第3章 直流電機(jī)原理

1、hxp2022-7-3直流電機(jī)1第第3 3章章 直流電機(jī)原理直流電機(jī)原理n直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)n直流電機(jī)基本原理直流電機(jī)基本原理n直流電機(jī)主要工作特性直流電機(jī)主要工作特性hxp2022-7-3直流電機(jī)23.1.1 3.1.1 概述概述 直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。一臺(tái)直流電直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。一臺(tái)直流電機(jī)即可作為機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)使用，也可作為使用，也可作為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)使用。使用。 用作發(fā)電機(jī)可以獲得用作發(fā)電機(jī)可以獲得直流電源直流電源，用作電動(dòng)機(jī)，由，用作電動(dòng)機(jī)，由 于其具有良好的于其具有良好的調(diào)速性能調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求，在許多調(diào)速性能要求 較高的場(chǎng)合，得

2、到廣泛使用。較高的場(chǎng)合，得到廣泛使用。 hxp2022-7-3直流電機(jī)3直流電機(jī)的優(yōu)、缺點(diǎn)直流電機(jī)的優(yōu)、缺點(diǎn) 本章分析直流電機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)工作原理、結(jié)構(gòu)及換向等問(wèn)題，為電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)提供元件的基本知識(shí)。 直流電動(dòng)機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬廣調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。，調(diào)速特性平滑。直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力較強(qiáng)過(guò)載能力較強(qiáng)，起動(dòng)起動(dòng)和和制動(dòng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。轉(zhuǎn)矩較大。由于存在由于存在換向器換向器，其，其制造復(fù)雜制造復(fù)雜，價(jià)格較高價(jià)格較高；由于存在由于存在換向器換向器，其，其應(yīng)用場(chǎng)合受到限制應(yīng)用場(chǎng)合受到限制。hxp2022-7-3直流電機(jī)43.1.2直流電機(jī)基本工作原理直流電機(jī)基本工作原

3、理一一 、交流發(fā)電機(jī)基本工作原理、交流發(fā)電機(jī)基本工作原理物理模型:e=BXlv;磁極都是成對(duì)出現(xiàn);整流 ;電子式電子式機(jī)械式機(jī)械式aBehxp2022-7-3直流電機(jī)5二二 、直流發(fā)電機(jī)基本工作原理、直流發(fā)電機(jī)基本工作原理?yè)Q向器;內(nèi)部(ab,cd):交流; 外部(AB):直流;實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì):帶有換向器的交流電機(jī)帶有換向器的交流電機(jī);實(shí)際電機(jī):多根導(dǎo)體有規(guī)律連接tehxp2022-7-3直流電機(jī)6三三 、直流電動(dòng)機(jī)基本工作原理、直流電動(dòng)機(jī)基本工作原理f=Bxli;DM DG的可逆性的可逆性;直流電機(jī)僅是能量轉(zhuǎn)換工具直流電機(jī)僅是能量轉(zhuǎn)換工具;直流電機(jī)的可逆性：直流電機(jī)的可逆性： 一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可

4、以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是外界條件行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是外界條件不同而已。這種同一臺(tái)電機(jī)能作電動(dòng)機(jī)或作不同而已。這種同一臺(tái)電機(jī)能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。原理。hxp2022-7-3直流電機(jī)73.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)hxp2022-7-3直流電機(jī)8直流電機(jī)由靜止的部分直流電機(jī)由靜止的部分定子定子和旋轉(zhuǎn)的部分和旋轉(zhuǎn)的部分轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成：兩大部分構(gòu)成：1、定子定子：機(jī)座、主磁極、換向極和電刷裝置等。：機(jī)座、主磁極、換向極和電刷裝置等。主極的作用是

5、在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場(chǎng)主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場(chǎng),使電樞繞祖使電樞繞祖在此磁場(chǎng)的作用下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在此磁場(chǎng)的作用下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(E)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩(T).1）主磁極）主磁極：在大多數(shù)直流電機(jī)中，主磁極是電磁鐵，為了：在大多數(shù)直流電機(jī)中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用11.2mm厚厚的低碳鋼板疊壓而成。整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。的低碳鋼板疊壓而成。整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。hxp2022-7-3直流電機(jī)92）換向極）換向極：換向極又稱附加極或間極：換向極又稱附加極或間極,其作用是用以改其作用是

6、用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。和繞組構(gòu)成。4）電刷裝置）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。作用。3）機(jī)座）機(jī)座：一是作為電機(jī)磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用：一是作為電機(jī)磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來(lái)固定主磁極、換向極及端蓋等，起機(jī)械支承的作用。來(lái)固定主磁極、換向極及端蓋等，起機(jī)械支承的作用。因此要求機(jī)座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度。因此要求機(jī)座有好的導(dǎo)磁性能及

7、足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度。機(jī)座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。機(jī)座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。hxp2022-7-3直流電機(jī)102、轉(zhuǎn)子：、轉(zhuǎn)子：電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等。扇、軸和軸承等。 1）電樞鐵心）電樞鐵心：電機(jī)主磁路的一部分，用來(lái)嵌放電樞繞組的，：電機(jī)主磁路的一部分，用來(lái)嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。硅鋼片疊壓而成。2）電樞繞組）電

8、樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，也是通過(guò)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它是直流電機(jī)的主要電路部分，也是通過(guò)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。參P31圖hxp2022-7-3直流電機(jī)113.2.2 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)(額定值額定值) 為了使電機(jī)安全可靠地工作，且保持優(yōu)良的運(yùn)為了使電機(jī)安全可靠地工作，且保持優(yōu)良的運(yùn)行性能，電機(jī)廠家根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及電機(jī)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，行性能，電機(jī)廠家根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及電機(jī)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)每臺(tái)電機(jī)在運(yùn)行中的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)對(duì)

9、每臺(tái)電機(jī)在運(yùn)行中的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)定了保證值，這些保證值稱為電機(jī)的額定值。定了保證值，這些保證值稱為電機(jī)的額定值。 1額定功率額定功率PN （kW）:輸出的最大功率；輸出的最大功率； 2額定電壓額定電壓 UN（V）: 3額定電流額定電流 IN （A）: 4額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN （rmin）: 5勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流 IfN（A）ML+ -IaUhxp2022-7-3直流電機(jī)12額定功率額定功率，對(duì)直流發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指輸出的電功率，對(duì)，對(duì)直流發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指輸出的電功率，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，是指軸上輸出的機(jī)械功率直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，是指軸上輸出的機(jī)械功率。直流發(fā)電機(jī)

10、的額定功率為：直流發(fā)電機(jī)的額定功率為：NNNIUPNNNNIUP2( )( )9.559550260NNNNNNNNNPPP wP kwTnnn直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為：直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為：直流電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩：直流電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩：額定 過(guò)載 欠載運(yùn)行狀態(tài) eg3.1,3.2(p32)hxp2022-7-3直流電機(jī)133.4 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分，在電機(jī)的機(jī)電能量是直流電機(jī)的核心部分，在電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中起著重要的作用。轉(zhuǎn)換過(guò)程中起著重要的作用。 a.據(jù)原理?yè)?jù)原理:兩個(gè)有效邊組成一個(gè)兩個(gè)有效邊組成一個(gè)元件元件;b.許多元件

11、互聯(lián)組成一個(gè)許多元件互聯(lián)組成一個(gè)繞組繞組;c.元件組成的原則元件組成的原則:兩個(gè)相鄰異性極兩個(gè)相鄰異性極 相對(duì)應(yīng)的位置相對(duì)應(yīng)的位置.hxp2022-7-3直流電機(jī)14S(元件數(shù)元件數(shù))=K(換向片數(shù)換向片數(shù))=Z(槽數(shù)槽數(shù))NShxp2022-7-3直流電機(jī)15幾何中性線：幾何中性線：磁極之間的平分線，磁極之間的平分線，極對(duì)數(shù)極對(duì)數(shù)p：2p:極數(shù)極數(shù);極距極距 :在電樞鐵心表面上，一個(gè)極所占的距離。可在電樞鐵心表面上，一個(gè)極所占的距離?？杀硎緸楸硎緸? ()()22ZDpp槽米NS元件節(jié)距元件節(jié)距 （第一節(jié)距）：元件兩條邊的距離，以（第一節(jié)距）：元件兩條邊的距離，以槽數(shù)計(jì)，總是整數(shù)槽數(shù)計(jì)，總是

12、整數(shù)(整距、長(zhǎng)距、短距整距、長(zhǎng)距、短距), pZy211y整數(shù)整數(shù)hxp2022-7-3直流電機(jī)16 eg:單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖已知某直流電機(jī)的極對(duì)數(shù)已知某直流電機(jī)的極對(duì)數(shù)P=2 ,Z=K=S=16,試畫出單疊試畫出單疊繞組展開圖。繞組展開圖。4221621pZy1計(jì)算繞組數(shù)據(jù)計(jì)算繞組數(shù)據(jù)hxp2022-7-3直流電機(jī)172畫繞組展開圖畫繞組展開圖（1）先畫）先畫16根等長(zhǎng)、等距的實(shí)線根等長(zhǎng)、等距的實(shí)線;（2）放磁極）放磁極:N.S(0.7 );（3）換向片）換向片;（4）聯(lián)繞組）聯(lián)繞組;（5）確定感應(yīng)電勢(shì)方向）確定感應(yīng)電勢(shì)方向;（6）放電刷）放電刷.畫圖3.15hxp2022-7-3

13、直流電機(jī)181216hxp2022-7-3直流電機(jī)19單疊繞組并聯(lián)支路圖單疊繞組并聯(lián)支路圖:hxp2022-7-3直流電機(jī)20單疊繞組的特點(diǎn)單疊繞組的特點(diǎn)n元件的兩個(gè)出線端聯(lián)接于相鄰兩個(gè)換向片元件的兩個(gè)出線端聯(lián)接于相鄰兩個(gè)換向片 上；上；n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 ； n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，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(wú)繞組內(nèi)部無(wú)“環(huán)流環(huán)流”；n每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；刷數(shù)等于磁極數(shù)； n正負(fù)電刷之間引出的電動(dòng)勢(shì)即為每一支路的

14、電動(dòng)勢(shì)，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；電樞電壓等于支路電壓；n由正負(fù)電刷引出的電樞電流由正負(fù)電刷引出的電樞電流 Ia 為各支路電流之為各支路電流之 和，即和，即 Ia=2ia （式中（式中 ia 為每一條支路的電流，即為每一條支路的電流，即 繞組元件中流過(guò)的電流）。繞組元件中流過(guò)的電流）。 hxp2022-7-3直流電機(jī)213.3 直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞反應(yīng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞反應(yīng)一、直流電機(jī)的磁路和勵(lì)磁方式一、直流電機(jī)的磁路和勵(lì)磁方式：1.磁路磁路換向極換向極hxp2022-7-3直流電機(jī)222.直流電機(jī)的磁勢(shì)直流電機(jī)的磁勢(shì)n主極磁勢(shì)主極磁勢(shì):Ff=IfN

15、fn電樞磁勢(shì)電樞磁勢(shì):Fa=IaNan換向極磁勢(shì)換向極磁勢(shì):FK=IKNK ( IK=Ia)3.直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式(NaNf的供電方式)他勵(lì)式積復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)1 . 串勵(lì)式2 . 并勵(lì)式3 . 復(fù)勵(lì)式自勵(lì)式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式ML+ -IaUUfhxp2022-7-3直流電機(jī)23(不同勵(lì)磁方式電機(jī)的特性不同勵(lì)磁方式電機(jī)的特性不同)hxp2022-7-3直流電機(jī)24二、空載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)分布：二、空載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)分布：空載空載：發(fā)電機(jī)出線端沒有電流輸出，電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)發(fā)電機(jī)出線端沒有電流輸出，電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù) 載，載，即電樞電流為零的狀態(tài)。即電樞電流為零的狀態(tài)。那么那

16、么 ，這時(shí)的氣隙磁這時(shí)的氣隙磁 場(chǎng)，只由主極的勵(lì)磁電流所建立，又稱勵(lì)磁磁場(chǎng)。場(chǎng)，只由主極的勵(lì)磁電流所建立，又稱勵(lì)磁磁場(chǎng)。0漏磁通漏磁通 ：僅交鏈勵(lì)磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心，僅交鏈勵(lì)磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心， 不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。主磁通主磁通 ：經(jīng)過(guò)主磁極、氣隙、電樞鐵心及機(jī)座構(gòu)成磁回經(jīng)過(guò)主磁極、氣隙、電樞鐵心及機(jī)座構(gòu)成磁回 路。它同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞路。它同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞 組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。hxp20

17、22-7-3直流電機(jī)25極靴下氣隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外的氣隙，顯然，極靴下沿電極靴下氣隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外的氣隙，顯然，極靴下沿電樞圓周各點(diǎn)的主磁場(chǎng)將明顯大于極靴范圍以外，在兩極之樞圓周各點(diǎn)的主磁場(chǎng)將明顯大于極靴范圍以外，在兩極之間的幾何中心線處，磁場(chǎng)等于零。間的幾何中心線處，磁場(chǎng)等于零。磁管寬為磁管寬為任主磁路磁勢(shì)相同任主磁路磁勢(shì)相同hxp2022-7-3直流電機(jī)26應(yīng)用磁路歐姆定律求出應(yīng)用磁路歐姆定律求出)(fBxRFf2如上圖示如上圖示:磁管寬為磁管寬為mfRF220mRl0fxFBhxp2022-7-3直流電機(jī)27磁極中心及附近處磁極中心及附近處:靠近極見尖處靠近極見尖處:極靴以外極靴以外:

18、兩極之間的幾何中心線處兩極之間的幾何中心線處:hxp2022-7-3直流電機(jī)28三、直流電機(jī)的電樞反應(yīng)三、直流電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)電樞反應(yīng):電樞磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響電樞磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響.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)hxp2022-7-3直流電機(jī)29電刷位置、交軸磁場(chǎng)電刷位置、交軸磁場(chǎng)幾何中性線幾何中性線物理中性線物理中性線交軸交軸(q)磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)直軸直軸(d)磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)hxp2022-7-3直流電機(jī)30電樞反應(yīng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響電樞反應(yīng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響A:電樞磁場(chǎng)在半個(gè)極內(nèi)對(duì)主極磁場(chǎng)起去磁作用，在另電樞磁場(chǎng)在半個(gè)極內(nèi)對(duì)主極

19、磁場(chǎng)起去磁作用，在另半個(gè)極內(nèi)則起增磁作用，半個(gè)極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場(chǎng)畸變引起氣隙磁場(chǎng)畸變;B:使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，新的等于零的我們稱之為物理中性線新的等于零的我們稱之為物理中性線,物理中性線偏移物理中性線偏移;C:考慮飽和時(shí)，起到考慮飽和時(shí)，起到去磁作用去磁作用。問(wèn)題問(wèn)題:1.如何抑制電樞反應(yīng)如何抑制電樞反應(yīng)? 2.電樞磁場(chǎng)是靜止的嗎電樞磁場(chǎng)是靜止的嗎?hxp2022-7-3直流電機(jī)313.5 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩一、電樞電動(dòng)勢(shì)一、電樞電動(dòng)勢(shì)E(每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每條并

20、聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))avBl一個(gè)磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用一個(gè)磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用 表示，極距表示，極距為為 ，電樞的軸向有效長(zhǎng)度為，電樞的軸向有效長(zhǎng)度為 ，每極磁通為，每極磁通為，則則電樞電動(dòng)勢(shì)是指直流電機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)電樞電動(dòng)勢(shì)是指直流電機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。勢(shì)，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。lBavhxp2022-7-3直流電機(jī)32lvBeavav602npv602npeav一根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)為：一根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)為：所以：所以：又因?yàn)椋河忠驗(yàn)椋篽xp2022-7-3直流電機(jī)33因?yàn)橐粭l支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)因?yàn)?/p>

21、一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù) （z為電為電樞總導(dǎo)體數(shù)樞總導(dǎo)體數(shù) ），于是，電樞電動(dòng)勢(shì)為：），于是，電樞電動(dòng)勢(shì)為：2za2yzSz2226 06 0aa vezznEepaap znCna6 0ep zCa式中，式中， 是一個(gè)常數(shù)，稱為是一個(gè)常數(shù)，稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) aeECnhxp2022-7-3直流電機(jī)34二、電磁轉(zhuǎn)矩二、電磁轉(zhuǎn)矩(所有導(dǎo)體所有導(dǎo)體)2aavavaavIfB l iB la2DfTavx2）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導(dǎo)）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導(dǎo) 體所受的平均轉(zhuǎn)矩：體所受的平均轉(zhuǎn)矩：1）先求一個(gè)導(dǎo)體的平均電磁力：）先求一個(gè)導(dǎo)體的平均電磁力：SNhxp2

22、022-7-3直流電機(jī)353）電機(jī)總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：）電機(jī)總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：222222aaavataIIDpTB lzlzalapzICIa2tpzCaaaaiI2式中：式中： 是一個(gè)常數(shù)，稱為是一個(gè)常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)， 是電樞總電流，是電樞總電流，taTCIhxp2022-7-3直流電機(jī)36 ， 對(duì)于一個(gè)具體的電機(jī)而言，是一個(gè)常數(shù)，并且對(duì)于一個(gè)具體的電機(jī)而言，是一個(gè)常數(shù)，并且通過(guò)換算，兩者之間有一固定的關(guān)系，通過(guò)換算，兩者之間有一固定的關(guān)系，eCtC609.552teCC9.55teCCTIapNIapNnICIEPaaaeaaM226060三、直流電機(jī)的電磁功率（三、直流電機(jī)的電

23、磁功率（物理意義）hxp2022-7-3直流電機(jī)37四、幾點(diǎn)說(shuō)明四、幾點(diǎn)說(shuō)明nCEeataTCI1.大小及物理意義大小及物理意義2.方向方向Ea:右手定則右手定則 T:左手定則左手定則3. T,Ea同時(shí)存在（舉例）同時(shí)存在（舉例）4.穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài):2lTalaTTTTCITI大大問(wèn)題問(wèn)題:如何改變電磁轉(zhuǎn)如何改變電磁轉(zhuǎn)矩及感應(yīng)電勢(shì)的方向矩及感應(yīng)電勢(shì)的方向?TNSnEhxp2022-7-3直流電機(jī)383.6直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)一一 、運(yùn)行原理、運(yùn)行原理(他勵(lì)、并勵(lì)他勵(lì)、并勵(lì))發(fā)電機(jī)規(guī)定正方向發(fā)電機(jī)規(guī)定正方向:Ea Ia同向同向TNSn并勵(lì)并勵(lì)直流直流發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)：faIIIhxp2022-7-3直流

24、電機(jī)39二二 、基本關(guān)系、基本關(guān)系電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式:()aaafffffEUIRUIrrIRnCEea他勵(lì)他勵(lì)直流直流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)UIaEa+-nTT1T0IfRahxp2022-7-3直流電機(jī)40 轉(zhuǎn)矩平衡方程式：轉(zhuǎn)矩平衡方程式：01TTTtTC n直流發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為直流發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n,作用在電樞上的作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個(gè)：一個(gè)是原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩共有三個(gè)：一個(gè)是原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩矩T1 ；一個(gè)是；一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T；還有一個(gè)是電機(jī)的機(jī)械摩擦、風(fēng)；還有一個(gè)是電機(jī)的機(jī)械摩擦、風(fēng)阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)

25、矩，叫阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩，用，用T0表示表示,.空載轉(zhuǎn)空載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩矩是一個(gè)制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩,永遠(yuǎn)與轉(zhuǎn)永遠(yuǎn)與轉(zhuǎn) 速速n的方向相反的方向相反 UIaEa+-nTT1T0hxp2022-7-3直流電機(jī)41功率平衡方程式：功率平衡方程式：0011)(PPTTTPM電磁功率電磁功率PM:轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：aaaaaaaaMRIUIIRIUIETP2)(cuacuapPpUI2他勵(lì)cuacufcuafppPpIIU2)(并勵(lì)銅損耗銅損耗0Femppphxp2022-7-3直流電機(jī)42附加損耗為：附加損耗為：12FemscufcuaP Pppppp

26、pP2發(fā)電機(jī)的效率為：發(fā)電機(jī)的效率為：pPpPP2121P50,eg3.5spFemscufcuapppppphxp2022-7-3直流電機(jī)43UIaEa+-nTT1T0IfRaaaEUIR01TTT12FemcuascufPPppppp0phxp2022-7-3直流電機(jī)44三、直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性三、直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性（1） 負(fù)載特性負(fù)載特性(n=常數(shù)常數(shù),Ia=常數(shù)常數(shù)) U=f(If) 當(dāng)當(dāng)Ia=0時(shí)的特性時(shí)的特性U0=f(If)稱為發(fā)電機(jī)的稱為發(fā)電機(jī)的空載特性?？蛰d特性。主要物理量主要物理量:U,Ia,If,n; nc(在發(fā)電機(jī)中在發(fā)電機(jī)中)（2） 外特性外特性(n=常數(shù)常數(shù),If=

27、常數(shù)常數(shù)) U=f(Ia)(2Pf（3）調(diào)節(jié)特性）調(diào)節(jié)特性(n=常數(shù)常數(shù),U=常數(shù)常數(shù)) If=f(Ia)（4）效率曲線）效率曲線運(yùn)行特性運(yùn)行特性:研究?jī)烧咧g的關(guān)系研究?jī)烧咧g的關(guān)系UIaEa+-nTT1T0hxp2022-7-3直流電機(jī)45他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性(nc Ia=0)0eeUECnK與相似0()fUf IaaaRIEU0()()ffUf If Ihxp2022-7-3直流電機(jī)46hxp2022-7-3直流電機(jī)47他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)外特性他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)外特性(nc If= IfN)aaaUEIRaaeRInC理想空載電壓：理想空載電壓：Ia=0 U=Ea =

28、 U0電流增大時(shí)，端電壓下降電流增大時(shí)，端電壓下降()aUfIUIaEa+-nTT1T0IfRahxp2022-7-3直流電機(jī)48(1)電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從而使端電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從而使端電壓下降。電壓下降。 (2)負(fù)載增大時(shí)，電樞反映的去磁作用增強(qiáng)，使每極磁通負(fù)載增大時(shí)，電樞反映的去磁作用增強(qiáng)，使每極磁通量減小，從而使電樞電動(dòng)勢(shì)減小量減小，從而使電樞電動(dòng)勢(shì)減小并勵(lì)方式下，端電壓下降的更快一些：并勵(lì)方式下，端電壓下降的更快一些：負(fù)載增大時(shí)，電負(fù)載增大時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用增強(qiáng)，使每極磁通量減小，這樣不僅樞反應(yīng)的去磁作用增強(qiáng)，使每極磁通量減小，這樣不僅影響

29、了電樞電動(dòng)勢(shì)，使端電壓下降，同時(shí)端電壓的下降影響了電樞電動(dòng)勢(shì)，使端電壓下降，同時(shí)端電壓的下降進(jìn)一步也影響了勵(lì)磁電流使之減小，這樣一來(lái)，又使得進(jìn)一步也影響了勵(lì)磁電流使之減小，這樣一來(lái)，又使得的電樞電動(dòng)勢(shì)雙重減小，所以，并勵(lì)下降的更快一些。的電樞電動(dòng)勢(shì)雙重減小，所以，并勵(lì)下降的更快一些。hxp2022-7-3直流電機(jī)49他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的效率曲線：他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的效率曲線：不變損耗不變損耗：電機(jī)的鐵損耗和：電機(jī)的鐵損耗和機(jī)械損耗等與負(fù)載的大小機(jī)械損耗等與負(fù)載的大小無(wú)關(guān)，稱為不變損耗。無(wú)關(guān)，稱為不變損耗。可變損耗可變損耗：負(fù)載運(yùn)行時(shí)電樞：負(fù)載運(yùn)行時(shí)電樞繞組的銅損耗與電流平方繞組的銅損耗與電流平方成正比

30、，稱為可變損耗。成正比，稱為可變損耗。maxpPpPP2121hxp2022-7-3直流電機(jī)50并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)在自勵(lì)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的電壓在自勵(lì)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的電壓是否會(huì)無(wú)限制地增長(zhǎng)下去呢？是否會(huì)無(wú)限制地增長(zhǎng)下去呢？0()*ffffUf IURIhxp2022-7-3直流電機(jī)51并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件：并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件：1）電機(jī)必須有剩磁。電機(jī)必須有剩磁。 2）勵(lì)磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)方向必須正確配合，以使勵(lì)勵(lì)磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)方向必須正確配合，以使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與剩磁方向一致。磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與剩磁方向一致。3 3）勵(lì)磁回路的電阻應(yīng)小于與電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的臨界

31、電）勵(lì)磁回路的電阻應(yīng)小于與電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的臨界電阻。阻。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同時(shí)，空載特性也不同。因此，對(duì)應(yīng)于不發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同時(shí)，空載特性也不同。因此，對(duì)應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。 hxp2022-7-3直流電機(jī)523.7直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理一、一、直流電機(jī)的可逆原理直流電機(jī)的可逆原理UaEaIaIfT1Tn直流電動(dòng)機(jī)工作簡(jiǎn)介直流電動(dòng)機(jī)工作簡(jiǎn)介hxp2022-7-3直流電機(jī)53二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程UaEaIaIfUaTTLnTNSnEa原理圖原理圖電動(dòng)機(jī)慣例定電動(dòng)機(jī)慣例定正方向正方向Rahx

32、p2022-7-3直流電機(jī)54基本方程基本方程taTCIaeECnLTTTT)(02ffffRIrrIU)(aI：負(fù)載電流負(fù)載電流（穩(wěn)態(tài)時(shí)（穩(wěn)態(tài)時(shí) ）LTTUaEaIaIfUaTTLn()aaaaUEI RRhxp2022-7-3直流電機(jī)55功率平衡方程式：功率平衡方程式：0202)(pPTTTIEPaaM0F emspppp他勵(lì)他勵(lì) (并勵(lì)并勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率為：直流電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率為：fafaUIUIIIUUIP)(1cufcuaMfaaaafaaaaPPPUIRIIEUIIRIE2)(122cufcuaFemsPPpppppPphxp2022-7-3直流電機(jī)56三、

33、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性：三、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性：轉(zhuǎn)速特性：轉(zhuǎn)速特性：NUU fNfII0aRaIfn 0NaaaaNNNURRnInICeCeCeNaaae NaaUEI RCnI RIfN的定義的定義考慮電樞反應(yīng)的轉(zhuǎn)速特性考慮電樞反應(yīng)的轉(zhuǎn)速特性hxp2022-7-3直流電機(jī)572）轉(zhuǎn)矩特性）轉(zhuǎn)矩特性：3）效率特性：）效率特性：taTC I)(aIfT NUU fNfII NUU fNfII )(aIf)(aIfcuapppp022hxp2022-7-3直流電機(jī)583.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性一、機(jī)械特性：一、機(jī)械特性：n=f（T ）02()aaaeetU I RR

34、RRUnTnTCCCeCTLUaEa RaIaIfTRR:電樞回路附加電阻（可變）電樞回路附加電阻（可變）()aaaaUEIRRhxp2022-7-3直流電機(jī)59二二 、固有機(jī)械特性與特性曲線分析、固有機(jī)械特性與特性曲線分析NUU fNfII 0R2Nae Nt NURnTCCeC決定于電機(jī)本身性能，唯一的決定于電機(jī)本身性能，唯一的2NaNNe Nt NURnTCCeCNa Ne NNURICnTnn00TNnNhxp2022-7-3直流電機(jī)60固有機(jī)械特性特點(diǎn)：固有機(jī)械特性特點(diǎn)：理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速降：額定轉(zhuǎn)速降：NNCeUnnT0002,NNaNNNtNTTnnRnnnTC

35、e C起動(dòng)電流：起動(dòng)電流：0 ,0aNnEC en直接起動(dòng)電流很大，直接起動(dòng)電流很大，不能直接起動(dòng)不能直接起動(dòng)（eg3.9）NaNsaaaUEUIIRR2NaNNe Nt NURnTCCeChxp2022-7-3直流電機(jī)61三三 、人為機(jī)械特性（調(diào)速的需要）、人為機(jī)械特性（調(diào)速的需要）TCeCRRCUnTae21.電樞回路串電阻電樞回路串電阻2.降低電樞電壓降低電樞電壓3.減少氣隙磁通量減少氣隙磁通量Tn0hxp2022-7-3直流電機(jī)62四、四、 機(jī)械特性的繪制機(jī)械特性的繪制據(jù)產(chǎn)品目錄的數(shù)據(jù)可繪出固有特性據(jù)產(chǎn)品目錄的數(shù)據(jù)可繪出固有特性 n=f(T)為一直線，只要兩個(gè)點(diǎn)即可為一直線，只要兩個(gè)點(diǎn)

36、即可理想空載點(diǎn)：理想空載點(diǎn)：T=0,n=n0額定運(yùn)行點(diǎn)：額定運(yùn)行點(diǎn)：T=TN,n=nNTnn00TNnNhxp2022-7-3直流電機(jī)63計(jì)算計(jì)算n 0 TNNaNNaNNNNNnEnRIUCeCeUn0估算估算EaN=(0.930.97)UN伏安法實(shí)測(cè)伏安法實(shí)測(cè)RaNNNNnpTT95502NNNICeT55.9精確：精確：近似：近似：hxp2022-7-3直流電機(jī)643.10 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向(簡(jiǎn)簡(jiǎn))一一 、什么是換向、什么是換向hxp2022-7-3直流電機(jī)65二、換向元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二、換向元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1）電抗電動(dòng)勢(shì)）電抗電動(dòng)勢(shì) ： 換向元件中，在電流變化時(shí)，必然出現(xiàn)由自感與互感換向元件中，在電流變化時(shí)，必然出現(xiàn)由自感與互感作用所引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為電抗電動(dòng)作用所引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為電抗電動(dòng)勢(shì)。勢(shì)。redtdiLeeerMLrniKLearr30hxp2022-7-3直流電機(jī)66可見電機(jī)的負(fù)載越重可見電機(jī)的