第二章直流電機(2.1~2.2)

1、第二章第二章 直流電機直流電機直流電機的基本原理和結(jié)構(gòu)（概述）直流電機的基本原理和結(jié)構(gòu)（概述）直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組直流電機的電樞電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩直流電機的電樞電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩 和電磁功率和電磁功率直流電力傳動直流電力傳動直流電機的換向直流電機的換向 直流電機的用途直流電機的用途電源電源勵磁機勵磁機測速測速伺服伺服直流電機的特點直流電機的特點 直流發(fā)電機的電勢波形較好，對電磁干擾的影響直流發(fā)電機的電勢波形較好，對電磁干擾的影響小小 直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑 直流電動機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大直流電動機過載能力較強，起動和

2、制動轉(zhuǎn)矩較大 由于存在換向器，其制造復雜，價格較高由于存在換向器，其制造復雜，價格較高2.1.1 2.1.1 直流電機的原理直流電機的原理2.1.2 2.1.2 直流電機的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機的主要結(jié)構(gòu)部件2.1.3 2.1.3 直流電機的額定值直流電機的額定值2.1 2.1 直流電機的原理和結(jié)構(gòu)（概述）直流電機的原理和結(jié)構(gòu)（概述）2.1.1 2.1.1 直流電機的原理直流電機的原理磁場定義磁場定義1 1、直流電機的物理模型、直流電機的物理模型電勢正方向：電勢正方向：abcdabcdB+,A-B+,A-2 2、 直流發(fā)電機的工作原理直流發(fā)電機的工作原理（1 1）、換流過程）、換流過程abcdA

3、BabcdABdcabAB電勢正方向：電勢正方向：電勢正方向：電勢正方向：dcbadcbaB+,A-B+,A-直流發(fā)電機運行時的幾點結(jié)論直流發(fā)電機運行時的幾點結(jié)論電樞線圈內(nèi)電勢、電流方向是交流電電樞線圈內(nèi)電勢、電流方向是交流電電刷間為直流電勢。線圈中感應電勢與電電刷間為直流電勢。線圈中感應電勢與電流方向一致流方向一致從空間看，從空間看， 電樞電流產(chǎn)生的磁場在空間上電樞電流產(chǎn)生的磁場在空間上是恒定不變的磁場是恒定不變的磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反， 是制動是制動性質(zhì)性質(zhì)3 3、 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理（1 1）、換流過程）、換流過程abcda

4、bcddcab電流正方向：電流正方向：dcbadcba轉(zhuǎn)矩方向：順時針轉(zhuǎn)矩方向：順時針電勢方向：電勢方向：abcdabcd電流正方向：電流正方向：dcbadcba轉(zhuǎn)矩方向：轉(zhuǎn)矩方向：電勢方向：電勢方向：電流正方向：電流正方向：abcdabcd轉(zhuǎn)矩方向：順時針轉(zhuǎn)矩方向：順時針電勢方向：電勢方向：dcbadcba直流電動機運行時的幾點結(jié)論直流電動機運行時的幾點結(jié)論外施電壓、電流是直流，外施電壓、電流是直流， 電樞線圈內(nèi)電流電樞線圈內(nèi)電流是交流是交流線圈中感應電勢與電流方向相反線圈中感應電勢與電流方向相反線圈是旋轉(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。 電樞電樞電流產(chǎn)生的磁場在空間上

5、是恒定不變的電流產(chǎn)生的磁場在空間上是恒定不變的產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同， 是驅(qū)是驅(qū)動性質(zhì)動性質(zhì)直流電機的可逆原理直流電機的可逆原理 同一臺直流電機，同一臺直流電機， 通過改變外界條件，通過改變外界條件， 可當發(fā)電機運行，可當發(fā)電機運行， 也可當電動機運行。也可當電動機運行。一、直流電機的結(jié)構(gòu)一、直流電機的結(jié)構(gòu)2.1.2 2.1.2 直流電機的結(jié)構(gòu)（主要部件）直流電機的結(jié)構(gòu)（主要部件）1 定子和轉(zhuǎn)子定子和轉(zhuǎn)子直流電機電樞繞組結(jié)構(gòu)直流電機電樞繞組結(jié)構(gòu)直流電機電刷和換向器結(jié)構(gòu)直流電機電刷和換向器結(jié)構(gòu)直流電機電刷結(jié)構(gòu)直流電機電刷結(jié)構(gòu)直流電機的基本結(jié)構(gòu)總結(jié)直流電機

6、的基本結(jié)構(gòu)總結(jié)主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成直流電機直流電機定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子機座機座換向極換向極主磁極主磁極電刷裝置電刷裝置電樞鐵心電樞鐵心軸承軸承換向器換向器風扇風扇 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸電樞繞組電樞繞組主磁極主磁極換向磁極換向磁極電刷裝置電刷裝置機座機座端蓋端蓋電樞繞組電樞繞組電樞鐵心電樞鐵心換向器換向器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸磁極鐵心磁極鐵心勵磁繞組勵磁繞組電刷電刷刷握刷握絕緣支架絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置壓緊力調(diào)整裝置定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子直直流流電電機機2.1.3 2.1.3 直流電機的額定值直流電機的額定值 額定值額定值 是制造廠對各種電氣設備在指定工是制造廠對各種電氣設備在指定工作條件下運行時所

7、規(guī)定的一些作條件下運行時所規(guī)定的一些量值量值。在額定。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證各電氣設備長期可狀態(tài)下運行時，可以保證各電氣設備長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能?？康毓ぷ?。并具有優(yōu)良的性能。 額定值也是制造廠和用戶進行產(chǎn)品設計或額定值也是制造廠和用戶進行產(chǎn)品設計或試驗的依據(jù)。額定值通常標在各電氣的銘牌試驗的依據(jù)。額定值通常標在各電氣的銘牌上，故又叫上，故又叫銘牌值銘牌值。2.1.3 2.1.3 直流電機的額定值直流電機的額定值額定容量額定容量PN： 輸出功率輸出功率額定電壓額定電壓UN：額定狀態(tài)下出線端電壓：額定狀態(tài)下出線端電壓額定電流額定電流IN：額定狀態(tài)下出線端電流：額定狀態(tài)下出線端電流

8、額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n： 額定狀態(tài)下的電機轉(zhuǎn)速額定狀態(tài)下的電機轉(zhuǎn)速直流發(fā)電機：直流發(fā)電機： PNUN IN直流電動機：直流電動機： PNUN IN 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)直流電機的銘牌數(shù)據(jù)2.2 2.2 直流電機電樞繞組直流電機電樞繞組2.2.1 2.2.1 基本特點基本特點2.2.22.2.2單疊繞組單疊繞組2.2.32.2.3單波繞組單波繞組2.2.42.2.4電樞繞組的均壓線電樞繞組的均壓線2.2.1 2.2.1 基本特點基本特點對電樞繞組的要求：對電樞繞組的要求： 在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電勢和電磁足夠的電勢和電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩前提下，所消耗的有效材料最省，前提下，所消耗的

9、有效材料最省， 強度高強度高（機械、電氣、熱），（機械、電氣、熱）， 運轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡單等。運轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡單等。 電樞繞組電樞繞組: : 直流電機的電磁感應的關(guān)鍵部件之一直流電機的電磁感應的關(guān)鍵部件之一, , 是直流電機的電路部分，亦是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換是直流電機的電路部分，亦是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。的樞紐。1.1.繞組實物圖繞組實物圖2.2.電樞繞組的形式電樞繞組的形式環(huán)形繞組環(huán)形繞組鼓形繞組鼓形繞組疊繞組疊繞組波繞組波繞組3.3.有關(guān)電樞繞組名詞、術(shù)語有關(guān)電樞繞組名詞、術(shù)語極距：極距：鐵心表面，鐵心表面， 一個極所占的距離一個極所占的距離極軸線：極軸線：磁極中心線磁極中心線幾何中心線：幾

10、何中心線：磁極之間的平分線磁極之間的平分線y=yy=y1 1+ +y y2 2元件：元件：第一節(jié)距第一節(jié)距y1第二節(jié)距第二節(jié)距y2合成節(jié)合成節(jié)y：換向器節(jié)距換向器節(jié)距yk：2.2.22.2.2單疊繞組單疊繞組疊：疊： 兩個相鄰聯(lián)接的元件，兩個相鄰聯(lián)接的元件， 后一元后一元件的端部緊迭在前一元件的端部。件的端部緊迭在前一元件的端部。單：單： 首末端相聯(lián)的兩換向片相首末端相聯(lián)的兩換向片相隔一個換向片的寬度。隔一個換向片的寬度。特點：特點： 槽數(shù)槽數(shù)Z、元件數(shù)、元件數(shù)S和換向片數(shù)和換向片數(shù)K三者相同三者相同y=yy=yk k=1=1單疊繞組分析實例單疊繞組分析實例1、 數(shù)據(jù)計算：數(shù)據(jù)計算：yyk1計

11、算數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)y和和y1畫繞組展開圖畫繞組展開圖安放電刷和磁極安放電刷和磁極實例：實例： p2， ZSK164221621 pZy 1單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖123456789101112131416152345678910111213141615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NSNS+展開圖（展開圖（2 2）1123456789101112131416152345678910111213141615NSNS+繞組放置繞組放置 元件元件1 1： 上元件邊在上元件邊在1 1槽，槽， 下元件邊放在相距下元件邊放在相距y y1 1=4=4即即5 5槽下層。槽下層。 元件

12、元件2 2： 上元件邊在上元件邊在2 2槽，槽， 下元件邊放在相距下元件邊放在相距y y1 1=4=4即即6 6槽下層。槽下層。以此類推以此類推某一瞬間電刷、磁極放置某一瞬間電刷、磁極放置 電刷放置：電刷放置：電刷放置在使電刷的中心線與主電刷放置在使電刷的中心線與主磁極軸線磁極軸線對準的換向片上。對準的換向片上。 磁極：磁極：磁極寬度約磁極寬度約0.7 , 0.7 , 均勻分布，均勻分布，N N、S S極交替安排。極交替安排。 電刷：電刷：聯(lián)接內(nèi)、外電路。為了在正負電刷間聯(lián)接內(nèi)、外電路。為了在正負電刷間獲得最大直流電勢以及產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，獲得最大直流電勢以及產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩， 電刷放在被

13、電刷短路的元件電勢為零的位置。電刷放在被電刷短路的元件電勢為零的位置。電勢為零的元件：電勢為零的元件：在一個主極下的元件邊電勢在一個主極下的元件邊電勢具有相同的方向。具有相同的方向。 在磁極的幾何中心線上電勢在磁極的幾何中心線上電勢為零。為零。元件連接順序圖元件連接順序圖繞電樞一周，繞電樞一周， 所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。電路圖電路圖結(jié)合電刷的放置，結(jié)合電刷的放置， 得到該瞬時的電路圖得到該瞬時的電路圖 每個極下的每個極下的元件組成一條元件組成一條支路。支路。 即單疊即單疊繞組的并聯(lián)支繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于路數(shù)正好等于電機的極數(shù)。電機的極數(shù)。 這是單疊繞

14、組的重要特點之一。這是單疊繞組的重要特點之一。 單疊繞組的特點單疊繞組的特點 元件的兩個出線端連接于相鄰兩個換向元件的兩個出線端連接于相鄰兩個換向片上片上 并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)， 2a=2p 整個電樞繞組的閉合回路中，整個電樞繞組的閉合回路中， 感應電動感應電動勢的總和為零，勢的總和為零， 繞組內(nèi)部無換流繞組內(nèi)部無換流 每條支路由不相同的電刷引出，每條支路由不相同的電刷引出， 電刷不電刷不能少，能少， 電刷數(shù)等于磁極數(shù)電刷數(shù)等于磁極數(shù) 正負電刷引出的電動勢即為每一支路的正負電刷引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電動勢， 電樞電壓等于支路電壓電樞電壓等于支路電壓 由正負電刷

15、引出的電樞電流由正負電刷引出的電樞電流IaIa為各支路為各支路電流之和，電流之和， 即即aaaiI2 2.2.3 2.2.3單波繞組單波繞組波繞組：首末端所接的兩波繞組：首末端所接的兩換向片相隔很遠，換向片相隔很遠， 兩個兩個元件緊相串聯(lián)后形似波浪。元件緊相串聯(lián)后形似波浪。為了使緊相串聯(lián)的元件所生的電勢同向相加，為了使緊相串聯(lián)的元件所生的電勢同向相加， 元件邊應處于相同磁極極性下，元件邊應處于相同磁極極性下， 即合成節(jié)距即合成節(jié)距 2y,2y為了使繞組從某一換向片出發(fā)，為了使繞組從某一換向片出發(fā)， 沿電樞鐵心一沿電樞鐵心一周后回到原來出發(fā)點相鄰的一片上，周后回到原來出發(fā)點相鄰的一片上， 則可由

16、此再則可由此再繞下去。繞下去。 單波繞組：單波繞組： 換向片極距換向片極距yk必須符合必須符合 即即 1 kyPkCPkyk 1單波繞組實例單波繞組實例實例：實例：p p2 2， Z=SZ=SK K1515 左單波繞組左單波繞組計算數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)y和和y1畫繞組展開圖畫繞組展開圖安放電刷和磁極安放電刷和磁極1、繞組數(shù)據(jù)計算、繞組數(shù)據(jù)計算34341521 pzy721151 pKyyk43712 yyy元件、磁極、電刷放置原則元件、磁極、電刷放置原則元件、換向片的放置：元件、換向片的放置： 1 1元件上層邊元件上層邊1 1槽，槽， 下層邊下層邊4 4槽；首末槽；首末端所聯(lián)的換向片相距端所聯(lián)的換向片

17、相距y yk k7 7； 為了端部對稱，為了端部對稱， 首末端所聯(lián)的兩換向片之首末端所聯(lián)的兩換向片之間的中心線與間的中心線與1 1元件的軸線重合。元件的軸線重合。 1 1元件上元件上層邊所聯(lián)的換向片定為層邊所聯(lián)的換向片定為1 1。 依次聯(lián)接依次聯(lián)接。 磁極放置：磁極放置： N N、S S極磁極均勻交替的排列。極磁極均勻交替的排列。電刷的放置：電刷的放置：放在與主極軸線對準的換向片上。放在與主極軸線對準的換向片上。 單波繞組展開圖單波繞組展開圖3345678911101213 1415214567891011 1213 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

18、刷單波繞組元件連接順序圖單波繞組元件連接順序圖 從繞組展開圖可以看出，從繞組展開圖可以看出， 全部全部15個元件串聯(lián)個元件串聯(lián)而構(gòu)成一個閉合回路的順序是：而構(gòu)成一個閉合回路的順序是：18 15 7 14 6 13 5 124 11 3 10 291用聯(lián)接順序圖表示為：用聯(lián)接順序圖表示為：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上層邊上層邊下層邊下層邊單波繞組電路圖單波繞組電路圖 單波繞組把單波繞組把相同極性下相同極性下的全部元件串聯(lián)起來組成一的全部元件串聯(lián)起來組成一條支路。條支路。 由于磁極只有由于磁極只有N、S

19、之分，之分， 所以單波繞組的所以單波繞組的支路對數(shù)支路對數(shù)a與極對數(shù)多少無關(guān)，與極對數(shù)多少無關(guān)， 永遠為永遠為1，即，即a1。 714613151031142512891125415189單波繞組的特點單波繞組的特點 同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路， 支路對數(shù)支路對數(shù)a1， 與磁極對數(shù)與磁極對數(shù)p無關(guān)。無關(guān)。 當元件的幾何尺寸對稱時，當元件的幾何尺寸對稱時， 電刷在換向器電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線，表面上的位置對準主磁極中心線， 支路電動支路電動勢最大。勢最大。 電刷組數(shù)應等于極數(shù)（采用全額電刷）。電刷組數(shù)應等于極數(shù)（采用全額電刷）。 電樞電流