《控制电机》课程电子教案（PPT教学课件）第2章 直流测速发电机

第2章直流测速发电机 第2章直流测速发电机 2.1直流发电机工作原理和结构 22直流电势的关系式 2.3直流测速发电机及其输出特性 24直流测速发电机误差及其减小的方法 25直流测速发电机的应用 2,6直流测速发电机的性能指标 2,7直流测速发电机的发展趋势 Ba,思考题与习题

第2章 直流测速发电机 第2章 直流测速发电机 2.1 直流发电机工作原理和结构 2.2 直流电势的关系式 2.3 直流测速发电机及其输出特性 2.4 直流测速发电机误差及其减小的方法 2.5 直流测速发电机的应用 2.6 直流测速发电机的性能指标 2.7 直流测速发电机的发展趋势 思考题与习题

第2章直流测速发电机 21直流发电机工作原理和结构 2.1.1工作原理 直流发电机的工作是基于电磁感应定律,即:运 动导体切割磁力线,在导体中产生切割电势;或者说 匝链线圈的磁通发生变化,在线圈中发生感应电势

第2章 直流测速发电机 2.1 直流发电机工作原理和结构 2.1.1 工作原理 直流发电机的工作是基于电磁感应定律， 即： 运 动导体切割磁力线， 在导体中产生切割电势； 或者说 匝链线圈的磁通发生变化， 在线圈中发生感应电势

第2章直流测速发电机 主磁极 N 轴线 N 几何 中性线 (b) 图2-1直流发电机原理图

第2章 直流测速发电机 图 2 - 1 直流发电机原理图

第2章直流测速发电机 为简明易懂,用一个简单的两极电机模型来说明 直流发电机的工作原理。图2-1(a)是该模型的示意图。 如图示,在空间固定不动的磁极N,S之间,有一个铁 质圆柱体(电枢铁心)装在转轴上,磁极与铁心间的气 隙称为空气隙。导体ab,cd固定在电枢铁心表面径向 相对的位置并连成一个线圈(元件)。换向片之间、换 向片与转轴之间均相互绝缘,这部分称为换向器。整 个转动部分称为电枢,固定不动的导电片A、B(电刷) 压在换向片上,为滑动接触。磁极的中心线称为磁极 轴线,N,S极之间的中心线称为几何中性线,如图2 1(b)

第2章 直流测速发电机 为简明易懂， 用一个简单的两极电机模型来说明 直流发电机的工作原理。 图 2 - 1(a)是该模型的示意图。 如图示， 在空间固定不动的磁极N , S之间， 有一个铁 质圆柱体(电枢铁心)装在转轴上， 磁极与铁心间的气 隙称为空气隙。 导体ab , cd固定在电枢铁心表面径向 相对的位置并连成一个线圈(元件)。换向片之间、 换 向片与转轴之间均相互绝缘， 这部分称为换向器。 整 个转动部分称为电枢， 固定不动的导电片A、 B(电刷) 压在换向片上， 为滑动接触。 磁极的中心线称为磁极 轴线， N , S极之间的中心线称为几何中性线， 如图 2 - 1(b)

第2章直流测速发电机 在图2-1中,磁极产生的磁通由N极出发经过电枢 铁心进入S极。用原动机拖动电枢以转速n逆时针方向 旋转,则导体ab,cd切割磁力线而产生电势。根据右手 定则,在图示瞬时,N极下导体ab中电势的方向由b指 向a,S极下导体cd中电势由d指向c。在图2-1(b)中分别 用⊙、⑧表示。线圈两个有效边中的电势大小相等方 向相反,因此,整个线圈电势是两个有效边电势之和, 即为一个有效边电势的两倍,电势方向是由d指向a,故a 为正,d为负。电刷A通过换向片与线圈的a端相接触, 电刷B与线圈的d端相接触,故此时A电刷为正,B电刷 为负,电刷两端电势EBA=ed=es+ebo

第2章 直流测速发电机 在图 2 - 1中， 磁极产生的磁通由N极出发经过电枢 铁心进入S极。 用原动机拖动电枢以转速n逆时针方向 旋转， 则导体ab, cd切割磁力线而产生电势。 根据右手 定则， 在图示瞬时， N极下导体ab中电势的方向由b指 向a, S极下导体cd中电势由d指向c。 在图 2 - 1(b)中分别 用⊙、 线圈两个有效边中的电势大小相等方 向相反， 因此， 整个线圈电势是两个有效边电势之和， 即为一个有效边电势的两倍， 电势方向是由d指向a, 故a 为正， d为负。 电刷A通过换向片与线圈的a端相接触， 电刷B与线圈的d端相接触， 故此时A电刷为正， B电刷 为负， 电刷两端电势E BA=eda=e dc+e ba。 

第2章直流测速发电机 电枢转过180°以后,导体cd处于N极下,导体 ab处于S极下,这时它们的电势与前一时刻大小相等方 向相反,于是线圈电势的方向也变为由a到d,此时d为 正,a为负,而两电刷间电势EBA=ea=eab+ead,仍然 是A刷为正,B刷为负

第2章 直流测速发电机 当电枢转过180°以后， 导体cd处于N极下， 导体 ab处于S极下， 这时它们的电势与前一时刻大小相等方 向相反， 于是线圈电势的方向也变为由a到d, 此时d为 正， a为负， 而两电刷间电势E BA=e ad=e ab+e cd， 仍然 是A刷为正， B刷为负

第2章直流测速发电机 电枢连续旋转,导体ab和cd轮流交替地切割N极和 S极下的磁力线,因而ab和cd中的电势及线圈电势是交 变的。在两极情况下,线圈每转一圈,电势交变一次 但是,电刷电势的极性始终不变。这是由于通过换向 器的作用,无论线圈转到什么位置,电刷通过换向片 只与处于一定极性下的导体相连接,如电刷A始终与 处在N极下的导体相连接,而处在一定极性下的导体 电势方向是不变的,因而电刷两端得到的电势极性不 变。这就是直流发电机的最基本工作原理

第2章 直流测速发电机 电枢连续旋转， 导体ab和cd轮流交替地切割N极和 S极下的磁力线， 因而ab和cd中的电势及线圈电势是交 变的。 在两极情况下， 线圈每转一圈， 电势交变一次。 但是， 电刷电势的极性始终不变。 这是由于通过换向 器的作用， 无论线圈转到什么位置， 电刷通过换向片 只与处于一定极性下的导体相连接， 如电刷A始终与 处在N极下的导体相连接， 而处在一定极性下的导体 电势方向是不变的， 因而电刷两端得到的电势极性不 变。 这就是直流发电机的最基本工作原理

第2章直流测速发电机 21.2直流电势的形成 前面的讨论,只是得出了电刷电势极性不变的结 论,但其大小是否随时间变化,还需进一步分析。根 据法拉第电磁感应定律,导体切割磁通产生的电势为 B、hv

第2章 直流测速发电机 2.1.2 直流电势的形成 前面的讨论， 只是得出了电刷电势极性不变的结 论， 但其大小是否随时间变化， 还需进一步分析。 根 据法拉第电磁感应定律， 导体切割磁通产生的电势为 ei=Bx lv (2 - 1)

第2章直流测速发电机 BA B,(e,) (a) (b) 图2-2磁场分布和电刷电势

第2章 直流测速发电机 图 2 - 2 磁场分布和电刷电势

第2章直流测速发电机 式中,B,为导体所处位置的气隙磁通密度;l为 导体有效长度(即电枢铁心的长度);v为导体切割磁场 的线速度(即电枢圆周速度)。对已制成的电机,1为定 值,若电枢转速n恒定,则亦为常值,所以e∝B2。 实际上,在整个磁极下,气隙磁通密度沿电枢圆周不 是均匀分布,而是按图2-2(a)所示规律分布的。导体 处于不同位置,产生的电势大小不同,其随时间变化 的规律与B相同

第2章 直流测速发电机 式中， Bx为导体所处位置的气隙磁通密度； l为 导体有效长度(即电枢铁心的长度)； v为导体切割磁场 的线速度(即电枢圆周速度)。 对已制成的电机， l为定 值， 若电枢转速n恒定， 则v亦为常值， 所以ei ∝Bx。 实际上， 在整个磁极下， 气隙磁通密度沿电枢圆周不 是均匀分布， 而是按图 2 - 2(a)所示规律分布的。 导体 处于不同位置， 产生的电势大小不同， 其随时间变化 的规律与Bx相同