第2章直流電機(jī)的基本理論

1、第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論1.1.直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場: :勵(lì)磁方式、磁場分布、勵(lì)磁方式、磁場分布、電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) 2.2.感應(yīng)電勢：電勢公式、電勢方程式感應(yīng)電勢：電勢公式、電勢方程式3.3.電磁轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩公式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式電磁轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩公式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式4.4.功率與損耗功率與損耗: :損耗分析、功率平衡方程式損耗分析、功率平衡方程式第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論2.12.1 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 一、定義一、定義 直流電機(jī)勵(lì)磁繞組的接線方式稱為勵(lì)磁方式。直流電機(jī)勵(lì)磁繞組的接線方式稱為勵(lì)磁方式。實(shí)質(zhì)上就是勵(lì)磁繞組和

2、電樞繞組如何聯(lián)接實(shí)質(zhì)上就是勵(lì)磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接 二、分類二、分類 除了永磁直流電機(jī)外，直流電機(jī)的勵(lì)磁方式有除了永磁直流電機(jī)外，直流電機(jī)的勵(lì)磁方式有他勵(lì)式和自勵(lì)（串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)）式。他勵(lì)式和自勵(lì)（串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)）式。 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論電樞電流電樞電流I Ia a勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流I If f電源供或發(fā)電流電源供或發(fā)電流I I他勵(lì)他勵(lì)I(lǐng) Ia aI I并勵(lì)并勵(lì)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)I II Ia aI If f電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)I II Ia a+I+If f串勵(lì)串勵(lì)I(lǐng) Ia aI II If f復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)：加復(fù)勵(lì)：加復(fù)勵(lì) 差復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)I II Ia aI I

3、f f電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)I II Ia a+I+If f 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論4 4、復(fù)勵(lì)：、復(fù)勵(lì)： 并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。2fIUaEIaI1fIIaEUaI1fI2fI第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論2.22.2空載時(shí)直流電機(jī)的磁場空載時(shí)直流電機(jī)的磁場 直流電機(jī)的磁通路徑直流電機(jī)的磁通路徑 磁路從主磁極磁路從主磁極1 1出發(fā)經(jīng)氣隙出發(fā)經(jīng)氣隙1 1電樞齒電樞齒1 1電樞軛電樞軛電樞齒電樞齒2

4、 2氣隙氣隙2 2主磁極主磁極2 2定子軛定子軛-主磁極主磁極1 1 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論二二. .空載磁通密度波形空載磁通密度波形 1.1.空載時(shí)電樞電流為空載時(shí)電樞電流為0 0，氣隙磁，氣隙磁 場是由勵(lì)磁電流單獨(dú)決定。場是由勵(lì)磁電流單獨(dú)決定。2.2.磁極面下氣隙較小且均勻，磁極面下氣隙較小且均勻， 磁密較強(qiáng)且均勻。磁密較強(qiáng)且均勻。3.3.極面外，氣隙迅速增大，磁密極面外，氣隙迅速增大，磁密也迅速減弱，幾何中性線處磁密也迅速減弱，幾何中性線處磁密為為0 0。4.4.空載氣隙磁密沿電樞外圓的分空載氣隙磁密沿電樞外圓的分布用函數(shù)布用函數(shù)B0B0（x x）表示；分析

5、可）表示；分析可知它是平頂波。知它是平頂波。 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論 直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢，電樞電流產(chǎn)生直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢對(duì)主極磁動(dòng)勢的影響稱為電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢對(duì)主極磁動(dòng)勢的影響稱為 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 右圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場示意圖右圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場示意圖。當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為為 ，流過電流，流過電流 ，每，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢為：極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢為：fNfIfffNIF 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論 直流電機(jī)中，直流

6、電機(jī)中，主磁通主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通漏磁通沒有這個(gè)作用，它只是增沒有這個(gè)作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通漏磁通比比主磁通主磁通小得小得多，大約是主磁通的多，大約是主磁通的20%20%。磁力線由磁力線由N N極出來，經(jīng)氣隙、極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入電樞齒部、氣隙進(jìn)入S S極，再極，再經(jīng)定子鐵軛回到經(jīng)定子鐵軛回到N N極極主磁通主磁通主磁路主磁路磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，磁力線不進(jìn)入電樞鐵

7、心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁通漏磁路漏磁路第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論 空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的料的磁阻時(shí)，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。大小和形狀。幾何中性線幾何中性線極靴極靴極身極身（a）氣隙形狀氣隙形狀 磁極中心及附近的氣磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁

8、尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減小；極尖以外，通密度減?。粯O尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。密度為零。第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論 空載時(shí)的氣隙磁通密度為空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖一平頂波，如下圖(b) (b) 所示。所示。 空載時(shí)主磁極磁通的分空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如右圖布情況，如右圖(c) (c) 所示。所示。第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論 為了感應(yīng)電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)為了感應(yīng)電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需

9、要有一定量矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通的每極磁通 ，空載時(shí)，氣隙磁，空載時(shí)，氣隙磁通通 與空載磁動(dòng)勢與空載磁動(dòng)勢 或空載勵(lì)磁或空載勵(lì)磁電流電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖所示。載磁化特性。如右圖所示。000fF0fI 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中 A A點(diǎn)點(diǎn)，即在磁化特，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N0第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論2.32.3

10、負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) 直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過, , 并產(chǎn)生并產(chǎn)生電樞磁場。電樞磁場。 負(fù)載時(shí)氣隙磁場由主磁場和電樞磁場共同作用負(fù)載時(shí)氣隙磁場由主磁場和電樞磁場共同作用 電樞磁場會(huì)對(duì)主磁場產(chǎn)生一定的影響，這一影響電樞磁場會(huì)對(duì)主磁場產(chǎn)生一定的影響，這一影響稱為電樞反應(yīng)。稱為電樞反應(yīng)。 電樞反應(yīng)會(huì)使得每極磁通發(fā)生變化，也會(huì)使氣隙電樞反應(yīng)會(huì)使得每極磁通發(fā)生變化，也會(huì)使氣隙磁場發(fā)生畸變，從而影響電機(jī)的性能。磁場發(fā)生畸變，從而影響電機(jī)的性能。 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論1.電樞磁場的空間分布波形 直

11、流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動(dòng)組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢稱為勢稱為電樞磁動(dòng)勢電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢的。電樞磁動(dòng)勢的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。 右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布情況。情況。 假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙流。由圖可見電樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢磁場在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢為為交軸磁動(dòng)勢交軸磁動(dòng)勢。第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電

12、機(jī)的基本理論 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則有無窮多整距元件分布，則電電樞磁動(dòng)勢樞磁動(dòng)勢在氣隙圓周方向空間在氣隙圓周方向空間分布呈分布呈三角波三角波，如圖中，如圖中 所所示。示。axF 由于主磁極下氣隙長度基由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的為對(duì)稱的馬鞍型馬鞍型，如圖中，如圖中 所示。所示。axBaxBaxF第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論電樞磁勢單獨(dú)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布：電樞磁勢單獨(dú)

13、產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布： B Ba a(x)=(x)=0 0F Fa a(x)/ (x)/ ：氣隙長度：氣隙長度 該磁密由磁勢和氣隙共同決定。該磁密由磁勢和氣隙共同決定。 極面下氣隙基本不變，磁密正比于磁勢；極面下氣隙基本不變，磁密正比于磁勢； 兩極之間的區(qū)域內(nèi)，氣隙變大，磁密迅速減小。兩極之間的區(qū)域內(nèi)，氣隙變大，磁密迅速減小。一個(gè)周期的磁密波形呈馬鞍形。一個(gè)周期的磁密波形呈馬鞍形。 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論2.電樞磁場對(duì)電機(jī)性能的影響 當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵(lì)機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵(lì)磁磁動(dòng)勢與電樞磁動(dòng)

14、勢共同作用的磁磁動(dòng)勢與電樞磁動(dòng)勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對(duì)氣隙磁場的影響結(jié)果。電樞磁場對(duì)氣隙磁場的影響稱為稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。位置有關(guān)。1 1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況，如圖（如圖（a a）所示。）所示。第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論xB0axBxB主磁場的主磁場的磁通密度磁通密度分布曲線分布曲線電樞磁場磁通電樞磁場磁通密度分布曲線密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后兩條曲線逐點(diǎn)疊加后

15、得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場的磁通密度分布曲線的磁通密度分布曲線第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)： 2)、對(duì)主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變 空載時(shí)電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于空載時(shí)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(gè)磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削電樞反應(yīng)的影響，每一個(gè)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弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載角，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。時(shí)不同。

16、磁路不飽和時(shí)，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此磁路不飽和時(shí)，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，每極量的磁通量與空載時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中加的磁通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)為性線時(shí)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 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論3.3.補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組 定子磁極極靴下面

17、有許多槽定子磁極極靴下面有許多槽 ，補(bǔ)償繞組由這些槽，補(bǔ)償繞組由這些槽中哦的導(dǎo)體串聯(lián)組成。中哦的導(dǎo)體串聯(lián)組成。特點(diǎn)特點(diǎn):1.:1.它的磁勢與電樞磁勢方向相反，利用補(bǔ)償繞組它的磁勢與電樞磁勢方向相反，利用補(bǔ)償繞組 來抵消或減小電樞磁勢的影響。來抵消或減小電樞磁勢的影響。 2.2.補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，使兩個(gè)繞組電流補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，使兩個(gè)繞組電流 同時(shí)增減同時(shí)增減 3.3.成本高成本高第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論4 4、當(dāng)電刷不在幾何中性線的電、當(dāng)電刷不在幾何中性線的電 樞反應(yīng)樞反應(yīng)電刷從幾何中性線偏移電刷從幾何中性線偏移 角，電樞磁動(dòng)勢軸線也隨角，電樞磁動(dòng)勢軸線

18、也隨之移動(dòng)之移動(dòng) 角，如圖角，如圖(a)(b)(a)(b)所示。所示。adFaqF 電樞磁動(dòng)勢可以分解電樞磁動(dòng)勢可以分解為兩個(gè)垂直分量：交軸電為兩個(gè)垂直分量：交軸電樞磁動(dòng)勢樞磁動(dòng)勢 和直軸電樞磁和直軸電樞磁動(dòng)勢動(dòng)勢 。電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)交軸和直軸去磁交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁交軸和直軸助磁電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)交軸和直軸助磁交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁交軸和直軸去磁第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論2.42.4電樞繞組中的感應(yīng)電勢電樞繞組中的感應(yīng)電勢 當(dāng)電樞以一定的轉(zhuǎn)速當(dāng)電樞以一定的轉(zhuǎn)速n n向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電樞繞向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

19、電樞繞組的導(dǎo)體便會(huì)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢。組的導(dǎo)體便會(huì)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 由電刷引出的感應(yīng)電勢由電刷引出的感應(yīng)電勢EaEa也就是每條支路的感應(yīng)也就是每條支路的感應(yīng)電勢，即一條支路中所有串聯(lián)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢之電勢，即一條支路中所有串聯(lián)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢之和。和。 本節(jié)將推導(dǎo)感應(yīng)電勢的計(jì)算公式。本節(jié)將推導(dǎo)感應(yīng)電勢的計(jì)算公式。第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論公式推導(dǎo) C Ce e為電勢的結(jié)構(gòu)常數(shù)，為電勢的結(jié)構(gòu)常數(shù)，由繞組結(jié)構(gòu)決定?？捎衫@組結(jié)構(gòu)決定?？梢姼袘?yīng)電勢正比于每見感應(yīng)電勢正比于每極磁通量和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。極磁通量和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。 這一感應(yīng)電勢公式把這一感應(yīng)電勢公式把電量電量E E

20、a a、機(jī)械量、機(jī)械量n n、磁、磁場量場量聯(lián)系起來了。聯(lián)系起來了。 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論 設(shè)氣隙磁場的分布所示，則每lvbe根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢為blv一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢式中， 導(dǎo)體所在處的氣隙磁密； 導(dǎo)體的有效長度； 導(dǎo)體相對(duì)氣隙磁場的速度。第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論電樞繞組的電動(dòng)勢應(yīng)為一條支路各串聯(lián)導(dǎo)體的電樞繞組的電動(dòng)勢應(yīng)為一條支路各串聯(lián)導(dǎo)體的 令 為平均氣隙磁密，則上式改寫為 aZiaZaaxblvlvbE2121)(avBavaaBaZlvE2602npv將 代入上式得出電動(dòng)勢的代數(shù)和，則電動(dòng)勢的代

21、數(shù)和，則第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論電動(dòng)勢公式電動(dòng)勢公式 ：nCnapZlBaZpnEeaavaa60)(2602nCEealBav式中，apZCae60 每極的總磁通量； 電動(dòng)機(jī)常數(shù)； 電動(dòng)勢公式。電動(dòng)勢公式。第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí), ,主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢簡稱為電主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢簡稱為電樞電動(dòng)勢。樞電動(dòng)勢。大小大小: :60aepNE nC na性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源電勢電源電勢( (與電樞電流同方向與電樞電流同方向);); 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)反電勢反電勢(

22、(與電樞電流反方向與電樞電流反方向).).)(電動(dòng)勢常數(shù)電動(dòng)勢常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中其中apNCe60可見可見,直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論2.5 直流電機(jī)的電勢平衡方程式l 直流電機(jī)的電路包括電樞支路和勵(lì)磁支路。直流電機(jī)的電路包括電樞支路和勵(lì)磁支路。 l 在分析直流電機(jī)時(shí)，最好先根據(jù)勵(lì)磁方式畫出電機(jī)在分析直流電機(jī)時(shí)，最好先根據(jù)勵(lì)磁方式畫出電機(jī)的電路連線。的電路連線。 l 發(fā)電機(jī)按照發(fā)電機(jī)慣例標(biāo)注電勢，電流和電壓。電發(fā)電機(jī)按照發(fā)電機(jī)慣例標(biāo)注電勢，電流

23、和電壓。電動(dòng)機(jī)則按照電動(dòng)機(jī)慣例標(biāo)注。動(dòng)機(jī)則按照電動(dòng)機(jī)慣例標(biāo)注。 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論一、直流發(fā)電機(jī)的電勢平衡方程一、直流發(fā)電機(jī)的電勢平衡方程 l以他勵(lì)發(fā)電機(jī)為例。以他勵(lì)發(fā)電機(jī)為例。 l注意圖中電樞和勵(lì)磁的圖符。注意圖中電樞和勵(lì)磁的圖符。 l作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電勢作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電勢E Ea a 和電樞電流和電樞電流I Ia a同方向。同方向。 l除了電阻壓降除了電阻壓降I Ia aR Ra a外，還要外，還要 考慮電刷壓降考慮電刷壓降U Us s l電勢平衡方程為電勢平衡方程為 E Ea a=U+I=U+Ia aR Ra a+2+2U Us s l如有串勵(lì)繞組

24、，則如有串勵(lì)繞組，則R Ra a中應(yīng)為中應(yīng)為 串勵(lì)、補(bǔ)償和換向極繞組電阻。串勵(lì)、補(bǔ)償和換向極繞組電阻。 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論二、直流電動(dòng)機(jī)的電勢平衡方程二、直流電動(dòng)機(jī)的電勢平衡方程以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例。以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例。 電樞接通直流電源。電樞接通直流電源。 流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受力產(chǎn)流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩生轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子一旦旋轉(zhuǎn)，就有電勢產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子一旦旋轉(zhuǎn)，就有電勢產(chǎn)生。 電勢與電流方向相反。故電動(dòng)電勢與電流方向相反。故電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電勢又叫反電勢。機(jī)的感應(yīng)電勢又叫反電勢。U=EU=Ea a+I+Ia aR Ra a+2+2U Us s 第第2 2章章 直流電

25、機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 電樞表面任一點(diǎn)處的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)距電樞表面任一點(diǎn)處的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)距 為為 式中，式中， 該點(diǎn)處的氣隙磁密。該點(diǎn)處的氣隙磁密。 一個(gè)極下的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)矩一個(gè)極下的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)矩 應(yīng)為應(yīng)為 式中，式中， 氣隙平均磁密。氣隙平均磁密。 cT2DlibTabpT22)(221DliBpZxbDliTaavapZiapa)(2121ipzaavxbpZBa第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論整個(gè)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩 則 為22DliBZpTTaavapepD2lBavaIiaa2 aTaaaavaeICIaZppaIlB

26、ZT22nCTTe 可得直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式為 再考慮到 eT第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論2.6 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(Magnetic-electric Torque) 產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時(shí)電樞繞組中有電樞電流流過時(shí), ,在磁場內(nèi)受電磁力的作用在磁場內(nèi)受電磁力的作用, ,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。大小大小: :2emaTapNT IC Ia性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)制動(dòng)制動(dòng)( (與轉(zhuǎn)速方向相反與轉(zhuǎn)速方向相反) )； 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)( (與轉(zhuǎn)速方向相同與轉(zhuǎn)速方向相同) )。 可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)

27、矩與氣隙磁通及電樞電可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比流成正比為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中其中apNCT2eTCC9.55第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論穩(wěn)態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡 u對(duì)發(fā)電機(jī)來說，轉(zhuǎn)軸上輸入的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)發(fā)電機(jī)來說，轉(zhuǎn)軸上輸入的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T T1 1。T T1 1克服各種阻力轉(zhuǎn)矩（如摩擦，鐵耗，風(fēng)阻等）克服各種阻力轉(zhuǎn)矩（如摩擦，鐵耗，風(fēng)阻等）T T0 0后與負(fù)載后電樞電流后與負(fù)載后電樞電流I Ia a產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T T相平衡相平衡: : T T1 1=T+T=T+T0 0 u對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，從電樞端輸入電流并產(chǎn)

28、生電磁對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，從電樞端輸入電流并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T,TT,T克服各種阻力轉(zhuǎn)矩克服各種阻力轉(zhuǎn)矩T T0 0后與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩后與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T T2 2相平衡相平衡:T = T:T = T0 0+T+T2 2 第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論2.72.7 直流電機(jī)的損耗和功率平衡方程直流電機(jī)的損耗和功率平衡方程1.1.機(jī)械損耗機(jī)械損耗p pm m：軸與軸承摩擦、電刷與換向器摩擦、：軸與軸承摩擦、電刷與換向器摩擦、通風(fēng)損耗等。這些損耗主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速變通風(fēng)損耗等。這些損耗主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，基本為常量?；淮髸r(shí)，基本為常量。 2.2.鐵心損耗鐵心損耗p p

29、FeFe: : 電樞鐵心中磁場交變，會(huì)產(chǎn)生渦流電樞鐵心中磁場交變，會(huì)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。鐵耗近似與磁密的平方及轉(zhuǎn)速損耗和磁滯損耗。鐵耗近似與磁密的平方及轉(zhuǎn)速的的1.21.21.51.5次方成正比次方成正比。 一、損耗一、損耗第第2 2章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論3.3.勵(lì)磁損耗勵(lì)磁損耗p pf f: p: pf f = U = Uf fI If f = I = If2f2R Rf f p pm m+p+pFeFe+p+pf f 統(tǒng)稱為空載損耗統(tǒng)稱為空載損耗( (不變損耗不變損耗) )4.4.負(fù)載損耗負(fù)載損耗：電樞回路電阻損耗：電樞回路電阻損耗p pa a=I=Ia a2 2R Ra a; ; 電刷接觸電刷接