直流電動(dòng)機(jī)注冊(cè)電氣工程師考試

1、*存在的問題存在的問題:交變的電磁轉(zhuǎn)矩只能使轉(zhuǎn)動(dòng)交變的電磁轉(zhuǎn)矩只能使轉(zhuǎn)動(dòng)部分部分(電樞電樞)來(lái)回?fù)u擺來(lái)回?fù)u擺NSNS - + 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理一、直流電動(dòng)機(jī)一、直流電動(dòng)機(jī)abcdabcd一、直流電動(dòng)機(jī)一、直流電動(dòng)機(jī)NSU直流電源直流電源交流電流交流電流恒向的電磁轉(zhuǎn)矩恒向的電磁轉(zhuǎn)矩（拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩）（拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩）換向換向旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械負(fù)載機(jī)械負(fù)載反電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)克克服服 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理增加換向器裝置增加換向器裝置的意義的意義 在旋轉(zhuǎn)過程中應(yīng)保持每極下導(dǎo)體中電流的方向不變 換向器由互相絕緣的換向片構(gòu)成，裝在軸上與電樞一同旋轉(zhuǎn)。換向器又與兩個(gè)固定不動(dòng)的電刷相接觸，這樣

2、當(dāng)直流電壓加于電刷時(shí)，換向器的作用使外電路的直流電流改為線圈內(nèi)的交變電流，這種換向作用稱為逆變逆變，以保證每極下導(dǎo)體中所流過的電流方向不變，從而使電機(jī)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。NSE二、直流發(fā)電機(jī)二、直流發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流電磁轉(zhuǎn)矩（阻轉(zhuǎn)矩）電磁轉(zhuǎn)矩（阻轉(zhuǎn)矩）作功作功*所發(fā)電流在電機(jī)內(nèi)部實(shí)際為交流，經(jīng)過機(jī)械“整流”為直流！*對(duì)比上頁(yè)“逆變”的概念 一、直流電機(jī)的靜止部分（定子）1、主磁極 主磁極的作用是建立主磁場(chǎng)。主磁極由主極鐵芯和套裝在鐵芯上的勵(lì)磁繞組組成它的，鐵芯是由11.5mm厚的鋼板沖片疊壓緊固而成。極靴的作用是使主磁通在過氣隙時(shí)分布的更合理并且固定勵(lì)磁繞組。 直流電

3、機(jī)基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)2、機(jī)座 其作用其一是作為磁路的一部分，其二是固定主極，換向極和端蓋。通常是用鑄鋼或厚鋼板焊成，機(jī)座中有磁通通過的部分稱為磁軛。 3、換向極 換向極裝在兩極之間。其作用是用來(lái)改善換向，也是由鐵芯和繞組組成，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)串聯(lián)。 4、電刷裝置 電刷裝置是電樞電路的引入（或引出）裝置，通過它可以把電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的電流引出（或引入）到靜止的電路里，它與換向器配合才能使電機(jī)獲得直流電機(jī)的效果。二、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子）二、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子）1、電樞鐵芯 電樞鐵芯既是主磁路的組成部分,又是電樞部分繞組的支撐部件.為減少電樞鐵芯內(nèi)的磁滯與渦流損耗，鐵芯一般采用

4、0.5mm厚的DR530或DR510的硅鋼片疊壓而成。*電樞鐵芯是實(shí)心或空心？*磁滯與渦流損耗？（如何防止？）直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯與電樞繞組 2、電樞繞組. 電樞繞組疊放在電樞鐵芯的槽內(nèi)，是由按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成。它是直流電機(jī)的電路部分。上、下層之間，及線圈與鐵芯之間都要有絕緣，槽口處用槽楔壓緊。 *為什么叫為什么叫電樞繞組為電樞電樞繞組為電樞？ 直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子 更多的圖片更多的圖片 電機(jī)裝配圖電機(jī)裝配圖3、換向器 換向器是直流電機(jī)的重要部件之一，在發(fā)電機(jī)中可將電樞繞組中交變的電流轉(zhuǎn)換成電刷上的直流，起整流整流作用，而在直流電動(dòng)機(jī)中將電刷上的直流變?yōu)殡姌欣@組內(nèi)的交流，即起逆變逆

5、變作用。 換向器由許多換向片組成，片間用云母絕緣，電樞繞組的每個(gè)線圈的兩端分別接到兩個(gè)換向片上*換向器換向器 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)總結(jié)一、定子一、定子1. 主磁極主磁極:2. 換向磁極：換向磁極：主磁極鐵芯、勵(lì)磁繞組。主磁極鐵芯、勵(lì)磁繞組。改善換向用。改善換向用。3. 電刷電刷裝置裝置4. 機(jī)座與端蓋機(jī)座與端蓋二、轉(zhuǎn)子二、轉(zhuǎn)子1. 電樞鐵芯電樞鐵芯: 由硅鋼片疊成。由硅鋼片疊成。2. 電樞繞組電樞繞組3. 換向器換向器4. 轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇發(fā)電機(jī)：整流作用。發(fā)電機(jī)：整流作用。電動(dòng)機(jī)：逆變作用。電動(dòng)機(jī)：逆變作用。1. 額定電壓額定電壓 UN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的U

6、N ：指輸出電壓的額定值。：指輸出電壓的額定值。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的UN ：指輸入電壓的額定值。：指輸入電壓的額定值。2. 額定電流額定電流 IN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 IN ：指輸出電流的額定值。：指輸出電流的額定值。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 IN ：指輸入電流的額定值。：指輸入電流的額定值。3. 額定功率額定功率 PN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 PN ：輸出：輸出“電電”功率的額定值功率的額定值(UN IN ) 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 PN ：輸出：輸出“機(jī)械機(jī)械”功率的額定值功率的額定值 UNINN* *知識(shí)點(diǎn)總結(jié)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)：注意區(qū)別以上電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)銘牌數(shù)據(jù)的不同含義？注意區(qū)別以上電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)銘牌數(shù)據(jù)

7、的不同含義？ 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)4. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN5. 額定勵(lì)磁電壓額定勵(lì)磁電壓 UfN6. 額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流 IfN額定狀態(tài)額定狀態(tài) ： 指指 U、I、P、n 均為額定值的均為額定值的狀態(tài)。一般為出廠較為理想狀態(tài)狀態(tài)。一般為出廠較為理想狀態(tài)滿載狀態(tài)滿載狀態(tài) ： 指指 I = IN 的狀態(tài)，一般即指額的狀態(tài)，一般即指額定狀態(tài)。定狀態(tài)。注意：直流電機(jī)有注意：直流電機(jī)有2電回路，電樞繞組與直流勵(lì)磁回路。電回路，電樞繞組與直流勵(lì)磁回路。直流電機(jī)實(shí)例直流電機(jī)實(shí)例直流電機(jī)實(shí)例直流電機(jī)實(shí)例直流電機(jī)分解圖直流電機(jī)分解圖直流電機(jī)的勵(lì)磁方式及磁場(chǎng)直流電機(jī)的勵(lì)磁方式及磁場(chǎng) 一、

8、勵(lì)磁方式一、勵(lì)磁方式 ：直流電機(jī)的磁場(chǎng)，可以由永久磁場(chǎng)產(chǎn)生，也可以由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生。一般來(lái)講永久磁鐵的磁場(chǎng)較弱,所以現(xiàn)在絕大多數(shù)直流電機(jī)的主磁場(chǎng)都是由勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流勵(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. GIf+UaIa+Uf他勵(lì)他勵(lì)I(lǐng)+U并勵(lì)并勵(lì)GI+U串勵(lì)串勵(lì)G直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類GI+U復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)自自勵(lì)勵(lì)*知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)：四種勵(lì)磁方式。四種勵(lì)磁方式。二二 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 1、定義：空載磁場(chǎng)是在無(wú)載情況下，勵(lì)磁繞組中通入電流后建立的磁場(chǎng)。* *知識(shí)點(diǎn)知識(shí)

9、點(diǎn)：空載的含義？（這時(shí)電樞電流為零或近似為零） 空載磁場(chǎng)組成：主磁通和漏磁通兩部分 分布：由于磁極極靴寬度總是小于極距，在極靴下氣隙較小，所以極靴下沿電樞表面主磁場(chǎng)較強(qiáng)，極靴以外，氣隙加大，主磁場(chǎng)明顯削弱，在兩極間的幾何中性線處磁密為零。氣隙磁場(chǎng)磁密分布波形為一禮帽形禮帽形。 2、直流電機(jī)的空載磁路 對(duì)主磁通和漏磁通對(duì)主磁通和漏磁通 的分析的分析 主磁通：主磁通：從主極過氣隙到轉(zhuǎn)子，因氣隙小，磁導(dǎo)大。所以磁通很大。 漏磁通：漏磁通：僅鉸鏈勵(lì)磁繞組本身，經(jīng)由空氣閉和，不進(jìn)入電樞鐵心。因氣隙大，磁阻大，所以其值很小。三、三、直流電機(jī)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng) 負(fù)載時(shí)電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)是由勵(lì)磁勵(lì)

10、磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞電樞磁動(dòng)勢(shì)兩者共同建立（電樞繞組電流較大，該電流建立自身磁場(chǎng)。） 分析：?jiǎn)为?dú)由電樞繞組產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)的分布情況 （見圖）*知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)：空間有兩種磁場(chǎng)疊加。分析電樞磁勢(shì)波形 電刷放在幾何中性線上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線與主磁極軸線正交，稱為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。*磁勢(shì)F曲線與磁密B曲線的區(qū)別？三、三、直流電機(jī)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)（電樞反應(yīng)）（電樞反應(yīng)）電刷電刷幾幾何何中中性性線線 N S勵(lì)磁磁通勢(shì)產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)的勵(lì)磁磁場(chǎng)（空載磁場(chǎng)）（空載磁場(chǎng)）物物理理中中性性線線電樞磁通勢(shì)產(chǎn)生電樞磁通勢(shì)產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)的電樞磁場(chǎng) N S合成磁場(chǎng)合成磁場(chǎng)（負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)）（負(fù)載時(shí)的磁

11、場(chǎng)） N S物理物理中性線中性線四、電樞反應(yīng) 電樞反應(yīng):負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁極磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。 電樞反應(yīng)的影響：電樞反應(yīng)的影響：知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 總磁場(chǎng)畸變總磁場(chǎng)畸變，被扭曲了！，被扭曲了！ 幾何中心線與物理中心線不重合。幾何中心線與物理中心線不重合。電刷電刷在幾何中心線位置處元件的在幾何中心線位置處元件的 e e00，增加，增加換向困難。換向困難。(3) (3) 一半磁極的磁通增加，一半磁極的磁一半磁極的磁通增加，一半磁極的磁通減少。通減少。 但但因部分磁路飽和的原因，每因部分磁路飽和的原因，每極總磁通減少極總磁通減少，直流電機(jī)的，直流電機(jī)的E E 和和T T 相應(yīng)相應(yīng)減少。減少。直流

12、電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)計(jì)算直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)計(jì)算NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12A1 B1 A2 B2 單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖 電刷的中心線對(duì)著磁極的中心線。電刷的中心線對(duì)著磁極的中心線。A13 6 4 7 5 85 2 4 1 3 12A29 12 10 1 11 211 8 10 7 9 6B1B2n一、感應(yīng)電勢(shì)一、感應(yīng)電勢(shì) E:感應(yīng)電勢(shì)指電樞繞組一條支路感應(yīng)電勢(shì)指電樞繞組一條支路的電勢(shì)（即電刷間的電勢(shì)。以發(fā)電機(jī)為例）的電勢(shì)（即電刷間的電勢(shì)。以發(fā)電機(jī)為例） 電樞旋轉(zhuǎn)電樞旋轉(zhuǎn) n總磁場(chǎng)總磁場(chǎng) ee E2. 大

13、小大小 每個(gè)導(dǎo)體：每個(gè)導(dǎo)體：e = B v l,1. 產(chǎn)生產(chǎn)生: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)為aZa2磁密的平均值 aZXaavbaZB2121電勢(shì)常數(shù)apZCnCnapZLBnapZBaZnpLEaeeaavaavaa6060)(602602)22(602602602pRnpnRRnRV3. 方向：方向：由由 和和 n 共同決定。共同決定。4. 性質(zhì)性質(zhì) 發(fā)電機(jī)：為發(fā)電機(jī)：為電源電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì)； 電動(dòng)機(jī)：為電動(dòng)機(jī)：為反電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)。*假如電動(dòng)機(jī)不存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？假如電動(dòng)機(jī)不存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)：E = CE n式中：式中：CE 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。電動(dòng)勢(shì)常數(shù)

14、。二、電磁轉(zhuǎn)矩二、電磁轉(zhuǎn)矩 T1. 產(chǎn)生產(chǎn)生:導(dǎo)體導(dǎo)體(線圈中線圈中)的的 i總磁場(chǎng)總磁場(chǎng) F T2. 大小大小: 電磁力：電磁力： F = B i l2DLibTaxC一極下導(dǎo)體數(shù)為 pZa2作用于一極下導(dǎo)體的轉(zhuǎn)矩為：xpZaaxpZpbDLiDLibTaa212122pZXaavbpZB212122DLiBpZTaavap3. 方向方向: 由由 和和 Ia 共同決定。共同決定。4. 性質(zhì)性質(zhì)發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)：電動(dòng)機(jī)：T 與與 n 方向相反，為方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；T 與與 n 方向相同，為方向相同，為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)：T = CT Ia式中：式中：CT 轉(zhuǎn)矩常

15、數(shù)。轉(zhuǎn)矩常數(shù)。作用于整個(gè)電樞上的轉(zhuǎn)矩為： 22DLiBZTpTaavape因?yàn)?aIiLBpDaaav22支路電流aTaaaaeICIapZpaILLZT2)2(21)2)(apZCaT2eeTCCC55. 9260三、感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系？三、感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系？ 由電磁功率由電磁功率Pe =機(jī)械功率機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成的轉(zhuǎn)換成的電功率電功率電功率電功率機(jī)械功率機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成的轉(zhuǎn)換成的E IaTPe = E Ia = T，知識(shí)點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn) =2n60CE n Ia = CT IaCECT CE n = CT=n=602= 9.55 CT = 9.55CE直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行

16、原理一、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電壓勵(lì)磁電壓 UfIf電樞電壓電樞電壓 UaIa Tn EMIf+UaIaE+Uf1. 電壓平衡方程式電壓平衡方程式勵(lì)磁電路：勵(lì)磁電路： Uf = Rf If電樞電路：電樞電路： Ua = E + Ra Ia(1) 機(jī)械特性機(jī)械特性CEEn =CEUaRa Ia=CEUa=RaCECT2T2. 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速OnTn0當(dāng)當(dāng)T時(shí)，時(shí)， n下降不多下降不多 硬特性硬特性。M三、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)三、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)IaIfI+U + UaE+ Uf 1. 電壓電壓 U = Ua + Uf = E + (Ra+ Rf ) I2. 電流電流 I = Ia = IfRa+ RfUE=CT

17、 T=3. 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 T = CT Ia當(dāng)當(dāng) Ia 較小、磁路未飽和時(shí)，較小、磁路未飽和時(shí)， Ia T Ia2 即即 TIa2 與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)比較，有如下特點(diǎn)：與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)比較，有如下特點(diǎn)： 對(duì)應(yīng)于相同的對(duì)應(yīng)于相同的T ，Ia ?。恍。?對(duì)應(yīng)于允許的對(duì)應(yīng)于允許的 Iamax ，能夠產(chǎn)生的，能夠產(chǎn)生的 T 大，大， *Tst 和和 Tmax 較大。較大。 轉(zhuǎn)矩特性：轉(zhuǎn)矩特性： U = UN 時(shí)，時(shí)， T = f (Ia )OTIa4. 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速ECEn = U(Ra + Rf ) Ia CE= UCE=Ra + RfCECT2T(1) 當(dāng)當(dāng)T = 0 時(shí)，時(shí)，Ia = If ， =r ，n 很大，

18、很大，n = (5 6) nN (2) 當(dāng)當(dāng)T 很小時(shí)，很小時(shí)，Ia 很很小，小，磁路未飽和，磁路未飽和，T Ia n 迅速下降；迅速下降； (3) 當(dāng)當(dāng)T 很大時(shí)，很大時(shí)，Ia 很大，很大，磁路已飽和，磁路已飽和，T Ia 基本不變基本不變 n下降較少；下降較少； OnT 轉(zhuǎn)速特性：轉(zhuǎn)速特性： n = f (Ia )| U = UNUCEn =Ra + RfCEIaUCE Ia =Ra + RfCEOnIa5. 應(yīng)用應(yīng)用(1) 特別適用于起重機(jī)和電氣機(jī)車等運(yùn)輸機(jī)械特別適用于起重機(jī)和電氣機(jī)車等運(yùn)輸機(jī)械;(2) 不能在輕載或空載下運(yùn)行不能在輕載或空載下運(yùn)行;(3) 不能用皮帶輪傳動(dòng)（易造成皮帶松馳）。不能用皮帶輪傳動(dòng)（易造成皮帶松馳）。四、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)四、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)MI+U 積復(fù)勵(lì)、差復(fù)勵(lì)。積復(fù)勵(lì)、差復(fù)勵(lì)。 一般采用積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)；一般采用積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)； 機(jī)械特性介于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性介于并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間：和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間： 有較大的有較大的Tst ； 可以空載運(yùn)行?？梢钥蛰d運(yùn)行