第一章 直流電機(jī)

1、直流電能直流電能機(jī)械能機(jī)械能直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī) 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī) 磁場(chǎng)磁場(chǎng)1.1.直流電動(dòng)機(jī)以其良好的直流電動(dòng)機(jī)以其良好的起動(dòng)性起動(dòng)性和和調(diào)速性能調(diào)速性能著稱著稱。2.2.直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)供電質(zhì)量供電質(zhì)量較好，常常作為勵(lì)磁電源。較好，常常作為勵(lì)磁電源。 電角度電角度p電電角角度度機(jī)機(jī)械械角角度度直流電動(dòng)機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)工作原理2、直流電動(dòng)機(jī)原理、直流電動(dòng)機(jī)原理2、直流發(fā)電機(jī)原理、直流發(fā)電機(jī)原理BlvBe導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)是帶換向器直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)是帶換向器的交流發(fā)電機(jī)的交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生磁場(chǎng)、電機(jī)的機(jī)械支撐產(chǎn)生磁場(chǎng)、電機(jī)的機(jī)械支撐 電刷電刷感應(yīng)電勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的

2、部分感應(yīng)電勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部分 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器 軸軸 風(fēng)扇風(fēng)扇圖18-14 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組電樞鐵心沖片電樞鐵心沖片 (0.35-0.5mm厚厚) （硅鋼片）（硅鋼片）涂絕緣漆沖涂絕緣漆沖片疊壓而成片疊壓而成均勻開槽均勻開槽直流電樞繞組基本知識(shí)元件元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。一根稱為首端，另一根稱為末端。圈邊圈邊 首

3、端首端 尾端尾端兩匝線圈兩匝線圈 極距極距 兩個(gè)相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內(nèi)表面的距離。兩個(gè)相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內(nèi)表面的距離。 線圈節(jié)距線圈節(jié)距y一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節(jié)距。一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節(jié)距。.y的的繞繞組組為為整整距距繞繞組組 .y的的繞繞組組為為短短距距繞繞組組 圈邊圈邊 首端首端 尾端尾端兩匝線圈兩匝線圈總槽數(shù)總槽數(shù)Q Q 極對(duì)數(shù)極對(duì)數(shù) p疊繞組疊繞組：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。

4、波繞組波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。波繞組示意圖波繞組示意圖疊繞組示意圖疊繞組示意圖（a） （b） （c） （d） 一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)一、氣隙磁場(chǎng)nCnapNnpllaNlvBaNEeava6060222apNCe60nCEeaaaaavavIapNNpaIllNDliBNDfT222222a

5、pNCT2aTICTaTICT55. 9260602apNapNCCeTePaaeIEP 602 neaaaTIapNIE2eTaaIEaaIEeT電磁功率用 表示，則將 代入上式，得aTICTapNCT2napNEa60并勵(lì)發(fā)電機(jī)并勵(lì)發(fā)電機(jī)IaILfLaIIIUrIUEaaa2U每一電刷的接觸電壓降每一電刷的接觸電壓降電刷接觸電阻隨電流的增大而減電刷接觸電阻隨電流的增大而減小，通常假定為常數(shù)，當(dāng)用石墨小，通常假定為常數(shù)，當(dāng)用石墨電刷或碳石墨電刷時(shí)，取為電刷或碳石墨電刷時(shí)，取為1V 電壓平衡式IIa電壓平衡式URIEUaaa2電流平衡式（并勵(lì)時(shí)）faIIIIaIIa功率平衡式（直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)時(shí)

6、）功率平衡式（直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)時(shí)）)()2(221pppPPppUIUIrIUIIEPpUIUIUIUIPFemecemCubCuaaaaaaaaemCufafa輸出機(jī)械功率電磁功率輸入電功率并勵(lì)回路損耗并勵(lì)回路損耗電樞回路銅損電樞回路銅損電刷接觸電損耗電刷接觸電損耗機(jī)械損耗機(jī)械損耗鐵損耗鐵損耗雜散損耗雜散損耗faIIIURIEUaaa2并勵(lì)發(fā)電機(jī)IaIL功率平衡式功率平衡式bafaaafLaaMpppPUIrIUIUIIEP222電磁功率輸入功率pppPPFemecM1空載損耗空載損耗負(fù)載損耗負(fù)載損耗ra:串接在電樞回路中各種繞組的總電阻，如電樞繞組、串勵(lì)繞組和換向極繞組等。附加損耗產(chǎn)生P的原

7、因電樞存在齒槽，使氣隙磁通發(fā)生脈動(dòng)，在電樞鐵心、主極鐵心和極靴表面中產(chǎn)生脈動(dòng)損耗電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)畸變產(chǎn)生的額外電樞損耗電樞拉緊螺栓在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)引起的鐵耗由換向電流產(chǎn)生的損耗空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線UfIURInCURIEUaaeaaa22%1000NNUUUuakREI0URInCURIEUaaeaaa22URInCURIEUaaeaaa22frfRUI fI0U10fIA20U3臨界場(chǎng)阻臨界場(chǎng)阻空空載載特特性性UrIUEaaa2 圖20-8 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)接線圖 圖20-9 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性 URCTnCURIEUTemeaa22emTeeTCCRCUUn22CR

8、UUN，CemTeeTCCRCUUn22 注意：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁注意：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路不允許斷路?；芈凡辉试S斷路。URIEUaa2并勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路斷路并勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路斷路:aTemICT后果后果: 1、停轉(zhuǎn)；、停轉(zhuǎn)； 2、飛車、飛車IIIfa輕載時(shí)， 、 常值 akIk22aTaTeICkICT2aeIT 負(fù)載增加， 磁路飽和， 常值 aeIT emTeeTCCRCUUn22OaIneT 注意：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)注意：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行。不允許空載運(yùn)行。2afTaffTaTIKCIIKCICT)(fafefTRRnKCKCTU)(1fafTfeRRUTKCKCn圖21-6串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

9、 3 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常接為積復(fù)勵(lì)，其特性介于并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間。圖3-14 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性aaaRUIEn，所以00aTICT因?yàn)閑mTeeTCCRCUUn22StaStRRUIemTeeTCCRCUUn22aaRUIeaaCURIUn2。 eaaCURIUn22211aTaTeICICT2112aaIIkUTCCRCUnTeae2emTeeTCCRCUUn22LaaaLaaaRREIRRIEU，)(00nn UEaaaaREUILWTTaEU 0nn LaRRRUU，LaaaRREUITCCRRCUnTeLae2 NNNNNaNLaIUIUIEURR222a

10、NNLRIUR1、換向概述 為了分析方便假定換向片的寬度等于為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。電刷的寬度。 直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時(shí)時(shí), ,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2接觸時(shí)，元接觸時(shí)，元件件1的被短路，電流被分流。如圖所示。的被短路，電流被分流。如圖所示。 電刷與換向片電刷與換向片1接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 中的中的電流方向如圖所示，大小為電流方向如圖所示，大小為 。aii 電刷僅與換向片電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件接觸

11、時(shí)，元件1 中中的電流方向如圖所示，大小為的電流方向如圖所示，大小為 。aii元件1av1 2iiai 2aiai2i1iaiiaii ai 2aiai2i1iaiiaiiai 2aiai2i1i 換向問題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。換向問題很復(fù)雜，換向不良會(huì)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器表面，使電機(jī)不能當(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。正常工作。 產(chǎn)生火花的原因很多，除了產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因電磁原因外，還有外，還有機(jī)械的原因機(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。此外換向過程還伴

12、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(shí)間，稱為元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周期換向周期 。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(gè)元件在經(jīng)過電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過程。個(gè)元件在經(jīng)過電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過程。cT2、換向的電磁理論換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：電抗電動(dòng)勢(shì)電抗電動(dòng)勢(shì) ：換向元件（線圈）在換向過程中：換向元件（線圈）在換向過程中阻礙阻礙電流改變而產(chǎn)電流改變而產(chǎn)生的。生的。re切割電動(dòng)勢(shì)切割電動(dòng)勢(shì) ：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電樞反：在幾何中性線處，由于電樞

13、反應(yīng)在存在，電樞反應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動(dòng)勢(shì)。應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動(dòng)勢(shì)。se換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：ksreeee 根據(jù)楞次定律，根據(jù)楞次定律，電抗電動(dòng)勢(shì)和切割電電抗電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)總是阻礙換向動(dòng)勢(shì)總是阻礙換向的。的。換向電動(dòng)勢(shì)換向電動(dòng)勢(shì) ：在幾何中性線處，換向元：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場(chǎng)中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。件在換向磁場(chǎng)中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。換向電動(dòng)換向電動(dòng)勢(shì)是幫助換向勢(shì)是幫助換向的。的。ke元件1av1 2iiai 2aiai2i1i1）直線換向）直線換向0e當(dāng)當(dāng) 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。線性變化。0e當(dāng)當(dāng)

14、 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。2）延遲換向）延遲換向0e當(dāng)當(dāng) 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。3）超越換向）超越換向ai直線換向aicTt0延遲換向超越換向ksreeee 換向火花電磁原因換向火花電磁原因n 直線換向直線換向是理想換向，電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)火花。是理想換向，電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)火花。n 延遲換向延遲換向時(shí)，若電抗電勢(shì)時(shí)，若電抗電勢(shì)Er不甚大，換向也不會(huì)產(chǎn)生電火花。若不甚大，換向也不會(huì)產(chǎn)生電火花。若Er甚甚大，嚴(yán)重延遲換向，當(dāng)被電刷短路的元件

15、瞬時(shí)斷開時(shí)，大，嚴(yán)重延遲換向，當(dāng)被電刷短路的元件瞬時(shí)斷開時(shí)，i 強(qiáng)制變成強(qiáng)制變成 ia ，這部分能量這部分能量元件1av1 2aiiaii ai 2aiai2i1i元件1av1 2aiiaiiai 2aiai2i1iksreeee3、改善換向的方法 除了直線換向外，延遲和超越換向時(shí)的合成電動(dòng)勢(shì)不為零，換除了直線換向外，延遲和超越換向時(shí)的合成電動(dòng)勢(shì)不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會(huì)在電刷下產(chǎn)向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會(huì)在電刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。 改善換向一般采用以下方法：改善換向一般采用以下方法：選擇合適的電刷，增加換向