第2章 直流測速發(fā)電機(jī)

1、第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-61第第2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2.1 直流電機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu)直流電機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu) 2.2 直流電機(jī)的電樞電勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電樞電勢和電磁轉(zhuǎn)矩 2.3 直流測速發(fā)電機(jī)及其輸出特性直流測速發(fā)電機(jī)及其輸出特性 2.4 直流測速發(fā)電機(jī)誤差及其減小的方法直流測速發(fā)電機(jī)誤差及其減小的方法 2.5 直流測速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用直流測速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用 2.6 直流測速發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo)直流測速發(fā)電機(jī)的性能指標(biāo) 2.7 直流測速發(fā)電機(jī)的發(fā)展趨勢直流測速發(fā)電機(jī)的發(fā)展趨勢 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-621. 了

2、解直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，尤其注意換向器和電了解直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，尤其注意換向器和電刷的作用，電樞繞組排列的規(guī)律以及它們在實(shí)現(xiàn)機(jī)刷的作用，電樞繞組排列的規(guī)律以及它們在實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換中的功用。電能量轉(zhuǎn)換中的功用。本章基本要求本章基本要求2. 熟練掌握感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩這兩個機(jī)電能量變熟練掌握感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩這兩個機(jī)電能量變換要素的物理意義和計(jì)算公式。換要素的物理意義和計(jì)算公式。3. 掌握直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性和誤差產(chǎn)生的原掌握直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性和誤差產(chǎn)生的原因及其減小誤差的方法。因及其減小誤差的方法。4. 掌握直流測速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)。掌握直流測速發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)。5. 了解測

3、速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用。了解測速發(fā)電機(jī)的應(yīng)用。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-632.1 直流電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu) 2.1.1 工作原理工作原理 直流電機(jī)的工作是基于電磁感應(yīng)定律和電磁直流電機(jī)的工作是基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，力定律， 即即 運(yùn)動導(dǎo)體切割磁力線，在導(dǎo)體中產(chǎn)生切割電運(yùn)動導(dǎo)體切割磁力線，在導(dǎo)體中產(chǎn)生切割電勢；或者說交鏈線圈的磁通發(fā)生變化，在線勢；或者說交鏈線圈的磁通發(fā)生變化，在線圈中發(fā)生感應(yīng)電勢。圈中發(fā)生感應(yīng)電勢。載流導(dǎo)體在磁場中受到的力載流導(dǎo)體在磁場中受到的力Bilf 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-64

4、NS一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理NSEE電刷電刷換向片換向片外接負(fù)載，導(dǎo)條中有電流時會產(chǎn)生外接負(fù)載，導(dǎo)條中有電流時會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？什么現(xiàn)象？第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-65輸出輸出直流電直流電換向換向原動機(jī)原動機(jī)感應(yīng)電動感應(yīng)電動勢、電流勢、電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩（阻轉(zhuǎn)矩）（阻轉(zhuǎn)矩）做功做功1. 電磁關(guān)系電磁關(guān)系2. 直流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)：直流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)： 電刷間的電勢與導(dǎo)體電勢的性質(zhì)不同；電刷間的電勢與導(dǎo)體電勢的性質(zhì)不同； 電樞電勢與電流同方向；電樞電勢與電流同方向； 電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，為

5、制動轉(zhuǎn)矩。電刷間電勢為直流電勢，導(dǎo)體電勢為交變電勢；電刷間電勢為直流電勢，導(dǎo)體電勢為交變電勢；第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-66根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律， 導(dǎo)體切割磁通產(chǎn)生的導(dǎo)體切割磁通產(chǎn)生的電勢為電勢為ei=Bxlv 式中，式中， Bx為導(dǎo)體所處位置的氣隙磁通密度；為導(dǎo)體所處位置的氣隙磁通密度； l為為導(dǎo)體有效長度導(dǎo)體有效長度(即電樞鐵心的長度即電樞鐵心的長度)； v為導(dǎo)體切為導(dǎo)體切割磁場的線速度割磁場的線速度(即電樞圓周速度即電樞圓周速度)。3. 直流電勢的波形直流電勢的波形前面的討論，只是得出了電刷電勢極性不變的結(jié)前面的討論，只是得出了

6、電刷電勢極性不變的結(jié)論，但其大小和波形是否隨時間變化，還需進(jìn)一論，但其大小和波形是否隨時間變化，還需進(jìn)一步分析。步分析。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-67 對已制成的電機(jī)，對已制成的電機(jī)，l為定值，若電樞轉(zhuǎn)速為定值，若電樞轉(zhuǎn)速n恒定，恒定，則則v亦為常值，所以亦為常值，所以eiBx。磁場分布磁場分布在整個磁極下，氣隙磁通在整個磁極下，氣隙磁通密度沿電樞圓周不是均勻密度沿電樞圓周不是均勻分布，而是按圖所示規(guī)律分布，而是按圖所示規(guī)律分布的。導(dǎo)體處于不同位分布的。導(dǎo)體處于不同位置，產(chǎn)生的電勢大小不同，置，產(chǎn)生的電勢大小不同，其隨時間變化的規(guī)律與其隨時間變化的規(guī)律與Bx

7、相同。相同。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-68 為減小電勢的脈動程度，實(shí)際電機(jī)中不是只有一為減小電勢的脈動程度，實(shí)際電機(jī)中不是只有一個線圈個線圈(元件元件)，而是由很多元件組成電樞繞組。，而是由很多元件組成電樞繞組。這些元件均勻分布在電樞表面，并按一定的規(guī)律這些元件均勻分布在電樞表面，并按一定的規(guī)律連接。連接。 經(jīng)換向器換向后，經(jīng)換向器換向后，電刷間電勢雖然方電刷間電勢雖然方向不變，但卻有很向不變，但卻有很大的脈動，如圖所大的脈動，如圖所示。示。這樣的電勢不是直流電勢，稱其為脈動電勢。這樣的電勢不是直流電勢，稱其為脈動電勢。電刷電勢電刷電勢第第2 2章章 直流測速

8、發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-69 若有兩個元件，有四個元件邊，元件邊空間位置若有兩個元件，有四個元件邊，元件邊空間位置夾角夾角90，則元件電勢時間相位差，則元件電勢時間相位差90。 四個元件邊時電刷輸出電勢的波形四個元件邊時電刷輸出電勢的波形 比較可見，此時輸出電勢平均值變大，脈沖相對來比較可見，此時輸出電勢平均值變大，脈沖相對來說變小。說變小。電刷電勢是支路中兩個元件電勢曲線之合成，電刷電勢是支路中兩個元件電勢曲線之合成， 即即曲線曲線 3。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-610如果電樞表面槽數(shù)增多，元件數(shù)增多，則電刷間如果電樞表面槽數(shù)增多，元件數(shù)增多，則

9、電刷間串聯(lián)的元件數(shù)增多，輸出電勢的平均值將更大，脈串聯(lián)的元件數(shù)增多，輸出電勢的平均值將更大，脈動更小，就得到大小和方向都不變的直流電勢。動更小，就得到大小和方向都不變的直流電勢。若電機(jī)每極下的導(dǎo)體數(shù)大于若電機(jī)每極下的導(dǎo)體數(shù)大于8，電勢脈動幅度已小，電勢脈動幅度已小于于1%，可以認(rèn)為是恒定直流分量。，可以認(rèn)為是恒定直流分量。直流發(fā)電機(jī)工作原理表明，直流電機(jī)電樞繞組所直流發(fā)電機(jī)工作原理表明，直流電機(jī)電樞繞組所感應(yīng)的電勢為交變電勢；感應(yīng)的電勢為交變電勢；由換向器配合電刷的作用把交流電勢由換向器配合電刷的作用把交流電勢“換向換向”成為成為直流電勢；直流電勢；上述這種電機(jī)稱為換向器式直流電機(jī)。上述這種電

10、機(jī)稱為換向器式直流電機(jī)。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-611NSU二、直流電動機(jī)的工作原理二、直流電動機(jī)的工作原理NSU第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-612NS直流電動機(jī)的工作原理直流電動機(jī)的工作原理NSUU電刷電刷線圈邊切割磁感線會產(chǎn)生什么線圈邊切割磁感線會產(chǎn)生什么？換向片換向片第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-613直流直流電流電流交流交流電流電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩( (拖動轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)矩) )換向換向機(jī)械機(jī)械負(fù)載負(fù)載旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)克克 服服反電反電動勢動勢 電磁關(guān)系電磁關(guān)系第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)

11、電機(jī) 2021-7-614作為發(fā)動機(jī)運(yùn)行：用原動機(jī)拖動直流電機(jī)的電樞，電作為發(fā)動機(jī)運(yùn)行：用原動機(jī)拖動直流電機(jī)的電樞，電刷端引出直流電動勢，作為直流電源，輸出電能。刷端引出直流電動勢，作為直流電源，輸出電能。直流電動機(jī)的特點(diǎn)：直流電動機(jī)的特點(diǎn)： 通過電刷間的電流與導(dǎo)體電流的性質(zhì)不同；通過電刷間的電流與導(dǎo)體電流的性質(zhì)不同； 電樞電勢與電流反方向，稱為反電勢。電樞電勢與電流反方向，稱為反電勢。 電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電機(jī)的轉(zhuǎn)向相同，為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電機(jī)的轉(zhuǎn)向相同，為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。通過電刷電流為直流電流，導(dǎo)體電流為交變電流；通過電刷電流為直流電流，導(dǎo)體電流為交變電流；直流電機(jī)的可逆性原理：直流電機(jī)的

12、可逆性原理：作為電動機(jī)運(yùn)行：在直流電機(jī)的兩電刷端上加上直流作為電動機(jī)運(yùn)行：在直流電機(jī)的兩電刷端上加上直流電壓，電樞旋轉(zhuǎn)，拖動生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，輸出機(jī)械能；電壓，電樞旋轉(zhuǎn)，拖動生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，輸出機(jī)械能；第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-615三、實(shí)際電機(jī)的模型三、實(shí)際電機(jī)的模型電樞鐵心表面有齒電樞鐵心表面有齒有槽，槽中安放元有槽，槽中安放元件。匝數(shù)等于件。匝數(shù)等于 1 的的元件稱為單匝元件，元件稱為單匝元件，匝數(shù)大于匝數(shù)大于 1 的稱為的稱為多匝元件。直流電多匝元件。直流電機(jī)一般都采用多匝機(jī)一般都采用多匝元件。元件。 實(shí)際電機(jī)模型實(shí)際電機(jī)模型 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)

13、直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-616放在槽中的元件邊為有放在槽中的元件邊為有效邊，連接有效邊的導(dǎo)效邊，連接有效邊的導(dǎo)線稱為端部連線。元件線稱為端部連線。元件的兩個有效邊分別安放的兩個有效邊分別安放在電樞圓周兩個相對的在電樞圓周兩個相對的槽中，且一個有效邊放槽中，且一個有效邊放在槽的上層在槽的上層(靠近槽口靠近槽口)， 另一個有效邊放在槽的另一個有效邊放在槽的下層下層(靠近槽底靠近槽底)， 并用并用上層邊所在的槽號表示上層邊所在的槽號表示元件號。元件號。電樞元件電樞元件 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-617 單迭繞組的連接（設(shè)共有單迭繞組的連接（設(shè)共有8 8個元件，

14、兩組電刷）個元件，兩組電刷）A B12345678A B1 2 3 48 7 6 57 6 5 48 1 2 3AB結(jié)論：結(jié)論：整個電樞繞組通過換向片連成一個閉合回路。整個電樞繞組通過換向片連成一個閉合回路。A B12345678四、直流電樞繞組展開圖的畫法四、直流電樞繞組展開圖的畫法第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-618NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12A1 B1 A2 B2單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖A1A2B1B23 6 4 7 5 811 8 10 7 9 69 12 10 1

15、 11 25 2 4 1 3 12 并聯(lián)支路對數(shù)：并聯(lián)支路對數(shù)：a = 2。n第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-619單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖 習(xí)慣稱習(xí)慣稱 “電刷放電刷放在幾何中心線位在幾何中心線位置置”。磁極中心線磁極中心線幾何中心線幾何中心線 電刷的中心線對電刷的中心線對 著磁極的中心線：著磁極的中心線： 電刷之間的電電刷之間的電動勢最大。動勢最大。 被電刷短接的元被電刷短接的元件電動勢為零。件電動勢為零。A1 B1 A2 B2NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12n電刷應(yīng)放在軸線與主極軸線重合

16、的元件所接的換電刷應(yīng)放在軸線與主極軸線重合的元件所接的換向片的分界線上。向片的分界線上。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-620直流電機(jī)示意圖直流電機(jī)示意圖 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-621 2.1.2 直流的電機(jī)基本結(jié)構(gòu)直流的電機(jī)基本結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)總體結(jié)構(gòu)可以分成兩大部分：靜止部分直流電機(jī)總體結(jié)構(gòu)可以分成兩大部分：靜止部分(稱為定子稱為定子)和旋轉(zhuǎn)部分和旋轉(zhuǎn)部分(稱為轉(zhuǎn)子稱為轉(zhuǎn)子)。定子和轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子之間存在間隙之間存在間隙(稱為空氣隙稱為空氣隙)。 定子由主磁極、換向極、機(jī)殼、端蓋和電刷裝置定子由主磁極、換向極、機(jī)殼、端蓋和電

17、刷裝置等組成。等組成。 轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸等組成。轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸等組成。 一般小型電機(jī)的軸是通過軸承支撐在端蓋上的。一般小型電機(jī)的軸是通過軸承支撐在端蓋上的。直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-622直流電機(jī)剖面圖直流電機(jī)剖面圖1換向器換向器2電刷裝置電刷裝置3機(jī)座機(jī)座4主磁極主磁極5換向極換向極6端蓋端蓋7風(fēng)扇風(fēng)扇8電樞繞組電樞繞組9電樞鐵心電樞鐵心第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-623第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2

18、021-7-624一、直流電機(jī)的定子部分一、直流電機(jī)的定子部分1. 主磁極主磁極2. 換向極換向極(1) 主磁極鐵心主磁極鐵心(2)勵磁繞組勵磁繞組(3) 機(jī)座機(jī)座(1) 換向極鐵心換向極鐵心(2) 換向極繞組換向極繞組3. 機(jī)座：用來固定主磁極、換向極和端蓋；又作機(jī)座：用來固定主磁極、換向極和端蓋；又作為磁路的一部分。為磁路的一部分。 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-625小容量直流電機(jī)的定子鐵心往往將磁極和磁軛連小容量直流電機(jī)的定子鐵心往往將磁極和磁軛連成一體，用厚為成一體，用厚為0.350.5mm的電工鋼片的沖片疊的電工鋼片的沖片疊壓而成。鐵心外處的機(jī)殼由鋁合

19、金澆鑄而成，無壓而成。鐵心外處的機(jī)殼由鋁合金澆鑄而成，無換向極。換向極。 為了使主磁通在空氣隙中的分布更為合理，磁極為了使主磁通在空氣隙中的分布更為合理，磁極的極掌的極掌(或稱極靴或稱極靴)較極身為寬，這樣也可使勵磁繞較極身為寬，這樣也可使勵磁繞組牢固地套在磁極鐵心上。組牢固地套在磁極鐵心上。 勵磁繞組由銅線繞制而成，包上絕緣材料以后套勵磁繞組由銅線繞制而成，包上絕緣材料以后套在磁極上。當(dāng)勵磁繞組通以直流電時，就產(chǎn)生磁在磁極上。當(dāng)勵磁繞組通以直流電時，就產(chǎn)生磁通，形成通，形成N、S極。直流電機(jī)可以做成多對極，但極。直流電機(jī)可以做成多對極，但控制用的直流電機(jī)一般做成一對極。控制用的直流電機(jī)一般做

20、成一對極。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-626 上述的勵磁上述的勵磁方式稱為電方式稱為電磁式。此外，磁式。此外，在控制電機(jī)在控制電機(jī)中，定子磁中，定子磁極還可以用極還可以用永久磁鋼做永久磁鋼做成，稱為永成，稱為永磁式。磁式。 小型電機(jī)定子結(jié)構(gòu)簡圖小型電機(jī)定子結(jié)構(gòu)簡圖第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-627二、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分二、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分4.電刷裝置電刷裝置1刷握刷握2電刷電刷3壓緊彈簧壓緊彈簧4銅絲辮銅絲辮1. 電樞鐵心電樞鐵心a)電樞鐵心電樞鐵心 沖片沖片b)電樞鐵心電樞鐵心電刷放在電刷座中，電刷放在電刷座中，用彈簧將它壓在

21、換用彈簧將它壓在換向器上，使之和換向器上，使之和換向器有良好的滑動向器有良好的滑動接觸。接觸。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-6282. 電樞繞組電樞繞組由許多按由許多按一定規(guī)律連接的線圈組成。一定規(guī)律連接的線圈組成。1槽楔槽楔2線圈絕緣線圈絕緣3導(dǎo)體導(dǎo)體4層間絕緣層間絕緣5槽絕緣槽絕緣6槽底絕緣槽底絕緣電樞槽內(nèi)的絕緣電樞槽內(nèi)的絕緣3. 換向器換向器由許多換由許多換向片組成，換向片之間向片組成，換向片之間用云母絕緣。用云母絕緣。1換向片換向片2連接片連接片第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-629在直流發(fā)電機(jī)中，電刷和換向器的作用是將電樞繞在

22、直流發(fā)電機(jī)中，電刷和換向器的作用是將電樞繞組中的交變電勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢。組中的交變電勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢。 在直流電動機(jī)中，電刷和換向器的作用是將直流在直流電動機(jī)中，電刷和換向器的作用是將直流電流變成電樞繞組中的交變電流。電流變成電樞繞組中的交變電流。2.1.3 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)的額定值有：直流電機(jī)的額定值有：1. 額定功率額定功率PN(W或或kW)：輸出功率：輸出功率2. 額定電壓額定電壓UN(V)：電刷間電壓：電刷間電壓3. 額定電流額定電流IN(A)：流過電刷的電流：流過電刷的電流4. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN(r/min)：電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速：電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速

23、5. 額定勵磁電壓額定勵磁電壓UfN(V)發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)：NNNIUP 電動機(jī)：電動機(jī)：NNNNPU I第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-6302.2 直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 電刷電刷A、B間的電動勢，應(yīng)該等于正、負(fù)電刷所連間的電動勢，應(yīng)該等于正、負(fù)電刷所連的導(dǎo)體的電勢之和，的導(dǎo)體的電勢之和， 即一條支路的電勢：即一條支路的電勢：1saiiEe直流電機(jī)無論作電動機(jī)運(yùn)行，還是發(fā)電機(jī)運(yùn)行，直流電機(jī)無論作電動機(jī)運(yùn)行，還是發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電樞內(nèi)部都感應(yīng)產(chǎn)生電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，所以這電樞內(nèi)部都感應(yīng)產(chǎn)生電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，所以這兩個物理量在電機(jī)中是非

24、常重要的。兩個物理量在電機(jī)中是非常重要的。2.2.1 電樞電勢的計(jì)算電樞電勢的計(jì)算第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-631對于已制成的電機(jī)，對于已制成的電機(jī)，l為常數(shù)，當(dāng)速度為常數(shù)，當(dāng)速度v一定時，導(dǎo)一定時，導(dǎo)體的感應(yīng)電勢體的感應(yīng)電勢ei便正比于該導(dǎo)體所在處的磁通密度便正比于該導(dǎo)體所在處的磁通密度Bx，即，即eiBx。電樞表面不同位置上的導(dǎo)體瞬時感應(yīng)電勢電樞表面不同位置上的導(dǎo)體瞬時感應(yīng)電勢ei不同，不同，取一個磁極下氣隙磁通密度的平均值為取一個磁極下氣隙磁通密度的平均值為Bp，求出，求出一個導(dǎo)體在一個磁極下的平均電勢為一個導(dǎo)體在一個磁極下的平均電勢為eav：eav=B

25、plv電刷間的電勢電刷間的電勢Ea便等于一個磁極下導(dǎo)體的平均電勢便等于一個磁極下導(dǎo)體的平均電勢乘上一條支路所串聯(lián)的導(dǎo)體數(shù)乘上一條支路所串聯(lián)的導(dǎo)體數(shù)S, 即即Ea=Seav =SBplv第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-63260DvnD為電樞直徑，單位為為電樞直徑，單位為(m)；n為電樞轉(zhuǎn)速，單位為電樞轉(zhuǎn)速，單位為為 (r/min)。 pBl電樞表面圓周速度電樞表面圓周速度為每極總磁通，單位為每極總磁通，單位(Wb)；為極距，極距為極距，極距=電樞圓周長電樞圓周長/極數(shù)，單位為極數(shù)，單位為(m)；l為電樞鐵心長度，單位為為電樞鐵心長度，單位為 (m)。在電機(jī)中，通常用

26、轉(zhuǎn)速在電機(jī)中，通常用轉(zhuǎn)速n和每極總磁通和每極總磁通表示電表示電樞表面圓周速度樞表面圓周速度v和平均磁通密度和平均磁通密度Bp第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-633所以所以60avDen而而D/=2p(p為電機(jī)的極對數(shù)為電機(jī)的極對數(shù))， 所以上式變成所以上式變成 260avpen電刷間的總電勢電刷間的總電勢260apESnS=N/(2a)一對電刷所串聯(lián)的導(dǎo)體數(shù)一對電刷所串聯(lián)的導(dǎo)體數(shù)S應(yīng)等于電刷間每條并聯(lián)應(yīng)等于電刷間每條并聯(lián)支路中的導(dǎo)體數(shù)，支路中的導(dǎo)體數(shù)， 所以所以S值等于電樞繞組總導(dǎo)體值等于電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)數(shù)N除以電刷間的并聯(lián)支路數(shù)除以電刷間的并聯(lián)支路數(shù)2a第第2 2

27、章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-634所以所以電樞電勢和電磁轉(zhuǎn)矩是直流電機(jī)中非常重要的關(guān)電樞電勢和電磁轉(zhuǎn)矩是直流電機(jī)中非常重要的關(guān)系式，希望同學(xué)們牢記，并能熟練應(yīng)用。系式，希望同學(xué)們牢記，并能熟練應(yīng)用。26060appNESnna 或?qū)懗苫驅(qū)懗蒃a=Cen單位：單位：的單位為的單位為Wb; n的單位為的單位為r/min，則，則Ea的單的單位為位為V ；Ce=pN/(60a)，稱為電勢常數(shù)，由電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)參，稱為電勢常數(shù)，由電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。數(shù)決定。當(dāng)每極磁通當(dāng)每極磁通一定時，一定時， Ea=Ken第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-6351.

28、電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 F T 2. 電磁轉(zhuǎn)矩的定義電磁轉(zhuǎn)矩的定義Bl極距極距電樞電流電樞電流 i 磁磁 場場 2.2.2 電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算載流導(dǎo)體在磁場中載流導(dǎo)體在磁場中將受到力的作用；將受到力的作用；此力作用在電樞外此力作用在電樞外圓的切線方向，將圓的切線方向，將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-636 一根導(dǎo)體的電磁力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為一根導(dǎo)體的電磁力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為22xixaDDtFB li 設(shè)空氣隙中平均磁通密度為設(shè)空氣隙中平均磁通密度為Bav，電樞繞組總的導(dǎo)，電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)為體數(shù)為N，若電刷位于幾何中性線上，各導(dǎo)體

29、電流，若電刷位于幾何中性線上，各導(dǎo)體電流產(chǎn)生的沿切線方向的電磁力方向相同，則電機(jī)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的沿切線方向的電磁力方向相同，則電機(jī)轉(zhuǎn)子所受到的總轉(zhuǎn)矩為子所受到的總轉(zhuǎn)矩為1122NNeixapaiDDTtB liNB li式中，式中， ia為導(dǎo)體的電流；為導(dǎo)體的電流； D為電樞直徑。為電樞直徑。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-637 將將Bp用每極總磁通用每極總磁通表示，表示，Bp=/(l)，導(dǎo)體電流，導(dǎo)體電流ia用電樞總電流用電樞總電流Ia表示，表示， ia=Ia/(2a)，a為并聯(lián)支路對為并聯(lián)支路對數(shù)。則數(shù)。則eTaTCI或者寫成或者寫成 2222aeaIpDpNTNlI

30、Dlaa2TpNCa其中其中 稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，由電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，由電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-638609.552TeeCCC若每極磁通若每極磁通的單位為的單位為Wb， 電樞電流電樞電流Ia的單位的單位為為A時，時， 則電磁轉(zhuǎn)矩則電磁轉(zhuǎn)矩T的單位為的單位為Nm。對發(fā)電機(jī)：對發(fā)電機(jī)：T 與與 n 方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。對電動機(jī)：對電動機(jī)：T 與與 n 方向相同，為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。方向相同，為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)當(dāng)不變時，不變時， 電磁轉(zhuǎn)矩可寫成電磁轉(zhuǎn)矩可寫成Te=KTIaKT=CT, 稱為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。稱為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。

31、感應(yīng)電勢常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)感應(yīng)電勢常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)Ce與與CT有如下關(guān)系：有如下關(guān)系：第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-639概概 述述 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)( (TG) )是一種能把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信是一種能把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號的機(jī)電式元件。號的機(jī)電式元件。 輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系：輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系： Ua=Kn 或或 Ua=K =K d / /dt TG可以在自動控制系統(tǒng)和解算裝置中作為可以在自動控制系統(tǒng)和解算裝置中作為測速元件測速元件、校正元件校正元件、解算元件解算元件 等等。 TG有直流和交流之分，直流有直流和交流之分，直流TG分為模擬型和數(shù)字型分為

32、模擬型和數(shù)字型兩大類，兩大類，交流交流TG分為異步和同步兩大類。分為異步和同步兩大類。首先介紹直流首先介紹直流TG2.3 直流測速發(fā)電機(jī)及其輸出特性直流測速發(fā)電機(jī)及其輸出特性第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-6401. .模擬型模擬型雙輸出：雙輸出：一個作速度檢測，一個作速度檢測，另一個作速度反饋，在系統(tǒng)另一個作速度反饋，在系統(tǒng)中作檢測和反饋元件。中作檢測和反饋元件。永磁低速式：永磁低速式：可與系統(tǒng)工作軸直耦合，在高精度低可與系統(tǒng)工作軸直耦合，在高精度低速伺服系統(tǒng)中作阻尼和反饋元件。速伺服系統(tǒng)中作阻尼和反饋元件。霍爾效應(yīng)：霍爾效應(yīng)：無刷、齒槽及繞組，便于小形化，可作無

33、刷、齒槽及繞組，便于小形化，可作為低速精密測速元件。對制造精度、霍爾元件及永為低速精密測速元件。對制造精度、霍爾元件及永磁材料的性能要求高，且輸出信號弱。磁材料的性能要求高，且輸出信號弱。有有永磁式和電磁式。永磁式和電磁式。2.3.1 直流測速發(fā)電機(jī)的型式直流測速發(fā)電機(jī)的型式第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-641永磁式直流測速發(fā)電機(jī)永磁式直流測速發(fā)電機(jī) 電磁式直流測速發(fā)電機(jī)電磁式直流測速發(fā)電機(jī) 此外還有此外還有 無刷式、無刷式、直線式、無槽電樞直線式、無槽電樞等。等。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-6422. .數(shù)字型數(shù)字型（1）感應(yīng)子脈

34、沖測速發(fā)電機(jī)感應(yīng)子脈沖測速發(fā)電機(jī)（包括雙輸出）（包括雙輸出）特性：輸出的脈沖頻率特性：輸出的脈沖頻率f 與轉(zhuǎn)速成正比。與轉(zhuǎn)速成正比。特點(diǎn)：無刷，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，價(jià)格低。單輸出特點(diǎn)：無刷，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，價(jià)格低。單輸出不能判別轉(zhuǎn)速方向，雙輸出能不能判別轉(zhuǎn)速方向，雙輸出能( (輸出兩路幅值、頻率輸出兩路幅值、頻率相同、相位差相同、相位差90o o的脈沖信號的脈沖信號) )。用途：在鑒相及鎖相伺服系統(tǒng)中，作檢測和積分元件。用途：在鑒相及鎖相伺服系統(tǒng)中，作檢測和積分元件。（2）光電式測速元件光電式測速元件利用光電脈沖檢測轉(zhuǎn)速，精度高。利用光電脈沖檢測轉(zhuǎn)速，精度高。但耐高溫、耐沖擊及耐潮濕性能差

35、。但耐高溫、耐沖擊及耐潮濕性能差。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-643 (1) 輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線(稱為輸出特性稱為輸出特性)應(yīng)應(yīng)為線性；為線性； (2) 輸出特性的斜率要大；輸出特性的斜率要大； (3) 溫度變化對輸出特性的影響要小；溫度變化對輸出特性的影響要??； (4) 輸出電壓的紋波要小，輸出電壓的紋波要小， 即要求在一定的轉(zhuǎn)速即要求在一定的轉(zhuǎn)速下輸出電壓要穩(wěn)定，下輸出電壓要穩(wěn)定， 波動要小；波動要??； (5) 正、正、 反轉(zhuǎn)兩個方向的輸出特性要一致。反轉(zhuǎn)兩個方向的輸出特性要一致。自動控制系統(tǒng)對其元件的要求，主要是精確度高、自動

36、控制系統(tǒng)對其元件的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好等。據(jù)此，直流測速發(fā)電機(jī)靈敏度高、可靠性好等。據(jù)此，直流測速發(fā)電機(jī)在電氣性能方面應(yīng)滿足以下幾項(xiàng)要求：在電氣性能方面應(yīng)滿足以下幾項(xiàng)要求：2.3.2 自動控制系統(tǒng)對直流測速發(fā)電機(jī)的要求自動控制系統(tǒng)對直流測速發(fā)電機(jī)的要求第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-644 發(fā)電機(jī)電刷兩端接上負(fù)載電阻發(fā)電機(jī)電刷兩端接上負(fù)載電阻RL后，后， RL兩端的電壓兩端的電壓是輸出電壓。是輸出電壓。 負(fù)載時測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓等于感負(fù)載時測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓等于感應(yīng)電勢減去它的內(nèi)阻壓降，即應(yīng)電勢減去它的內(nèi)阻壓降，即 Ua=Ea-IaRa 稱為

37、直流發(fā)電機(jī)電壓平衡方程式。稱為直流發(fā)電機(jī)電壓平衡方程式。 式中，式中，Ra為電樞回路的總電阻，它包括電樞繞組的為電樞回路的總電阻，它包括電樞繞組的電阻、電阻、 電刷和換向器之間的接觸電阻；電刷和換向器之間的接觸電阻；Ia為電樞總為電樞總電流，且有電流，且有LaaRUI 直流電勢公式直流電勢公式:Ea=Cen2.3.3 直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-645只要保持只要保持 、Ra和和RL不變，不變，Ua與與 n就就成正比關(guān)系。成正比關(guān)系。根據(jù)根據(jù) Ua=Ea- - IaRa和和 Ia=Ua / RL得得 Ua 1+(R

38、a /RL)EaUa Ce 1+RaRLn Ea=Ce n 指輸出電壓與輸入轉(zhuǎn)速之指輸出電壓與輸入轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。間的函數(shù)關(guān)系。 K nIaTGUa+Ea- -RLn輸出特性輸出特性:第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-646輸出特性曲線輸出特性曲線當(dāng)負(fù)載當(dāng)負(fù)載RL變化時，輸出特變化時，輸出特性斜率將發(fā)生變化。性斜率將發(fā)生變化。改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，Ua的極的極性隨之改變。性隨之改變。系統(tǒng)還要求直流系統(tǒng)還要求直流TG的正的正反向特性對稱。反向特性對稱。UanoRL1RL2onUaUa Ce 1 +RaRLn第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021

39、-7-647 輸出特性是負(fù)載時輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。輸出特性是負(fù)載時輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。 如果如果式中式中、 Ra和和RL都能保持為常數(shù)，都能保持為常數(shù)， 則則Ua與與n之間之間仍呈線性關(guān)系，只不過是隨著負(fù)載電阻的減小，仍呈線性關(guān)系，只不過是隨著負(fù)載電阻的減小，輸出特性的斜率變小而已。輸出特性的斜率變小而已。 上述的輸出特性是理想情況下，即上述的輸出特性是理想情況下，即、Ra不變，不變，RL為一定時的輸出特性。實(shí)際上，測速發(fā)電機(jī)的為一定時的輸出特性。實(shí)際上，測速發(fā)電機(jī)的輸出特性輸出特性Ua=f(n)不是嚴(yán)格地呈線性特性，實(shí)際特不是嚴(yán)格地呈線性特性，實(shí)際特性與要求的線性特性間存在誤差。下面將分

40、析引性與要求的線性特性間存在誤差。下面將分析引起誤差的原因和減小誤差的方法。起誤差的原因和減小誤差的方法。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-6482.4 直流測速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小的方法直流測速發(fā)電機(jī)的誤差及其減小的方法 產(chǎn)生非線性誤差的主要產(chǎn)生非線性誤差的主要因素有因素有電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)、延遲延遲換向換向、溫度溫度、紋波紋波和和電電刷接觸壓降刷接觸壓降等。等。Ua Ce 1 +RaRLn要保證要保證Ua=Kn，必須保持主，必須保持主磁通磁通 和電樞回路總電阻和電樞回路總電阻Ra恒定恒定不變。不變。實(shí)用中，實(shí)用中，Uan 之間并不之間并不能嚴(yán)格地保持正比關(guān)系，能嚴(yán)格

41、地保持正比關(guān)系，即會出現(xiàn)誤差。即會出現(xiàn)誤差。oUan理想特性理想特性實(shí)際特性實(shí)際特性第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-649 2.4.1 電樞反應(yīng)影響電樞反應(yīng)影響 一、直流電機(jī)的磁場一、直流電機(jī)的磁場 電機(jī)空載時，只有勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場。電機(jī)空載時，只有勵磁繞組產(chǎn)生的主磁場。 電機(jī)負(fù)載時，電樞繞組中流過電流也要產(chǎn)生磁場，電機(jī)負(fù)載時，電樞繞組中流過電流也要產(chǎn)生磁場，稱為電樞磁場。稱為電樞磁場。 負(fù)載運(yùn)行時，電機(jī)中的磁場是主磁場和電樞磁場負(fù)載運(yùn)行時，電機(jī)中的磁場是主磁場和電樞磁場的合成。的合成。 電樞磁場對氣隙磁場的影響叫電樞反應(yīng)。電樞磁場對氣隙磁場的影響叫電樞反應(yīng)。

42、下圖（下圖（a）是定子勵磁電流產(chǎn)生的主磁場，即空）是定子勵磁電流產(chǎn)生的主磁場，即空載磁場；載磁場； （b）是電樞電流產(chǎn)生的電樞磁場，）是電樞電流產(chǎn)生的電樞磁場， （c）是主磁場和電樞磁場的合成磁場。）是主磁場和電樞磁場的合成磁場。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-650直流電機(jī)磁場直流電機(jī)磁場 第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-6511. 電樞電流產(chǎn)生的電樞磁場電樞電流產(chǎn)生的電樞磁場電樞導(dǎo)體的電流方向總是以電刷為其分界線，即電電樞導(dǎo)體的電流方向總是以電刷為其分界線，即電刷兩側(cè)導(dǎo)體中的電流大小相等，方向相反。刷兩側(cè)導(dǎo)體中的電流大小相等，方向相反

43、。不論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到哪個位置，電樞導(dǎo)體電流在空間的分不論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到哪個位置，電樞導(dǎo)體電流在空間的分布情況始終不變。布情況始終不變。電樞電流所產(chǎn)生的磁場在空間的分布情況也不變，電樞電流所產(chǎn)生的磁場在空間的分布情況也不變，即電樞磁場在空間是固定不動的恒定磁場。即電樞磁場在空間是固定不動的恒定磁場。其磁力線的分布可以根據(jù)右手螺旋定則作出，上圖其磁力線的分布可以根據(jù)右手螺旋定則作出，上圖(b)。 由于電刷位于幾何中性線上，所以電樞磁場在電刷由于電刷位于幾何中性線上，所以電樞磁場在電刷軸線兩側(cè)是對稱的，電刷軸線就是電樞磁場的軸線。軸線兩側(cè)是對稱的，電刷軸線就是電樞磁場的軸線。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測

44、速發(fā)電機(jī) 2021-7-6522. 電樞反應(yīng)的特點(diǎn)電樞反應(yīng)的特點(diǎn) (2)對主磁場起去磁作用對主磁場起去磁作用(1)使氣隙磁場發(fā)生畸變使氣隙磁場發(fā)生畸變 空載時電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載空載時電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線一個角，磁通密度的曲線與空載時不同。一個角，磁通密度的曲線與空載時不同。磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極下的磁通

45、量與空載時相同。磁路飽和時，主因此每極下的磁通量與空載時相同。磁路飽和時，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，使增加的磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，使增加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)交軸去磁性質(zhì)。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-653二、電樞反應(yīng)對輸出誤差的影響二、電樞反應(yīng)對輸出誤差的影響發(fā)電機(jī)帶負(fù)載后，電樞中有電流發(fā)電機(jī)帶負(fù)載后，電樞中有電流 Ia通過，故產(chǎn)生電樞通過，故產(chǎn)生電樞磁場磁場 a。 a的大小與的大小與 Ia有關(guān)，由于

46、鐵磁物質(zhì)具有飽和有關(guān)，由于鐵磁物質(zhì)具有飽和性，所以性，所以電樞反應(yīng)的結(jié)果使合成磁場減小電樞反應(yīng)的結(jié)果使合成磁場減小并產(chǎn)生畸變。并產(chǎn)生畸變。 RL一定一定 都使電樞反應(yīng)強(qiáng)都使電樞反應(yīng)強(qiáng)烈，去磁作用增烈，去磁作用增強(qiáng)，導(dǎo)致輸出特強(qiáng)，導(dǎo)致輸出特性非線性嚴(yán)重。性非線性嚴(yán)重。 n一定一定 n過高過高 Ua大大 Ia大大RL過小過小 Ia大大三、解決辦法三、解決辦法限制最高轉(zhuǎn)速限制最高轉(zhuǎn)速 nmax 和最小負(fù)載電阻值和最小負(fù)載電阻值RLmin。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-654一、換向概述一、換向概述為了分析方便假定換向片的寬為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。度等

47、于電刷的寬度。直流電機(jī)的某一個元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另直流電機(jī)的某一個元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時一條支路時,元件里的電流方向改變，即換向。元件里的電流方向改變，即換向。電樞移到電刷與換向片電樞移到電刷與換向片1、2接接觸時，元件觸時，元件1的被短路，電流的被短路，電流如圖所示。如圖所示。電刷與換向片電刷與換向片1接觸時，元件接觸時，元件1 中的電流方向如圖所示，大中的電流方向如圖所示，大小為小為 i=ia。元元件件1av1 2iiai 2aiai2i1iaiiaii ai 2aiai2i1iaiiaiiai 2aiai2i1i2.4.2. .延遲換向的影響延遲換向的影響第第

48、2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-655換向問題很復(fù)雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)換向問題很復(fù)雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機(jī)不能正常工作。器表面，使電機(jī)不能正常工作。產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。原因。此外換向過程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間，稱為元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間，稱為換換向周期向周期Tk 。換

49、向周期通常只有千分之幾秒。直流電。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電樞繞組每個元件在經(jīng)過電刷時都要機(jī)在運(yùn)行中，電樞繞組每個元件在經(jīng)過電刷時都要經(jīng)歷換向過程。經(jīng)歷換向過程。電刷僅與換向片電刷僅與換向片2接觸時，元件接觸時，元件1 中的電流方向如圖中的電流方向如圖所示，大小所示，大小i=-ia。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-656二、換向的電磁理論二、換向的電磁理論1. 換向元件中的電動勢：換向元件中的電動勢：電抗電勢電抗電勢eL：nNSeLeL根據(jù)楞次定律自感電動勢的方向與換向前電流方根據(jù)楞次定律自感電動勢的方向與換向前電流方向相同，即總是阻礙換向的。

50、向相同，即總是阻礙換向的。在換向周期在換向周期 Tk內(nèi)，換向元件電內(nèi)，換向元件電流要從流要從(+ia)變到變到(-ia)，所以，換所以，換向元件內(nèi)有自感電動勢向元件內(nèi)有自感電動勢:eL Ldiadt L2IaTk第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-657換向元件中的合成電動勢為：換向元件中的合成電動勢為：Lceee根據(jù)右手定則，判斷電勢的方向，如圖。根據(jù)右手定則，判斷電勢的方向，如圖。nNS aeaceac k在幾何中性線處，電樞反應(yīng)磁密不為在幾何中性線處，電樞反應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動勢。零，在換向元件中感應(yīng)切割電動勢。換向區(qū)域的磁場有三種：主極磁場、換

51、向區(qū)域的磁場有三種：主極磁場、換向極磁場和電樞反應(yīng)磁場。換向極磁場和電樞反應(yīng)磁場。電樞反應(yīng)電勢電樞反應(yīng)電勢eac：旋轉(zhuǎn)電勢旋轉(zhuǎn)電勢ec：換向元件切割換向區(qū)域內(nèi)的磁場換向元件切割換向區(qū)域內(nèi)的磁場感應(yīng)的電勢。感應(yīng)的電勢。eac與換向前電流方向相同，即總是阻礙換向的。與換向前電流方向相同，即總是阻礙換向的。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-658以圖所示的電流和電動勢的正方向?yàn)閰⒖挤较颍梢砸詧D所示的電流和電動勢的正方向?yàn)閰⒖挤较?，可以列出元件列出元?回路的電動勢平衡方程式回路的電動勢平衡方程式 i1Rb1-i2Rb2= e 為了清楚，將換向元件為了清楚，將換向元件1單獨(dú)

52、畫單獨(dú)畫出。出。圖中圖中i表示換向電流，表示換向電流，i1、i2表示表示元件出線端和元件出線端和1和和2中的電流；中的電流；Rb1和和Rb2表示電刷與換向片表示電刷與換向片1和和2的接觸電阻，元件電阻略的接觸電阻，元件電阻略去不計(jì)；去不計(jì)；2. 換向元件中的電流換向元件中的電流第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-6591221aLkkbbteiiiiTRR式中式中21LaKtiiT12kbbeiRR稱為附加電流。稱為附加電流。稱為直線換向電流；稱為直線換向電流； Rb1和和Rb2分別表示時間為分別表示時間為t時，換向片時，換向片1和和2與電刷的與電刷的相應(yīng)的接觸電阻，則

53、相應(yīng)的接觸電阻，則由于由于e的阻礙作用，使換向過程延遲，總電勢在的阻礙作用，使換向過程延遲，總電勢在換向元件中產(chǎn)生附加電流換向元件中產(chǎn)生附加電流ik，ik產(chǎn)生磁通產(chǎn)生磁通 k。 k 對主磁通起去磁作用。對主磁通起去磁作用。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-660解決辦法：解決辦法：也是限制最高轉(zhuǎn)速也是限制最高轉(zhuǎn)速nmax和最小負(fù)載電阻。和最小負(fù)載電阻。所以：當(dāng)轉(zhuǎn)速太高或所以：當(dāng)轉(zhuǎn)速太高或RL太太小時小時, ,會使輸出特性產(chǎn)生會使輸出特性產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性。其中轉(zhuǎn)速嚴(yán)重的非線性。其中轉(zhuǎn)速的影響較大。的影響較大。三、延遲換向的影響：轉(zhuǎn)速與負(fù)載的影響三、延遲換向的影響：轉(zhuǎn)速與

54、負(fù)載的影響n高高Tk小小Ua高高Ia大大eL Ls2IaTk大大eLn2n高高切割速度快切割速度快Ua高高Ia大大 a大大ea大大 ean2RL小小Ia大大eL 和和 ea都增大都增大第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-661實(shí)用中，電磁式實(shí)用中，電磁式TG的勵磁繞的勵磁繞組長期通電會發(fā)熱。組長期通電會發(fā)熱。 如銅導(dǎo)線的溫度系數(shù)是如銅導(dǎo)線的溫度系數(shù)是0.0041/,即溫度每增加即溫度每增加25,勵磁繞組電阻勵磁繞組電阻Rf便增加便增加10%。 Rf的增加，導(dǎo)致的增加，導(dǎo)致 下降，下降，Ua降降低，破壞了原有的比例關(guān)系。低，破壞了原有的比例關(guān)系。熱敏電阻應(yīng)具有負(fù)熱敏電阻應(yīng)

55、具有負(fù)的溫度系數(shù)的溫度系數(shù)，當(dāng)溫，當(dāng)溫度增加時，并聯(lián)網(wǎng)度增加時，并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電阻的減小補(bǔ)償絡(luò)電阻的減小補(bǔ)償了勵磁繞組電阻了勵磁繞組電阻Rf的增加，勵磁回路的增加，勵磁回路總電阻基本不變?？傠娮杌静蛔?。2.4.3. 溫度的影響溫度的影響 解決方法：解決方法： (1)勵磁回路串聯(lián)熱敏電阻勵磁回路串聯(lián)熱敏電阻UfLfIfRttoCRfNfR第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-662 當(dāng)溫度增加時當(dāng)溫度增加時,勵磁回路總勵磁回路總電阻電阻(R+Rf)變化甚微；變化甚微； R用溫度系數(shù)很小的錳鎳用溫度系數(shù)很小的錳鎳或鎳銅合金制成?；蜴囥~合金制成。HIf ，電流變化較大時，電流變化較

56、大時,磁通變化很小。磁通變化很小。(2)勵磁回路串聯(lián)較大的附加電阻勵磁回路串聯(lián)較大的附加電阻R(3) 將磁路設(shè)計(jì)得比較飽和將磁路設(shè)計(jì)得比較飽和R Rf If =UfR+Rf H較大較大 B較小較小BHoUfLfIfRfNfRRUf第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-6632.4.4. 紋波的影響紋波的影響 TG 的輸出電壓含脈動成的輸出電壓含脈動成份，這種脈動稱為紋波。份，這種脈動稱為紋波。 (1) 引起脈動的因素引起脈動的因素 換向片數(shù)有限；換向片數(shù)有限； 換向器表面粗糙，與電刷換向器表面粗糙，與電刷接觸不良引起電刷跳動；接觸不良引起電刷跳動； 電樞鐵心橢圓或偏心等造

57、電樞鐵心橢圓或偏心等造成氣隙不均勻。成氣隙不均勻。 換向的影響；換向的影響； 還有：齒、槽效應(yīng)；轉(zhuǎn)速變還有：齒、槽效應(yīng)；轉(zhuǎn)速變化；勵磁電源波動等?；粍畲烹娫床▌拥?。oeat兩個元件的電勢波形兩個元件的電勢波形四個元件的電勢波形四個元件的電勢波形(2)紋波對速度反紋波對速度反饋、加速度反饋饋、加速度反饋系統(tǒng)不利，系統(tǒng)不利，對解算裝置對解算裝置(如微如微積分運(yùn)算積分運(yùn)算)的影響的影響更大。更大。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-664使每極下串聯(lián)的元件使每極下串聯(lián)的元件數(shù)盡量多；數(shù)盡量多；采用銀采用銀石墨電刷石墨電刷,改改善滑動接觸；善滑動接觸；加工時保證定、轉(zhuǎn)子加工時

58、保證定、轉(zhuǎn)子同心度；同心度；減小換向區(qū)氣隙磁密，減小換向區(qū)氣隙磁密，以削弱換向電勢。以削弱換向電勢。保證電刷位于中性線保證電刷位于中性線,并減小電刷寬度并減小電刷寬度,以減小以減小氣隙磁場的變化。氣隙磁場的變化。(3) 降低紋波的辦法降低紋波的辦法(1) 引起脈動的因素引起脈動的因素?fù)Q向片數(shù)有限；換向片數(shù)有限； 換向器表面粗糙，換向器表面粗糙，與電刷接觸不良引起與電刷接觸不良引起電刷跳動；電刷跳動；電樞鐵心橢圓或偏電樞鐵心橢圓或偏心等造成氣隙不均勻。心等造成氣隙不均勻。 換向的影響；換向的影響； 還有：齒、槽效應(yīng)；還有：齒、槽效應(yīng)；轉(zhuǎn)速變化；勵磁電源轉(zhuǎn)速變化；勵磁電源波動等。波動等。第第2 2

59、章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-665接觸電接觸電阻隨電阻隨電流增大流增大而減小而減小接觸電阻基本不變接觸電阻基本不變2.4.5. 電刷接觸壓降的影響電刷接觸壓降的影響n較低時，較低時，ia較小，電刷接觸較小，電刷接觸電阻較大且基本不變。電阻較大且基本不變。設(shè)電刷接觸壓降為設(shè)電刷接觸壓降為 Ub，則輸出特性為，則輸出特性為Ua =Ce n- Ub1 +RLRwRw是電樞回路中除電刷接是電樞回路中除電刷接觸電阻外的總電阻。觸電阻外的總電阻。 Uboian較高時，較高時，ia 較大較大，電刷接，電刷接觸電阻隨觸電阻隨ia的增大而減小，的增大而減小， Ub隨隨ia的增加而增大；的增

60、加而增大； Ub可認(rèn)為是常數(shù)?？烧J(rèn)為是常數(shù)。第第2 2章章 直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) 2021-7-666 Ub的存在使輸出特性出現(xiàn)不靈敏區(qū)的存在使輸出特性出現(xiàn)不靈敏區(qū) Ub主要與下列因素有關(guān)：主要與下列因素有關(guān)： 電刷與換向器材料；電刷與換向器材料； 電刷中電流密度、方向；電刷中電流密度、方向； 電刷單位面積壓力；電刷單位面積壓力； 表面接觸溫度；表面接觸溫度； 換向器圓周線速度；換向器圓周線速度； 化學(xué)與機(jī)械方面的原因?；瘜W(xué)與機(jī)械方面的原因。解決措施解決措施 采用銀采用銀石墨電刷；石墨電刷； 采用銅電刷，并在換向器表面鍍銀。采用銅電刷，并在換向器表面鍍銀。Uano Ub不靈敏區(qū)不靈敏區(qū)