電機(jī)學(xué)-直流電機(jī)

1、第三章 直流電機(jī)重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：（1 1）直流電機(jī)的工作原理）直流電機(jī)的工作原理（2 2）電樞感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩）電樞感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩（3 3）基本方程）基本方程（4 4）直流機(jī)的運(yùn)行特性以及調(diào)速、制動(dòng)）直流機(jī)的運(yùn)行特性以及調(diào)速、制動(dòng)難點(diǎn)：難點(diǎn)：（1 1）電樞繞組及電路圖）電樞繞組及電路圖（2 2）電樞反應(yīng)）電樞反應(yīng)第三章 直流電機(jī)3.1 3.1 直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)3.2 3.2 直流電樞繞組直流電樞繞組3.3 3.3 直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)3.4 3.4 電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩3.5 3.5 直流電機(jī)的基本方程直

2、流電機(jī)的基本方程3.6 3.6 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性3.7 3.7 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性3.8 3.8 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)第三章 直流電機(jī)3.1 3.1 直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)u直流電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與直流電能轉(zhuǎn)換的機(jī)器u分類：直流電機(jī)直流發(fā)電機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)：機(jī)械能電能電能機(jī)械能u用途：直流發(fā)電機(jī)：電源 勵(lì)磁機(jī) 信號(hào)傳遞測(cè)速發(fā)電機(jī) 第三章 直流電機(jī)u用途：直流電動(dòng)機(jī)：動(dòng)力用-直流電動(dòng)機(jī) 信號(hào)傳遞直流伺服電動(dòng)機(jī) u優(yōu)點(diǎn)：直流發(fā)電機(jī)：波形平滑性好，電磁干擾小直流

3、電動(dòng)機(jī)： 調(diào)速范圍寬，平滑性好； 起動(dòng)、過載、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大； 易于控制，可靠性高； 調(diào)速時(shí)能量損耗小，經(jīng)濟(jì)，系統(tǒng)成本低。第三章 直流電機(jī)u缺點(diǎn)：u應(yīng)用實(shí)例：直流發(fā)電機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)的電源、同步機(jī)的勵(lì)磁、電鍍、電解、電冶煉等的直流電源直流電動(dòng)機(jī)：給粉系統(tǒng)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、大型機(jī)床、電力機(jī)車、電車、電氣機(jī)車牽引、造紙、紡織拖動(dòng)、吊車、挖掘機(jī)械、軋鋼機(jī)、船舶推進(jìn)等成本高、結(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜、維修困難、安全可靠性差。 u發(fā)展趨勢(shì)：直流發(fā)電機(jī)逐步被電力電子整流電源所取代；直流電動(dòng)機(jī)逐步被交流電動(dòng)機(jī)所取代；第三章 直流電機(jī)3.1.1 3.1.1 直流電機(jī)的基本工作原理直流電機(jī)的基本工作原理一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理第三章

4、直流電機(jī)一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理通過換向片，電刷A總與位于N極下的導(dǎo)體相連，極性為正。電刷B總與位于S極下的導(dǎo)體相連，極性為負(fù)第三章 直流電機(jī)一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理l線圈中的電動(dòng)勢(shì)和電流均為交流xxeB lvBl通過換向片，電刷固定接于某一磁極下的導(dǎo)體l換向器將電樞繞組中的交流電轉(zhuǎn)化為電刷兩端的直流電第三章 直流電機(jī)一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理增加導(dǎo)體可減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的脈動(dòng)。當(dāng)有足增加導(dǎo)體可減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的脈動(dòng)。當(dāng)有足夠多的線圈和換向片時(shí)，可獲得穩(wěn)定直流電夠多的線圈和換向片時(shí)，可獲得穩(wěn)定直流電勢(shì)。當(dāng)每極下導(dǎo)體數(shù)大于勢(shì)。當(dāng)每極下導(dǎo)體數(shù)大于8時(shí)，脈動(dòng)可小于時(shí)，脈動(dòng)可小于1%。第三章 直流電機(jī)一、直流

5、發(fā)電機(jī)的工作原理n結(jié)論：結(jié)論：1）電樞繞組內(nèi)電勢(shì)、電流為交流電；）電樞繞組內(nèi)電勢(shì)、電流為交流電；2）電刷間為直流電勢(shì)。繞組中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向一致；）電刷間為直流電勢(shì)。繞組中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向一致；3）電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的磁場(chǎng)；）電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的磁場(chǎng)；4）產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，）產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反， 為制動(dòng)性質(zhì)；為制動(dòng)性質(zhì)；5）原動(dòng)機(jī)克服電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩作功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。）原動(dòng)機(jī)克服電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩作功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。第三章 直流電機(jī)二、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理在直流電動(dòng)機(jī)中，雖然外加電源為直流，但通過換向器的作用，導(dǎo)體中的電流將隨其

6、所處磁極極性的改變而同時(shí)改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變。即線圈中的電流是交變的，但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向是恒定的。 xfB li第三章 直流電機(jī)二、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理第三章 直流電機(jī)n結(jié)論：結(jié)論：1）外施電壓、電流是直流，）外施電壓、電流是直流， 電樞繞組內(nèi)電流是交流；電樞繞組內(nèi)電流是交流；2）電樞繞組中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向相反；）電樞繞組中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向相反；3）線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的。）線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的。 電樞電流產(chǎn)生的磁電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的；場(chǎng)在空間上是恒定不變的；4）產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，）產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同， 為

7、驅(qū)動(dòng)性質(zhì)；為驅(qū)動(dòng)性質(zhì)；5）電磁轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩作功，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。）電磁轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩作功，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。二、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理第三章 直流電機(jī)三、直流電機(jī)的可逆原理n同一臺(tái)直流電機(jī)， 通過改變外界條件，既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。在電機(jī)理論中稱為可逆原理。 n如果用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，可以從電刷端引出直流電動(dòng)勢(shì)而作為直流電源對(duì)負(fù)載供電，此為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。n如果在電刷端外加直流電壓，則可以帶動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，此為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成直流電機(jī)定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心軸承換向器風(fēng)

8、扇轉(zhuǎn)軸電樞繞組機(jī)座換向極主磁極電刷裝置端蓋主極鐵心勵(lì)磁繞組刷桿 電刷 刷握刷桿座(產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng))(產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，流過電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩)第三章 直流電機(jī)風(fēng)扇機(jī)座電樞鐵心和繞組主磁極電刷換向器接線板接線盒勵(lì)磁繞組端蓋直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第三章 直流電機(jī)NSNS直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)nN極和S極成對(duì)出現(xiàn)且沿圓周均勻交替分布； n極對(duì)數(shù)：N極或S極的個(gè)數(shù)，通常用 p 表示； n極數(shù)：主磁極的個(gè)數(shù)，等于 2p 。p=2 即即4極電機(jī)極電機(jī)第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

9、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、主磁極l作用：產(chǎn)生主磁場(chǎng) l構(gòu)成：主極鐵心：11.5mm厚的鋼板 勵(lì)磁繞組：用絕緣銅線構(gòu)成 主磁極鋼板沖片（1-1.5mm厚）主磁極由鋼板沖片疊壓而成勵(lì)磁繞組套在主磁極極身上第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、主磁極第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、換向極（附加極）l作用：改善換向l構(gòu)成：鐵心：整塊鋼或鋼板 繞組：和電樞繞組串聯(lián)l位置：兩個(gè)主磁極的中心線上幾何中心線l個(gè)數(shù)：一般和主極個(gè)數(shù)一樣。也有是主極個(gè)數(shù)的一半。第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三、機(jī)座l作用：固定主磁極、換向極和端蓋等 主磁路的一部分（磁軛）

10、 l構(gòu)成：鑄鋼或厚鋼板焊接四、電樞鐵心l作用：主磁路 安放電樞繞組 l構(gòu)成：硅鋼片迭成 電樞鐵心沖片 (0.35-0.5mm厚) （硅鋼片）涂絕緣漆沖片疊壓而成均勻開槽第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)五、電樞繞組六、換向器l作用：將線圈里的交流電勢(shì)變?yōu)殡娝⒍说闹绷麟妱?shì)。或把外加的直流電流變?yōu)榫€圈中的交流電流。 l構(gòu)成：銅片組成，用云母絕緣l作用：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過電流，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換l構(gòu)成：按一定規(guī)律連接的絕緣銅線構(gòu)成第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)換向器換向器第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)七、電刷裝置l作用：保持和換向器的滑動(dòng)接觸，與

11、換向器配合，將線圈中的交流電勢(shì)變?yōu)殡娝⑸系闹绷麟妱?shì)l構(gòu)成：電刷、刷握、刷桿、刷桿座l個(gè)數(shù)：與磁極個(gè)數(shù)相同。 第三章 直流電機(jī) 我們知道直流電機(jī)的磁場(chǎng)，既可以由永久磁場(chǎng)產(chǎn)生，也可以由勵(lì)磁繞組通入直流電流產(chǎn)生, 現(xiàn)在絕大多數(shù)直流電機(jī)的磁場(chǎng)都是由勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生的。我們稱這種磁場(chǎng)為直流電機(jī)的主磁場(chǎng),有時(shí)也稱為勵(lì)磁磁場(chǎng). 勵(lì)磁繞組的供電方式稱為勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式。直流電機(jī)的運(yùn)行性能因勵(lì)磁方式的不同而不同。按照勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)分他勵(lì)和自勵(lì)兩大類.四、勵(lì)磁方式四、勵(lì)磁方式短復(fù)勵(lì)長(zhǎng)復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)積復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)自勵(lì)他勵(lì)勵(lì)磁方式他勵(lì)他勵(lì)：勵(lì)磁繞組中電流與電樞繞組中的電流沒有任何聯(lián)系自勵(lì)自勵(lì)：勵(lì)

12、磁繞組中電流與電樞繞組中的電流有聯(lián)系，勵(lì)磁繞組與電樞繞組或串聯(lián)或并聯(lián)，或既有串聯(lián)又有并聯(lián)第三章 直流電機(jī) 1、他勵(lì)直流電機(jī)、他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組無聯(lián)勵(lì)磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電接關(guān)系，而由其他直流電源供電的直流電機(jī)電樞電源供電的直流電機(jī)電樞電流等于負(fù)載電流流等于負(fù)載電流 Ia=I 2、并勵(lì)直流電機(jī)、并勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)后勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)后加同一電壓加同一電壓. 對(duì)發(fā)電機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī): Ia=I+If 對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī): I=Ia+If圖示為直流發(fā)電機(jī)第三章 直流電機(jī)3、串勵(lì)直流電機(jī)、串勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)繞組串聯(lián) I=Ia=I

13、f4、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)繞組與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)方向相反為差復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì).具有兩個(gè)勵(lì)磁繞組,一個(gè)與電樞并聯(lián).一個(gè)與電樞繞組串聯(lián).若串勵(lì)繞組與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)方向相同為積復(fù)勵(lì)積復(fù)勵(lì)第三章 直流電機(jī)1、額定功率、額定功率 PN （千瓦（千瓦kW）2、額定電壓、額定電壓 UN （伏（伏V）：額定狀態(tài)下電樞出線端電壓）：額定狀態(tài)下電樞出線端電壓3、額定電流、額定電流 IN （安（安A）：額定電壓下，輸出額定功率，電機(jī)線電）：額定電壓下，輸出額定功率，電機(jī)線電壓壓4、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速 nN (轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分 r/min)5、額定勵(lì)磁電壓、額定勵(lì)磁電壓 UfN （伏（伏V）6、額定勵(lì)磁電流、額定

14、勵(lì)磁電流 IfN （安（安A）注、對(duì)發(fā)電機(jī)額定功率為注、對(duì)發(fā)電機(jī)額定功率為 PN= UN IN 對(duì)電動(dòng)機(jī)額定功率為對(duì)電動(dòng)機(jī)額定功率為 PN= UN INN P1= UN IN五、直流電機(jī)的額定值五、直流電機(jī)的額定值每臺(tái)直流電機(jī)繞組的機(jī)座都有一個(gè)銘牌每臺(tái)直流電機(jī)繞組的機(jī)座都有一個(gè)銘牌,上面標(biāo)注一些額定數(shù)據(jù)上面標(biāo)注一些額定數(shù)據(jù),若電機(jī)運(yùn)行時(shí)若電機(jī)運(yùn)行時(shí),各數(shù)據(jù)符合額定值各數(shù)據(jù)符合額定值,這樣的運(yùn)行情況稱為額定工況這樣的運(yùn)行情況稱為額定工況,在額定下運(yùn)行在額定下運(yùn)行,可保證電機(jī)可靠的運(yùn)行可保證電機(jī)可靠的運(yùn)行,并具有優(yōu)良的性能并具有優(yōu)良的性能.根據(jù)國(guó)標(biāo)，直流電機(jī)的額定數(shù)據(jù)有：根據(jù)國(guó)標(biāo)，直流電機(jī)的額定數(shù)

15、據(jù)有：第三章 直流電機(jī)n 電樞繞組是直流電機(jī)的電路部電樞繞組是直流電機(jī)的電路部分，也是直流電機(jī)的核心部分，分，也是直流電機(jī)的核心部分，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐，無是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐，無論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)，它們的論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)，它們的電樞繞組在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，都會(huì)感電樞繞組在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，都會(huì)感應(yīng)出電勢(shì)，當(dāng)電樞中有電流時(shí)，應(yīng)出電勢(shì)，當(dāng)電樞中有電流時(shí)，又產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)又產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。電能量的轉(zhuǎn)換。n電樞繞組的構(gòu)成應(yīng)能產(chǎn)生足夠的電樞繞組的構(gòu)成應(yīng)能產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電勢(shì)，并允許通過一定的電感應(yīng)電勢(shì)，并允許通過一定的電樞電流，此外還要節(jié)省有色金屬樞電流，此外還要

16、節(jié)省有色金屬和絕緣材料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可和絕緣材料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠?？?。n本節(jié)主要介紹單疊和單波繞組的本節(jié)主要介紹單疊和單波繞組的組成及連接規(guī)律。組成及連接規(guī)律。 3-2 直流電樞繞組直流電樞繞組單疊疊繞組復(fù)疊單波電樞繞組波繞組復(fù)波混合繞組第三章 直流電機(jī)一、一、 直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)u分類u特點(diǎn)：閉合繞組(1)疊繞組：?jiǎn)委B和復(fù)疊繞組。(2)波繞組：?jiǎn)尾ê蛷?fù)波繞組。(3)蛙繞組：疊繞和波繞混合的繞組。u電樞繞組的演變環(huán)形電樞繞組鼓形電樞繞組第三章 直流電機(jī)eeeeeeeeeeeeee一、一、 直流電機(jī)電樞直流電機(jī)電樞 繞組的一般知識(shí)繞組的一般知識(shí)u電樞繞組的

17、演變環(huán)形電樞繞組只有一半的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)體利用率低。環(huán)形繞組第三章 直流電機(jī)2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e一、一、 直流電機(jī)電樞直流電機(jī)電樞 繞組的一般知識(shí)繞組的一般知識(shí)u電樞繞組的演變鼓形電樞繞組線圈的兩邊都在電樞鐵芯表面的槽中,兩邊都能切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 鼓形繞組第三章 直流電機(jī)一、直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)一、直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)NS電樞繞組展開圖AB+_第三章 直流電機(jī)一、一、 直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)1、疊繞組和波繞組元件：構(gòu)成繞組的線圈。電樞繞組的基本單元，單匝和多匝第三章 直流電機(jī)一

18、、一、 直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)1、疊繞組和波繞組雙層繞組1）每個(gè)元件的兩端點(diǎn)分別連接在兩換向片上，每個(gè)換向片連接兩個(gè)元件，各元件依一定規(guī)律依次連接，形成閉合回路。2）一個(gè)元件邊放在槽的上層，另一邊放在另一槽的下層，一個(gè)槽里總有上下層線圈邊。3）線圈的兩個(gè)元件邊處于不同極性的極面下，線圈的跨距約等于一個(gè)極距，兩個(gè)電勢(shì)相加。第三章 直流電機(jī)一、一、 直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)1、疊繞組和波繞組疊繞組：一個(gè)元件的兩出線端接在兩相鄰換向片上（單疊繞組），或相隔數(shù)片的換向片上（復(fù)疊繞組）。折疊式前進(jìn)波繞組疊繞組波繞組：一個(gè)元件的兩出線接在相隔約兩個(gè)

19、極距的換向片上，繞它一周后回到與起始片相鄰的換向片上（單波繞組），或相隔數(shù)片的換向片上（復(fù)波繞組）。波浪式前進(jìn)第三章 直流電機(jī)23.1 直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)二、實(shí)槽和虛槽為改善電機(jī)的性能，希望用更多的元件組成電樞繞組。由于工藝等原因，電樞鐵心不能開太多的槽，故在每槽的上下層各放置若干元件邊。若每一實(shí)槽中一層并排放置u排元件邊，則一個(gè)實(shí)槽可以看成u個(gè)“虛槽”，每一個(gè)虛槽的上、下層各有一個(gè)元件邊。SuQ=實(shí)槽與虛槽 u=3第三章 直流電機(jī)一、一、 直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)2、實(shí)槽和虛槽每一元件有兩個(gè)邊； 每一換向片上接兩個(gè)邊； 每一虛槽內(nèi)放置有兩個(gè)邊； 元件數(shù)S等

20、于換向片數(shù)K，等于虛槽數(shù) 每線圈有Nc匝，則總導(dǎo)體數(shù)為N 22ccuNuN QN Q=uSKQ=第三章 直流電機(jī)一、一、 直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)3、節(jié)距第一節(jié)距y1：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。 極距 ：在電樞鐵心表面上，一個(gè)極所占的距離。2uQp=2Dpp=12uQype=m整數(shù)e為湊整分?jǐn)?shù)111整距繞組 短距繞組 長(zhǎng)距繞組 短距繞組端部接線短、省銅，且利于換向，故常用第一節(jié)距y1第三章 直流電機(jī)換向器節(jié)距yk：每元件的兩端所連接的換向片之間在換向器表面的跨距，用換向片數(shù)表示。 yK y一、直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)一、直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)3

21、、節(jié)距第二節(jié)距y2：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。合成節(jié)距y第二節(jié)距y2換向器節(jié)距yk合成節(jié)距y：連接同一換向片的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊在電樞表面的跨距。 y y1 y2第三章 直流電機(jī)二、二、 單疊繞組單疊繞組l元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片上，第一個(gè)元件的下層邊（虛線）連接著第二個(gè)元件的上層邊，它放在第一元件上層邊相鄰的第二個(gè)槽內(nèi)。l相鄰元件(線圈)相互疊壓,后一元件的端部緊疊在前一元件的端部（疊）；首末端相聯(lián)的兩換向片相隔一個(gè)換向片的寬度，合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1（單），即 yK y1l槽數(shù)Q、元件數(shù)S和換向片數(shù)K三者相同第三章 直流電

22、機(jī)二、二、 單疊繞組單疊繞組單疊繞組元件 右行 左行 l單疊左行繞組和單疊右行繞組第三章 直流電機(jī)二、二、 單疊繞組單疊繞組l舉例： 2p4， u=1，Q Q uSK16，單疊右行整距繞組一、 節(jié)距計(jì)算yyk1節(jié)距計(jì)算 y, y1, y2畫繞組展開圖安放電刷和磁極12116042221 43uQypyyye=mm展開圖展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對(duì)位置關(guān)系第三章 直流電機(jī)二、單疊繞組二、單疊繞組1單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖1.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展開槽展開繞組

23、放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷NSNSA+B+第三章 直流電機(jī)二、二、 單疊繞組單疊繞組單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖第三章 直流電機(jī)二、二、 單疊繞組單疊繞組第三章 直流電機(jī)二、二、 單疊繞組單疊繞組l極軸線：磁極的中心線l磁極的放置：磁極寬度約為 ,均勻分布，N、S極交替排列0.7l幾何中性線：相鄰兩個(gè)主磁極之間的中心線l電刷的放置原則空載時(shí)，正、負(fù)電刷間的電動(dòng)勢(shì)最大；被電刷短路的元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小或等于零。l換向器的幾何中性線：線圈軸線與主磁極軸線重合時(shí)，該線圈所接兩換向片的分界線l電刷的位置：換向器的幾何中性線，簡(jiǎn)稱幾何中性線第三章 直流電機(jī)二、二、 單疊繞組單疊繞組l同一極

24、下導(dǎo)體電流方向相同（同一槽中上下層邊不屬于同一線圈，但電流的方向一致）；N、S極下導(dǎo)體電流方向相反。l直流電機(jī)示意圖第三章 直流電機(jī)二、二、 單疊繞組單疊繞組l電路圖第三章 直流電機(jī)二、二、 單疊繞組單疊繞組l 單疊繞組的特點(diǎn)（1）元件的兩個(gè)出線端連接于相鄰的兩個(gè)換向片上；（2）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。2a=2p（3）整個(gè)電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的總和為零，繞組內(nèi)部無“環(huán)流”；（4）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷數(shù)等于主磁極數(shù)； （5）電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，正負(fù)電刷之間引出的電動(dòng)勢(shì)即為每一支路的電動(dòng)勢(shì)，電樞電壓等于支路電壓； Ea=ea（6）

25、由正負(fù)電刷引出的電樞電流為各支路電流之和，即Ia=2aia（式中 ia為每一條支路的電流，即繞組元件中流過的電流）。 第三章 直流電機(jī)三、三、 單波繞組單波繞組l首末端所連的兩換向片相隔很遠(yuǎn)， 兩個(gè)元件串聯(lián)后形似波浪。l兩個(gè)串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個(gè)極距；沿圓周向一個(gè)方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。l合成節(jié)距與換向節(jié)距相等yK y1kkyyp=m整數(shù)1kp yk =m第三章 直流電機(jī)三、三、 單波繞組單波繞組l單波左行繞組和單波右行繞組單波繞組元件 右行 K1Kyyp左行K1Kyyp右行第三章 直流電機(jī)三、單波繞組三、單波繞組l舉例： 2p4， u

26、=1，Q Q uSK15，左行短距單波繞組一、 節(jié)距計(jì)算節(jié)距計(jì)算 y, y1, y2畫繞組展開圖安放電刷和磁極11533 (244uQyp短距)e=-=-=11517()2kKyyp-=左行21734yyy=-=-=第三章 直流電機(jī)三、三、 單波繞組單波繞組l元件、換向片的放置：1元件上層邊1槽，下層邊4槽;首末端所連的換向片相距yk7；為了端部對(duì)稱， 首末端所連的兩換向片之間的中心線與1元件的軸線重合。 1元件上層邊所連的換向片定為1。 依次聯(lián)接。 l磁極放置： N、S極磁極均勻交替的排列。l電刷的放置：放在與主磁極軸線重合的換向片上。即幾何中心線上。 第三章 直流電機(jī)三、單波繞組三、單波繞

27、組單波繞組展開圖33456789111012 13 14 1521456789 1011 12 13 14 1512NSSN槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷第三章 直流電機(jī)三、三、 單波繞組單波繞組單波繞組展開圖單波繞組展開圖第三章 直流電機(jī)三、三、 單波繞組單波繞組單波繞組元件連接順序圖從繞組展開圖可以看出， 全部15個(gè)元件串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)閉合回路的順序是：18 15 7 14 6 13 5124 11 3 10 291用聯(lián)接順序圖表示為：18 15 7 14 6 13 5124 11 3 10 2914 11 3 10 2918 15 7 14 6 13 512上層邊

28、下層邊第三章 直流電機(jī)三、三、 單波繞組單波繞組第三章 直流電機(jī)三、三、 單波繞組單波繞組l電路圖第三章 直流電機(jī)三、三、 單波繞組單波繞組l單波繞組的特點(diǎn)1）同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為1，即a1，與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)；2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動(dòng)勢(shì)最大；3）電刷數(shù)原則上等于2，為降低電刷電流密度，可用2p只電刷，即電刷數(shù)等于磁極數(shù)（采用全額電刷）；5）電樞電流等于兩條支路電流之和。即Ia=2ia4）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；因只有兩條支路，元件一定時(shí)，可得到較高的電壓；第三章 直流電機(jī)單疊繞組和單波繞組的主要區(qū)別l單疊繞組：各

29、個(gè)極面下上層的繞組元件構(gòu)成一支路，并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)，每增加一對(duì)主極就增加一對(duì)支路。 2a2p。相同元件數(shù)時(shí)，疊繞組并聯(lián)的支路數(shù)多， 每條支路中串聯(lián)元件數(shù)少，稱并聯(lián)繞組，適應(yīng)于較大電流、較低電壓的電機(jī)。 l單波繞組：全部上元件邊在相同極性下的元件相連，形成一條支路，即N極下上層的繞組元件串聯(lián)為一支路，S極下的串聯(lián)為另一支路，并連支路數(shù)恒等于2 ， 整個(gè)繞組只有一對(duì)支路， 極數(shù)的增減與支路數(shù)無關(guān)。 2a2。相同元件數(shù)時(shí)，波繞組并聯(lián)的支路數(shù)少， 每條支路中串聯(lián)元件數(shù)多，稱串聯(lián)繞組，適用于較高電壓、較小電流的電機(jī)。l大容量的電機(jī)，可以采用混合繞組。第三章 直流電機(jī)NNSS疊繞組波繞組單疊繞組和單波繞

30、組的主要區(qū)別第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)繞組歸納l直流電機(jī)的電樞繞組總是自成閉路;l電樞繞組的支路數(shù)（2a）永遠(yuǎn)是成對(duì)出現(xiàn)，因?yàn)榇艠O數(shù)(2p)是一個(gè)偶數(shù)；且至少有2條并聯(lián)支路； 單疊繞組：a = p即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于電機(jī)極對(duì)數(shù) 單波繞組：a = 1即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于1l電刷放置的一般原則是空載時(shí)通過正、負(fù)電刷間的電動(dòng)勢(shì)最大，或者說，被電刷短路的元件中的電動(dòng)勢(shì)為零。 l對(duì)于端接對(duì)稱的元件，電刷也就放置在主極軸線下的換向片上，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸。第三章 直流電機(jī)3.3 3.3 空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)為了弄清穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)直流電機(jī)內(nèi)部的電磁

31、過程，必須了解為了弄清穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)直流電機(jī)內(nèi)部的電磁過程，必須了解空載和負(fù)載時(shí)電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)，空載和負(fù)載時(shí)電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)，本節(jié)介紹直流電機(jī)的磁場(chǎng)。本節(jié)介紹直流電機(jī)的磁場(chǎng)。一、空載時(shí)直流電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)一、空載時(shí)直流電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)n空載磁場(chǎng)是在無載情況下（即電樞電流為零），空載磁場(chǎng)是在無載情況下（即電樞電流為零），n勵(lì)磁繞組中通入電流后由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立的磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組中通入電流后由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立的磁場(chǎng)。第三章 直流電機(jī)1、主磁通和漏磁通u磁場(chǎng)是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介。 u主極磁場(chǎng)由永久磁鐵或勵(lì)磁繞組通入直流電流產(chǎn)生。u空載時(shí)電機(jī)中的磁場(chǎng)分布是對(duì)稱的。0ffIFsF -FF - 主磁通，經(jīng)

32、氣隙進(jìn)入電樞主極漏磁通(15-25%) 0,不進(jìn)入電樞，只增加磁極的飽和程度第三章 直流電機(jī)主磁通磁路：氣隙1電樞齒電樞軛電樞齒2氣隙2主磁極2定子軛主磁極1 氣隙1第三章 直流電機(jī)第三章 直流電機(jī)2、氣隙主極磁場(chǎng)的分布在一個(gè)磁極的范圍內(nèi)，勵(lì)磁磁勢(shì)大小相同，主磁極下氣隙磁通密度的分布取決于氣隙的大小和形狀。磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。空載時(shí)的氣隙磁通密度為平頂波，第三章 直流電機(jī)二、負(fù)載時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)二、負(fù)載時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)電機(jī)中的氣隙磁

33、場(chǎng)是由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同建立，電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。電刷是電樞表面電流方向的分界線第三章 直流電機(jī)1、交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)、交軸電樞磁動(dòng)勢(shì) 當(dāng)電刷位于幾何中性線時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線與主極軸線正交，此時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)稱為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。 以下分析交軸磁動(dòng)勢(shì)的大小和分布第三章 直流電機(jī)第三章 直流電機(jī)22/()2(21)(xAxDixZxfaaa極）安作用在x點(diǎn)處每個(gè)氣隙磁勢(shì)為:DiZAaa其中：電負(fù)荷電負(fù)荷：電樞表面單位長(zhǎng)度上的安培導(dǎo)體數(shù)電樞直徑為D，導(dǎo)體中的電流為ia第三章 直流電機(jī)22/()2(21)(xAxDixZxfaaa極）安 在幾何中性

34、線處，即 ,交軸電樞磁勢(shì)達(dá)到最大值2X2AFaq第三章 直流電機(jī)2、直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)、直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)若電刷從幾何中性線移過角，將電樞磁勢(shì)分為兩部分第三章 直流電機(jī)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)的最大值為：角的電樞表面弧長(zhǎng)：對(duì)應(yīng)bbAFaq)2(直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)的最大值為：AbFad當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，組成各支路的元件在變化，由于換向器的作用每極下元件中電流方向不變，所以電樞磁勢(shì)在空間固定不動(dòng)，即它與主磁場(chǎng)是相對(duì)靜止它與主磁場(chǎng)是相對(duì)靜止的。第三章 直流電機(jī)三、三、 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)u負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)勵(lì) 磁 電 流 所 建 立 的 磁 場(chǎng)電 樞 電 流 所 建 立 的 磁 場(chǎng)氣 隙 磁 場(chǎng)xaxaxax

35、ffBBFIBFI0負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)共同決定第三章 直流電機(jī)u負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)主極磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)氣隙磁場(chǎng)第三章 直流電機(jī)u電樞反應(yīng)：負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響。u電樞磁動(dòng)勢(shì)由電刷的位置決定，故電樞反應(yīng)決定于電刷的位置 u交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響u直軸電樞反應(yīng)：直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響1、電刷位于何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)u電樞磁動(dòng)勢(shì)全部為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，故為交軸電樞反應(yīng)u物理中心線：電樞表面氣隙磁密為零的直線第三章 直流電機(jī)1、電刷位于幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)第三章 直流電機(jī)交（橫）軸電樞反應(yīng)的表現(xiàn)： （1）扭斜氣隙磁場(chǎng)，使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變。 發(fā)電機(jī)：前極端

36、去磁后極端加磁；電動(dòng)機(jī)：前加后去（2）物理中性線偏離幾何中性線角（空載時(shí)，兩者重合）。 發(fā)電機(jī)：順轉(zhuǎn)向偏離角；電動(dòng)機(jī)：逆轉(zhuǎn)向偏離角。 （3）磁路不飽和時(shí)：增加的磁通量等于減少的磁通量，每極的磁通量不變。負(fù)載時(shí)電動(dòng)勢(shì)=空載時(shí)電動(dòng)勢(shì)。 磁路飽和時(shí)：負(fù)載時(shí)的每極磁通量小于空載磁通量（附加去磁作用），負(fù)載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)小于空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)。 （4）Faq與Ff相對(duì)靜止，且在空間相差90電角度，它們相互作 用，產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩。 1、電刷位于幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)第三章 直流電機(jī)2、電刷不在幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)第三章 直流電機(jī)u既有交（橫）軸電樞反應(yīng)Faq又有直軸電樞反應(yīng)Fad2、電刷不在幾何中性線上時(shí)

37、的電樞反應(yīng)u電樞反應(yīng)的表現(xiàn)： （1） Faq起扭斜氣隙磁場(chǎng)的作用，使氣隙磁場(chǎng)畸變，物理中性線偏離，附加去磁作用。（2） Fad對(duì)主磁場(chǎng)起去磁或加磁作用 發(fā)電機(jī)：順轉(zhuǎn)向移刷去磁；逆轉(zhuǎn)向移刷加磁 電動(dòng)機(jī)：順轉(zhuǎn)向移刷加磁；逆轉(zhuǎn)向移刷去磁（3） Fad與Ff同軸線，不能產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩。第三章 直流電機(jī)3.4 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)距直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)距本節(jié)推導(dǎo)電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)指一條支路的電勢(shì)（也就是電刷間的電勢(shì)）稱電樞電勢(shì)。每根導(dǎo)體的電勢(shì)為：lvbexxxb為導(dǎo)體所在處氣隙磁密l電樞導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度v導(dǎo)體切割

38、氣隙磁場(chǎng)的速度第三章 直流電機(jī)設(shè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為Za，支路數(shù)為2a，則每條支路串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)aZa2則支路電勢(shì)為：aZaZxxaaablvlvbE2121），除導(dǎo)體數(shù)得平均磁密一極下各導(dǎo)體磁密之和(2121aZxaavabaZBnCnapZlBnapZBaZnplEnPRnRvBaZlvEeaavaavaaavaa60)(6026026026022導(dǎo)體的平均磁密：第三章 直流電機(jī)電勢(shì)常數(shù)aPZCae60不計(jì)飽和時(shí)，ffIKfeaffafffeffeffaaaKCGIGIKCIKCInKapZnapZE2602602606060當(dāng)磁路飽和時(shí)，Ea與磁通磁通和和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速成正比當(dāng)磁路不飽和時(shí)，Ea與勵(lì)磁電

39、流勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速成正比第三章 直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)電動(dòng)勢(shì)的變化：1、只有交軸電樞反應(yīng)時(shí)1）不計(jì)飽和時(shí)，電動(dòng)勢(shì)不變2）計(jì)飽和時(shí)，電動(dòng)勢(shì)變小2、只有直軸電樞反應(yīng)時(shí)1）若為發(fā)電機(jī)， 電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)角，則直軸電樞反應(yīng)是去磁的，因此負(fù)載電勢(shì)比空載電勢(shì)變?。?電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)角，則直軸電樞反應(yīng)是增磁的，因此負(fù)載電勢(shì)比空載電勢(shì)變大；2）若為發(fā)電機(jī)， 電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)角，則直軸電樞反應(yīng)是增磁的，因此負(fù)載電勢(shì)比空載電勢(shì)變大； 電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)角，則直軸電樞反應(yīng)是去磁的，因此負(fù)載電勢(shì)比空載電勢(shì)變?。恢陛S電樞反應(yīng)的性質(zhì)與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向有關(guān)，因此負(fù)載電勢(shì)的變化與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向有關(guān)第三章 直

40、流電機(jī)二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電樞內(nèi)有電流時(shí)，載流導(dǎo)體與氣隙磁場(chǎng)相作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩首先計(jì)算一個(gè)導(dǎo)體的電磁轉(zhuǎn)矩，再計(jì)算一個(gè)極下所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距，最后乘2P即得整個(gè)電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩導(dǎo)體的電磁轉(zhuǎn)矩為：2DlibTaxc一極下導(dǎo)體數(shù)為Za/2P一極下導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距為：222122212121DliBpZTbpZBbDliDlibTaavappZxaavpZxapZaxpaaa第三章 直流電機(jī)作用于整個(gè)電樞上的轉(zhuǎn)距為：eeaTaTaTaaaaeaaavaavapeCCapZCapZCICIapZpaIllZTaIilBpDDliBZpTT55. 9260222)2(21

41、)2)(2222轉(zhuǎn)距常數(shù)電勢(shì)常數(shù)aPZCae60第三章 直流電機(jī)不計(jì)飽和時(shí)，ffIKafafafkeafkTeIIGIIKCIIKCT260當(dāng)磁路飽和時(shí)，Te與磁通和電樞電流成正比當(dāng)磁路不飽和時(shí)，Te與勵(lì)磁電流和電樞電流成正比eafafaaTIIGIE電磁功率第三章 直流電機(jī)3.5 直流電機(jī)的基本方程式直流電機(jī)的基本方程式 直流電機(jī)是一種雙邊勵(lì)磁的三端口機(jī)電系統(tǒng)，定子邊為勵(lì)磁繞組激勵(lì)的勵(lì)磁端口。轉(zhuǎn)子邊為電樞繞組激勵(lì)的電樞端口，另外還有輸出（或輸入）轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的機(jī)械端口。直流電機(jī)的運(yùn)行情況可由基本方程式進(jìn)行研究?；痉匠淌剑?、電端口的電壓平衡方程式 2、機(jī)械端口的轉(zhuǎn)矩平衡方程式一、電壓方程一、

42、電壓方程 他勵(lì)直流電機(jī)他勵(lì)直流電機(jī)aII fffRIU對(duì)電樞回路： 發(fā)電機(jī) aaSaaRIUURIUE2 電動(dòng)機(jī) aaaSaaRIEURIEU2第三章 直流電機(jī)2、并勵(lì)磁直流電機(jī)、并勵(lì)磁直流電機(jī)UUf對(duì)發(fā)電機(jī)faIII 對(duì)電動(dòng)機(jī)faIIIfffRIU電動(dòng)機(jī)： 發(fā)電機(jī)： aaSaaRIUURIUE2aaaSaaRIEURIEU2對(duì)電樞回路：對(duì)勵(lì)磁回路：勵(lì)磁回路和電樞回路的電壓方程仍與他勵(lì)磁相同第三章 直流電機(jī)3、串勵(lì)直流電機(jī)、串勵(lì)直流電機(jī)saIII IS：串勵(lì)繞組中勵(lì)磁電流 二、轉(zhuǎn)距方程二、轉(zhuǎn)距方程1、直流發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)以T1 的轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則Ea、Ia 、Te的方向

43、如圖所示，Te的方向與T1相反，為制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)距，T1為拖動(dòng)轉(zhuǎn)距。則：01TTTe第三章 直流電機(jī)2、直流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)中電樞電流與運(yùn)動(dòng)電勢(shì)方向相反。Te為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以02TTTe2T：軸上輸出轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩Te與制動(dòng)性質(zhì)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩2T及電機(jī)本身的機(jī)械阻力轉(zhuǎn)距相平衡。三、電磁功率及功率方程三、電磁功率及功率方程1、電磁功率、電磁功率采用電動(dòng)機(jī)慣例勵(lì)磁繞組輸入的功率為：ffffffffRIIRIIUP2這部分功率全部變?yōu)閯?lì)磁繞組內(nèi)的電阻損耗。 第三章 直流電機(jī)電樞繞組輸入的功率為：aaaaaaaaaRIIERIEIUI2)(由兩部分組成：1） 電樞回路銅損耗aaRI2 2）電磁

44、功率eaaPIEeeaTaaaaaaPTICInapZnIapZIE602260對(duì)于電動(dòng)機(jī)， 為電樞繞組中運(yùn)動(dòng)電勢(shì)所吸收的電功率， 為電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)械負(fù)載所作的機(jī)械功率，由于能量守恒，兩者相等。所以無論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)， 是能量轉(zhuǎn)換過程中的轉(zhuǎn)換功率，能量轉(zhuǎn)換發(fā)生在電樞電路和機(jī)械系統(tǒng)之間， 的大小與 的大?。瘩詈洗艌?chǎng)的強(qiáng)弱）有關(guān)。 aaIEeTePePfI第三章 直流電機(jī)Te與n同向，與T2、To反向T1與n同向，與Te、To反向第三章 直流電機(jī)2、功率方程、功率方程以并勵(lì)磁直流電機(jī)為例研究功率方程并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：cufcuaefffaaaaffaaaafafaPPPIRIRIIEIUIRIEUI

45、UIIIUUIP21)()( 式中：1P：輸入功率 cuaP：電樞回路總銅耗 cufP：勵(lì)磁回路銅耗020202)(PPTTTTTPee：為電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率式中：22TPcufcuacufcuaePPPPPPPP021第三章 直流電機(jī)由上式可直觀的畫出功率流程圖P：雜散損耗，由于電樞有齒槽的存在產(chǎn)生的損耗，難于精確計(jì)算，國(guó)標(biāo)規(guī)定有補(bǔ)償繞組的0.5%NP無補(bǔ)償繞組的1%NP估算機(jī)械損耗鐵損耗式中：PPPPPFeFe0第三章 直流電機(jī)并勵(lì)發(fā)電機(jī)PPPPPTTTTTPFeeeee00011)(cuacufaafaafaaaaaaaaePPPRIUIUIRIIIURIUIIRIUIEP2222)(

46、)(UIP 2為發(fā)電機(jī)輸出的電功率 PPPPPPPPPFecufcuaFee21第三章 直流電機(jī)3.6 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 直流發(fā)電機(jī)在拖動(dòng)系統(tǒng)中大都作為電源使用，目前直流發(fā)電機(jī)有被大功率可控硅整流電源取代的趨勢(shì)，但有些系統(tǒng)中還要使用。 發(fā)電機(jī)的特性一般指發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，端電壓U、負(fù)載電流I、勵(lì)磁電流If 這三個(gè)物理量之間的關(guān)系，保持其中的一個(gè)量不變，其余兩個(gè)量就構(gòu)成一種特性。因此有（1）空載特性：發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性在很大程度上受到飽和影響 （2）外特性：表示輸出電壓質(zhì)量; （3）調(diào)整特性： 表示勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用； （4）效率特性：力能指標(biāo)（效率特性）； 發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性與勵(lì)磁方

47、式有關(guān)，下面按他勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)三種不同勵(lì)磁方式分別進(jìn)行研究第三章 直流電機(jī))(00fNIfUICnn一、他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1、空載特性、空載特性空載時(shí)，U0=Ea0=Cen)()(0磁化曲線即空載特性ffIfIfU用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)取空載特性時(shí)，接線如下圖Nn n發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，保持轉(zhuǎn)速不變)(0fIfU 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 ，使發(fā)電機(jī)空載端電壓達(dá)到（1.11.3)UN 然后使勵(lì)磁電流逐漸降至零，測(cè)取U0 和If 即得第三章 直流電機(jī)。與磁化曲線)(0fIf相同整個(gè)磁滯回線的平均曲線即虛線為電機(jī)的空載特性曲線空載特性常用來確定磁路和運(yùn)行點(diǎn)的飽和程度（非線性程度） 直流電機(jī)勵(lì)磁

48、后再將勵(lì)磁切斷時(shí),磁路中就會(huì)有剩磁,即使If=0,電樞中仍會(huì)出現(xiàn)由剩磁磁通所感應(yīng)的的剩磁電壓U0r, U0r=(24)%UN第三章 直流電機(jī)2、外特性、外特性的關(guān)系額定勵(lì)磁電流通常常值)(),(,IfUIICnnfNfNaaeaaaRInCRIEU由電壓方程他勵(lì)發(fā)電機(jī)，I=Ia =常值n=常值常值fI電刷在幾何中性上不計(jì)飽和隨負(fù)載電流I的增加,電樞回路的電阻壓降逐漸增加,發(fā)電機(jī)的端電壓將稍微下降,外特性為比水平線略微下降的直線.第三章 直流電機(jī)aaeaaaRInCRIEU由電壓方程 如計(jì)及飽和作用,隨負(fù)載電流的的增大,氣隙磁通將略有減少,使電樞電動(dòng)勢(shì)Ea隨之減少,再計(jì)及電樞的電阻壓降的增加,外

49、特性變?yōu)榍€,且下降程度略有增加. 如果考慮到電刷不在幾何中性線上,則外特性更會(huì)有不同的曲線.(1) 電刷順轉(zhuǎn)動(dòng)方向偏移一定角度,則直軸電樞反應(yīng)是去磁的-外特性曲線下降程度更大;(2) 電刷逆轉(zhuǎn)動(dòng)方向偏移一定角度,則直軸電樞反應(yīng)是增磁的-外特性曲線下降程度很小,甚至上翹;第三章 直流電機(jī)使用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)取外特性時(shí)，發(fā)電機(jī)電樞加入負(fù)載電阻RL，當(dāng)CnnN時(shí)，調(diào)RL 和fIfNfNNIIIIUU此時(shí),然后保持NfI不變，變 RL 使I 逐漸減小測(cè)取U，I，即得)(IfU 第三章 直流電機(jī)U下降的原因1）去磁作用U 2）URIIaaa 發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載而變化的程度用電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率來衡量. 在n

50、=nN,If=IfN時(shí),發(fā)電機(jī)從額定負(fù)載過渡到空載時(shí)，端電壓變化的數(shù)值與額定電壓的比值，稱為額定電壓調(diào)整率。%1000NNNUUUu 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的額定電壓調(diào)整率大致在5%10%左右,即負(fù)載變化時(shí),發(fā)電機(jī)的端電壓變化不大,所以他勵(lì)發(fā)電機(jī)基本上可以看成一個(gè)恒壓的直流電源.第三章 直流電機(jī)aaKREI他勵(lì)發(fā)電機(jī)在額定勵(lì)磁下短路時(shí)，短路電流由于aR 很小，所以KI很大，可達(dá)（2030）IN ，故不允許在額定勵(lì)磁下短路。3、調(diào)整特性、調(diào)整特性的關(guān)系常值)(IfIUUCnnfNNfI曲線是一條上升的曲線。由外特性可知，當(dāng)負(fù)載電流I增加時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓下降。如需維持U為常值，I增加時(shí)， 要相應(yīng)的增加以補(bǔ)償去

51、磁的電樞反應(yīng)和電樞回路電阻壓降，通過調(diào)節(jié)特性實(shí)驗(yàn)可求出空載時(shí)和額定負(fù)載時(shí)所需的勵(lì)磁電流0fI和NfI 第三章 直流電機(jī)4、效率特性、效率特性的關(guān)系常值)(,2PfUUCnnNNaffaSaFeffaSaFeUIIUIURIPPPIUIURIPPPPPPPPPPPPP2211221112212P：總損耗 式中：RIa2為電樞繞組銅損耗； SU2：一對(duì)電刷的接觸電壓降 對(duì)石墨VUS22 對(duì)金屬石墨VUS6 . 02第三章 直流電機(jī)將以上損耗分別分為兩大類 1、不變損耗，不隨P2的變化而變化,FePP2、可變損耗，隨P2變化而變化 ,cuacufP PP0adId 解出最大效率 即當(dāng)不變損耗=可變損

52、耗時(shí)發(fā)生最大效率一般在3/4PN左右發(fā)生最大效率小型直流發(fā)電機(jī)%9070中大型直流發(fā)電機(jī)%9691第三章 直流電機(jī)二、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)和運(yùn)行特性二、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)和運(yùn)行特性1、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)并勵(lì)和復(fù)勵(lì)都是一種自勵(lì)發(fā)電機(jī)，即不需要外部電源供勵(lì)磁電流，這種自勵(lì)發(fā)電機(jī)首先是在空載時(shí)建立電壓即所謂“自勵(lì)”，然后再加負(fù)載下面以并勵(lì)為例研究其自勵(lì)過程。第三章 直流電機(jī)（1）自勵(lì)過程和條件l自勵(lì)過程：并勵(lì)發(fā)電機(jī)建立電壓的過程。l自勵(lì)條件：滿足建壓的條件。l過程分析： 剩磁：勵(lì)磁磁場(chǎng)與剩磁方向一致。r ErIf 與r方向一致 EaIf U和If同時(shí)滿足空載特性曲線U0f（If）和場(chǎng)阻線U

53、RfIf 。臨界電阻：tg U0/ If=Rf第三章 直流電機(jī)3-空載特性曲線2-勵(lì)磁電阻線fffaRIUEU0001-臨界電阻線第三章 直流電機(jī)（2）自勵(lì)條件2、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性與他勵(lì)相同，也有外特性，調(diào)整特性和效率特性。調(diào)整特性和效率特性與他勵(lì)十分相近，僅說明其外特性。 1）電機(jī)必須有剩磁?？赏ㄟ^“充磁”獲得 2）勵(lì)磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)方向必須正確配合，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與剩磁方向一致 3）勵(lì)磁回路的電阻應(yīng)小于與電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的臨界電阻。l改變并勵(lì)發(fā)電機(jī)的極性，勵(lì)磁繞組連接及轉(zhuǎn)向要同時(shí)改變；若轉(zhuǎn)向不能變，改變剩磁方向，即反向充磁。 l若勵(lì)磁繞組本身的電阻已

54、超過所對(duì)應(yīng)的臨界電阻值，電機(jī)不可能自勵(lì)，唯一的辦法是提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而提高其臨界電阻值。第三章 直流電機(jī)外特性：的關(guān)系常值)(IfURCnnfN與他勵(lì)外特性比較，并勵(lì)的外特性有三個(gè)特點(diǎn)：1）同一負(fù)載電流下，端電壓較低。2）外特性有“拐彎”現(xiàn)象。3）穩(wěn)定短路電流小1）去磁作用U 2）URIIaaaURUIUff) 3所以并勵(lì)外特性比他勵(lì)低。電壓調(diào)整率一般在20%左右 端電壓低第三章 直流電機(jī)外特性“拐彎”現(xiàn)象的出現(xiàn)是因?yàn)?fLLIUIRRUIEa U 端電壓U的下降比負(fù)載電阻RL下降的快,負(fù)載電阻減小后，一方面使負(fù)載電流增加使負(fù)載電流增加，端電壓下降；另一方面，端電壓下降后，使勵(lì)磁電流減小，電

55、勢(shì)下降，使負(fù)載電流下降使負(fù)載電流下降。當(dāng)電壓較高時(shí)，磁路飽和，勵(lì)磁電流對(duì)電勢(shì)影響不大；（負(fù)載電流隨電阻下降而增大）當(dāng)電流達(dá)到臨界值時(shí)，磁路退出飽和，勵(lì)磁電流的微小變化引起感應(yīng)電勢(shì)的較大變化，使端電壓下降的幅度大于負(fù)載電阻減小的幅度，（負(fù)載電流下降）第三章 直流電機(jī)當(dāng)穩(wěn)態(tài)短路時(shí)（ ），U=0， ，此時(shí)電樞繞組中的電流由剩磁電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生， ，因 不大，所以 不大。0LR0fIarKREI0rE0KI穩(wěn)定短路電流小第三章 直流電機(jī)三、復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性三、復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)有并勵(lì)繞組和串勵(lì)繞組兩個(gè)勵(lì)磁繞組， 串勵(lì)繞組中的勵(lì)磁電流就是負(fù)載電流,因此隨負(fù)載電流的增加,串勵(lì)繞組中的勵(lì)磁電流增

56、加,可以有效補(bǔ)償并勵(lì)繞組電機(jī)的去磁作用。所以復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的所以復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性較平直外特性較平直并勵(lì)繞組的作用同前 理論上,串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向可以同并勵(lì)繞組電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反-差復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì).若串勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)與并勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)方向相同-積復(fù)勵(lì)積復(fù)勵(lì)第三章 直流電機(jī)積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)應(yīng)用很廣，因可靈活的調(diào)整并勵(lì)和串勵(lì)磁場(chǎng)，從而設(shè)計(jì)出所需要的外特性。一般希望隨負(fù)載變化發(fā)電機(jī)端電壓穩(wěn)定。這一點(diǎn)只有復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)能達(dá)到。 對(duì)串勵(lì)，因勵(lì)磁磁勢(shì)直接隨負(fù)載變化，端電壓極不穩(wěn)定，故不采用 過復(fù)勵(lì)：補(bǔ)償有余平復(fù)勵(lì)：恰好補(bǔ)償欠復(fù)勵(lì)：補(bǔ)償不足 第三章 直流電機(jī)3.7 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 直流電動(dòng)機(jī)是

57、直流發(fā)電機(jī)的一種逆運(yùn)行狀態(tài)，將電能變?yōu)闄C(jī)械能，由于表征機(jī)械能的參數(shù)為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。所以直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行特性最主要的就是轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性即機(jī)械特性機(jī)械特性。再是工作特性工作特性。直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能因勵(lì)磁方式不同而有很大差異，下面分別加以研究一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性電樞回路串可調(diào)電阻Rst勵(lì)磁回路串可調(diào)電阻rf注意：直流電源與電樞回路及勵(lì)磁回路的連接直流電流直接接到電樞回路和勵(lì)磁回路中。第三章 直流電機(jī)1、機(jī)械特性、機(jī)械特性)(efNTfnCRUU轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性（機(jī)械特性）aTeeaaaRCTnCRIEUeTeaeTCCRCUn2CRUUfN,如不計(jì)磁飽和效應(yīng)（忽略電樞反應(yīng)影響） C并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特

58、性表達(dá)式 機(jī)械特性曲線是稍有下垂的直線第三章 直流電機(jī) 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性為下降程度減小，甚至可以成為水平或上翹的曲線 。eTeaeTCCRCUn2考慮到飽和影響，交軸電樞反應(yīng)有去磁作用 Te增大時(shí)，電樞電流增大，因此交軸電樞反應(yīng)的去磁作用增大，轉(zhuǎn)速趨于上升。 結(jié)論：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著所需電磁轉(zhuǎn)矩的增加而稍有變化-硬機(jī)械特性（硬特性）。第三章 直流電機(jī)機(jī)械特性具有以下特點(diǎn)機(jī)械特性具有以下特點(diǎn)：eNeCUnnT00時(shí)，稱為理想空載轉(zhuǎn)速 （1） NNennTT時(shí)，（2） 2TeaCCR（3）特性為一斜率為 的向下傾斜的直線 2TeaCCR 所以為稍微下降的直線，這種特性稱為硬特性 （4）電樞

59、反應(yīng)的影響 如考慮磁飽和，交軸電樞反應(yīng)呈去磁作用 eTeaeTCCRCUn2 n機(jī)械特性的下降減小，或水平，或上翹 為避免上翹，采取一些措施，可加串勵(lì)繞組，其磁勢(shì)抵消電樞反應(yīng)的去磁作用。 第三章 直流電機(jī)2、工作特性、工作特性 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性指： )(,2PfTnRUUefN常值 因在實(shí)際運(yùn)行時(shí)電樞電流 可直接測(cè)量，且電樞電流 隨 增加而增大，兩者增大趨勢(shì)相差不多，所以可將工作特性表示為： aIaI2P)(,aeIfTn1) 轉(zhuǎn)速特性)(),(affNfNIfnRIIUU常值aeaaeaeaaeaaaICRnICRCUnRInCRIEU0如不計(jì)電樞反應(yīng)的去磁作用 aInn0第三章 直流電

60、機(jī)如考慮電樞反應(yīng)的去磁作用會(huì)使n 趨于上升，為保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，在電機(jī)結(jié)構(gòu)上采取一些措施，使并勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有略微下降的轉(zhuǎn)速特性。轉(zhuǎn)速調(diào)整率為 %1000NNnnnn并勵(lì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化很小， )%83(n注：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁繞組絕對(duì)不允許斷開。所以轉(zhuǎn)速特性為一斜率為 的直線。eaaCRIUn0, 00rfI如電機(jī)所需電磁轉(zhuǎn)矩不變，則Ia迅速增大第三章 直流電機(jī)eaaCRIUn0, 00rfI 如負(fù)載為輕載或空載，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升，造成“飛車”； 如負(fù)載為重栽，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩不能克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電動(dòng)機(jī)可能停轉(zhuǎn)，使電樞電流增大到起動(dòng)電流，引起繞組過熱而燒壞電機(jī)；第三章 直流電機(jī)