第一章直流電機

1、 第 一 章 直 流 電 機1直流電機（直流電機（dc machines） 是將機械能轉(zhuǎn)換為直流電能或?qū)⒅绷麟娔苻D(zhuǎn)換為是將機械能轉(zhuǎn)換為直流電能或?qū)⒅绷麟娔苻D(zhuǎn)換為機械能的一種裝置。機械能的一種裝置。 把機械能轉(zhuǎn)換為電能的直流電機稱為把機械能轉(zhuǎn)換為電能的直流電機稱為直流發(fā)電直流發(fā)電機機(dc generators)，把電能轉(zhuǎn)換為機械能的直流電機，把電能轉(zhuǎn)換為機械能的直流電機稱為稱為直流電動機直流電動機(dc motor)。2旋轉(zhuǎn)電樞式的直流電機的簡單模型旋轉(zhuǎn)電樞式的直流電機的簡單模型電樞旋轉(zhuǎn)、磁極固定，帶有換向器和電刷電樞旋轉(zhuǎn)、磁極固定，帶有換向器和電刷磁極磁極定子定子電樞線圈電樞線圈轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)

2、旋轉(zhuǎn)換向片換向片靜止靜止電刷電刷通過換向片，電刷通過換向片，電刷1總總與位于與位于N極下的導(dǎo)體極下的導(dǎo)體相連，極性為正相連，極性為正電刷電刷2與位于與位于S極下的極下的導(dǎo)體相連，極性為負導(dǎo)體相連，極性為負1.1 1.1 直流電機的工作原理直流電機的工作原理31.1.1 直流電動機工作原理直流電動機工作原理 直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。4 把電刷把電刷A、B接到直流電接到直流電源上，電刷源上，電刷A接正極，電刷接正極，電刷B接負極。此時電樞線圈中將電接負極。此時電樞線圈中將電流流過。如右圖。流流過。如右圖。 在磁場作用下，在磁場作用下，N極

3、性下極性下導(dǎo)體導(dǎo)體ab受力方向從右向左，受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。受力方向從左向右。該對電磁力形成逆時針方向的該對電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩。當電磁轉(zhuǎn)矩大于阻。當電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。原原N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到S極極下，受力方向從左向右，下，受力方向從左向右，原原S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到N極下，極下，受力方向從右向左。該電受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼

4、續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 當電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時當電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時 實際的直流電動機的電樞并非單一線圈，在電樞實際的直流電動機的電樞并非單一線圈，在電樞圓周上均勻地嵌放許多線圈，相應(yīng)的換向器由許多片圓周上均勻地嵌放許多線圈，相應(yīng)的換向器由許多片組成，使產(chǎn)生總的電磁轉(zhuǎn)矩足夠大且比較均勻，電機組成，使產(chǎn)生總的電磁轉(zhuǎn)矩足夠大且比較均勻，電機轉(zhuǎn)速也比較均勻。磁極也并非一對。轉(zhuǎn)速也比較均勻。磁極也并非一對。51.1.2 直流發(fā)電機工作原理直流發(fā)電機工作原理 右圖為直流發(fā)電機的物右圖為直流發(fā)電機的物理模型，理模型，N、S為定子磁極，為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓是固定在可

5、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端電樞。線圈的首末端a、d連連接到兩個相互絕緣并可隨線接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。的電刷進行的。6 當原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆當原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時針旋轉(zhuǎn) 后后 ，如右圖。，如右圖。0180 可見，和電刷可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和極下，和電刷電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于接觸的導(dǎo)體總是位于

6、S極下，因此電刷極下，因此電刷A的極的極性總是正的，電刷性總是正的，電刷B的極性總是負的，在電刷的極性總是負的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。兩端可獲得直流電動勢。 導(dǎo)體導(dǎo)體ab在在S極下，極下，a點點低電位，低電位，b點高電位；導(dǎo)點高電位；導(dǎo)體體cd在在N極下，極下，c點低電位，點低電位，d點高電位；電刷點高電位；電刷A極性仍極性仍為正，電刷為正，電刷B極性仍為負。極性仍為負。7 實際直流發(fā)電機的電樞與直流電動機一樣是根據(jù)實際直流發(fā)電機的電樞與直流電動機一樣是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)

7、成電機的電樞同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替多對。極交替多對。電機理論的可逆原理：電機理論的可逆原理： 一臺直流電機既可以作為電動機運行，也可以一臺直流電機既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，由外界條件決定。作為發(fā)電機運行，由外界條件決定。81.2 1.2 直流電機的主要結(jié)構(gòu)和額定值直流電機的主要結(jié)構(gòu)和額定值 直流電機由兩大部分組成：直流電機由兩大部分組成：定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分或稱電樞）定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分或稱電樞） 1.2.1 直流電機的結(jié)構(gòu)直流電機的結(jié)構(gòu)9結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)細說細說 定子定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

8、子 （固定部分）（固定部分） （轉(zhuǎn)動部分）（轉(zhuǎn)動部分） 主磁極主磁極 換向極換向極 機座機座 端蓋端蓋 軸承軸承 電刷裝置電刷裝置產(chǎn)生磁場、電機的產(chǎn)生磁場、電機的機械支撐機械支撐 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器 軸軸 風扇風扇產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩，而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部分的部分 電樞電樞111）主磁極）主磁極 由主磁極鐵心和勵由主磁極鐵心和勵磁繞組組成，鐵心用磁繞組組成，鐵心用0.51.5mm的鋼板沖片疊的鋼板沖片疊成，有極身和極靴，外成，有極身和極靴，外套勵磁繞組。主磁極的套勵磁繞組。主磁極的作用是建立主磁場，它作用是建立主磁場，它總

9、是成對出現(xiàn)，總是成對出現(xiàn)，N、S極極交替排列。交替排列。1. 定子定子 定子由主磁極、換向極、電刷裝置、機座等組成。定子由主磁極、換向極、電刷裝置、機座等組成。主磁極與換向極示意圖主磁極與換向極示意圖122）換向極）換向極 主磁極與換向極示意圖主磁極與換向極示意圖131換向極鐵心換向極鐵心2換向極繞組換向極繞組換向極鐵心一般用整塊換向極鐵心一般用整塊鋼或鋼板板疊片加工而鋼或鋼板板疊片加工而成。成。換向極繞組與電樞繞組換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。串聯(lián)。作用作用：改善換向。：改善換向。換向極安放在相鄰兩換向極安放在相鄰兩主磁極之間。主磁極之間。 3）電刷裝置）電刷裝置 由電刷、刷握、由電刷、刷握、刷

10、桿、壓緊彈簧等刷桿、壓緊彈簧等組成，它的作用是組成，它的作用是聯(lián)接轉(zhuǎn)動和靜止之聯(lián)接轉(zhuǎn)動和靜止之間的電路。間的電路。4）機座）機座 作用是固定主磁作用是固定主磁極等部件，同時也極等部件，同時也是磁路的一部分。是磁路的一部分。 電刷裝置電刷裝置142. 轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子（電樞） 轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸等轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸等組成。組成。1）電樞鐵心）電樞鐵心 一般用一般用0.5mm涂過絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，涂過絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，作用是嵌放電樞繞組，同時它又是電機主磁路的作用是嵌放電樞繞組，同時它又是電機主磁路的一部分。一部分。 152）電樞繞組）電樞繞組

11、用絕緣的圓形或矩形截面用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成（又稱繞組元件），的導(dǎo)線繞成（又稱繞組元件），按一定規(guī)律聯(lián)接組成，每個元按一定規(guī)律聯(lián)接組成，每個元件兩個有效邊分別嵌放在電樞件兩個有效邊分別嵌放在電樞鐵心表面的槽內(nèi)，上下層以及鐵心表面的槽內(nèi)，上下層以及線圈與電樞鐵心間要妥善地絕線圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊。元件的兩緣，并用槽楔壓緊。元件的兩個出線端分別與兩個換向片相個出線端分別與兩個換向片相連。電樞繞組的作用是產(chǎn)生感連。電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，是實現(xiàn)應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。163 3）換向器）換向器 由許多相互絕緣的

12、換由許多相互絕緣的換向片組成，作用是將電樞向片組成，作用是將電樞繞組中的交流電整流成刷繞組中的交流電整流成刷間的直流電或?qū)⑺㈤g的直間的直流電或?qū)⑺㈤g的直流電逆變成電樞繞組中的流電逆變成電樞繞組中的交流電。交流電。4 4）轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)軸 起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。一般用圓鋼加工而成。 換向片和換向器換向片和換向器 171.2.2 1.2.2 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)直流電機的銘牌數(shù)據(jù)1.1.額定值額定值 是制造廠對各種電氣設(shè)備（本章指直流電機）是制造廠對各種電氣設(shè)備（本章指直流電機）在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些

13、量值。在額在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證各電氣設(shè)備定狀態(tài)下運行時，可以保證各電氣設(shè)備長期可靠地長期可靠地工作，并具有優(yōu)良的性能工作，并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用。額定值也是制造廠和用戶進行產(chǎn)品設(shè)計或試驗的依據(jù)。額定值通常標在各戶進行產(chǎn)品設(shè)計或試驗的依據(jù)。額定值通常標在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。182. 銘牌數(shù)據(jù)銘牌數(shù)據(jù) 193. 3. 電機電機主要的額定值主要的額定值 1）額定功率）額定功率PN 指電機按規(guī)定的工作方式運行時所能提供的指電機按規(guī)定的工作方式運行時所能提供的輸出輸出功率功率（kW）。）。 對對發(fā)電機發(fā)

14、電機是指出線端輸出的電功率它等于額定電是指出線端輸出的電功率它等于額定電壓和額定電流的乘積，即壓和額定電流的乘積，即PN=UNIN； 對對電動機電動機是指軸上輸出的機械功率，它等于額定是指軸上輸出的機械功率，它等于額定電壓、額定電流及額定效率的乘積，即電壓、額定電流及額定效率的乘積，即PN= UN NI IN Nh hN N。202）額定電壓）額定電壓UN 指電機長期安全運行時所能承受的電壓（指電機長期安全運行時所能承受的電壓（V）。）。3）額定電流）額定電流IN 指電機按規(guī)定的工作方式運行時，電樞繞組允指電機按規(guī)定的工作方式運行時，電樞繞組允許通過的電流（許通過的電流（A）。）。 3. 3.

15、 電機電機主要的額定值主要的額定值 214）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速nN 指電機在額定電壓、額定電流和額定功率情況指電機在額定電壓、額定電流和額定功率情況下運行的電機轉(zhuǎn)速（下運行的電機轉(zhuǎn)速（r/min）。）。 額定值是選擇電機的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)實際使用情額定值是選擇電機的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)實際使用情況，況，合理選擇電機容量，使電機工作在額定運行狀合理選擇電機容量，使電機工作在額定運行狀態(tài)態(tài)。 3. 3. 電機電機主要的額定值主要的額定值 224. 4. 國產(chǎn)國產(chǎn)電機主要系列電機主要系列 國產(chǎn)直流電機的系列產(chǎn)品代號采用大寫漢語拼國產(chǎn)直流電機的系列產(chǎn)品代號采用大寫漢語拼音字母表示，型號采用漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字

16、音字母表示，型號采用漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組合表示，例如：組合表示，例如：“Z2-72”表示直流電動機、第二表示直流電動機、第二次改進設(shè)計型，次改進設(shè)計型，“7”表示機座號，表示機座號，7后面的后面的2表示長表示長鐵心（鐵心（2號表示長鐵心，號表示長鐵心，1號表示短鐵心）。號表示短鐵心）。（1） Z2系列是普通中小型直流電機。系列是普通中小型直流電機。 （2） ZZJ系列是一種冶金起重輔助傳動直流電動系列是一種冶金起重輔助傳動直流電動機適用于軋鋼機、起重機、升降機、電鏟等。機適用于軋鋼機、起重機、升降機、電鏟等。 其他系列的直流電機型號、技術(shù)數(shù)據(jù)可從產(chǎn)品其他系列的直流電機型號、技術(shù)數(shù)據(jù)可從產(chǎn)

17、品目錄或相關(guān)的手冊中查到。目錄或相關(guān)的手冊中查到。23【例例1.11.1】 某直流電動機額定數(shù)據(jù)為：某直流電動機額定數(shù)據(jù)為：PN=12kW，額定電，額定電壓壓UN=220V，額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，額定效率，額定效率h hN=89.2%，求該電動機的額定電流，求該電動機的額定電流IN和輸入功率和輸入功率P1。 解：（解：（1）輸入功率）輸入功率 電動機的輸入功率為電動機的輸入功率為 （2）額定電流）額定電流 電動機的額定電流為電動機的額定電流為 AUPINNNN5 .61892. 022010123hkWPPNN45.13892. 0109531h24【例例1.21.2】

18、某直流發(fā)電機額定數(shù)據(jù)為：某直流發(fā)電機額定數(shù)據(jù)為：PN=95kW，額定電，額定電壓壓UN=230V，額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，額定效率，額定效率h hN=91.8%，求該發(fā)電機的額定電流，求該發(fā)電機的額定電流IN。 解：解： 額定電流額定電流 發(fā)電機的額定電流為發(fā)電機的額定電流為 AUPINNN04.4132301095325作業(yè) P41 1-3,1-4261.3 1.3 直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組 作用：電樞繞組作用：電樞繞組功率繞組功率繞組。當電樞繞組中流。當電樞繞組中流通電流時，電流和氣隙磁場相互作用將產(chǎn)生電磁通電流時，電流和氣隙磁場相互作用將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。當電

19、樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)時將感應(yīng)電勢。轉(zhuǎn)矩。當電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)時將感應(yīng)電勢。通過電樞繞組直流電機進行電功率和機械功率的通過電樞繞組直流電機進行電功率和機械功率的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。 特點：特點：直流繞組是閉合繞組直流繞組是閉合繞組。每個元件的兩端點。每個元件的兩端點分別連接在兩換向片上，每個換向片連接兩個元分別連接在兩換向片上，每個換向片連接兩個元件，各元件依一定規(guī)律依次連接，形成閉合回路件，各元件依一定規(guī)律依次連接，形成閉合回路。 直流電機電樞繞組的基本形式是單疊和單波。直流電機電樞繞組的基本形式是單疊和單波。 兩匝電樞繞組元件示意圖兩匝電樞繞組元件示意圖1.1.電樞繞組元件電樞繞組元件1.3.1 1.

20、3.1 元件與節(jié)距元件與節(jié)距元件元件：構(gòu)成繞組的線圈，分單匝和多匝兩種。：構(gòu)成繞組的線圈，分單匝和多匝兩種。元件的首末端元件的首末端：每一個元件均引出兩根線與換向片相：每一個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。連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。元件的有效邊（元件邊）元件的有效邊（元件邊）：能與磁：能與磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩或電動勢的邊，是場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩或電動勢的邊，是兩個嵌放在電樞槽中的邊。兩個嵌放在電樞槽中的邊。元件的端接部分元件的端接部分：元件的槽外部：元件的槽外部分，即元件有效邊以外的部分。分，即元件有效邊以外的部分。元件的上層邊元件的上層邊：嵌放在某槽的上：嵌

21、放在某槽的上層元件邊。用實線表示。層元件邊。用實線表示。元件的下層邊元件的下層邊：嵌放在某槽的：嵌放在某槽的下層元件邊。用虛線表示。下層元件邊。用虛線表示。元件邊元件邊首端首端末端末端端部端部繞組實物圖繞組實物圖每層有每層有3個圈邊個圈邊實槽實槽虛槽虛槽uZZuKS 元件數(shù)元件數(shù)S換向片數(shù)換向片數(shù)K虛槽概念虛槽概念：為了改善電機的性能，用更多的元件：為了改善電機的性能，用更多的元件組成電樞繞組。但電樞鐵心不能開太多的槽，采組成電樞繞組。但電樞鐵心不能開太多的槽，采用在每槽的上下層各放置若干元件邊（用在每槽的上下層各放置若干元件邊（u個邊）。個邊）。ZuKS實槽數(shù)實槽數(shù)Z和虛槽數(shù)和虛槽數(shù)Zu之間

22、的關(guān)系：之間的關(guān)系：以后分析以后分析u取取1。極距極距 ：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，一般用槽數(shù)表示。一般用槽數(shù)表示。pZ2疊繞組疊繞組：指：指串聯(lián)的兩個元件串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。波繞組波繞組：指把相隔約為一對極距的：指把相隔約為一對極距的同極性磁場同極性磁場下的相下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。波繞組示意圖波繞組示意圖疊繞組示意圖疊繞組示意圖2. 2. 節(jié)距節(jié)距 直流

23、電機中，各元件本身及元件之間在電樞表直流電機中，各元件本身及元件之間在電樞表面的幾何關(guān)系一般用元件的節(jié)距表示。面的幾何關(guān)系一般用元件的節(jié)距表示。電樞繞組的節(jié)距示意圖電樞繞組的節(jié)距示意圖（1）第一節(jié)距）第一節(jié)距y1 指同一元件的二個有效邊在電指同一元件的二個有效邊在電樞表面跨過的距離，用槽數(shù)表示。樞表面跨過的距離，用槽數(shù)表示。其表達式為：其表達式為：式中式中為把為把y1湊整的小于湊整的小于1的分數(shù)。的分數(shù)。當當=0，y1= 稱為整距元件；稱為整距元件；當當0稱為長距元件；稱為長距元件；當當0稱為短距元件。稱為短距元件。實際電機中實際電機中采用短距元件采用短距元件，可節(jié)省銅。，可節(jié)省銅。 整數(shù)pZ

24、y21y1y2yyc（2）第二節(jié)距）第二節(jié)距y2 指兩個相串聯(lián)的元件中第一個指兩個相串聯(lián)的元件中第一個元件的下層邊與第二個元件的上層元件的下層邊與第二個元件的上層邊所跨的距離，用槽數(shù)表示。邊所跨的距離，用槽數(shù)表示。 （3）合成節(jié)距）合成節(jié)距y 指直接串聯(lián)的兩個元件的對應(yīng)指直接串聯(lián)的兩個元件的對應(yīng)邊所跨的距離，用槽數(shù)表示。邊所跨的距離，用槽數(shù)表示。（4）換相器節(jié)距）換相器節(jié)距yk 指同一元件的兩個出線端所接指同一元件的兩個出線端所接的兩換相片之間所跨的距離，用換的兩換相片之間所跨的距離，用換相片數(shù)表示。相片數(shù)表示。yyky1y2yyc單疊繞組的單疊繞組的連接規(guī)律連接規(guī)律是：所有的相鄰元件依次是：

25、所有的相鄰元件依次串聯(lián)（即后一元件的首端與前一元件的尾端相串聯(lián)（即后一元件的首端與前一元件的尾端相連），同時每個元件的出線端依次連接到相鄰連），同時每個元件的出線端依次連接到相鄰的換向片上，最后形成一個閉合回路。的換向片上，最后形成一個閉合回路。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。單疊繞組的合成節(jié)距等于一個槽，換向節(jié)距等單疊繞組的合成節(jié)距等于一個槽，換向節(jié)距等于一個換向片。于一個換向片。y=yk=11.3.2 1.3.2 單疊繞組單疊繞組單疊繞組分析實例：單疊繞組分析實例：1. 數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)計算yyk1計算數(shù)據(jù)節(jié)距計算數(shù)據(jù)節(jié)距畫繞組展開圖畫繞組展開圖安放電刷和

26、磁極安放電刷和磁極實例：實例： p2， ZSK16第一節(jié)距：第一節(jié)距：441621pZy合成節(jié)距和合成節(jié)距和換相器節(jié)距：換相器節(jié)距：第二節(jié)距第二節(jié)距:y2= y1-y=4-1=312.單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖1.槽展開槽展開2.繞組放置繞組放置3.安放磁極電刷安放磁極電刷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+3.繞組放置繞組放置 元件元件1： 上元件邊在上元件邊在1槽，槽， 下元件邊放在相距下元件邊放在相距y1=4即即5槽槽下層。下層。 元件元件2： 上元件邊在上元件邊在2

27、槽，槽， 下元件邊放在相距下元件邊放在相距y1=4即即6槽槽下層。下層。以此類推以此類推某一瞬間某一瞬間電刷、磁極放置電刷、磁極放置磁極磁極：磁極寬度約：磁極寬度約0.7, ,均勻分布，均勻分布，N、S極交替極交替安排。安排。電刷：電刷：連接內(nèi)、外電路。為了在正負電刷間獲連接內(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，電得最大直流電勢以及產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，電刷放在被電刷短路的元件電勢為零的位置。刷放在被電刷短路的元件電勢為零的位置。 在磁極的幾何中心線上電勢為零。在磁極的幾何中心線上電勢為零。 電刷放置：電刷放置：電刷放置在使電刷的中心線與主磁電刷放置在使電刷的中心線

28、與主磁極軸線對準的換向片上。極軸線對準的換向片上。 元件連接順序表元件連接順序表繞電樞一周，繞電樞一周， 所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路?；芈贰＠@組電路圖：繞組電路圖：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元件組成一條支路。即單疊繞組的每個極下的元件組成一條支路。即單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機的極數(shù)。并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機的極數(shù)。 這是單疊繞組的重要特點之一。這是單疊繞組的重要特點之一。 單疊繞組的特點是相鄰元件單疊繞組的特點是相鄰元件(線圈線圈)相互疊壓相互疊壓,合成合成節(jié)距與換向節(jié)距均為節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即：，即：

29、 。1kyy單疊繞組的的特點：單疊繞組的的特點：1） 同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極，主磁極數(shù)數(shù)p與支路對數(shù)與支路對數(shù)a相同，同時還等于電刷對數(shù)相同，同時還等于電刷對數(shù)b，即，即a=p=b；2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。3）電樞電流等于各支路電流之和。）電樞電流等于各支路電流之和。直流電機繞組的歸納直流電機繞組的歸納 所有的直流電機的電樞繞組總是自成閉路所有的直流電機的電樞繞組總是自成閉路. 電樞繞組的支路數(shù)電樞繞組的

30、支路數(shù)（2a）永遠是成對出現(xiàn)，這永遠是成對出現(xiàn)，這是由于磁極數(shù)是由于磁極數(shù)( (2p) )是一個偶數(shù)是一個偶數(shù). 注：注：a支路對數(shù)支路對數(shù) p極對數(shù)極對數(shù) 為了得到最大的直流電勢，電刷總是與位于幾為了得到最大的直流電勢，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸。何中線上的導(dǎo)體相接觸。1.4 1.4 直流電機的磁場直流電機的磁場 直流電機的勵磁方式是指勵磁繞組獲得直流電機的勵磁方式是指勵磁繞組獲得勵磁電勵磁電流的方式流的方式。除永磁式微直流電機外，直流電機的磁。除永磁式微直流電機外，直流電機的磁場都是通過勵磁繞組通入電流激勵而建立的。場都是通過勵磁繞組通入電流激勵而建立的。 按勵磁方式不同可分為按

31、勵磁方式不同可分為他勵和自勵兩大類，自勵他勵和自勵兩大類，自勵方式又分并勵、串勵和復(fù)勵三種方式。方式又分并勵、串勵和復(fù)勵三種方式。1.4.1 1.4.1 直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式 1.1.他勵他勵：直流電機的勵磁電直流電機的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。流由其它直流電源單獨供給。如圖所示。如圖所示。aIIMUfUfIFaII 他勵直流電動機的電樞他勵直流電動機的電樞電流和負載電流相同，即：電流和負載電流相同，即：I 負載電流；負載電流；Ia電樞電流。電樞電流。2.2.并勵并勵：電機的勵磁繞組：電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿與電樞繞組并聯(lián)。且滿足足 。faIIIfIFIMUaI

32、3.3.串勵串勵：勵磁繞組與勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿電樞繞組串聯(lián)。滿足足 。IIIfaMIaIfIFU4.4.復(fù)勵復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機有并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。分為積復(fù)勵和差復(fù)勵。繞組并聯(lián)。分為積復(fù)勵和差復(fù)勵。2fIFMIaI1fIFU1.4.2 1.4.2 直流電機直流電機空載時的磁場空載時的磁場 直流電機空載是指電機對外無功率輸出、不帶直流電機空載是指電機對外無功率輸出、不帶負載空轉(zhuǎn)的一種狀態(tài)。負載空轉(zhuǎn)的一種狀態(tài)。 直流電機空載時，勵磁繞組內(nèi)有勵磁電流，電直流

33、電機空載時，勵磁繞組內(nèi)有勵磁電流，電動機電樞電流很小可忽略，而發(fā)電機電樞電流為零，動機電樞電流很小可忽略，而發(fā)電機電樞電流為零，這時電機的磁場由勵磁電流單獨建立?？蛰d磁場指的這時電機的磁場由勵磁電流單獨建立?？蛰d磁場指的就是就是主磁極勵磁磁動勢單獨產(chǎn)生的勵磁磁場主磁極勵磁磁動勢單獨產(chǎn)生的勵磁磁場，亦稱為，亦稱為主磁場。主磁場。 下圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖。下圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖。當勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為當勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過電流為，流過電流為 ，每極每極的勵磁磁動勢為：的勵磁磁動勢為：fNfIfffNIF 1. 主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 絕大部分磁通經(jīng)

34、主磁極、氣隙、電樞鐵心及定子磁軛閉絕大部分磁通經(jīng)主磁極、氣隙、電樞鐵心及定子磁軛閉合，這部分磁通合，這部分磁通同時鏈繞勵磁繞組和電樞繞組同時鏈繞勵磁繞組和電樞繞組，稱主磁通，記，稱主磁通，記作：作：F F0 0，主磁通參與機電能量轉(zhuǎn)換，能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁，主磁通參與機電能量轉(zhuǎn)換，能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，是工作磁通。轉(zhuǎn)矩，是工作磁通。 主磁通通過的磁路稱主磁路，主磁路中氣隙較小，故磁阻主磁通通過的磁路稱主磁路，主磁路中氣隙較小，故磁阻較小。較小。 有一小部分磁通不穿過電樞，僅與勵磁繞組自身鏈繞，稱漏有一小部分磁通不穿過電樞，僅與勵磁繞組自身鏈繞，稱漏磁通，記作：磁通，記作：F Fs s，

35、漏磁通不穿過電樞表面，不參加機電能量轉(zhuǎn)換，漏磁通不穿過電樞表面，不參加機電能量轉(zhuǎn)換，不是工作磁通。不是工作磁通。 漏磁通通過的磁路稱漏磁路，漏磁路中空氣隙較大，磁阻大。漏磁通通過的磁路稱漏磁路，漏磁路中空氣隙較大，磁阻大。 漏磁通比主磁通小得多，約占主磁通的漏磁通比主磁通小得多，約占主磁通的20%左右。左右。 為了經(jīng)濟、合理地利用材為了經(jīng)濟、合理地利用材料，一般直流電機額定運行時，料，一般直流電機額定運行時，額定磁通額定磁通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中A點點（膝部）膝部），即在磁化特性曲線即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。開始進入飽和區(qū)的位置。NFfNI0fF0fIfINfIA0NF0F2. 直

36、流電機的空載磁化曲線直流電機的空載磁化曲線 指電機主磁通指電機主磁通F F0 0與勵磁磁動勢與勵磁磁動勢Ff0的關(guān)系曲線，的關(guān)系曲線，即有即有F F0 0 （Ff0）。當勵磁繞組的匝數(shù)）。當勵磁繞組的匝數(shù)Nf一定時，改一定時，改變勵磁電流變勵磁電流If0就可改變磁動勢，磁化曲線也可用就可改變磁動勢，磁化曲線也可用F F0 0 （If0） 表示。表示。 電機的磁化曲線可通過電機的磁化曲線可通過試驗或電機磁路計算得到。試驗或電機磁路計算得到。 在電機的工程問題中，往往不關(guān)心氣隙中磁密的分布，而更加關(guān)心一個極距內(nèi)磁通的多少。 空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當忽略鐵空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣

37、隙上。當忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決磁材料的磁阻時，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。于氣隙的大小和形狀。 如右圖如右圖 (a) 所示所示幾何中性幾何中性線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，磁尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；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

38、度為零。3. 空載磁場氣隙磁通密度分布曲線空載磁場氣隙磁通密度分布曲線 空載時的氣隙磁通密度為空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖一平頂波，如下圖(b) 所示。所示。 空載時主磁極磁通的分空載時主磁極磁通的分布情況，如右圖布情況，如右圖(c) 所示。所示。xB（b）氣隙磁密分布）氣隙磁密分布1.4.3 直流電機負載時的磁場直流電機負載時的磁場 直流電機直流電機負載運行時，電樞電流負載運行時，電樞電流I Ia a不為零，不為零，氣隙中氣隙中的磁動勢由勵磁電流的磁動勢由勵磁電流I If產(chǎn)生產(chǎn)生的勵磁磁動勢的勵磁磁動勢F Ff和電樞電流和電樞電流I Ia a產(chǎn)生的電樞磁動勢產(chǎn)生的電樞磁動勢F Fa

39、 a共同建立共同建立。直直流電機工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞流電機工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主磁極磁動電流產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主磁極磁動勢的影響稱為勢的影響稱為 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 1. 直流電機的電樞反應(yīng)直流電機的電樞反應(yīng)電機模型電機模型 展開圖雖然能反應(yīng)電樞繞組聯(lián)接規(guī)律，也能說展開圖雖然能反應(yīng)電樞繞組聯(lián)接規(guī)律，也能說明電機內(nèi)部電磁關(guān)系，但畫展開圖太麻煩，在分析明電機內(nèi)部電磁關(guān)系，但畫展開圖太麻煩，在分析電機內(nèi)部電磁關(guān)系時，采用電機模型。電機內(nèi)部電磁關(guān)系時，采用電機模型。電機模型電機模型 無論電機有多少對磁極無論電機有多少對磁極都只用

40、都只用N、S一對磁極表示，一對磁極表示，不畫換相器，電刷放在幾何不畫換相器，電刷放在幾何中性線處，并與位于幾何中中性線處，并與位于幾何中性線處的元件接觸，一個圓性線處的元件接觸，一個圓圈代表一個元件，只畫單層。圈代表一個元件，只畫單層。 2. 2. 直流電機的電樞磁場直流電機的電樞磁場 右圖為一臺電刷放在幾何中右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機的電樞磁場性線的兩極直流電機的電樞磁場分布情況。分布情況。 假設(shè)勵磁電流為零，只有假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為布情況，電樞磁動勢

41、為交軸磁交軸磁動勢動勢。aF一個繞組元件的磁動勢一個繞組元件的磁動勢結(jié)論：一個整距元件所產(chǎn)生的電樞磁動勢在空間的結(jié)論：一個整距元件所產(chǎn)生的電樞磁動勢在空間的分別為一個以兩倍極距為周期，幅值為的矩形波。分別為一個以兩倍極距為周期，幅值為的矩形波。 圖中電樞繞組假設(shè)只有一個整距元件，其軸線與磁極軸圖中電樞繞組假設(shè)只有一個整距元件，其軸線與磁極軸線相垂直。元件的磁動勢為線相垂直。元件的磁動勢為iaNc,。忽略鐵磁材料的磁阻，并。忽略鐵磁材料的磁阻，并認為電機的氣隙是均勻的，則每個氣隙所消耗的磁動勢為認為電機的氣隙是均勻的，則每個氣隙所消耗的磁動勢為iaNc/2。 取磁感應(yīng)線取磁感應(yīng)線自電樞出來，進自

42、電樞出來，進入定子的磁動勢入定子的磁動勢為正，反之為負。為正，反之為負。分布況見分布況見(b)圖。圖。 直流電機的電樞磁勢直流電機的電樞磁勢是幅值固定的空間分是幅值固定的空間分布波，只是空間的函布波，只是空間的函數(shù)數(shù) 交流電機的電樞磁勢交流電機的電樞磁勢是幅值隨時間按正弦是幅值隨時間按正弦規(guī)律脈動的空間分布規(guī)律脈動的空間分布波波 如沿電樞分布的線圈如沿電樞分布的線圈無限增多，則級形波無限增多，則級形波將趨近于將趨近于三角形波三角形波 直流電機電樞繞組磁勢波形 如果在如果在x處電樞磁動勢處電樞磁動勢 用用 表示，則在氣隙表示，則在氣隙x出出的電樞磁場磁通密度為：的電樞磁場磁通密度為：axF 由于

43、主磁極下氣隙長由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得極之間，氣隙長度增加得很快，致使很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型的馬鞍型，如圖中，如圖中 所所示。示。axBaxBaxFaxaxFB03. 負載時氣隙合成磁場負載時氣隙合成磁場交軸直軸電樞磁勢位置取決于電刷電樞磁勢位置取決于電刷位置，位置，電刷位于交軸電刷位于交軸，電，電樞磁勢軸線也在交軸，為樞磁勢軸線也在交軸，為交軸電樞反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)。極尖處磁密最大極尖處磁密最大且由于其飽和程度的提且由于其飽和程度的提高，飽和影響使高峰略高，飽和影響使高

44、峰略有下降，即極面下的總有下降，即極面下的總磁通略減小，呈先去磁磁通略減小，呈先去磁作用作用交軸直軸交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)對氣隙磁場對氣隙磁場的影響的影響：1. 使氣隙磁場發(fā)生畸變使氣隙磁場發(fā)生畸變2. 使物理中心線偏移幾使物理中心線偏移幾何中心線一個角度何中心線一個角度（對發(fā)電機：順著旋（對發(fā)電機：順著旋轉(zhuǎn)方向）轉(zhuǎn)方向）3. 磁路未飽和時，每極磁路未飽和時，每極磁通磁通F F不變不變4. 如考慮磁路飽和的影如考慮磁路飽和的影響，則交軸電樞反應(yīng)響，則交軸電樞反應(yīng)有去磁作用，使有去磁作用，使直流直流電機功率轉(zhuǎn)換能力略電機功率轉(zhuǎn)換能力略有下降有下降。 當電刷在幾當電刷在幾何中性線上時，何中性線上

45、時，將主磁場分布和將主磁場分布和電樞磁場分布疊電樞磁場分布疊加，可得到負載加，可得到負載后電機的磁場分后電機的磁場分布情況，如圖所布情況，如圖所示。示。由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點： 2)、對主磁場起去磁作用、對主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變、使氣隙磁場發(fā)生畸變 空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線

46、 角，磁通密度的曲線與空載時不同。角，磁通密度的曲線與空載時不同。 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常運行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加運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，增加的磁通少些，使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線因此負載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)交軸去磁性質(zhì)。1.5.1 1.5.1 直

47、流電機直流電機電樞繞組電樞繞組的感應(yīng)電動勢的感應(yīng)電動勢1.5 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 電樞感應(yīng)電動勢是指從一對正負電刷之間電樞感應(yīng)電動勢是指從一對正負電刷之間引出的電動勢，也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路引出的電動勢，也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢，記作的感應(yīng)電動勢，記作Ea。 電樞周長電樞周長lvBeavav由于：由于：lBavFpnv260則：則：nppnlleavFF602260 若取一個極下氣隙磁通密若取一個極下氣隙磁通密度的平均值為度的平均值為Bav ，在一根電，在一根電樞導(dǎo)體在一個極距范圍內(nèi)切割樞導(dǎo)體在一個極距范圍內(nèi)切割氣隙磁場產(chǎn)生的電動勢的平均氣隙磁場產(chǎn)生的電動勢的平均

48、值為：值為：69 設(shè)電樞繞組設(shè)電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)總的導(dǎo)體數(shù)為為N，N=2SNc，Nc為為每個元件的匝數(shù)每個元件的匝數(shù)。則每一條并聯(lián)支路總的則每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為數(shù)為N/2a，因此電樞繞組的感應(yīng)電動勢為：，因此電樞繞組的感應(yīng)電動勢為：nCnapNnpaNeaNEeavaFFF6060222式中：式中：apNCe60電動勢常數(shù)（電動勢常數(shù)（電機的結(jié)電機的結(jié) 構(gòu)常數(shù)）構(gòu)常數(shù)）結(jié)論：結(jié)論：直流電機的感應(yīng)電動勢與電機結(jié)構(gòu)、氣隙磁直流電機的感應(yīng)電動勢與電機結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。通及轉(zhuǎn)速有關(guān)?！纠?.3】 已知某已知某4極直流發(fā)電機的極直流發(fā)電機的PN=10kW，nN=2800r/mi

49、n，電機電樞繞組采用單疊繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)，電機電樞繞組采用單疊繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=380。當發(fā)電機發(fā)出的電動勢。當發(fā)電機發(fā)出的電動勢E Ea=250V時，每極氣隙磁通時，每極氣隙磁通F F是多少是多少？解：解： 極對數(shù)為極對數(shù)為 p=2，支路對數(shù)，支路對數(shù) a=2 電動勢常數(shù)為電動勢常數(shù)為 則：則： 33. 6260380260apNCeWbnCEea014. 0280033. 6250F1.5.2 電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩 電磁轉(zhuǎn)矩是指電樞上所有載流導(dǎo)體在磁場中受電磁轉(zhuǎn)矩是指電樞上所有載流導(dǎo)體在磁場中受力所形成的轉(zhuǎn)矩的總和。力所形成的轉(zhuǎn)矩的總和。 設(shè)設(shè)D為電樞直徑，為電樞直徑，N為電樞總導(dǎo)體數(shù)

50、，為電樞總導(dǎo)體數(shù)，fav每根導(dǎo)每根導(dǎo)體平均所受的力，則電磁轉(zhuǎn)矩為體平均所受的力，則電磁轉(zhuǎn)矩為即有即有 式中式中 稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，它稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，它與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)。與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)。aTaaaavavICIapNNpaIllNDliBNDfTFFF222222aTICTFapNCT2分析分析 TF F Ia，改變，改變F F或或Ia的大小，可使的大小，可使T大小發(fā)生大小發(fā)生變化，當磁通變化，當磁通F F單位為單位為Wb，電樞電流，電樞電流Ia單位為單位為A，則，則電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T單位為單位為Nm； T方向取決于方向取決于F F和和Ia的方向，改變的方向，改變F F的方向（即的方向（即改

51、變勵磁電流改變勵磁電流If的方向），就可改變的方向），就可改變T的方向。的方向。 aTICTF兩常數(shù)間的關(guān)系兩常數(shù)間的關(guān)系 電勢常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系式電勢常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系式:所以有所以有 CT= 9.55Ce 55. 9260602apNapNCCeT【例例1.4】 已知某已知某4極直流電動機的極直流電動機的PN=100kW，UN=330V，nN=720r/min，h hN=91.5%，單疊繞組，導(dǎo)體數(shù)，單疊繞組，導(dǎo)體數(shù)N=186，額定運行時每極氣隙磁通，額定運行時每極氣隙磁通F FN=6.9810-2Wb。求額。求額定電磁轉(zhuǎn)矩。定電磁轉(zhuǎn)矩。 解：解： 極對數(shù)為極對數(shù)為 p=2，支

52、路對數(shù)，支路對數(shù) a=2 6 .292218622apNCTAUPINNNN331915. 0330101003hmNICTNNTNF9 .6833311098. 66 .2921.6 1.6 直流電動機直流電動機 直流電動機是將輸入的直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能直流電動機是將輸入的直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的電氣設(shè)備，即有：的電氣設(shè)備，即有： 直流電能直流電能機械能。機械能。 如圖按電動機慣例規(guī)定各物理量的參考方向如圖按電動機慣例規(guī)定各物理量的參考方向1.6.1 直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本關(guān)系式直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本關(guān)系式1.1.電壓平衡方程式電壓平衡方程式 他他勵時有：勵時有：I I= =I Ia a；

53、 并并勵時有：勵時有：I I= =I Ia a+ +I If f 電樞電樞回路電壓方程式回路電壓方程式為：為： U U= =E Ea a+ +I Ia aR Ra a其中反電動勢其中反電動勢E Ea a= =C Ce en n，若若為并勵時，還存在為并勵時，還存在U U = =I If f（r rf f+ +R Rf fadad）= =I If fR Rf f由于由于R Ra a很小，電樞回路上電阻壓降很小，很小，電樞回路上電阻壓降很小，電源電壓大電源電壓大部分部分降落在反電動勢降落在反電動勢E Ea a上。上。2.2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式電動機空載時，軸上輸出轉(zhuǎn)矩電動機空載時，軸上輸

54、出轉(zhuǎn)矩T2=0，則有：，則有：T=T0當負載轉(zhuǎn)矩為當負載轉(zhuǎn)矩為TL，軸上輸出有，軸上輸出有T2=TL，電動機勻速穩(wěn)，電動機勻速穩(wěn)定運行時有：定運行時有：T=T2+T0 其中電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩，可用公式其中電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩，可用公式T=CTIa計算，（計算，（T2+T0）為總的阻轉(zhuǎn)矩，方向與）為總的阻轉(zhuǎn)矩，方向與T相反。相反。3.3.功率平衡方程式功率平衡方程式 他勵直流電動機輸入功率為：他勵直流電動機輸入功率為：P1=UI=UIa=（Ea+IaRa）Ia=EaIa+Ia2RaP1=PM+pCua 式中功率式中功率PM的功率性質(zhì)為的功率性質(zhì)為電磁功率電磁功率，pCua=Ia2Ra為電為

55、電樞回路上的銅耗。樞回路上的銅耗。 3.3.功率平衡方程式功率平衡方程式 并勵直流電動機輸入功率為并勵直流電動機輸入功率為P1=UI=U（Ia+If）=UIa+UIf =（Ea+IaRa）Ia+UIf =EaIa+Ia2Ra+If2RfP1=PM+pCua+pCuf 式中式中pCuf =If2Rf為勵磁回路上的銅耗。為勵磁回路上的銅耗。 在轉(zhuǎn)矩平衡方程式在轉(zhuǎn)矩平衡方程式T=T2+T0兩邊同乘以角速度兩邊同乘以角速度可得可得T=T2+T0，則有，則有PM=P2+p0 也可表示為也可表示為P2=PM-p0式中式中P2為機械功率，空載損耗為：為機械功率，空載損耗為：p0=pFe+pmec+ps他勵直

56、流電動機功率流程圖他勵直流電動機功率流程圖PMpPppppPPsmecFeCua221PM并勵直流電動機功率流程圖并勵直流電動機功率流程圖pPpppppPPsmecFeCuaCuf221電磁功率與機械功率的關(guān)系電磁功率與機械功率的關(guān)系84FFFFTICIapNIapNnICIEaTaaaeaa226060結(jié)論：結(jié)論：電磁功率就是電動機轉(zhuǎn)換出來的總機電磁功率就是電動機轉(zhuǎn)換出來的總機械功率械功率【例1.5】 已知一臺永磁直流電動機的電樞電阻已知一臺永磁直流電動機的電樞電阻Ra=1.03當在當在50V直流電源供電下空載運行時，電機轉(zhuǎn)速為直流電源供電下空載運行時，電機轉(zhuǎn)速為2100r/min，吸收電流

57、是，吸收電流是1.25A。試計算：試計算：（1）轉(zhuǎn)矩常數(shù)）轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT（CT= CTF F）；）；（2）電動機的空載損耗）電動機的空載損耗p0；（3）當轉(zhuǎn)速為）當轉(zhuǎn)速為1700r/min以及電源電壓為以及電源電壓為48V時，時，電動機的輸出功率電動機的輸出功率P2。解：解：（1）求轉(zhuǎn)矩常數(shù)）求轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT感應(yīng)電動勢為感應(yīng)電動勢為轉(zhuǎn)矩常數(shù)為轉(zhuǎn)矩常數(shù)為 （2）求空載損耗）求空載損耗空載損耗為空載損耗為VRIUEaaa7 .4803. 125. 150rVnECaTmin/221. 00232. 055. 921007 .4855. 955. 9WIEpaa6125. 17 .480【例1.5】（3

58、）求輸出功率）求輸出功率在轉(zhuǎn)速為在轉(zhuǎn)速為1700r/min時，感應(yīng)電動勢為時，感應(yīng)電動勢為電樞電流為電樞電流為電磁功率為電磁功率為輸出功率為輸出功率為VnCEea44.3917000232. 0AREUIaaa31. 803. 144.3948WIEPaaM32831. 844.39WpPPM2676132802【例1.5】1.6.2 1.6.2 他勵（并勵）直流電動機他勵（并勵）直流電動機的工作特性的工作特性 直流電動機工作特性是指在直流電動機工作特性是指在U=UN，If=IfN，電，電樞回路不外串電阻的條件下，轉(zhuǎn)速樞回路不外串電阻的條件下，轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩T、效率、效率h h與輸出功率與

59、輸出功率P2之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。實際運行中，電實際運行中，電樞電流樞電流Ia是隨是隨P2增大而增大，又便于測量，故也可增大而增大，又便于測量，故也可把把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩T、效率、效率h h與電樞電流與電樞電流Ia之間的關(guān)系曲之間的關(guān)系曲線稱為工作特性線稱為工作特性。 1. 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性NUU 定義：當定義：當 、 時，時，fNII )(aIfn 由方程式可得由方程式可得aeaeNICRCUnFFn，T，hIa(P2)0n=f(Ia)h=f(Ia)T=f(Ia)圖136 他勵(并勵)直流電動機工作特性他勵（并勵）直流電動機的工作特性他勵（并勵）直流電動機的工作特性 若忽略電

60、樞反應(yīng)，若忽略電樞反應(yīng)，電樞電阻又較小，電樞電阻又較小，轉(zhuǎn)速特性是一條略轉(zhuǎn)速特性是一條略微向下傾斜的直線微向下傾斜的直線（實線所示）；考（實線所示）；考慮電樞反應(yīng)的去磁慮電樞反應(yīng)的去磁作用如虛線所示。作用如虛線所示。2. 轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性NUU 定義：當定義：當 、 時，時，fNII 忽略電樞反應(yīng)，轉(zhuǎn)忽略電樞反應(yīng)，轉(zhuǎn)矩特性是一條過原矩特性是一條過原點的直線（實線所點的直線（實線所示）。考慮電樞反示）?？紤]電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)矩特性如圖虛線所矩特性如圖虛線所示。示。)(aIfT 轉(zhuǎn)矩表達式轉(zhuǎn)矩表達式aNTICTFn，T，hIa(P2)0n=f(Ia)h=f(Ia)T=f(Ia)