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他励直流电机的启动原理与运行

他励直流电机的启动原理与运行
他励直流电机的启动原理与运行

他励直流电机的运行

直流电动机的起动

电动机接到规定电源后,转速从0上升到稳态转速的过程称为起动过程。

他励直流电动机起动时,必须先保证有磁场(即先通励磁电流),而后加电枢电压。

合闸瞬间的起动电流很大应尽可能的缩短启动时间,减少能量损耗以及减少生产中的损耗

起动电流大的原因:

1、起动开始时:n=0,Ea=CeΦn=0,

2、电枢电流:Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra Ra一般很小

这样大的起动电流会引起后果:

1、电机换向困难,产生严重的火花

2、过大转矩将损坏拖动系统的传动机构和电机电枢

3、供电线路产生很大的压降。变频器整流回路的启动电阻

结论:因此必须采取适当的措施限制起动电流,除容量极小的电机外,绝不允许直接起动

起动方法:

电枢串电阻启动——起动过程中有能量损耗,现在很少用,在实验室中用降压启动——适用于电动机的直流电源是可调的,投资较大,但启动过程中没有能量损耗。

直流启动器

电枢串电阻起动:

最初起动电流:Ist=U/(Ra+Rst) 最初起动转矩:Tst=KTΦIst

启动电阻:Rst=(UN/λi IN)-Ra

为了在限定的电流Ist下获得较大的起动转矩Tst,应该使磁通Φ尽可能大些,因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。

有了一定的转速n后,电势Ea不再为0,电流Ist会逐步减小,转矩Tst 也会逐步减小。

为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩,一般将起动器设计为多级,随着转速n的增大,串在电枢回路的起动电阻Rst逐级切除,进入稳态后全部切除。

起动电阻Rst一般设计为短时运行方式,不容许长时间通过较大的电流。

降压起动:

对于他励直流电动机,可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流。

起动时电压Umin,起动电流Ist:

Ist= Umin/Ra< λiIN

启动过程中U随Ea上升逐渐上升,直到U=UN

串励电动机绝对不允许空载起动。

串电阻起动设备简单,投资小,但起动电阻上要消耗能量;

电枢降压起动设备投资较大,但起动过程节能。

直流电动机的调速

为提高产品质量和生产效率,工作机械的运行速不可能是单一的。按照工作机械的要求认为地调节拖动电动机的运行速度。

例如:车床切削工件时,精加工用高速,粗加工用低速。

改变传动机构的变比——机械调速

改变电动机参数——电气调速:直流和交流

直流调速系统中大多数为他励直流电动机

一、他励直流电动机人为机械特性

电动机转速特性和机械特性的一般表达式:

2T a Ωe e T R R U n K ΦK K Φ+=

- a Ωa

e e R R U n I K ΦK Φ+=-

理想空载转速:0e U

n K Φ= 斜率:2T a

Ωe R R K K Φβ+=

固有机械特性和人为机械特性

固有机械特性——U=U N ,Φ=ΦN ,R Ω=0

人为机械特性——U 或Φ不等于额定值,或者RΩ不等于零。 他励直流电动机的三条人为机械特性: RΩ≠0,电枢回路串电阻时的机械特性 U≠UN ,改变电枢电压时的机械特性 Φ≠ΦN ,改变气隙磁通时的机械特性

研究人为机械特性重点:理想空载转速和斜率的变化 电枢回路串电阻的机械特性:

理想空载转速:

0N e U n K Φ=斜率:2T a

Ω

e R R K K Φβ+= 对应于不同的R Ω可以得到一簇斜率不同射线。

均在固有机械特性之下

+

+ —

Ea

因为:Φ=Φ

N =Cont,T=KTΦ

Ia

,即T正比于Ia,故人为机械特性的

图形在另一适当的横轴比例尺下可以代表其相应的转速特性改变电枢电压的机械特性

理想空载转速:

e

U

n

=

斜率:

2

T

a

e

R

K KΦ

β=

斜率不变,理想空载转速n0不同的一簇平行线。

电动机绝缘条件的限制,电枢电压不能高于额定电压,U

因为:Φ=ΦN=Cont,T=KTΦIa,即T正比于Ia,故人为机械特性的图形在另一适当的横轴比例尺下可以代表其相应的转速特性

改变磁通的机械特性:

此时:Φ≠Cont ,T=KTΦIa ,即T 不在成正比于Ia ,故人为机械特性和转速特性必须分别考虑。

由于磁路饱和和励磁绕组发热条件的限制,Ф只能在Ф≤ФN 范围内调节

0N

e U n K Φ?=随Φ的减少而上升

N

s a U I R ?=

为常数与Φ无关 s T s T K ΦI ?=随Φ减小而减小

机械特性曲线的形状决定了电动机的应用范围

机械特性方程式及其函数图形是对拖动系统稳定状态下电动机转矩与转速关系的数学描述

如果不考虑电枢绕组电感的影响(电枢电流认为可以突变),机械特性方程式及其函数图形也是对拖动系统在升、降速的动态下电动机转矩与转速关系的描述。

动态过程的每一瞬间描述—

dn n n dt -=

2T

a Ωe e T R R U

n K ΦK K Φ+=-——静态描述

则系统的动态过程可由此坐标平面中的一条特定的轨迹唯一描述 在适当的比例尺下,T —n 坐标平面可以转换为 T —n 平面。 如果TL ≠0,则通过坐标变换将n 轴平移到T=TL 处, T —n 坐标平面仍可视为 n —n 平面。

几个概念:相平面、相点、相轨迹

2

T a Ωe e T R R U

n K ΦK K Φ+=-——机械特性方程由来?

U=Ea+IaRa Ea=KeФn T= KTФIa

结论:静态下的机械特性方程式同时也是对系统升降速动态过程中T 与n 之间变化关系的数学描述

二、他励直流电动机的调速方法

a Ωa

e e R R U

n I K ΦK Φ+=-

2T

a Ωe e T R R U

n K ΦK K Φ+=-

2

a Ωe e T R R U

dn c K ΦK K Φdt +=

-20375L GD dn dn

T T T c

dt dt ==∴=设则——动态描述

电枢回路串电阻调速:

依据:调节电枢回路电阻Rc的大小时,电动机机械特性的斜率改变,与负载机械特性的交点也会改变,达到调速目的。

调速过程分析:

设系统稳定工作在A1点,电枢回路突然增加电阻Rc

电动机的转速不能突变, A1—>B1,所在的特性曲线不同

T

下降过程中随n的下降T逐渐增大,dn/dt减小,向新的平衡状态移动

A2,T增大到了TL,系统恢复平衡状态,n=n2

某环节上出现外部因素的干扰,平衡被破坏,经系统内部调节过程,达到新的平衡。如Rc突然增大.

n 不变?Ea不变?Iaι? T ι?n ι? Ea ι? Ia #? T #

电枢串电阻调速特点:

电流的变化:负载T

不变,平衡状态要求T不变,Ia不变——平衡

L

时电枢电流由负载决定

(起动时Ist由电压和电阻决定)

优点:设备简单、操作简单。

缺点:只能降速,低转速时变化率较大,电枢电流较大时,不易连续调速,有损耗。

调压调速:

降低电枢电压时,电动机机械特性平行下移。负载不变时,交点也下移,速度也随之改变。

过程:

不变,平衡状态要求T不变,Ia不变——平衡电流的变化:负载T

L

时电枢电流由负载决定(起动时Ist由电压和电阻决定

优点:调速后,转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。缺点:只能下调,且专门设备,成本大。(可控硅调压调速系统)

改变励磁电流调速

减少励磁电流时,磁通Φ减少,电动机机械特性n0点和斜率增大。负载不变时,交点也下移,速度也随之改变。

A1、A2、A3、A4处负载转矩T Z相同,电机输出转矩相同,但注意这些点

的电流不同。

三、合理选择调速方式的基本依据

调速范围能否满足要求

电动机的负载能力是否得到合理利用 调速的平滑性

原始投资和运行费用的合理支配

(一)调速范围 定义:额定负载转矩下电动机允许达到的最高转速与不超过工作机械允许的最大静差率所能达到的最低转速之比。

max

min D n n =

:()静差率转速变化率用以表征相对稳定性

s N

N T T n n n n =-?==

显然△n 愈小,s 愈小,表征相对稳定性越好

1、2曲线比较:机械特性越硬,则s 越小;

1、3曲线比较:机械特性硬度相同,但s 并不一定相同;n 0越大,s 越小,

T L =T N

即高速特性的相对稳定性优于低速特性。

生产机械调速时,为保证一定的稳定性,通常要求静差率s 小于某一允许值

如果低速特性的静差率s 满足要求,则高转速特性一定也满足要求

S 和D 是互相联系的两项指标,n min 取决于低速特性的静差率s ,因此D 也受低速特性的静差率s 的限制

调速范围D 和静差率s 的关系

max max

N max n S D n (1S )?=

?- N

min max max

n n (1S )

S ?=-

(二)电动机负载能力的合理利用

电动机的负载能力:即电动机的允许输出,指在调速过程中,保持电枢电流Ia=IN 时电动机轴上输出转矩和输出功率的大小,即调速运行中电动机的长期最大输出转矩和输出功率。

他励直流电动机T a T K I =Φ

T T 2n P ()10001000609550T n πΩ===

串电阻和降电压调速 T N N T K I T P 9550T n

Cn =Φ===

=允许允许允许常数

从高速到低速进行调速时,允许输出的转矩是常数,允许输出的功率正比于转速——恒转矩调速方式 弱磁调速

N N

N ,1

11

T 1P ()P 95509550n 1

9550C P 95509550N N a N N a T N T N

N N a T N N N a

T N U -I R n ke U -I R K ΦI K I C

ke n n

T n U -I R K I Φke

C n

U -I R K I ke Φ=

Φ

===========允许允许允许是变化的但转速常数

常数

从低速到高速进行调速时,允许输出的功率是常数,允许输出转矩的反比于转速——恒功率调速方式

由于工作机械的负载 特性亦具有恒转矩和横功率两种类型,为保证电动机 的负载能力得到充分利用,必须按照负载性质来选择调速方式及电动电机。

具体做法:

具有恒转矩型的工作机械选用恒转矩性质的调速方式,且电动机的额定转矩T N 应等于或略大于恒值负载转矩

具有恒功率型的工作机械选用恒功率性质的调速方式,且电动机的额定功率应等于或略大于恒值负载功率

(三)调速的平滑性

定义:相邻两级转速之比:k=n i /n i -1

T P

N

K=1 表示速度连续可调——高性能调速要求之一

改变电枢电压和弱磁调速可以实现无级调速

串电阻调速不能实现无级调速

原始投资和运行费用:

原始投资:设备费用

运行费用:运行中电能的消耗和维护费用

电枢串电阻调速:

降电压与弱磁调速:

4.3直流电动机的电动与制动运行

在生产过程中,经常需要采取一些措施使电动机尽快停转,或者限制势能性负载在某一转速下稳定运转,这就是电动机的制动问题。实现制动既可以采用机械的方法,也可以采用电气的方法。

我们重点来看一下电气制动方法:

能耗制动

反接制动

回馈制动

一、电动机的四象限运行

电动机状态:n与T方向相同,电能转化为机械能,机械特性位于Ⅰ、Ⅲ象限

制动状态:n与T方向相反,机械能转化为电能,(回馈电网或热能损耗)机械特性位于Ⅱ、Ⅳ象限

二、能耗制动

能耗制动过程:

将闸刀合向下方,制动开始

开始时由于惯性,n 不变→Ea 不变,由于电枢电压等于0,电枢电流Ia=0-Ea/(Ra+R Ω),与电动机运行时符号相反,由于Ф不变,所以T 亦反向,则T 与n 相反——制动状态

制动过程中,对电机靠相同动能发电,将转动部分的动能转换成电能,消耗在电阻和电枢回路的电阻上,所以称为能耗制动。

能耗制动的特点:

电枢端电压(外加电压)为0 电势平衡方程:Ea=Ia ( Ra+R Ω) 功率平衡EaIa=IaIa ( Ra+R Ω)

制动过程中相同动能转化为电能,消耗在Ra+R Ω上 制动电阻R Ω用以限制制动瞬间的电枢电流

能耗制动的机械特性

电动机的机械特性方程式为:由于0,N U =Φ=Φ

2T

K K a e T N R R n Ω

+=-

Φ

是一条过原点的直线,如图

在由运行点到停转的制动过程中,转速并非稳定在某一数值,而是一直在变化中,因此称为能耗制动过程。

能耗制动的应用

缩短降速时间

下方重物(获得一个稳定的下方速度)

结果分析:这种方法所串入的电阻越小,耗制动开始瞬间的制动转矩和电枢电流就越大,而电流太大,会造成换向上的困难,因此能耗制动过程中电枢电流有个上限,即电动机允许的最大电流。由可以计算出能耗制动过程电枢回路中串入制动电阻的最小值:

这种制动方法在转速较高时制动作用较大,随着转速下降,制动作用也随

之减小,在低速时可配合使用机械制动装置,使系统迅速停转。

(三)反接制动

反接制动过程分析:如图所示,

电压反接制动是将正在正向运行的他励直流电动机电枢回路的电压突然反接,电枢电流也将反向,主磁通不变,则电磁转矩反向,产生制动转矩。

机械特性分析:

反接前:

N

a

a a U E I R -= 反接后:N U U =- 所以:

'N

a

a a U E I R +=- 因此反接后电流的数值将非常大,为了限制电枢电流,所以反接时必须在电枢回路串入一个足够大的限流电阻。

min max

N a

a

a U E R R I +=-

电压反接制动时,N U U =-N Φ=Φ ,电枢回路的电阻为:a R R +,电动

机的机械特性方程式为: 2

N a e N e T N U R R

n T C C C -+=

-ΦΦ

其对应的曲线为过-n 0点,斜率为

2

a

e T N R R C C +-Φ 的直线,如图

反接制动反向起动过程:

如果C点电动机的转矩大于负载转矩,当转速到达零时,应迅速将电源开关从电网上拉开,否则电动机将反向起动,最后稳定在D点运行,如图所示。电压反接制动在整个制动过程中均具有较大的制动转矩,因此制动速度快,在可逆拖动系统,常常采用这种方法。

电源反接的反接制动特点

Ua=-U N

Ia<0

T<0

制动电阻的选取原则:

太大:制动转矩小

太小;制动电流大

电势平衡

功率平衡

电机由轴上吸收机械能(动能),并转换为电功率,从电源吸收电功率,全部付出在电枢中的铜耗中。

倒拉反转制动

他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载运行,电枢回路串入电阻,将引起转速下降,串的电阻越大,转速下降越多。如果电阻大到一定程度,将使电动机的机械特性和负载的机械特性的交点出现在第象限,如图所示,这时电动机接线未变,转速反向。而是一种制动运行状态,称为倒拉反转制动运行。

倒拉反转制动运行常用于起重设备低速下放重物的场合。在这种运行方式中,电动机的电磁转矩起了制动作用,限制了重物下降的速度。改变

的大小,即可改变机械特性的交点,使重物以不同的稳定速度下降。

反接制动特点

Ua=U N

N<0

Ia>0

T>0

电势平衡

功率平衡

电机由轴上吸收机械能(动能),并转换为电功率,从电源吸收电功率,全部付出在电枢中的铜耗中。

(四)回馈制动:

他励直流电动机运行中如果出现实际的转速n高于理想空载转速n0,电机即进入回馈制动状态(发电机状态)

电力拖动系统中,回馈制动的产生

(1)突然降低电枢电压

A 点运行,突然将电压 BC 段 电流方向 转矩方向 转速方向 CD 段

(2) 突然增加磁通

T

T L

T B

A 点运行,突然增加磁通 BC 段 电流方向 转矩方向 转速方向 CD 段

磁通的突变

以上两种情况回馈制动的特点 n>n0,Ea>Ua,电流方向改变 电势平衡关系 功率平衡关系

电机由轴上吸收机械能(动能),并转换为电功率,部分付出在电枢中的铜耗后,剩余部分全部回馈电网,回馈制动由此得名。

(3) 电枢电源反接,带位能负载

T L

T B

A点运行,位能负载,电枢电源反接

BC段

反接制动

CD段

DE段

电流方向

转矩方向

转速方向

电枢电源反接,带位能负载的能耗制动的特点

n>n0,Ea>Ua,电流方向没有改变(转速方向)

电势平衡关系

功率平衡关系

电机由轴上吸收机械能(动能),并转换为电功率,部分付出在电枢中的铜耗后,剩余部分全部回馈电网,回馈制动由此得名。

应用:下放重物(速度大于n0)(电枢电阻越大,速度越高)

直流电机工作原理

第二章 直流电机 2.1 概述 2.1.1 直流电机的工作原理 首先,复习e=B δlv 公式,说明e 正比于B δ。结合图2.1解释v=2πRn/60 (m/s , n (r/min)); 机械角速度Ω=v/R=2πn /60 ( r/s); 电角速度ω=p Ω=p2πn/60 (rad/s) (记下来);导体或线圈。 将直流电机的简单工作原理图结构介绍清楚。包括:N 、S 磁极和A 、B 电刷静止,换向片、线圈(导体)以及电枢逆时针旋转。将其抽象成一个平面图。 假设磁力线进入磁极为正方向,离开磁极的磁通方向为负。得气隙磁密在空间得分布曲线 B δ(θ)(0≤θ=ωt ≤2π)。进而得到导体电势e(ωt)和线圈电势e AB (ωt)。 经过合理的多个线圈均匀分布设计,按照一定规律连接起来就组成电枢绕组,便可以获得近似直流电动势。 工作原理: (1) 发电机:电枢绕组中感应的交变电势,依靠换向器的换向作用,利用静止 的电刷把同一磁极 下导体电势引出,变为直流电势输出。(发电机惯例) (2) 电动机:通过电刷和换向器的共同作用,使得同磁极下的导体边流过的电 流方向不变,导体 受力方向不变,进而产生方向恒定的电磁转矩,使电机连续转动。 结论:(1)电机内部(电刷为界),线圈中产生的感应电势、流过的电流是交流量。 (2)电机外部(电刷两端),电动机运行外加直流电;发电机运行输出直流电 (3) 从原理上讲,同一台电机既可以作电动机运行又可以作发电机运行,是可逆的。 (4)电动机惯例 发电机惯例 i i u Motor u Generator

2.1.2 直流电机的主要结构部件 定子——起机械支撑,产生磁场的作用 机座、端盖、电刷、 轴承 直流电机结构 气隙——耦合磁场 转子——产生电磁转矩、产生感应电势 电枢铁心和电枢绕组 换向器、转轴、风扇 2.1.3 直流电机的额定值 额定值:指电机正常运行时各物理量的数值。此时亦称电机满载运行。否则为欠载或过载 额定功率:指输出功率W, kW 。 发电机P N =U N I N 电动机P N =ηU N I N 额定电压U N (V), 额定电流I N (A), 额定励磁电压U fN (V), 额定励磁电流I fN (A), 额定转速n N (r/min)

无刷直流电机工作原理详解

无刷直流电机工作原理详解 日期: 2014-05-28 / 作者: admin / 分类: 技术文章 1. 简介 本文要介绍电机种类中发展快速且应用广泛的无刷直流电机(以下简称BLDC)。BLDC被广泛的用于日常生活用具、汽车工业、航空、消费电子、医学电子、工业自动化等装置和仪表。顾名思义,BLDC不使用机械结构的换向电刷而直接使用电子换向器,在使用中BLDC相比有刷电机有许多的优点,比如: 能获得更好的扭矩转速特性; 高速动态响应; 高效率; 长寿命; 低噪声; 高转速。 另外,BLDC更优的扭矩和外形尺寸比使得它更适合用于对电机自身重量和大小比较敏感的场合。 2. BLDC结构和基本工作原理 BLDC属于同步电机的一种,这就意味着它的定子产生的磁场和转子产生的磁场是同频率的,所以BLDC并不会产生普通感应电机的频差现象。BLDC中又有单相、2相和3相电机的区别,相类型的不同决定其定子线圈绕组的多少。在这里我们将集中讨论的是应用最为 广泛的3相BLDC。 2.1 定子 BLDC定子是由许多硅钢片经过叠压和轴向冲压而成,每个冲槽内都有一定的线圈组成了绕组,可以参见图2.1.1。从传统意义上讲,BLDC的定子和感应电机的定子有点类似,不过在定子绕组的分布上有一定的差别。大多数的BLDC定子有3个呈星行排列的绕组,每 个绕组又由许多内部结合的钢片按照一定的方式组成,偶数个绕组分布在定子的周围组成了偶数个磁极。

BLDC的定子绕组可以分为梯形和正弦两种绕组,它们的根本区别在于由于绕组的不同连接方式使它们产生的反电动势(反电动势的相关介绍请参加EMF一节)不同,分别呈现梯形和正弦波形,故用此命名了。梯形和正弦绕组产生的反电动势的波形图如图2.1.2和图 2.1.3所示。

直流电机与交流电动机的区别

直流电机与交流电动机的区别 区别就是驱动电源的种类不同,交流电机是交流,直流电机是直流。 交流电机是定子所形成的旋转磁场在转子上感应出电势后产生的旋转动力。 转速一般是固定的转速。但由于其结构简单,供电电源方便,所以大量使用于工业企业中。小到家用冰箱洗衣机吸尘器,大到机床,等等,都使用交流电机。 直流电机的定子是一个固定磁场,直流电通过转子的电刷在其周围形成变化的磁场,从而在定子内转动。 由于交流比较容易获得,比较容易输送,所以目前我们所使用的电动机械大部分都是交流电机驱动的,交流电机应用更广泛一些。 直流电机是磁场不动,导体在磁场中运动;交流电机是磁场旋转运动,而导体不动. 直流电动机分为定子绕组和转子绕组.定子绕组产生磁场.当通直流电时.定子绕组产生固定 极性的磁场.转子通直流电在磁场中受力.于是转子在磁场中受力就旋转起来.直流电机构造 复杂.造价高. 交流电动机分定子绕组和转子导体.转子导体形状像鼠笼,导体与导体之间用硅钢片.有的交流电动机转子也有绕组. 三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场,三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道,三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的,三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度,这样,当在定子绕组中通入三相电源时,定子绕组就会产生一个旋转磁场,定子绕组产生旋转磁场后,转子导体(鼠笼条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流,转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力,电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。一般情况下,电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。 直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能,但直流电机的优点也正是它的缺点,因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能,则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°,这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外,使用场合也受到限制。 交流电机没有碳刷及整流子,免维护、坚固、应用广,但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单,运行可靠,成本低廉等。

直流电机工作原理

第二章直流电机的基本结构和运行分析 直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。将机械能转换为直流电能的电机称为直流发电机;将直流电能转换为机械能的电机称为直流电动机。直流发电机可作为各种直流电源;直流电动机具有宽广的调速范围,较强的过载能力和较大的起动转矩等特点,广泛应用于对起动和调速要求较高的生产机械,如电力机车、内燃机车、工矿机车、城市电车、电梯、轧钢机等的拖动电机。 本章介绍直流电机的工作原理和基本结构;分析直流电机的磁路系统、电路系统和电磁过程;导出感应电势和电磁转矩的一般计算方法;得出直流电机在不同运行状态的各种平衡方程式和运行特性。 第一节直流电机基本工作原理 直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机具有可逆性,既可作直流发电机使用,也可作直流电动机使用。作直流发电机使用时,将机械能转换成直流电能输出;作直流电动机使用时,则将直流电能转换成机械能输出。 一、直流电机的模型结构 图2—1所示为一台直流电机简单模型图。N、S为定子上固定不动的两个主磁极,主磁极可以采用永久磁铁,也可以采用电磁铁,在电磁铁的励磁线圈上通以方向不变的直流电流,便形成一定极性的磁极。 图2-1 直流发电机工作原理

在两个主磁极N 、S 之间装有一个可以转动的、由铁磁材料制成的圆柱体,圆柱体表面嵌有一线圈(称为电枢绕组),线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片(称为换向片)上。换向片之间用绝缘材料构成一整体,称为换向器,它固定在转轴上(但与转轴绝缘),随转轴一起转动,整个转动部分称为电枢。为了接通电枢内电路和外电路,在定子上装有两个固定不动的电刷A 和B ,并压在换向器上,与其滑动接触。 二、直流发电机的工作原理 1.感应电势的产生 当直流发电机的电枢被原动机拖动,并以恒速v逆时针方向旋转时,如图2-2(a)所示,线圈两个有效边ab 和cd 将切割磁力线,而感应产生电势e。其方向用右手定则确定,导体ab 位于N 极下,导体cd 位于S 极下,产生电势方向分别为b →a ,d →c 。若接通外电路,电流从换向片1→A →负载→B →换向片2。电流从电刷A 流出,具有正极性,用“+”表示;从电刷B 流入,具有负极性,用“一”表示。 当电枢转到90o 时,线圈有效边ab 和cd 转到N 、S 极之间的几何中心线上,此处磁密为零,故这一瞬时感应电势为零。 当电枢转到180o 时,导体ab 和cd 及换向片1、2位置互换,如图2-1(b)所示。导体加位于S 极下,导体cd 位于N极下,线圈两个有效边产生的感应电势方向分别为a →b ,c →d ,电势方向恰与开始瞬时相反。外电路中流过的电流从换向片2→A →负载→B →换向片1。由此可见,电刷A(B)始终与转到N(S)极下的有效边所连接的换向片接触,故电刷极性始终不变A 为“+”,B 为“―”。 由以上分析可知,线圈内部为一交变电势,但电刷引出的电势方向始终不变,为一单方向的直流电势。 2.电势的波形 根据电磁感应定律,每根导体产生的感应电势e为: Lv B e X = (V ) (2-1) 式中x B ——导体所在位置的磁通密度(T ); L ——导体切割磁力线的有效长度(m); v ——导体切割磁力线的线速度(m/s)。 要想知道电势的波形,先得找出磁密的波形,前已设电枢以恒速v 旋转,v=常数,L 在电机中不变,则x B e ∝,即导体电势随时间的变化规律与气隙磁密的分布规律相同。设想将

直流电机与交流电机的区别

直流电机与交流电机的区别 电动机的作用是将电能转换为机械能。电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。 (一) 交流电动机及其控制 交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单,运行可靠,成本低廉等优点,广泛应用于工农业生产中。 1. 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机的构造也分为两部分:定子与转子。 (1)定子: 定子是电动机固定部分,作用是用来产生旋转磁场。它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。 (2)转子: 转子是重点掌握的部分,转子有两种,鼠笼式与绕线式。掌握他们各自的特点与区别。鼠笼式用于中小功率(100K以下)的电动机,他的结构简单,工作可靠,使用维护方便。绕线式可以改善启动性能和调节转速,定子与转子之间的气隙大小,会影响电动机的性能,一般气隙厚度为之间。 掌握定子绕组的接线方法。 2. 三相异步电动机的工作原理 掌握公式n1=60f/P、S=(n1-n)/n1、n=(1-S)60f/P,同时明白它们的意义(很重要),要能够灵活运用这些公式,进行计算。同时记住:通常电动机在额定负载下的转差率SN约为。书上的例题要重点掌握。 3. 三相异步电动机铭牌上的数据 (1)型号:掌握书上的例子。 (2)额定值:一般了解,掌握额定频率和额定转速,我国的频率为50赫兹。(3)连接方法:有Y型和角型。 (4)绝缘等级和温升:掌握允许温升的定义。 (5)工作方式:一般了解。 4. 三相异步电动机的机械特性 掌握额定转矩、最大转矩与启动转矩的关系。书上的公式要掌握并能灵活运用进行计算。同时记住以下内容: (1)在等速转动时,电动机的转矩必须和阻转矩相平衡。 (2)当负载转矩增大时,最初瞬间电动机的转矩T(3)一般三相异步电动机的过载系数是. (4)电动机刚启动时n=0,s=1.

直流电机原理与控制方法

专业资料 电机简要学习手册 2015-2-3

一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介 直流电机(DM)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能 (直流发电机)的旋转电机。 它是能实现直流电能和机械 能互相转换的电机。当它作电 动机运行时是直流电动机,将 电能转换为机械能;作发电机 运行时是直流发电机,将机械 能转换为电能。 直流电机由转子(电枢)、定子(励磁绕组或者永磁体)、换向器、电刷等部分构成,以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展,直流电机的弊端也逐渐显现,在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位,广泛用于对调速要求较高的生产机械上,如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械,龙门刨床等等,所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。 2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构

如下图,是直流电机结构图,电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用,产生转矩。定子按照励磁可分为直励,他励,复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角,称为电枢反应,通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理 如图所示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受到电磁力的作用方向同样可由左手定

直流电动机与交流电动机的比较

直流电动机与交流电动机的比较 【摘要】本文着重介绍了直流电机与交流电机的不同点,旨在提高工程中对电机的识别和选择的能力,提高实践教学中教师的理论水平。 【关键词】绕组;电磁转矩;直线 电机是一种将电能与机械能进行相互转换的电磁装备,在自动控制系统中,它作为一种将电压信号或电流信号转变为转轴的角速度或角位移输出的执行元件,应用日益广泛。 根据电源性质的不同,电机分为直流电动机和交流电动机,两者的工作原理及力矩产生的方式基本相同,其输出功率一般为0.1~10kW。两者都具有调速范围宽、机械特性和调节特性好、无自转现象、动态响应快等特点。但两者比较起来除了各自的应用场合不同外,还有以下四个方面的不同。 一、结构 要实现能量转换,电路和磁场之间必须有相对运动,所以旋转电机就要具备静止的定子和转动的转子两大部分。 直流电机的定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。其中主磁极的铁心通常由硅钢片冲制叠压而成,特别是永久式直流伺服电机的定子上安装由永久磁钢制成的磁极,经充磁后产生气隙磁场。直流伺服电机的转子由电枢铁芯和电枢绕组、换向器等组成。 交流电机的定子由定子铁芯、定子绕组和机座组成,定子铁芯中安放着两种绕组,一相作为励磁绕组,另一相作为控制绕组[1]。转子由转子铁芯、转子绕组和转轴组成,其中笼形转子用高电阻率的导电材料(如黄铜等)制造。这是因为转子电阻越大,Sm减小,转速可调范围D就越大。 二、控制方法 对于直流电机,有电机学公式[2], 电枢电流和电磁转矩的关系为 两式结合得: 由此可知,在电磁转矩不变的情况下,改变电枢电压或励磁磁通,都可以改变电机的转速。通过改变电枢电压来控制电机转速的方法称为电枢控制;通过调节磁通来控制转速的方法称为磁极控制。 对于交流电机,控制包括启动、制动和调速等,这里只分析调速。 电机学中, 可知,异步电动机有下列三种基本调速方法: 1.改变定子极对数p调速。 2.改变电源频率f调速。 3.改变转差率s调速。 特别的是在伺服电机如单相异步电机,可以改变励磁绕组和控制绕组的电压幅值和两者之间的相位来可以改变电机的磁场的大小、方向和形状,这样也可以达到控制电机的效果。 三、静态特性 电机的静态特性(static characteristics)包括机械特性[3]和调节特性。提前说明的是这里所做的分析都是假设磁路趋于饱和(非饱和),电刷位于几何中心线,气隙磁通恒定的条件下进行的。

直流无刷电机与永磁同步电机区别

通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子,在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦,外加的定子电压和电流也应为正弦波,一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式,也需要位置反馈信息,可以采用矢量控制(磁场定向控制)或直接转矩控制的先进控制方式。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。最后明确一个概念,无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频,从电机理论上讲,无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似,应该归类为交流永磁同步伺服电机;但习惯上被归类为直流电机,因为从其控制和驱动电源以及控制对象的角度看,称之为“无刷直流电机”也算是合适的。 无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢,经过磁路设计,可以获得梯形波的气隙磁密,定子绕组多采用集中整距绕组,因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈,必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术,构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波, 逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。 本质上,无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机,调速实际也属于变压变频调速范畴。通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子,在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦,外加的定子电压和电流也应为正弦波,一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式,也需要位置反馈信息,可以采用矢量控制(磁场定向控制)或直接转矩控制的先进控制 策略。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。 最后纠正一个概念,“直流变频”实际上是交流变频,只不过控制对象通常称之为“无刷直流电机”。 仅对电机结构而言,二者确实相差不大,个人认为二者的区别主要在于: 1 概念上的区别。无刷直流电机指的是一个系统,准确地说应该叫“无刷直流电机系统”,它强调的是电机和控制器的一体化设计,是一个整体,相互的依存度非常高,电机和控制器不能独立地存在并独立工作,考核的也是他们整体的技术性能。而交流永磁同步电机指的是一台电机,强调的是电机本身就是一台独立的设备,它可以离开控制器或变频器而独立地存在独立地工作。 2 从设计和性能角度上看,“无刷直流电机系统”设计时主要考虑将普通的机械换向变为电子换向后如何还能保持机械换向电机的优点,考核的重点也是系统的直流电机特性,如调速特性等;而交流永磁同步电机设计主要着重电机本身的性能,特别是交流电机的性能,如电压的波形、电机的功率因数、效率功角特性等。 3 从反电势波形看,无刷直流电机多为方波,而交流永磁同步电机反电势波形多为正弦波。 4 从控制角度看无刷直流电机系统基本不用什么算法,只是依据转子位置考虑给那个绕组通电流即可,而交流永磁同步电机如果需要变频调速则需要一定的算法,需要考虑电枢电流的无功和有功等。 5 关于“那么三相无刷直流电机能不能使用三相正弦交流电呢如果可以,霍耳器件是否可以不用了” 从原理上讲,三相无刷直流电机使用三相正弦交流电是可以运行的,只不过是运行性能可能很差,如果三相无刷直流电机的反电势波形为方波,则使用三相正弦交流电时会产生很大的谐波损耗,温升很高。是否需要霍耳器件与使用什么电源(三相正弦交流电或方波脉冲电源)无关,而与电机的控制算法、控制策略及控制方式等因素有关,如果是用无位置传感

交流 直流电机的选择比较

1 电机类型选择 1.1 电机类型 他励电机 激励直流电机串励电机 直流电机复励电机复励电机 永磁直流电机(小功率) 鼠笼型电机 异步电机 交流电机绕线型电机 普通同步电机 同步电机无换向器电机 磁阻电机 1.2 交流电机与直流电机的比较: 交流电机结构简单,价格便宜,维护方便,但起动及调速特性不如直流电机。因此当生产机械起动、制动及调速无特殊要求时,应采用交流电机。但近年来,随着电力电子技术的发展,交流调速装置性能与成本已能和直流调速装置竞争,越来越多的直流调速领域被交流调速所占领。 不需调速的机械,包括连续工作制、短时工作制和重复短时工作制机械,应采用交流电机。在某些操作特别频繁、交流电机在发热和起动特性上不能满足工艺要求时,如可逆轧机前后工作辊道、机架辊等,才考虑直流电机。(GD2——飞轮转矩) a)直流电机受换向器限制,按目前制造水平,其最大转速与功率成绩~106kW·r/min。当接近或超过该值时,需采用交流电机。 b)同转速下,交流电机GD2比直流电机小。电机转速越高,交流、

直流电机GD2之差越大。 c)直流电机GD2大和功率受限。因此许多大型连轧机组轧机主传动采用双电枢、三电枢直流电机传动,但造价高、占地面积大。随着交流调速技术发展,多电枢方案已不可取,应考虑采用单台交流电机。如高速线材精轧机组主传动,采用单台交流电机方案。 d)直流电机效率低、耗能大,散热条件差,需要冷却通风功率大。交流同步电机的效率高,通风功率小,比直流电机节能、节水。交流异步电机功率因数低,效率与直流电机差不多。 e)在环境恶劣场合应采用无换向器、无火花、密闭的交流电机。 f)交流、直流电机调速性能差不多。交流电机本身维护工作量较小,其调速系统要求有较高的调整和维护水平。 2 电机电压选择 工业企业供电电压一般为10kV、6kV、380V。 电机额定电压和容量范围见下表。

无刷直流电机工作原理详解

日期: 2014-05-28 / 作者: admin / 分类: 技术文章 1. 简介 本文要介绍电机种类中发展快速且应用广泛的无刷直流电机(以下简称BLDC)。BLDC被广泛的用于日常生活用具、汽车工业、航空、消费电子、医学电子、工业自动化等装置和仪表。顾名思义,BLDC不使用机械结构的换向电刷而直接使用电子换向器,在使用中BLDC相比有刷电机有许多的优点,比如: 能获得更好的扭矩转速特性; 高速动态响应; 高效率; 长寿命; 低噪声; 高转速。 另外,BLDC更优的扭矩和外形尺寸比使得它更适合用于对电机自身重量和大小比较敏感的场合。 2. BLDC结构和基本工作原理 BLDC属于同步电机的一种,这就意味着它的定子产生的磁场和转子产生的磁场是同频率的,所以BLDC并不会产生普通感应电机的频差现象。BLDC中又有单相、2相和3相电机的区别,相类型的不同决定其定子线圈绕组的多少。在这里我们将集中讨论的是应用最为 广泛的3相BLDC。 定子 BLDC定子是由许多硅钢片经过叠压和轴向冲压而成,每个冲槽内都有一定的线圈组成了绕组,可以参见图。从传统意义上讲,BLDC的定子和感应电机的定子有点类似,不过在定子绕组的分布上有一定的差别。大多数的BLDC定子有3个呈星行排列的绕组,每 个绕组又由许多内部结合的钢片按照一定的方式组成,偶数个绕组分布在定子的周围组成了偶数个磁极。 BLDC的定子绕组可以分为梯形和正弦两种绕组,它们的根本区别在于由于绕组的不同连接方式使它们产生的反电动势(反电动势的相关介绍请参加EMF一节)不同,分别呈现梯形和正弦波形,故用此命名了。梯形和正弦绕组产生的反电动势的波形图如图和图

常用电动机类型及特点

电动机类型及特点 一、同步电机与异步电机区别:(均属交流电机) 结构:同步电机和异步电机的定子绕组是相同的,主要区别在于转子的结构。同步电机的转子上有直流励磁绕组,所以需要外加励磁电源,通过滑环引入电流;而异步电机的转子是短路的绕组,靠电磁感应产生电流(又称感应电机)。相比之下,同步电机较复杂,造价高。 应用:同步电机大多用在大型发电机的场合。而异步电机则几乎全用在电动机场合。同步电机效率较异步电机稍高,在2000KW以上的电动机选型时,一般要考虑是否选用同步电机。 二、单相异步电动机与三相异步电动机: 单项电动机:当单相正弦电流通过定子绕组时,电机就会产生一个交变磁场,这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化,但在空间方位上是固定的,所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场,当转子静止时,这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以电机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时(如顺时针方向旋转),这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小;转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了,转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,转子将顺着推动方向旋转起来。通常根据电动机的起动和运行方式的特点,将单相异步电动机分为单相电阻起动异步电动机、单相电容起动异步电动机、单相电容运转异步电动机、单相电容起动和运转异步电动机、

单相罩极式异步电动机五种。 区别:三相异步电动机采用380V三相供电,单相电机是用220V的电源,而且都是小功率的,最大只有2.2KW 。相比于同转速同功率的三相电机,单项电机的效率低、功率因数低、运行平稳性差、且体积大,成本高,但由于单相电源方便,且调速方便,因此广泛用于电动工具、医疗器械、家用电器等。 三、无刷直流电机 1、无刷直流电机: 无刷直流电机是永磁式同步电机的一种,而并不是真正的直流电机。无刷直流电机不使用机械的电刷装置,采用方波自控式永磁同步电机,以霍尔传感器取代碳刷换向器,以钕铁硼作为转子的永磁材料,性能上相较一般的传统直流电机有很大优势,是当今最理想的调速电机。直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成,在电动机内装有位置传感器检测电动机转子的极性,驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。 特点: ●全面替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速; ●具有传统直流电机的所有优点,同时又取消了碳刷、滑环结构; ●可以低速大功率运行,可以省去减速机直接驱动大的负载; ●体积小、重量轻、出力大; ●转矩特性优异,中、低速转矩性能好,启动转矩大,启动电流小;

直流电动机的基本原理:

一、直流电动机的基本原理: 下面电机原理部分的内容主要摘自谢明琛教授编著的《电机学》: 图示为一个最简单的直流电机模型,定子上有固定的永久磁铁做磁极,转子为圆柱型的铁芯,上面嵌有线圈(图中导体ab和cd连成一个线圈),线圈的首末端分别连接在两片彼此绝缘的圆弧型换向片上,换向片固定在转轴上,换向片构成的整体称为换向器,整个转动部分成为电枢,为了把电枢和外电路接通,在换向片上放置了两件空间位置固定的电刷A和B,当电枢转动时,电刷A只能与转到上面的换向片接触,电刷B只能与转到下面的换向片接触。 当这个原理样机作为直流发电机运行时,用原动机拖动电枢,使之以恒速n沿逆时针方向旋转,若导体的有效长度为l ,线速度为v,导体所在位置的磁通密度为 ,则在每根导体中感应出电势为 = v l e.. B δ

导体感应电势的方向用右手定则确定,在图示的瞬间,ab导体处在N极下,其电动势的方向由b—a,而导体cd处·在S极下,其电动势方向由d—c,整个线圈的电动势为2e,方向由d—a,如果线圈转过180度,则ab导体和cd导体的电动势方向均发生改变,故线圈电动势为交变电动势。 但通过测量,我们却发现在电刷A/B间的电动势却是单向的,这是为什么呢?这是因为电刷A只与N极下的导体接触,当ab导体在N极下时,电动势方向为b—a—A,电刷A的极性为+,在另一个时刻,导体cd转到N极下时,电动势的方向为c—d—A,电刷A的极性仍为+,可见电刷A的极性永远为+,同理,电刷B的极性就永远为-,故电刷A/B间的电动势为直流电动势。 若把上述电机模型用做电动机运行,在电刷A/B间施加直流电压,使电流从正极电刷A流入,通过线圈abcd,经负极电刷B流出,由于电流始终从N极下的导体流入,S极下的导体流出,根据电磁力定律可知,上下两根导体受到的电磁力方向始终为逆时针方向,它们产生的电磁力矩的方向也始终是逆时针方向,使电机按逆时针方向旋转,从上面的分析可以看出,在直流电机的绕组里,电枢线圈里的电流方向是交变的,但产生的电磁转距的方向却是单向的,这也是由于有换向器的原因。 以上是直流电机运行的基本原理,而对直流电机的基本结构,相信大家已经非常熟悉,我就不再浪费大家的时间,下面,就首先从电动机的额定参数的定义开始给大家开始介绍电机的运行方程及特点。

直流电机与交流电机的对比

(一)直流电机驱动方式 直流驱动作为一种比较便宜的驱动方式很早以前就已居电动设备上广泛应用。然而,直流系统本身在性能、维修等方面存在一些固有的缺陷。 20世纪90年代前的电动车辆几乎是直流电机驱动的。直流电机本身效率低,体积和质量大,换向器和碳刷限制了它转速的提高,最高转速为6000-8000r/min。其工作原理是:直流电流经碳刷输送到换向器,并传到转子。 这各方式有两个明显的缺陷:第一,所有的电枢电流必湏经由碳刷来输送,电机的性能取决于碳刷的物理尺寸及磨损情况,而且这也会限制电机制动性能的发挥。另外,碳刷容易损坏,必湏定期(半年至一年)更换,否则会极大地影响电机寿命。考虑到这一点,直流电机上往往配臵侦测碳刷磨损并发出警告的装臵。第二,直流电动机的热量主要产生在电动机的内部部件,因此大多数直流电机都会同时配备一个风扇用于散热。以上装臵无疑增加了电机的成本。 因此,选购电机叉车时,选购直流驱动方式的电动机车主要是考虑了叉车的价格因素,考虑了直流驱动是一种比较便宜的驱动方式,同时直流驱动应用较早,技术也比较成熟。但如上所述,直流电机也具有很多缺点,这是企业在采购电动叉车时必湏考虑的技术因素。 (二)交流电机驱动方式比较分析 以交流电机为核心的交流驱动系统因其生产效率高、维护成本低被业内专家誉为21世纪电动叉车的革命性技术。全球叉车巨头竞相推出性能更佳的交流驱动电动叉车,以丰富自己的产品,满足用户需求,赢得市场份额。国内领先的叉车企业也开始致力于交流技术应用方面的研发,将新型交流驱动电动叉车作为参与国内乃至全球市场竞争的制胜砝码。 感应电机交流驱动系统是20世纪90年代民展起来的新技术。其原理是将三相交流电输送给固定的定子绕组,产生旋转的磁场感应闭合的转子绕组产生电流,转子在电磁力的作用下顺着旋转磁场的转动方向旋转。电机控制器采用矢量控制的变频调速方式。交流电动机最为突出的优势是没有碳刷,也没有直流电动机通常对最大电流方面的限制,这意味着电动机在实际使用中可以得到更多的能量及更大的制动扭力,于是可以更快的速度运转。其次,交流电动机的热量主要发生在电动机外壳部分的定子线圈,便于冷却与散热。因此,交流电动机比直流电动机所需元件数量大大减少,没有需要定期更换的易损件,几乎不用维护,更高效,更坚固耐用。近年来,随着交流感应电机变频技术的进步,以及大功率半导体器件和微处理器速度的大幅度提高,感应电机交流驱动系统与直流电机驱动系统相比,具有效率高、体积小、质量小,结构简单、免维修、易于冷却和寿命长等优点。该系统调速范围宽,而且能实现低速恒转矩、高速恒功率运转,很好地满足了电动车辆实际行驶所需的转速特性。 可以说,正是半导体技术突飞猛进催生了交流电机的技术革命,使交流电机的控制能力大大增强:而且,随着电子元件价格不断下跌,交流电机控制器硬件部分的成本得以降低,从而为交流驱动系统的大规模推广应用奠定了基础,创造了条件。 由此可见,选购电动叉车时,选择采用交流驱动系统的叉车具有明显优势。 三、选购交流驱动系统的叉车需要考虑的因素

直流电机工作原理图解

直流电机工作原理图解 一.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。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。 二.直流发电机的工作原理 直流发电机是机械能转换为直流电能的电气设备。 如何转换?分以下步骤说明: 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。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。如下动画演示: 三.直流电动机的工作原理

有刷直流电机工作原理详解

有刷直流电机工作原理详解 日期: 2014-05-27 / 作者: admin / 分类: 技术文章 简介 有刷直流电机被广泛用于从玩具到按钮调节式汽车坐椅的应用中。有刷直流(Brushed DC,BDC)电机价格便宜、易于驱动并且易于制造成各种尺寸和形状。本应用笔记将讨论BDC电机的工作原理、驱动BDC电机的方法以及将驱动电路与PIC唀片机接口的方法。 工作原理 图1给出了一个简单BDC电机的结构。所有BDC 电机的基本组件都是一样的:定子、电刷和换向器。后面将更详细地介绍每个组件. 定子 定子会在转子周围产生固定的磁场。这一磁场可由永磁体或电磁绕组产生。BDC电机的类型由定子的结构或电磁绕组连接到电源的方式划分(欲知BDC电机的不同类型请参见步进电机的类型)。 转子 转子(也称为电枢)由一个或多个绕组构成。当这些绕组受到激励时,会产生一个磁场。转子磁场的磁极将与定子磁场的相反磁极相吸引,从而使定子旋转。在电机旋转过程中,会按不同的顺序持续激励绕组,因此转子产生的磁极绝不会与定子产生的磁极重叠。转子绕组中磁场的这种转换被称为换向。 电刷和换向器 与其他电机类型(即,无刷直流电机和交流感应电机)不同,BDC电机不需要控制器来切换电极绕组中电流的方向,而是通过机械的方

式完成BDC电机绕组的换向。在BDC电机的转轴上安装有一个分片式铜套,称为换向器。随着电机的旋转,碳刷会沿着换向器滑动,与换向器的不同分片接触。这些分片与不同的转子绕组连接,因此,当通过电机的电刷上电时,就会在电机内部产生动态的磁场。注意电刷和换向器由于两者之间存在相对滑动,因而是BDC电机中最容易损耗的部分,这一点很重要。 步进电机的类型 如前所述,BDC电机的各种类型用定子中固定磁场的产生方式来区别。本节将讨论BDC电机的不同类型,以及每种类型的优缺点。 永磁体 永磁体有刷直流(Permanent Magnet Brushed DC ,PMDC)电机是世界上最常见的BDC电机。这类电机使用永磁体产生定子磁场。PMDC电机通常用在包括分马力电动机在内的应用中,这是因为永磁体比绕组定子具有更高的成本效益。PMDC电机的缺点是永磁体的磁性会随着时间的推移逐渐衰退。某些PMDC电机的永磁体上还绕有绕组,以防止磁性丢失的情况发生。PMDC电机的性能曲线(电压与速度关系曲线)的线性非常好。电流与转矩成线性关系。由于定子磁场是恒定的,所以这类电机对电压变化的响应非常快。 并激 并激有刷直流(Shunt-wound Brushed DC,SHWDC)电机的励磁线圈与电枢并联。励磁线圈中的电流与电枢中的电流相互独立。因此,这类电机具有卓越的速度控制能力。SHWDC电机通常用在需要五个或五个以上马力的应用中。在SHWDC电机中,不会出现磁性丢失的问题,因此它们通常比PMDC电机更加可靠。

直流电动机工作原理

7.2.2 直流电动机工作原理与结构 图7-4 直流电动机模型 图7-4是一个最简单的直流电动机模型。在一对静止的磁极N和S之间,装设一个可以绕Z-Z'轴而转动的圆柱形铁芯,在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的两端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环1和2上。换向片1和2之间是彼此绝缘的,它们和电枢装在同一根轴上,可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷,它们和换向片之间是滑动接触的。来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。

图7-5 换向器在直流电机中的作用 当电刷A和B分别与直流电源的正极和负极接通时,电流从电刷A流入,而从电刷B流出。这时线圈中的电流方向是从a流向b,再从c流向d。我们知道,载流导体在磁场中要受到电磁力,其方向由左手定则来决定。当电枢在图7-5(a)所示的位置时,线圈ab边的电流从a流向b,用表示,cd边的电流从c流向d,用⊙表示。根据左手定则可以判断出,ab边受力的方向是从右向左,而cd边受力的方向是从左向右。这样,在电枢上就产生了反时针方向的转矩,因此电枢就将沿着反时针方向转动起来。 当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入S极,而cd边从S极下面进入N极时,与线圈a端联接的换向片1跟电刷B接触,而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触,如图7-5(b)所示。这样,线圈内的电流方向变为从d流向c,再从b流向a,从而保持在N极下面的导体中的电流方向不变。因此转矩的方向也不改变,电枢仍然按照原来的反时针方向继续旋转。由此可以看出,换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。

直流无刷电动机单相交流电机的区别.

电机小结——2.无刷直流电机与单相交流电机比较的优势 工控 2010-10-04 15:21:37 阅读174 评论0 字号:大中小订阅 无刷直流电机采用永磁材料激磁,而不是电激磁,在相同的工况下,体积小,重量轻。并且无刷电机具有高效节能、控制特性好、可靠性高、寿命长、噪音低等优点,正在越来越多的家电领域取代交流电机。对于油烟机系统与单相交流电机相比较,直流无刷电机有如下优势: 直流无刷驱动器包括电源部及控制部图

外转子直流无刷电机外形图 1.调速方面: 目前交流电机只能做到三档调速,而直流无刷电机可以在0-1500转之间做到无极调速,可以极大的方便用户选择合适的转速。增加了产品使用的舒适性。

2.噪音方面: 实现了启动噪音和运转噪音的双重降低:首先,直流变频实现软启动,平衡的运转状态消除了吸油烟机启动时产生的噪音。其次,用户根据使用需求可以选择不同的频率,在0-1500转之间,选择相应的运转状态,噪音始终处于超低范围。 3.风量方面: 直流无刷电机本身具有起动转矩高,过载能力强,负载特性硬的特点。用户实际使用时电机转速要高于交流电机,风量也要高于交流电机。 4.系统效率方面: 高效是直流无刷调速系统据有的优点。在油烟机全压效率上,可以高出交流电机7-8个百分点,达到29.78%。 5.节能方面: 节能已经成为未来家电的发展方向,抽油烟机在家庭里也属于每天都要使用的电器,虽然每次使用时间不长,但由于目前使用的交流电机效率太低,能耗还是很大。而采用直流电机节能的空间非常大,通过试验,在相同风量下交流异步电机需要180W的输入功率,而直流电机只需要 80W。直流马达在效率方面要比交流马达高出50%以上。 6.电机重量和温升: 直流无刷电机由于采用永磁结构,电机重量只有交流电机的70%。在室温下全速运行时电机温升只有交流电机的50%。 7.系统可靠性方面: 直流无刷调速系统的应用在目前已经非常成熟,系统的可靠性也在很多产品中得到验证。电机小结——4.三相异步电动机,单向交流异步电动机,同步电机原理 工控 2010-10-04 16:07:39 阅读107 评论0 字号:大中小订阅 一. 三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场,三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道,三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的,三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度,这样,当在定子绕组中通入三相电源时,定子绕组就会产生一个旋转磁场,定子绕组产生旋转磁场后,转子导体(鼠笼条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流,转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力,电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。一般情况下,电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。 二、单相交流电动机的旋转原理 单相交流电动机只有一个绕组,转子是鼠笼式的。 单相电不能产生旋转磁场.要使单相电动机能自动旋转起来,我们可在

直流电机工作原理

第三章直流电机的原理 本章主要介绍直流电机的结构和基本工作原理、直流电机绕组的构成、直流电机的电枢反应、直流电机绕组的电动势和电磁转矩、直流发电机和直流电动机的功率转矩等内容。本章共有10节课,内容和时间分配如下: 1.掌握直流电机的结构及工作原理。(2节) 2.掌握直流电机绕组有关的结构。(2节) 3.掌握直流电机绕组的电枢反应。(1节) 4.掌握直流电机的电枢电动势和电磁转矩。(1节) 5.掌握直流发电机的基本方程式和运行特性、并励发电机的条件。( 2.5节) 6.掌握直流电动机的基本方程式和运行特性。( 1.5节) 第一节直流电机的基本工作原理 一直流电机的用途 直流电动机的优点: 1 调速范围广,易于平滑调节 2 过载、启动、制动转矩大 3 易于控制,可靠性高 4 调速时的能量损耗较小 缺点: 换向困难,容量受到限制,不能做的很大。 应用: 轧钢机、电车、电气铁道牵引、造纸、纺织拖动。 直流发电机用作电解、电镀、电冶炼、充电、交流发电机励磁等的直流电源。 二、直流电机的工作原理 原理:任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上。 为了讨论直流电机的工作原理,我们把复杂的直流电机结构简化为工作原理图。(一)直流发电机的工作原理 1.工作原理:导体在磁场中运动时,导体中会感应出电势e 。 e=Blv。 B:磁密l:导体长度;v:导体与磁场的相对速度。 正方向:用右手定则判断。电势e正方向表示电位升高的方向,与U相反。如果同一元件上e和U正方向相同时,e= -U。

理解:电磁感应原理的变形(变化的磁通产生感应电动势) 2 发电机工作过程分析:两磁极直流发电机的工作原理图。 (1)构成: 磁场:图中N和 S是一对静止的磁极,用以产生磁场,其磁感应强度沿圆周为正弦分布。 励磁绕组——容量较小的发电机是用永久磁铁做磁极的。容量较大的发电机的磁场是由直流电流通过绕在磁极铁心上的绕组产生的。用来形成N极和S极的绕组称为励磁绕组,励磁绕组中的电流称为励磁电流If。 电枢绕组:在N极和 S极之间,有一个能绕轴旋转的圆柱形铁心,其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中只画出一匝线圈),电枢绕组中的电流称为电枢电流Ia。 换向器:电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片——换向片上,组成一个换向器。换向器上压着固定不动的炭质电刷。 电枢:铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。

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