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1、3.3 变压器的原理和应用,3.5 单相异步电动机,3.1 磁路,3.2 交流铁心线圈电路,3.4 三相异步电动机,3.6 直流电动机,第3章 电磁电器、电磁设备,2.了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；,3.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；,4.了解三相电压的变换方法；,本章要求：,第3章 电磁电器、电磁设备,5.了解电磁铁的基本工作原理及其应用知识。,1.理解磁场的基本物理量的意义，了解磁性材料的基本知识及磁路的基本定律，会分析计算交流铁心线圈电路；,6.了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。,本章要求：,7.理解三相交流异步电动机
2、的机械特性，掌握 起动和反转的基本方法,了解调速和制动的 方法。,8.理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。,第3章 电磁电器、电磁设备,3.1 磁路,磁路的基本物理量,一、磁感应强度B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。,磁感应强度B的大小:,磁感应强度B的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。,磁感应强度B的单位:特斯拉(T)，1T=1Wb/m2,均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称匀强磁场。,二、磁通,磁通：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。,说明:如果不是均匀磁场，则取B的平均值。,在均匀磁场中=B S 或 B=/S,磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场
3、方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。,磁通 的单位:韦伯(Wb)1Wb=1Vs,三、磁场强度,磁场强度H：介质中某点的磁感应强度 B 与介质 磁导率 之比。,磁场强度H的单位：安培/米（A/m),任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。,式中：是磁场强度矢量沿任意闭合 线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；,I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。,安培环路定律电流正负的规定：,安培环路定律（全电流定律）,安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。,在均匀磁场中 Hl=IN,例:环形线圈如图，其中媒质是均匀的，试计算 线
4、圈内部各点的磁场强度。,解:取磁通作为闭合回线，以 其方向作为回线的围绕方向，则有：,线圈匝数与电流的乘积NI，称为磁通势，用字母 F 表示，则有 F=NI 磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安培。,式中：N 线圈匝数；lx=2x是半径为x的圆周长；Hx 半径x处的磁场强度；NI 为线圈匝数与电流的乘积。,故得：,真空的磁导率为常数，用 0表示，有：,四、磁导率,磁导率：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力。,相对磁导率 r：任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。,磁导率 的单位：亨/米（H/m）,例：环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率为，试计算线圈内部各点的磁感应强度。,解
5、：半径为x处各点的磁场强度为,故相应点磁感应强度为,由上例可见,磁场内某点的磁场强度 H 只与电流大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性()无关；而磁感应强度 B 与磁场媒质的磁性有关。,3.1.2 磁性材料的磁性能,1.非磁性物质,非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：,所以磁通 与产生此磁通的电流 I 成正比，呈线性关系。,当磁场媒质是非磁性材料时，有：,即 B与 H 成正比，呈线性关系。,由于,0 r 1,B=0 H,(),(I),2.磁性物质,磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种
6、特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。,在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。,磁畴,外磁场,在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。,磁畴,3、高导磁性,磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1(如坡莫合金，其 r 可达 2105)。磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。,磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。,磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。,磁性物质的高导磁性被广泛地应用
7、于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。,磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。,4.磁饱和性,BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；,B0 磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；,B BJ曲线和B0直线的纵坐标相 加即磁场的 B-H 磁化曲线。,BJ,B,a,b,磁化曲线,磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值
8、。如图。,B-H 磁化曲线的特征：Oa段：B 与H几乎成正比地增加；ab段：B 的增加缓慢下来；b点以后：B增加很少，达到饱和。,有磁性物质存在时，B 与 H不成正比，磁性物质的磁导率不是常数，随H而变。,有磁性物质存在时，与 I 不成正比。,磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出。,磁化曲线,B和与H的关系,5 磁滞性,磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。,磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于 外磁场变化的性质。,磁滞回线,Br,Hc,剩磁感应强度Br(剩磁)：当线圈中电流减小到零(H=0)时，铁心中的
9、磁感应强度。,矫顽磁力Hc：使 B=0 所需的 H 值。,磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。,几种常见磁性物质的磁化曲线,按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)软磁材料 具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(2)永磁材料 具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)矩磁材料 具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。,3.1.3 磁路的概念,一、磁路的概念,
10、在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。,直流电机的磁路,交流接触器的磁路,二、磁路的欧姆定律,磁路的欧姆定律是分析磁路的基本定律,环形线圈如图，其中媒质是均 匀的，磁导率为，试计算线圈内部 的磁通。,解：根据安培环路定律，有,设磁路的平均长度为 l，则有,1.引例,式中：F=NI 为磁通势，由其产生磁通；Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；l 为磁路的平均长度；S 为磁路的截面积。,2.磁路的欧姆定律,若某磁路的磁通为，磁通势为F，磁阻为Rm，则,即有：,此
11、即磁路的欧姆定律。,3.磁路与电路的比较,4.磁路分析的特点,(1)在处理电路时不涉及电场问题，在处理磁路时离不开磁场的概念；,(2)在处理电路时一般可以不考虑漏电流，在处理磁路时一般都要考虑漏磁通；,(3)磁路欧姆定律和电路欧姆定律只是在形式上相似。由于 不是常数，其随励磁电流而变，磁路欧姆定律不能直接用来计算，只能用于定性分析；,(4)在电路中，当 E=0时，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，当 F=0 时，不为零；,三、磁路的分析计算,主要任务:预先选定磁性材料中的磁通(或磁感应强度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求产生预定的磁通所需要的磁通势F=NI，确定线圈匝数和励磁电流。,
12、基本公式:,设磁路由不同材料或不同长度和截面积的 n 段组成，则基本公式为：,即,基本步骤:（由磁通 求磁通势F=NI）,(1)求各段磁感应强度 Bi 各段磁路截面积不同，通过同一磁通，故有：,(2)求各段磁场强度 Hi 根据各段磁路材料的磁化曲线 Bi=f(Hi),求B1，B2，相对应的 H1，H2，。,(3)计算各段磁路的磁压降（Hi li）,(4)根据下式求出磁通势（NI）,例1:一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300，铁心中的磁感应强度为 0.9T，磁路的平均长度为 45cm，试求：(1)铁心材料为铸铁时线圈中的电 流;(2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。,解：,（1）查铸铁材
13、料的磁化曲线，当 B=0.9 T 时，,(2)查硅钢片材料的磁化曲线，当 B=0.9 T 时，,磁场强度 H=9000 A/m，则,磁场强度 H=260 A/m，则,结论：如果要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可以降低线圈电流，减少用铜量。,如线圈中通有同样大小的电流0.39A，则铁心中的磁场强度是相等的，都是260 A/m。,查磁化曲线可得，,在例1(1)，(2)两种情况下，如线圈中通有同样大小的电流0.39A，要得到相同的磁通，铸铁材料铁心的截面积和硅钢片材料铁心的截面积，哪一个比较小？,【分析】,B硅钢是B铸铁的17倍。因=BS，如要得到相同的磁通，则铸铁铁心的截面积必须是
14、硅钢片铁心的截面积的17倍。,B铸铁=0.05T、B硅钢=0.9T,结论：如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用铁量大为降低。,查铸钢的磁化曲线，B=0.9 T 时，磁场强度 H1=500 A/m,例2:有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为 5cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，其长度等于 0.2cm。设线圈中通有 1A 的电流，如要得到 0.9T 的磁感应强度，试求线圈匝数。,解:,空气隙的磁场强度,铸钢铁心的磁场强度，,铁心的平均长度,磁路的平均总长度为,对各段有,总磁通势为,线圈匝数为,磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，磁通
15、势几乎都降在空气隙上面。,结论：当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大，要得到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（设线圈匝数一定）。,3.2 交流铁心线圈电路,3.2.1 电磁关系,（磁通势）,主磁通：通过铁心闭合的磁通。,漏磁通：经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。,线圈,铁心,i，,铁心线圈的漏磁电感,与i不是线性关系。,电压电流关系,根据KVL:,式中：R是线圈导线的电阻,L 是漏磁电感,当 u 是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：,设主磁通 则,有效值,由于线圈电阻 R 和感抗X（或漏磁通）较小，其电压降也较小，与主磁电动势 E 相比可忽略，故
16、有,式中：Bm是铁心中磁感应强度的最大值，单位T；S 是铁心截面积，单位m2。,3.2.2 功率损耗,交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。,1.铜损（Pcu）,在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用Pcu 表示。,Pcu=RI2,式中：R是线圈的电阻；I 是线圈中电流的有效值。,2.铁损（PFe）,在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用PFe 表示。,铁损由磁滞和涡流产生。,（1）磁滞损耗（Ph）,由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（Ph）。,磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率 f。,磁滞损耗转化为热能，引起铁心发
17、热。,减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。,设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。,(2)涡流损耗（Pe）,涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。,涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。,涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。,减少涡流损耗措施：,提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。,铁心线圈交流电路的有功功率为：,先将实际铁心线圈的线圈电阻R、漏磁感抗X分出，得到用理想铁心线圈表示的电路；,实际铁心线圈电路,理想铁心线圈电路,线圈电阻,漏磁感抗,三、等效电
18、路,用一个不含铁心的交流电路来等效替代铁心线圈交流电路。,等效条件：在同样电压作用下，功率、电流及各量之间的相位关系保持不变。,理想铁心线圈的等效电路 理想铁心线圈有能量的损耗和储放，可用具有电阻R0和感抗X0串联的电路等效。,式中：PFe为铁损，QFe为铁心储放能量的无功功率。,故有：,理想铁心线圈的等效电路 理想铁心线圈有能量的损耗和储放，可用具有电阻R0和感抗X0串联的电路等效。其中：电阻R0是和铁心能量损耗(铁损)相应的等效电阻，感抗X0是和铁心能量储放相应的等效感抗。其参数为：,等效电路,例1:有一交流铁心线圈，电源电压 U=220 V电路中电流 I=4 A，功率表读数P=100W，
19、频率f=50Hz，漏磁通和线圈电阻上的电压降可忽略不计，试求:(1)铁心线圈的功率因数；（2）铁心线圈的等效电阻和感抗。,解:,(1),(2)铁心线圈的等效阻抗模为,等效电阻为,等效感抗为,例2:要绕制一个铁心线圈，已知电源电压 U=220 V，频率 f=50Hz，今量得铁心截面为30.2 cm2,铁心由硅钢片叠成，设叠片间隙系数为0.91(一般取0.90.93)。（1）如取 Bm=1.2T，问线圈匝数应为多少?(2)如磁路平均长度为 60cm,问励磁电流应多大?,铁心的有效面积为,(1)线圈匝数为,(2)查磁化曲线图，B=1.2T时,=700，则,解:,3.3 变压器的原理和应用,一、概述
20、变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。,变压器的主要功能有：,在能量传输过程中，当输送功率P=UI cos 及负载功率因数cos 一定时：,电能损耗小,节省金属材料（经济）,3.3.1 变压器空载运行,U I,P=I Rl,I S,电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。具体如下：,变压器的结构,变压器的磁路,变压器的电路,变压器的结构,变压器的分类,二、变压器的工作原理,一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。,(1)空载运行情况,1.电磁关系,一次侧接交流电源，二次侧开路。,空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。,(2)带负载运行情况,1
21、.电磁关系,一次侧接交流电源，二次侧接负载。,有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。,2.电压变换（设加正弦交流电压）,有效值:,同 理：,主磁通按正弦规律变化，设为 则,(1)一次、二次侧主磁通感应电动势,根据KVL：,变压器一次侧等效电路如图,由于电阻 R1 和感抗 X1(或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势 E1比较可忽略不计，则,(2)一次、二次侧电压,式中 R1 为一次侧绕组的电阻;X1=L1 为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生)。,对二次侧，根据KVL：,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,式中 R2 为二次绕组的电阻;X2=L2 为二
22、次绕组的感抗；为二次绕组的端电压。,变压器空载时:,式中U20为变压器空载电压。,故有,三相电压的变换,1)三相变压器的结构,高压绕组：A-X B-Y C-Z,X、Y、Z：尾端,A、B、C：首端,低压绕组：a-x b-y c-z,a、b、c：首端,x、y、z：尾端,2)三相变压器的联结方式,联结方式：,高压绕组接法,低压绕组接法,三相配电变压器,动力供电系统（井下照明）,高压、超高压供电系统,常用接法:,（1）三相变压器Y/Y0联结,线电压之比：,（2）三相变压器Y0/联结,线电压之比：,3.电流变换,(一次、二次侧电流关系),有载运行,可见，铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持
23、不变。即有,不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有,由上式，若U1、f 不变，则 m 基本不变，近于常数。,空载：,有载：,或,结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。,或：,1.提供产生m的磁势,磁势平衡式：,空载磁势,有载磁势,4.阻抗变换,由图可知：,结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K 2 倍。,(1)变压器的匝数比应为：,解:,例1:如图，交流信号源的电动势 E=120V，内阻 R 0=800，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求:（1）当RL折算到原边的等效电阻 时，求变压器的匝数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时,信
24、号源输出多大功率？,信号源的输出功率：,电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。,结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。,原因：满足了最大功率输出的条件：,（2）将负载直接接到信号源上时，输出功率为：,例2:有一机床照明变压器,50VA,U1=380 V,U2=36 V，其绕组已烧毁，要拆去重绕。今测得其铁心截面积为22mm41mm（如图）。铁心材料是0.35mm厚的硅钢片。试计算一次、二次绕组匝数及导线线径。,解:,铁心的有效截面积为,式中 0.9 为铁心叠片间隙系数,对 0.35mm的硅钢片，可取Bm=1.1T,一次绕组匝数为,二次绕组匝数为,（设U20=1.05U2）,二次绕组电流
25、为,一次绕组电流为,导线直径计算公式,式中，J是电流密度，一般取J 2.5 A/mm2。,二次绕组线径为,一次绕组线径为,1）变压器的型号,5.变压器的铭牌和技术数据,2）额定值,额定电压 U1N、U2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值,额定电流 I1N、I2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。,额定容量 SN 传送功率的最大能力。,容量 SN 输出功率 P2,一次侧输入功率 P1 输出功率 P2,注意：变压器几个功率的关系（单相）,效率,变压器运行时的功率取决于负载的性质,2)额定值,使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压
26、器就是根据此原理制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。,特殊变压器,1.自耦变压器,二次侧不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二次侧出现高压。,使用注意事项：,被测电压=电压表读数 N1/N2,2.电压互感器,实现用低量程的电压表测量高电压,被测电流=电流表读数 N2/N1,二次侧不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的 一端接地，以防在 绝缘损坏时，在二次侧出现过压。,使用注意事项：,3.电流互感器,实现用低量程的电流表测量大电流,电动机的分类：,鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结
27、构、工作原理、机械特性、控制方法,交流电动机,单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式。定子绕组中通入单相交流电后,形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。,定子,定子绕组,转子,一、单相异步电动机的工作原理,3.5 单相异步电动机,定子绕组产生的脉动磁场，可用正、反两个旋转磁场合成来等效。即,脉动磁场的分解,正反向旋转磁场的合成转矩特性,合成转矩,(正向),(反向),鼠笼式转子导条及电流,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所
28、以没有起动转矩。,A,A,为了获得所需的起动转矩，单相异步电动机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不同。,二、电容分相式异步电动机,电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，一个是工作绕组 AA，另一个是起动绕组 BB,两个绕组在空间相隔90。起动时，BB 绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90，即可获得所需的旋转磁场。,设两相电流为,两相电流,正弦波形如图所示。,工作绕组,起动绕组,两相旋转磁场,动画,实现正反转的电路,改变电容C的串联位置，可使单相异步电动机反转。,将开关S合在位置1，电容C与B绕组
29、串联，电流 iB较iA超前近90；当将S切换到位置2，电容C与A绕组串联，电流iA 较iB 超前近90。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的反转。,电动机转子转动起来后，利用离心力将开关S断开(S是离心开关)，使起动绕组BB断电。,M,三相异步电动机在运行过程中，若其中一相与电源断开，就成为单相电动机运行。此时电动机仍将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。这种情况往往不易察觉，在使用电动机时必须注意。如果三相异步电动机在起动前就断了一线，则不能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，也会使电动机烧坏。,三、三相异步电动机的单相运行,例
30、：三相异步电动机在一定的负载转矩下运行时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速有无变化？,3.6 直流电动机,直流电动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:,(1)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。(2)用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等,直流电动机的构造,极掌,极心,励磁绕
31、组,机座,转子,直流电动机的磁极和磁路,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,励磁:磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称 为励磁。,用来在电机中产生磁场。,1.他励电动机 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动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机,2.并励电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。,4.复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。,3.串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,串励,复励,三 直流电机的
32、基本工作原理,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。,电刷,换向片,换向器作用：将外部直流电转换成内部的直流电，以保持转矩方向不变。,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。,1.电枢感应电动势,E=KE n,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 Ra 绕组电阻,2.电枢回路电压平衡式,3.电磁转矩,单位:(韦伯)，I
33、a(安)，T(牛顿米),直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)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=KT Ia,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,例：,设外加电枢电压 U 一定，T=T2(平衡)，此时，若T2突然增加，则调整过程为,达到新的平衡点(Ia、P入)。,T2,n,Ia,T,E,直流电动机的机械特性,特点:励磁绕组与电
34、枢并联,由图可求得,由上分析可知：,当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时,励磁电流If和磁通不变，即=常数。则,令：,T=KT Ia=K Ia,即：并励电动机的磁通=常数，转矩与电枢电流成正比。,由以下公式,求得,式中：,n=f(T)特性曲线,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）。,改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线,动画,例:有一并励电动机，其额定数据如下：P=22KW,UN=110V,nN=1000r/min,=0.84,并已知Rf=27.5，Ra=0.04,试求:(1)额定电流I,额定 电枢电流Ia及额定励磁电流If;(2)损耗功率PaCu,及P
35、O;(3)额定转矩T;(4)反电动势E。,解：(1)P2是输出功率，额定输入功率为,额定电流,额定励磁电流,额定电枢电流,（2）电枢电路铜损,励磁电路铜损,总损失功率,空载损耗功率,（3）额定转矩,（4）反电动势,1.额定功率PN:电机轴上输出的机械功率。,2.额定电压UN:额定工作情况下的电枢上加 的直流电压。（例：110V，220V，440V）,3.额定电流IN:额定电压下轴上输出额定功 率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。三者关系：PN=UNIN（：效率）,4.额定转速nN:在PN,UN,IN 时的转速。直流电机的转速一般在500r/min 以上。特 殊的直流电机转速可以做到很低（如每分 钟几转）或很高（每分钟3000转以上）。,注意:调速时对于没有调速要求的电机，最大转速 不能超过1.2nN。,3.6.3直流电动机的铭牌和使用,(3)恒功率负载（P 一定时，T和n 成反比)，要选 软特性电机拖动。如：电气机车等。,直流电动机特性类型的选择:,(1)恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关)要选 硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。,(2)通风机械负载，机械负载 TL 和转速 n 的平方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。,
