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PPT永磁直流电机原理20110923


研发部 本教材由暴捷提供外文资料 练培娜翻译 郑焕海校核并重新编辑成文

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直流电动机基本原理
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

内容提要
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 3

5 36 37 38 39 40

电机制造基本要求

封面 目录 永磁直流电机基本原理及图形符号 永磁直流电动机原理示意 永磁直流电动机基本结构 常见永磁直流电动机部件结构 电机部件功能 定子、端盖、轴承 刷板组件(防止高压及静电损坏半导体器件) 转子组件 转子绕组类型 磁场简介 磁路分析 磁场中通电导线的受力方向--左手定则 电机旋转和电磁力矩 转矩方程 转速方程 换向过程 直流有刷电机的换向问题 简单电机模型

封闭线圈中磁场变化产生反电势--右手定则 转子磁场 退磁 改变电机转向的简单方法 电动机的基本方程 电机的损耗和效率 电刷的磨损 电机温升 绝缘耐热等级(部分资料) 电机性能曲线 直流电动机理想特性曲线 电机的几个表达式 影响电机性能的因素:电压 匝数 线径 槽满率不变,仅改变线圈的匝数和线径 磁场强度 电阻 摩擦力 温度
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2009年7月

永磁直流电机基本原理及图形符号
永磁直流电动机 图形符号

*如果给电机施加一定的直流电压,其转子就会转动; *如果用外力拖动电机的 转子,电机就可以发电; *永磁直流电动机的图形符号见左;如为发电机,其中M应改为G。
转子线圈

M

定子磁钢

(GB4728.6--84)
换向器

电刷

电源

3

永磁直流电动机原理示意
+
电流由正极流向负极

转子 磁钢

直流电压

电刷
4

永磁直流电动机基本结构
转子 端盖 定子组件 绕组
(为表达清晰只画出部分)

刷板 电刷

换向器 弹簧 刷握 电刷引线

磁钢

轴承

拉伸机壳

5

常见永磁直流电动机部件结构
示例—
永磁直流电机包含四大主要部件: 转子、定子、刷板、端盖。
端盖组件 刷板组件

定子组件 转子组件 电机整机
6

电机部件功能
? 转子组件:产生力矩、带动转轴旋转
– – – – 铁芯 绝缘层 转子线圈 换向器 -传输磁通 -使转子线圈和铁芯相互绝缘 -传输电流以建立转子磁场 -传输电流到转子线圈,随转子转动,自动改变电流方向。 -固定磁钢、形成磁路、联接设备 -产生磁场 -固定轴承、支撑转子、联接设备 -电机传导电流的滑动接触体 -保持电刷对换向器压力 -固定电刷 -抑制电磁射频干扰 -固定轴承、固定气隙 -支撑转轴、固定气隙
转子线圈 磁钢 机壳

?

定子组件:固定电机的相关部件、产生磁场
– 机壳 – 磁钢 – 端盖

?

刷板组件:传输电流至转子
– – – – 电刷 弹簧 刷握 扼流圈和电容器 转子铁芯

?

端盖组件:支撑转子、密封电机
– 端盖 – 轴承

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磁钢:

定子、端盖、轴承
机壳 / 磁轭:
机壳 / 磁轭是一个圆筒形的环。 当需要作为磁路时,必须是低炭 钢铁材料制成,用来提供两个磁极间 的磁路; 如果不是作为磁路,就必须用不 导磁材料,否则电机的性能就会很差。 磁轭同时也被用作结构框架,固定 各种零部件。可以维持磁极良好的磁 性能和电机的结构稳定性能,形成一 个稳定的工作磁隙。 机壳是电机的重要散热通道,必要 时应该设置通风孔。 因此机壳 的材料和形状、尺寸精 度对于电机是非常重要的。 在批量生产时必须要由好的模具、 钢板材料和拉伸操作工艺保证。 拉伸机壳
(含端盖)

磁钢

磁钢---它是由一些磁性材料通过烧结或者粘结工艺而制成,常用的 有铁的氧化物和碳酸锶等构成的铁氧体。大多永磁电机的磁钢都采用这 种材料,它具有以下特点: * 价格便宜; * 能产生超过4000高斯的磁感应强度; * 有很好的抗退磁性;

轴承

* 制造工艺方便;

过程如下:粉末和水混合加压---烧结混合物---

把磁体磨成特定形状; *非常脆,易开裂。即使粘结在机壳中,也很容易震碎!

轴承: 轴承一般是筒形或球形的含油
轴承,事先用润滑油浸泡。 要求高的要用滚动轴承。

铁氧体磁钢很容易受震碎裂
拉伸机壳 / 端盖: 端盖通常是钢铁材料制成, 常常直接和机壳制成一体;用 于密封和支撑内部部件。 也有很多端盖是用铝合金或者 塑料制造。

普通低碳钢 机壳材料很 容易生锈,因此在生产时特 别是在夏天要注意,不能用 手直接拿钢板及毛坯。一旦 生锈即使进行表面涂覆,也 会影响光洁度;严重时甚至 会造成批量报废(例如放长 假或者遭受雨水)。

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刷板组件
特别注意:如果电路

注意:防止静电及高压损坏 半导体器件
电刷、刷握和弹簧:
电刷通过换向器向转子绕组传导电流。刷握通常是 一个矩形的金属盒子。刷握内还有一个弹簧,把电刷压 向换向器,用以保持电刷和换向器表面的接触压力。通 常每个电刷都连有一个刷辫。整个碳刷组件与刷板上其 它机件必须是绝缘的。 此外,还有一点要提请设计人员注意:对于火花比 较大、产生炭粉末比较多的电机,还要注意炭粉在聚集 一定数量以后会造成短路损坏电机。

防电磁射频干扰抑制器 (RFI )组件:
由于有电火花存在,会产生电磁干扰。 通常,这些电磁干扰会干扰汽车及附近的无线电接受仪器的 工作,甚至会造成事故。 有时在电机上装配扼流圈L和 / 或电容器C, 以抑止电磁噪音。 导体 RFI 组件有时会降低电机的性能。

板上有半导体器件,必须随 时注意防止各种静电 / 高电 位差对这些器件的损坏。 对此,必须从源头就采 取措施: 1.任何人(包括采购及 仓库收发)不能用手直接 接触半导体器件的引脚和 扼流圈L 已经焊接好的产品上的导 电部分(包括接线头和焊接 半导体器件 点); 2.电烙铁必须可靠接地; 操作者应有防静电措施; 3.测试仪器和电源也要可 靠接地; 4.厂房内环境也要采取防 静电措施。 连接插头

电刷

刷握

刷板

电容器C

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转子组件
转子铁芯 / 叠片:
转子铁芯是由很多导磁的硅钢片叠压而成 的,这些叠片一般由冲模冲制而成。然后, 这些叠片通过工装用焊接、铆接或粘接的方 法紧固在一起。有些厂商用08F钢板制造。 为了减少电机的涡流损耗,冲片材料必须 进行绝缘处理; 冲片的毛刺应该很小并且要求方向一致; 大批量生产时应该注意及时修整模具; 要注意冲片的最大磁导率方向; 要注意硅钢片和冲片的防锈措施。 绕组 冲片 转轴

转子绕组:
转子绕组由绝缘导线组成,它的形状 要和槽形匹配,导线最终和换向器连接在 一起。作为电动机时,转子绕组上施加外 电压。 在绕线时必须保证匝数准确;尽量分 布均匀;要保护漆包线的绝缘层不受损伤 ;要进行绝缘处理;要校动平衡; 对于导线比较细、转子铁芯比较长、 转速又高的电机,要注意防止导线高出槽 口。可以增加槽楔。

转子绝缘:
为了使绕组和铁芯之间有良好的 绝缘层, 必须进行转子绝缘处理。 小批量时可以用槽绝缘、绝缘 端板和轴绝缘套。通常,槽绝缘材料 是聚酯薄膜,绝缘端板材料是聚酰 胺 (PA / 尼龙 / <100 ℃) 塑料。 在大批量、机械化生产时,必 须采用模具,将槽绝缘、绝缘端板 和轴绝缘套制成整体的转子绝缘骨 架;或者采用溶槽绝缘工艺进行转 子绝缘处理。 在特定场合, 还应该增加槽楔。
槽绝缘

换向器:
电动机换向器的作用是及时改变转子 绕组的电流方向,维持电机持续旋转; 在发电机中,换向器是将转子绕组的 换向器 交流电转化为直流电的机械整流装置,一般 称为整流子。(如果不用换向器而用滑环 结构,就会得到交流电。) 换向器由换向片(通常等于槽数)和 绝缘材料组成。换向片(或换向器导条) 彼此用绝缘材料隔开。 换向器的常用材料主要为铜、银; 换向器的片间绝缘需要下刻,保证接触可靠、火花小; 换向器的表面光洁度 、 跳动要求一般比较高; 电刷的材料、形状要和相匹配。 10

绝缘端板

转子绕组类型
常用的绕组闭合类型有两种:叠绕组和波绕组。 我们的电机采用叠绕组。 为了使电机 、绕组实现它的功能,绕组必须是闭合的通路。也就是说,转子绕组从某一点开始,一圈接一 圈缠绕后,又抵达起始点,首尾相连。

示例:
转子齿/槽 换向器
1 2 3

N极 磁钢 4 5

?
6

?
7

S极 磁钢 8 9 10

?
1 36° 2 3 4 电刷

?
5 6 7 8 9 电刷 10

360°

2极
任一线圈的跨距必须等于或接近极距。

极距180°
90°
S N N

A′
N S S N

A - A ′ 极距 例如: 2 极 = 180 °(机械角 = 电度角) 4 极 = 90° (机械角 ≠电度角)

A

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磁场简介
磁力线 定子磁钢

定子 磁场

电流可以产生磁场; 产生磁场的磁钢是由 硬磁材料经过充磁 制成的; 磁通是可以测量的; 磁力线的多少用磁通数量( 韦伯 Wb )来衡量; 单位面积内的磁通量叫磁通密度(磁感应强度),它的单位用 特斯拉(韦伯 /米2 )或高斯(磁力线/厘米2 )来表示; 1特斯拉=10000高斯 在气隙中,磁力线由N极指向S极;而在磁钢内部,磁力线则由S极指向N极 用导磁率 μ 表示某一材料的导磁能力 规定:空气, 塑料, 木头, 铝等材料的μ≈1 ;铁的 μ 最大可以达到10000左右;
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磁路分析
S N

N S

2极电机
钢的极性。

4极电机

在磁路中,我们用面临工作气隙处的磁钢极性来代表该磁
因为磁力线是从N极出发到S,因此,在电机内部,相邻 的两个磁钢极性必须相反,才能构成一对极,电机才能正常工 作。
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磁场中通电导线的受力方向 -左手定则
伸开左手 ,使拇指和四指垂直,并处于同一平面内。 让磁力线垂直穿入手心(手心对准N极,手背对准S极), 四指指 向电流方向(即正电荷运动的方向)。 此时拇指的指向就是导体的受力方向 。

电流方向

B(磁场) F(受力方 向) 受力方向 I(电流)

磁力线方向

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电机旋转 和 电磁力矩
当给电机的线圈通以电流时,产生的电磁力可以推动电机旋转。 在普通直流电机中需要注意以下要点: *磁场方向是从N极出发到S极 *外电流通过电刷、换向器施加到线圈 *电磁力的大小与磁场强度、电流、导体的总长短成正比 *要特别关注这几个向量之间的夹角,尽量设计在最佳状态 *电磁感应力 F=IBL;方向与导线和磁场方向均垂直

图一 图二

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转矩方程
电机总的电磁转矩为每个线圈转矩之和。同样注意到,位于转子右半部分的导体位于S极下,被标记 为 (电流方向为垂直纸面向内)。位于转子左半部分的导体位于N极其下,被标记为⊙ (电流方向为垂 直纸面向外)。如果转子旋转,线圈的有效边就会从一极运动到下一个相反的极下面。当线圈从一个极运 动到下一个极时,必须及时改变线圈内的电流方向。才能使电机连续运转, 电流换向是通过换向器和电 刷实现的。 经过人们的多年研究,最后,我们得到以下公式:

T = φ×Z×I×P /(4.44×106×p)
式中 T=电磁转矩( N·m ) Φ=每极磁通 Z =线圈总匝数 I =电流(A) P =极对数 p = 转子中导体的支路数 简易表达式: T = KT×φ×Z×I 其中,KT=转矩常数 线圈

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转速方程
电机转速表达式:
S = 6×109×p×e P × φ ×Z 式中

S = 转速 (rpm) P = 极数 Z = 导体数

e = 电势 φ = 每极磁通 p = 转子绕组支路数

简易表达式:
S = Ks ×e

φ× Z

其中KS = 速率常数

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换向过程

在此位置,如果线圈中有电流,线圈仍然会受力,但不会旋转

图一

图二

图三

在图一中,仅显示了转子的一个线圈。线圈被连接到换向器的两个换向片上。 在初始位置,线圈的深色半部连负极电压,电流通过换向器亮的一片从线圈浅色的半部流向和负极电压 相连的线圈的深色半部。
图二中,线圈旋转了90度。在这个位置,线圈的运动方向和主磁场的磁感线平行,如果此时仍然有电流通过线 圈, 那么两边线圈的受力方向就如图示而互相抵消,因此,力矩极小。实际上由于电刷的作用, 此时线圈被短路,电流 极短暂,所以线圈不受力矩。换向器上灰色的一片改为和电源正极相连,换向器上亮的一片则和电源的负极相连, 因此,电流方向改变。

图三中, 因为线圈持续旋转,电流从换向器暗色的一面流向亮的一面。电流在该线圈中的方向被及时 改变。这个过程被称为换向。换向后产生的力矩使线圈持续朝同一方向旋转。 18

直流有刷电机的换向问题
在直流电机中,换向是这样一个过程:当转子线圈在旋转过程中、处于不同极性的磁极位 置时,及时地、周期性地改变相应转子线圈中的电流方向,使转子线圈受到的电磁力矩的方向 仍然保持不变。换向器就可以完成这个任务。它随着转子线圈旋转, 及时改变从一个磁极转入 下一个磁极的转子线圈中的电流方向。 换向时电机电刷和多个换向片接触,导致某些转子回路暂时短路。如果在这个瞬间,被短路 的绕组两端有电势,电刷和转向器之间就更加容易产生电火花。换向器表面就受到损坏,长期 严重的火花不仅使电刷寿命减短,还可能烧毁换向器。因此,在短路的瞬间,希望被换向的回 路中没有感应电势。 当转子线圈的有效边在平行于磁场方向运动时,磁力线的数量变化很小,此时转子线圈中 产生的感应电势也很小,如果在这个的时候进行换向, 就比较理想。 一般,线圈的磁中心轴接近于线圈平面的中心轴。理论上,如果该轴与两个相邻主磁极的 几何中心线重合,小火花换向就应该在此时点进行。但是,事实并非如此简单!由于自感电动 势和负载变化的原因,情况会复杂得多,超出了本次讨论的范围。 总之,请大家记住:一定要恰当地设置电刷在电机中的最佳位置,以保证良好的换向并延 长电刷和电机的 使用寿命。 换向问题虽然理论上分析很复杂,但是,我们可以通过试验找到最佳的电刷换向位置。这 个过程叫“移刷试验”,它是电机设计和生产过程中十分重要的一步。 19

简单电机模型
转子线圈 定子磁场 换向器 磁力线 电刷 转子线圈 磁钢

N
F 电刷 (-)

在磁场中的通电线圈受到一个 力矩,带动转子旋转。随着转子的 旋转,导线会从一个磁极移动到下 一个磁极。 换向器的换向作用就是跟随转子 旋转并及时与另外一个电刷接触, 从而改变相应线圈中的电流方向, 维持电机持续旋转。

N
S
电刷 (+) 换向器

F

S

导线 (+)
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(-)

电源

封闭线圈中磁场变化产生反电势
右手定则
反电势(e) 力 磁场方向 电流 反电势 运动方向 磁场

?

前面介绍了通电导线受电磁力的作用,导线就可能产生运动的物理现象(方向可用左手定则判断)。

?

现在要介绍另外一种物理现象:在磁场中运动的导体,在一定的条件下会产生电势或者说会发电。

这个条件就是:导体回路内的磁通数量发生了变化;磁通数量变化速度越快,电势越高。
磁通数量一但开始变化,导体内部的电子就被磁场力驱使向导体的一端集中,从而会产生电势。在闭合 回路中,有电势就会有电流。电流的方向是力图阻碍磁通数量的变化,或者是阻碍导体的 运动。也就是说,它 会产生一种“反电势”。 这就是电磁感应定理,电势的方向用右手定则 进行判断。感应电势的 大小用下式计算: e = B×l ×v 式中 e=反电势(V) l = 导体长度(m) B = 磁场强度(T) v =速度(m/s)

注意!不能说“导体切割磁力线就会产生电势”。一个封闭的线圈如果在均匀的磁场中进行平动,虽然不断
在切割磁力线,但却不会产生任何电势。 21

转子磁场
转子上有很多通电线圈。这些线圈产生的磁场合成了有N、S极的转子磁 场。在磁钢的主磁场中,转子磁场的N极和主磁场的S极相互吸引,而和主磁 场的N极相互排斥。这种作用力给转子施加了一个持续的旋转力矩。
转子

转子 转子
22

当一台电机启动后,转子电流产生的转子磁场,会反作用于磁钢的 主磁 场。转子磁场会使主磁场磁力线变形,并且会抵消一部分主磁通。 严重时会造成磁钢的磁场变形/性能降低,这就是退磁效应。 退磁的结果,轻则会降低电机性能,重则会损坏电机 容易产生退磁的因素: ? 过分增大电压、电流,比如把一台低压电机在高压下运行(例 如将一台额定电压为12V的电机接到24V的电源上运行); ? 堵转电流过大、时间过长; ? 过分降温—温度下降可以减小电阻,转子电流变大。
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改变电机转向的简单方法
这里介绍两种常见的改变电机转向的方法: 1)改变电机电压的极性反向。
+ -

2)改变电机定子磁极性的方向

-

+

N

S

S

N

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电动机的基本方程
+
? ET ? ? I ra Eg ?

永磁直流电动机的电压方程可以从上图简单的电机电路中得出: 这些变量的电量关系可以表示如下:

ET = I×Ra + Eg
其中 ET I Ra Eg 电压 电流 转子回路总电阻(包括转子绕组电阻和电刷的接触电阻) 转子绕组内的感应电动势

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电机的损耗和效率
*

摩擦和阻力

这些损耗包括轴承摩擦、电刷摩擦、空气阻力。它们也被称为机械损耗。在某一给定速度下基本维 持不变。这些损耗的大小与电机转速成正相关。 * 转子绕组铜损 这些损耗是由包括转子绕组、换向器、电刷在内的转子回路产生的电阻损耗。 电阻损耗的值等于电流的平方乘以电阻。 *

铁心损耗

铁心损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。随着转子铁芯中磁通方向的不断变化,部分能量损耗在反复移 动铁心内的所有磁畴分子,这就是磁滞损耗。 同样,铁心是一个导体并且在磁场中旋转,因此产生了感应电势和电流。这就产生我们常说的涡流。 如果转子采用实心铁芯,那么涡流损耗就会很大。采用相互绝缘的薄叠片就会减少这种损耗。 磁滞和涡流损耗和磁密、转速正相关。 *

效率
对于电动机来说,效率等于输出功率除以输入功率。输入的是电能,输出的是机械能,因此: 电机效率 = 输出功率 / 输入功率×100% =(输入功率-损耗)/ 输入功率×100%
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电刷的磨损
直流有刷电机的寿命主要取决于电刷的寿命。电刷磨损是机械磨损和电火花烧蚀的共同作用结 果。机械磨损产生碳粉,电火花使碳刷直接氧化或剥离,从而也产生碳粉。

机械磨损
电刷机械磨损比较快主要与电机的设计、加工、装配有关,以下是几个常见因素: 碳刷材料太软、换向器表面光洁度不好、换向器温度过高、电机转速过高、弹簧压力过大和恶 劣的运行环境因素,如负载过重、潮湿、粉尘、高温。 通常,摩擦系数低的碳刷没有摩擦系数高的碳刷的硬度大。当换向器表面状况比较好时,选用 摩擦系数低的碳刷。换向片边缘有锐边或者换向器表面有瑕疵都会加快碳刷的磨损。电刷和换向器 之间的摩擦系数大约和速度成正相关。摩擦力也会随着电刷和换向器表面的压力的增大而增大。

电火花烧蚀
电火花主要是由于换向器表面不平、换向片有切削锐边、有氧化膜或车削纹路等产生的 。环 境因素、换向不良和一些机械问题(如电刷中心位置设置不当,弹簧压力小或者质量差的刷握等等 )也会产生电火花。电火花会随着电刷电流密度和电机的转速的增加而增加。电火花的增大会使电 刷烧蚀加快。
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电机温升
电机启动后,电机内部温度就开始逐渐升高,高于周围物体 或环境温度,最后会达到一个稳定温度。 这种温度的升高,习惯上简称为 “温升”。
要注意的是: “温升”是指电机内部温度比原来升高的数值,而不是指电机内部的实 际温度,是电机内部稳定后的实际温度与环境温度的差值。

电机温升大小主要和电机的电磁设计、使用材料、加工装配 质量、电机损耗以及负载大小、散热状况、电机的工作制式有关 。

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绝缘耐热等级(部分资料)
每一台电机在运行时都有一定的温升。因此,在设计时我们要按照电机的实际使用和运行状况,给电机选 用合适的耐热材料、温升等级。(详见GB11021-89电气绝缘的耐热性评定和分级) 每一个温升等级都有一个允许的温升范围,下图给出了不同环境温度时绕组允许的最高工作温度。 NEMA( 国际电气制造业协会)精确规定了在以海平面为基准,环境温度为40℃时,在比较危险的转子绕组中心部位的 温升范围。 如果在耐热等级限度以上并长期运行电机,会导致电机寿命缩短甚至烧毁电机。
Y 90 ℃ A105 ℃ 120 ℃ 130 ℃ 155 ℃ 180 ℃ 200℃

250 ℃ 220 ℃

温升 温升

等级A 允许温升 60 ℃ 裕度 5 ℃

Class E 等级E 允许温升 75 ℃ 75℃ Rise 裕度 5 ℃ 5 ℃ Hot Spot

等级B 允许温升 80 ℃ 裕度 10 ℃

等级F 允许温升 105 ℃ 裕度 10 ℃

等级H 允许温升 125 ℃ 裕度 15 ℃

Class 等级 C C 允许温升 145 ℃ 145℃ Rise 裕度 15 ℃

29

电机性能曲线
主要是指转速 n、电流 i、效率η随转矩T的变化关系
n, I n01 n02 IS1 IS2

I0 TS1 TS2

T

30

直流电机理想特性曲线
n, I, η

n0 IS

η 效率 I 电流 n 速度

I0 TS

T

I n η

电流 速度 效率

n0 I0 TS IS

空载转速 空载电流 堵转力矩 堵转电流 31

电机的几个表达式
电机的基本参数空载转速SnI 、堵转力矩TS 和 堵转电流IS的表达式如下 空载转速 堵转力矩 堵转电流
其中 U Φ Z R 电源电压 主磁通 线圈匝数 电机的内电阻

Snl = U / (Φ×Z) TS = Φ×Z×IS / (2π) IS = U / R

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影响电机性能的因素
--- 改变电压
n, I n03
速度曲线1 速度曲线2 速度曲线3

增大电压 U
电流曲线

(E1

E3)

IS3 n02 IS2 n01 IS1

? 速度增加,速度曲线相互平行

Snl = U / (Φ*Z)
Z 线圈匝数 ? 电流曲线为一条直线,但是堵转电流 和转矩增大。 T

I0 TS1 TS2 TS3

IS = U / R TS = Φ*Z*U / (2πR)
R 电机的内电阻

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影响电机性能的因素
--- 改变线圈匝数
n, I n03
速度曲线 1 速度曲线 2 速度曲线3 电流曲线 1 电流曲线2 电流曲线 3

减少线圈匝数
(z1 z3) ? 空载转速增加;

IS3 n02 n01 IS2 IS1

Snl = U / (Φ×Z )
? 堵转力矩基本不变 ? 堵转电流增大

I0 TS3

IS = U / R
T

34

影响电机性能的因素
---改变绕组线径

n, I n0

速度曲线1 速度曲线2 速度曲线3

电流曲线

增加转子绕组线径
(d1 d3增加) ? 空载转速升高 ? 堵转力矩增大

IS3 IS2

TS = Φ×Z×U / (2πR )
? 堵转电流增加 (因为绕组电阻减小).

IS1

I0 TS1 TS2 TS3

T

IS = U / R

35

影响电机性能的因素
---槽满率不变,仅改变线圈的参数(匝数、线径)
例如:
n, I n02
速度曲线1 速度曲线2 电流曲线2

增大线径 (d) 减少匝数 (z) 导致曲线1到2的变化 ?因为线径 d增大、匝数 z减少、 电阻减小所以力矩增大. IS1

IS2 n01

TS = Φ×Z ×U / (2πR )
?因为 Z减少所以转速增加。

I0

电流曲线1

T TS1 TS2

Snl = U / (Φ×Z )
结论: 电机的速度曲线平移。

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影响电机性能的因素
--- 改变磁钢或气隙来改变磁场强度

n, I n01
速度曲线2 速度曲线1 电流曲线2

通过换用更好的磁钢或减小气隙来增加 磁场强度 (1 2)
? 空载转速降低

n02

IS1

IS2

Snl = U / (ΦZ )
?堵转力矩增大

I0

电流曲线1

TS = ΦZU / (2πR)
T TS1 TS2 ?堵转电流不变

37

影响电机性能的因素
--- 改变电机的输入电阻

n, I

速度曲线3 速度曲线2 速度曲线1

电流曲线

(R1

R3)增大输入电阻

IS1 IS2

? 因为电阻增加电流减小故空载转速下降 ? 堵转力矩减小

TS = ΦZU / ( 2πR
? 堵转电流减小

)

IS3

IS = U / R
I0 TS3 TS2 TS1 T

38

影响电机性能的因素
--- 改变电机的摩擦力

n, I n01

电流曲线2 速度曲线2 速度曲线1 电流曲线1

减小电机摩擦
(从 2 1) ? 空载转速增大 ? 空载电流减小 ? 堵转力矩增大

IS2

n02 IS1

I02 I01 TS2 TS1 T

39

影响电机性能的因素
--- 环境温度影响的结果
n, I n02 n01
速度曲线1 速度曲线2 电流曲线2

(T1

T2)升高环境温度

?因为磁场磁通减少,空载转速升高。

IS2

IS1

Snl = U / (ΦZ )
?因为绕组电阻增大,堵转力矩减小。

I0

电流曲线1

T TS2 TS1

TS = ΦZU / (2πR )

40

刷架部件示意图

41

几种转子绝缘示意图
槽绝缘+绝缘端板 转子绝缘骨架 溶槽绝缘

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几种转子绝缘示意图
槽绝缘+绝缘端板 转子绝缘骨架 溶槽绝缘

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