直流電機(jī)主題知識講座

電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

直流電機(jī)主題知識講座第1頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)主題知識講座第2頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能或?qū)⒅绷麟娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種裝置。分為直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)。1.了解直流電機(jī)主要結(jié)構(gòu)，注意換向器和電刷的作用；2.熟悉直流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)基本工作原理，熟悉電樞反應(yīng)，理解感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩這兩個機(jī)電能量轉(zhuǎn)換要素的物理意義，掌握其求解方法；3.掌握直流電機(jī)的運行原理，電勢、轉(zhuǎn)矩平衡方程式，以及不同勵磁方式的直流電機(jī)的工作特性；4.了解直流電機(jī)的換向。重點：直流電機(jī)的基本平衡方程式和工作特性。難點：電樞反應(yīng)。直流電機(jī)主題知識講座第3頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)用途直流電機(jī)基本原理直流電機(jī)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第4頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組直流電機(jī)用途電機(jī)是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換電磁機(jī)械設(shè)備：電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向機(jī)械信號電信號控制信號機(jī)械信號機(jī)械能電能機(jī)械能電能√√伺服測速直流電機(jī)主題知識講座第5頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組直流電機(jī)優(yōu)點和缺點優(yōu)點：

l）調(diào)速范圍寬（可穩(wěn)定運行速度范圍大）；2）轉(zhuǎn)矩大；3）控制方法簡單，控制裝置可靠性高。缺點：

有換向器。費工費料，造價貴，運行時換向器需要經(jīng)常維修，壽命較短（350～400h），換向條件又使直流電機(jī)容量受到限制。特殊點：用直流電源。應(yīng)用：1高精度位置伺服系統(tǒng)；2大轉(zhuǎn)矩設(shè)備，如軋鋼機(jī)、電氣鐵道牽引機(jī)、起重機(jī)械等；3高精度速度控制系統(tǒng)；4航天器及其它只有直流電源場所。直流與交流發(fā)展：直流控制性能影響交流，交流電磁方式影響直流電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第6頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組2.直流電機(jī)基本原理直流發(fā)電機(jī)電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第7頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組直流電動機(jī)電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第8頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組直流電機(jī)可逆原理直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)是完全相同，每一臺電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運行，也可作為電動機(jī)運行電機(jī)實際運行方式由外施條件決定，如在電機(jī)軸上外施機(jī)械功率使電樞轉(zhuǎn)動，經(jīng)過電機(jī)能夠把機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率，作為發(fā)電機(jī)運行；假如在電樞線圈中外施電功率，產(chǎn)生線圈電流，經(jīng)過電機(jī)能夠把電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率，作為電動機(jī)運行。

電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第9頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組3.直流電機(jī)結(jié)構(gòu)電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第10頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組靜止部分（稱為定子）產(chǎn)生磁場和組成磁路,電機(jī)機(jī)械支撐旋轉(zhuǎn)部分（稱為轉(zhuǎn)子）感應(yīng)電勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換定子和轉(zhuǎn)子之間間隙（稱為空氣隙）氣隙既確保了電機(jī)安全運行，又是磁路主要組成部分電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第11頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組定子電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第12頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組轉(zhuǎn)子電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第13頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組制造電機(jī)所用主要材料導(dǎo)電材料用于繞組、換向器和電刷絕緣材料電流極難經(jīng)過材料稱為絕緣材料，又叫電介質(zhì)。將帶電部分與鐵心、機(jī)座等接地部件以及電位不一樣帶電部分在電氣上分離，使電流按一定方向流動導(dǎo)磁材料制造電機(jī)和變壓器中磁系統(tǒng)各個部件，如鐵心、機(jī)座等

電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第14頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)例：“Z2-72”表示直流電動機(jī)、第二次改進(jìn)設(shè)計型，“7”表示機(jī)座號，7后面2表示長鐵芯（2號表示長鐵芯，1號表示短鐵芯）。國產(chǎn)直流電機(jī)主要系列說明以下：1）Z2系列是普通中小型直流電機(jī)2）ZZJ系列是一個冶金起重輔助傳動直流電動機(jī)，適合用于軋鋼機(jī)、起重機(jī)、升降機(jī)、電鏟等。該系列電動機(jī)傳動慣量低、過載能力大，速度反應(yīng)快。因而能經(jīng)受快速而頻繁起動、制動與反轉(zhuǎn)；…，…額定運行：電機(jī)各物理量在額定值時運行。欠載運行：電機(jī)電流小于額定電流時運行。電機(jī)長久欠載，效率不高，造成浪費；過載運行：電機(jī)電流大于額定電流時運行。長久過載，使電機(jī)過熱，降低使用壽命甚至損壞電機(jī)。銘牌數(shù)據(jù)中額定值是選擇電機(jī)依據(jù)。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電動機(jī)型號Z2－72產(chǎn)品編號7001結(jié)構(gòu)類型____勵磁方式他勵功率22kW勵磁電壓220V電壓220V工作方式連續(xù)電流116.3A絕緣等級B級轉(zhuǎn)速1500r/min重量__kg標(biāo)準(zhǔn)編號JB1104-68出廠日期____直流電機(jī)主題知識講座第15頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和要求設(shè)計和試驗所得一組反應(yīng)電機(jī)性能主要數(shù)據(jù)，稱為電機(jī)額定值電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向額定條件下電機(jī)所能提供功率指電刷間輸出額定電功率發(fā)電機(jī)指軸上輸出機(jī)械功率電動機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)出線端平均電壓在額定電壓下，運行于額定功率時對應(yīng)電流在額定電壓、額定電流下運行于額定功率時對應(yīng)轉(zhuǎn)速直流電機(jī)主題知識講座第16頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向?qū)?yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時勵磁電流指直流電機(jī)勵磁線圈與電樞線圈連接方式勵磁方式直流電機(jī)主題知識講座第17頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向空載磁場（主極磁場）電樞磁場負(fù)載磁場勵磁方式直流電機(jī)主題知識講座第18頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組空載磁場直流電機(jī)空載是指電機(jī)對外無功率輸出、不帶負(fù)載空轉(zhuǎn)一個狀態(tài)。直流電機(jī)空載時，勵磁繞組內(nèi)有勵磁電流，電動機(jī)電樞電流很小可忽略而發(fā)電機(jī)電樞電流為零，這時電機(jī)磁場由勵磁電流單獨建立。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第19頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向磁力線由N極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁路磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁路直流電機(jī)中，主磁通是主要，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通20%。直流電機(jī)主題知識講座第20頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電機(jī)磁化曲線（電機(jī)主磁通與勵磁磁勢關(guān)系曲線）

為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，普通直流電機(jī)額定運行時，額定磁通設(shè)定在圖中A點，即在磁化特征曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)位置?？蛰d時氣隙磁密分布假設(shè)電樞表面是光滑，即有Bδ∝1/δ。主磁極下氣隙小，而且均勻，氣隙磁密分布均勻；在主磁極極靴尖，氣隙增大，磁阻增大，磁密下降；在極靴尖外，氣隙快速增大，氣隙磁密急劇下降，在相鄰兩極空間分界限上，磁密降為零。稱為平頂波，也可稱之為鐘形曲線。

電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第21頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電樞磁場定義：直流電機(jī)帶有負(fù)載時，電樞繞組中有電流經(jīng)過，電樞繞組電流也會產(chǎn)生磁場，稱為電樞磁場

右圖為一臺電刷放在幾何中性線兩極直流電機(jī)電樞磁場分布情況。

假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生氣隙磁場在空間分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。沿中心線展開才能計算。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第22頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組計算方法直流電機(jī)電樞磁勢是幅值固定空間分布波，只是空間函數(shù)交流電機(jī)電樞磁勢是幅值隨時間按正弦規(guī)律脈動空間分布波如沿電樞分布線圈無限增多，則級形波將趨近于三角形波電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向SN直流電機(jī)主題知識講座第23頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電刷位置對電樞磁勢影響電樞磁勢幅值位置恰在導(dǎo)體中電流改變方向處，亦即在導(dǎo)體經(jīng)過電刷處。如電刷和位于交軸導(dǎo)體相接觸，則電樞磁勢軸線也在交軸；如電刷移動，則電樞磁勢軸線也就跟著移動。直流電機(jī)電樞磁勢軸線水遠(yuǎn)位于導(dǎo)體中電流改變方向處（電刷位置），且在空間是靜止不動。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第24頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組任意點電樞磁勢計算條件：設(shè)電樞繞組導(dǎo)體數(shù)為W，極數(shù)為2p，則一個極距內(nèi)導(dǎo)體數(shù)為W／2p。電刷電流為Ia，并聯(lián)支路數(shù)為2a，則流過每一導(dǎo)體電流為Ia／2a線負(fù)載A：沿著電樞圓周每單位長度內(nèi)電流安培數(shù)任意點電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第25頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組負(fù)載磁場交軸電樞反應(yīng)：電刷位于交軸，電樞磁勢軸線也在交軸對氣隙磁場影響：使氣隙磁場發(fā)生畸變使物理中心線偏移幾何中心線一個角度（對發(fā)電機(jī)：順著旋轉(zhuǎn)方向）磁路未飽和時，每極磁通不變?nèi)缈紤]磁路飽和影響，則交軸電樞反應(yīng)有去磁作用電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向交軸直軸直流電機(jī)主題知識講座第26頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組直電樞反應(yīng)（了解）電刷順著發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向或逆著電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向移過一個角度β。在角度2β范圍內(nèi)導(dǎo)體所產(chǎn)生磁勢固定作用在直軸，稱為直軸電樞反應(yīng)，其方向與主磁極極性相反，使主磁通減弱，展現(xiàn)去磁作用。將使電樞電勢減小電刷逆著發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向或順著電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向移過一個角度β。

在角度2β范圍內(nèi)導(dǎo)體所產(chǎn)生磁勢固定作用在直軸，其方向與主磁極極性相同，呈磁化作用。將加劇換向困難角度2β范圍以外導(dǎo)體所產(chǎn)生磁勢作用在交軸，為交軸電樞反應(yīng)。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第27頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組4.勵磁方式電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向a)他勵；b)并勵；c)串勵；d）復(fù)勵直流電機(jī)主題知識講座第28頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向主要概念單疊繞組單波繞組單疊繞組和單波繞組差異直流電機(jī)主題知識講座第29頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組主要概念電樞繞組作用：電樞繞組——功率繞組。當(dāng)電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)時將感應(yīng)電勢，當(dāng)電樞繞組中流通電流時，電流和氣隙磁場相互作用將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。經(jīng)過電樞繞組直流電機(jī)進(jìn)行電功率和機(jī)械功率轉(zhuǎn)換。電樞繞組特點：直流繞組是閉合繞組。每個元件兩端點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。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第30頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組雙層繞組線圈兩邊都在電樞鐵芯表面槽中：兩邊都能切割磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。兩邊電勢相加：線圈兩邊必須處于不一樣極性極面下，線圈跨距約等于一個極距。線圈對稱排列：當(dāng)一線圈一個邊在某槽中占有上層位置時，則該線圈另一邊必須放在另一槽下層。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第31頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組虛槽概念在大型電機(jī)中、每層可能有N個并列圈邊為了改進(jìn)電機(jī)性能，用更多元件組成電樞繞組。但電樞鐵心不能開太多槽，采取在每槽上下層各放置若干元件邊。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向每層有3個圈邊實槽虛槽每一元件有兩個圈邊，每一換向片上接有兩個圈邊，每一虛槽內(nèi)放置有兩個圈邊，元件數(shù)S等于換向片數(shù)K，也等于虛槽數(shù)每線圈有Nc匝，則總導(dǎo)體數(shù)N直流電機(jī)主題知識講座第32頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組直流繞組節(jié)距第一節(jié)距y1

元件寬度，虛槽數(shù)，兩個圈邊之間距離第二節(jié)距y2

聯(lián)至同一換向片兩個圈邊之間距離合成節(jié)距y

緊相串聯(lián)兩個元件對應(yīng)圈邊在電樞表面跨距換向器節(jié)距yk

每一線圈兩端所連接換向片之間在換向器表面跨距，用換向片數(shù)表示電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第33頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組2.單疊繞組概念：每個元件出線端依次連在相鄰換向片上，后一個繞組元件相對前一個繞組元件僅移過一個槽。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向右行左行直流電機(jī)主題知識講座第34頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組例：繞組20虛槽，四極，雙層由右手定則判電流方向；電樞幾何中心線上元件邊感應(yīng)電勢為0；為取得對稱繞組，元件連接換向片分界限與元件軸線重合；電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第35頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組例：繞組20虛槽，四極，雙層電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向電刷被電刷短路，處于換向狀態(tài)并聯(lián)支路數(shù)2a=2pN極S極S極N極直流電機(jī)主題知識講座第36頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電刷放置法使電刷間導(dǎo)出電勢有最大值使與電勢為零元件所連接換向片相連接當(dāng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)至交軸時，感應(yīng)電勢為零，電刷應(yīng)與處于交軸位置導(dǎo)體相連如導(dǎo)體對稱，則磁極幾何中心線處為電刷位置換向繞組繞組軸線、磁極軸線和電刷位置在同一位置上。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向

N直流電機(jī)主題知識講座第37頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組3.單波繞組概念：每一繞組元件出發(fā)點和終端不在相鄰兩換向片上，而相隔近似為一個極距相鄰兩元件相隔近似一對極距連接p個元件后回到出發(fā)元件附近，相隔一個槽電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第38頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組例：電樞繞組19槽，四極電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第39頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組例：電樞繞組19槽，四極只有兩條并聯(lián)支路：全部N極下導(dǎo)體并聯(lián)為一支路，全部S極下并聯(lián)為另一支路。2a=2電刷數(shù)標(biāo)準(zhǔn)上為2，為降低電刷電流密度，可用2p只電刷電刷位置：應(yīng)與電勢為零元件所連接換向片相連電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第40頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組4.單疊繞組和單波繞組差異單疊繞組：各個極面下上層繞組元件組成一支路，并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)電樞間電勢較下，電樞電流較大，稱并聯(lián)繞組單波繞組：N極下上層繞組元件串聯(lián)為一支路，S極下串聯(lián)為另一支路，并連支路數(shù)恒等于2電刷間電勢較大，電樞電流較下，稱串聯(lián)繞組。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向NNSS疊波直流電機(jī)主題知識講座第41頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向換向概述換向電磁理論改進(jìn)換向方法直流電機(jī)主題知識講座第42頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組1.換向概述定義：直流電機(jī)工作時，繞組元件連續(xù)不停地從一條支路退出而進(jìn)入相鄰支路，在元件從一條支路轉(zhuǎn)入另一條支路這個過程中，元件中電流就要改變方向，這就是所謂換向問題。研究意義：換向問題是換向器電機(jī)一個專門問題，假如換向不良，將會在電刷與換向片之間產(chǎn)生有害火花。當(dāng)火花超出一定程度，就會燒壞電刷和換向器表面，使電機(jī)不能正常工作。另外，電刷下火花也是一個電磁波起源，對附近無線電通訊有干擾。國家對電機(jī)換向時產(chǎn)生火花等級及對應(yīng)允許運行狀態(tài)有一定要求。換向周期：元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷時間?；鸹ǖ燃墸?級---沒有火花1.25級---一小部分地方有微弱點狀火花

1.5級----大部分電刷下有微弱火花(正常工作)

2級---全部電刷邊緣上都有火花

3級----全部電刷邊緣上都有很大火花且火星向外飛濺電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第43頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組2.換向電磁理論

依據(jù)楞次定律，自感電動勢、互感電動勢和切割電動勢總是妨礙換向。一、直線換向定義：是一個最基本換向過程，換向元件里換向電流隨時間線性改變。特點：電刷下不產(chǎn)生火花。二、延遲換向定義：電抗電動勢和電樞反應(yīng)電動勢作用是阻止電流改變，即妨礙換向進(jìn)行。特點：電刷與換向片之間出現(xiàn)火花。三、超越換向電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第44頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組3.改進(jìn)換向方法改進(jìn)換向目標(biāo)：消除或減弱電刷下火花。方法：從產(chǎn)生火花電磁原因出發(fā)，要有效地改進(jìn)換向，就必須減小、甚至抵削換向元件中電抗電動勢和電樞反應(yīng)電動勢。一、選取適當(dāng)電刷增加電刷與換向片之間接觸電阻。在選取時，要綜合考慮接觸電阻大小和電能損耗、發(fā)燒、摩擦等原因。更換電刷時必須盡可能選擇同一牌號。二、裝設(shè)換向極當(dāng)前最主要方法是在主磁極之間裝設(shè)換向極。電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向直流電機(jī)主題知識講座第45頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向電樞感應(yīng)電動勢電磁轉(zhuǎn)矩電磁功率直流電機(jī)主題知識講座第46頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向電樞感應(yīng)電動勢

電樞繞組感應(yīng)電勢——電機(jī)正、負(fù)電刷之間電勢，即每一并聯(lián)支路電勢。設(shè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為W，有2a條并聯(lián)支路，則每一支路中串聯(lián)導(dǎo)體為W／2a直流電機(jī)主題知識講座第47頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向電磁轉(zhuǎn)矩設(shè)流過電刷電流為Ia電樞導(dǎo)體中電流是Ia／2a設(shè)電樞直徑為Da，電樞導(dǎo)體有效長度為l電樞總電磁轉(zhuǎn)矩

直流電機(jī)主題知識講座第48頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向電磁轉(zhuǎn)矩設(shè)流過電刷電流為Ia電樞導(dǎo)體中電流是Ia／2a設(shè)電樞直徑為Da，電樞導(dǎo)體有效長度為l電樞總電磁轉(zhuǎn)矩

直流電機(jī)主題知識講座第49頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向3.直流電機(jī)電磁功率直流電機(jī)主題知識講座第50頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向電動勢平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式功率平衡方程式功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系轉(zhuǎn)速特征轉(zhuǎn)矩特征效率特征直流電機(jī)主題知識講座第51頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向電動勢平衡方程式式中為電樞回路電阻,包含電樞繞組電阻和碳刷接觸電阻。該平衡方程式表示了電源電壓除一小部分被電樞電阻損耗外，其余被電動機(jī)吸收轉(zhuǎn)換為反電勢去帶動電動機(jī)轉(zhuǎn)動。直流電機(jī)主題知識講座第52頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式他勵電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為拖動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩,當(dāng)電動機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

及空載轉(zhuǎn)矩T0

相平衡，即

由此可見，電動機(jī)軸上電磁轉(zhuǎn)矩一部分與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，另一部分是空載損耗。直流電機(jī)主題知識講座第53頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向3.功率平衡方程式功率流程圖直流電機(jī)主題知識講座第54頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向4.功率轉(zhuǎn)矩關(guān)系功率轉(zhuǎn)矩關(guān)系

轉(zhuǎn)矩關(guān)系

因為空載轉(zhuǎn)矩T0很小，僅為額定轉(zhuǎn)矩2%～5%，所以在重載或額定負(fù)載下常被忽略不計；機(jī)械轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)軸上所帶負(fù)載相平衡，即T2=TL，

效率關(guān)系直流電機(jī)主題知識講座第55頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向5.他勵直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速特征定義：轉(zhuǎn)速特征是指在勵磁電流電樞回路不串電阻時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出功率之間關(guān)系

當(dāng)輸出功率增加時，電樞電流增加，電樞壓降增加，使轉(zhuǎn)速下降，同時因為電樞反應(yīng)去磁作用，使氣隙磁通減小，又使轉(zhuǎn)速上升，上述二者相互作用結(jié)果，使轉(zhuǎn)速改變呈略微下降額定轉(zhuǎn)速調(diào)整率直流電機(jī)主題知識講座第56頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向6.他勵直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特征定義：在

，，電樞回路不串電阻時，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與輸出功率之間關(guān)系

當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時，為一經(jīng)過原點直線，實際上，當(dāng)增加時轉(zhuǎn)速n有所下降，所以關(guān)系曲線將向上彎曲，而電磁轉(zhuǎn)矩,所以只要在關(guān)系曲線上加上空載轉(zhuǎn)矩T0

，便可得到關(guān)系曲線。

直流電機(jī)主題知識講座第57頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向7.他勵直流電動機(jī)效率特征可知，電動機(jī)損耗主要包含有可變銅損和不變空載損耗，當(dāng)負(fù)載較小時，空載損耗為主，所以效率低；伴隨負(fù)載增加，電樞電流增加，銅損增加，空載損耗基本不變，但總損耗增加速度小于負(fù)載增加速度，所以效率上升，當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增大，銅損是按負(fù)載電流平方增大，總損耗增加得快，使得效率開始下降。用數(shù)學(xué)方法求導(dǎo)，令，能夠求出當(dāng)效率最高效率特征告訴我們，當(dāng)在電動機(jī)空載輕載和過載運行時效率很低，額定負(fù)載時效率最高，所以使用和選擇電動機(jī)時應(yīng)盡可能使電動機(jī)工作在效率高區(qū)域。直流電機(jī)主題知識講座第58頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向電動勢平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式功率平衡方程式他勵發(fā)電機(jī)空載特征直流發(fā)電機(jī)外特征他勵發(fā)電機(jī)自勵條件直流電機(jī)主題知識講座第59頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向1.電勢平衡方程式從方程式可見，直流發(fā)電機(jī)為電樞回路總電阻，為正負(fù)電刷與換向器表面接觸壓降。則電動勢平衡方程為：直流電機(jī)主題知識講座第60頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)概念直流電機(jī)磁場電樞繞組電動勢與轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)運行直流發(fā)電機(jī)運行直流電機(jī)換向2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式電磁轉(zhuǎn)矩：直流發(fā)電機(jī)軸上有三個轉(zhuǎn)矩：原動機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩