第56讲 第二十八章：同步电机（）及第二十九章：直流电机（一）（2010年新版）.doc

1、联系 QQ1165557537一、直流励磁机励磁系统直流励磁机一般与同步发电机同轴，由同一原动机施动。其本身所需励磁电流通常由并励方式供给。直流励磁机励磁系统与外部交流电网无直接联系，整个系统运行可靠且比较简单，在中小型汽轮发电机中广泛采用。大容量的汽轮发电机不宜采用同轴直流励磁机的励磁方式。二、静止的交流整流励磁系统可分为自励式与他励式两种：1、 他励式静止半导体励磁系统汽轮发电机的励磁电流由同轴交流主励磁机发出的三相交流通过静止的半导体硅整流器供给。供给主励磁机励磁电流的是副励磁机。副励磁机也是交流发电机共励磁电流在电机运行之初由外界直流电源供给，待建立输出电压后则改为自励。副励磁机输出的

2、也是三相交流电，须由晶闸管整流后再供给主励磁机2、自励式静止半导体励磁系统自励式静止半导体励磁：取消交流励磁机，交流励磁电源直接取自同步发电机本身主发电机的励磁电流以由整流变压器取自自身输出端，经过三相晶闸管整流后变为直流电。静止的交流整流励磁系统没有直流励磁机的换向器火花等问题，运行维护方便，技术性能较好国内外已广泛使用三、旋转的交流整流励磁系统旋转的交流整流励磁系统：用一台旋转电枢式的交流主动磁机，和主发电机同轴联接，半导体整流装置安装在主发电机转子上，这样就用固定联接代替了电刷和滑环，因此又称为无刷励磁。主励磁机的励磁电流可由主发电机输出端取得，也可通过同轴交流副励磁机供给。无刷励磁优点

3、：整个励磁系统没有触点，运行比较可靠，维护也比较方便。在国内外大型汽轮发电机中已广泛采用。四、三次谐波励磁同步发电机的气隙磁通密度分布，不可避免地存在三次谐波分量。这个谐波分量在同步发电机的电枢绕组内虽然感应出三次谐波电动势，但经过三相联接，电枢绕组输出线上并不存在三次谐波电动势，即不影响供电质量。三次谐波励磁系统：利用三次谐波磁通密度，在定子槽中专门嵌放一套三次谐波绕组，其节距取极距的1/3，基波气隙磁场在该绕组中的合成感应电动势等于零。三次谐波磁场则在该绕组中感应一个三倍基波频率的三次谐波电动势。三次谐波励磁就是将这个绕组中的三次谐波电动势经过半导体整流装置后转换为直流电流，再接到发电机的

4、励磁绕组。三次谐波励磁是一种自励方式，它和直流发电机的电压建立过程相同，由于磁路具有剩磁和饱和现象，所以能自励并具有稳定工作点。三次谐波励磁在单机运行的小型同步发电机中广泛使用1. 一台长复励直流发电机 kW， ， ， ，换向片数 K=93，元1NPVUN230min/1450rnN42p件匝数 ，单波绕组，电枢外径 ，额定励磁电流 ，电机磁路有一定的饱31yNmDa95. AIfN96.和程度。(1) 改善换向，电刷前移 机械角。试求直轴与交轴电枢反应磁势 和 。09 adFq（2）电刷顺电枢旋转方向移动时， 和 各起什么作用。adFq解 额定电流 AUPIN83.472301额定电枢电流

5、IIfNaN 9.)956.(支路电流 AaIiN40.27.482极距 mpDa153.049.2元件数 9KS总导体数6203192yaSNZ电枢线负荷 mADiAa /4/195.06电刷在电枢表面移过的距离 ba 0153.3600 (1) 交轴电枢反应 极极 /).215.(49)2( AAFaq 直轴电枢反应 极极 /8.37/0.6Abad （2）电刷顺电枢旋转方向移动了 角，因为是发电机，故 起去磁作用。 使气隙adFaqF磁场发生畸变，因为磁路饱和，故 还有去磁作用。aqF第 29 章 直流电机直流电机工作原理29.1.1 直流电机的物理模型图解释这是分析直流电机的物理模型图

6、。 其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中 2 个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极 N 和 S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由 A 和X 两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷 B1

7、和 B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。29.1.2 直流发电机的工作原理设原动机拖动转子以每分转 n 转转动；电机内部的固定部分要有磁场。这个磁场可以是如图示的磁铁也可以是磁极铁心上绕套线圈，再通过直流电产生磁场。其中 If 称之为励磁电流。这种线圈每个磁极上有一个，也就是，电机有几个磁极就有几个励磁线圈，这几个线圈串联（或并联）起来就构成了励磁绕组。这里要注意各线圈通过电流的方向不可出错。在以上条件下环外导体将感应电势，其大小与磁通密度 B 、导体的有效长度 l 和导体切割磁场速度 v 三者的乘积成正比，其方向用右手定则判断。但是要注意某一根转子导体的电势性质是交流电

8、。而经电刷输出的电动势确是直流电了。这便是直流发电机的工作原理。29.1.2 直流电动机的工作原理对上节所示的直流电机，如果去掉原动机，并给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈 abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体 ab 和 cd 收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片 2 接触，电刷 B 和换向片 1 接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是 dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体 ab 和 cd 受到电磁力的作

9、用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机将直流电动机的工作原理归结如下：1.将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。 2.电机内部有磁场存在。 3.载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 f= Blia （左手定则） 4.所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以 n(转/分)旋转，以便拖动机械负

10、载。总结1.所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路。2.电枢绕组的支路数（2a）永远是成对出现，这是由于磁极数(2p)是一个偶数.注：a支路对数 p极对数3为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何中线上的导体相接触。4每根电枢导体的电势性质是交流电，而经电刷引出的电势为直流电势。29.1.3 直流电机的基本结构29.1.3.1 定子部分定子的主要部件包 括：直流电机的定子由主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件组成。主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子

11、一端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。机座 机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。 机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。换向极 换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的火花。换向极结构和主磁极类似，是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成，并用螺杆固定在机座上。端盖 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。电刷装置电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成29.1.

12、3.2 转子部分直流电机的转动部分称为转子，又称电枢。转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。电枢铁心 电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。电枢绕组电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。换向器前面已经指出，在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。29.1.4 直流电机的额定值额定功率 P N指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以 “W“ 为量纲单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。注意：对于直流发电机，P N是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。P NU NIN 对于直流电动机，P N是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率 N存在。PNU NIN N 额定电压 U N 指额定状态下电枢出线端的电压，以 “V“ 为量纲单位。 额定电流 I N 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 “A“ 为量纲单位。 额定转速 n N 指额定状态下运行时转子的转速，以 r/min 为量纲单位。 额定励磁电流 I f 指电机在额定状态时的励磁电流值。