f (I a )、n=f (T 2)。
四、实验方法 1、实验设备2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D443、测定并励直流电动机的工作特性和机械特性(1)按图1接线。
校正直流测功机 MG 按他励发电机连接,在此作为直流电动机M 的负载,用于测量电动机的转矩和输出功率。
R f1选用D44的900Ω电阻两只相串联。
R f2 选用D42的900Ω电阻两只相串联。
R 1用D44的90Ω电阻两只相串联。
R 2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω串联900Ω共3600Ω阻值。
图1 并励直流电动机接线图DJ15DJ23(2)将并励直流电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值,电枢串联起动电阻R 1调至最大值,接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动,其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。
(3)M 起动正常后,将其电枢串联电阻R 1调至零,调节电枢电源的电压为220V ,调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值100 mA (如果是DJ25则取I f2=50mA ),再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1,使电动机达到额定值:U =U N ,I =I N ,n =n N 。
此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。
(4)保持U =U N ,I f =I fN ,I f2为校正值不变的条件下,逐次减小电动机负载(增大R 2)。
测取电动机电枢输入电流I a ,转速n 和校正电机的负载电流I F (按不同的I F 值,查对应于I f2=100mA 时的校正曲线T 2=f(I F ),可查出电动机输出对应转矩T 2值)。