直流電機(jī)市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

電機(jī)學(xué)第三章直流電機(jī)直流電機(jī)第1頁基本內(nèi)容3.1直流電機(jī)原理和基本結(jié)構(gòu)3.2直流電樞繞組3.3空載和負(fù)載時(shí)磁場(chǎng)3.4感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩3.5直流發(fā)電機(jī)及其運(yùn)行特征3.6直流電動(dòng)機(jī)及其運(yùn)行特征3.7直流電機(jī)機(jī)械特征小結(jié)直流電機(jī)第2頁3.1直流電機(jī)原理和基本結(jié)構(gòu)內(nèi)容1直流電機(jī)工作原理2直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)3直流電機(jī)勵(lì)磁方式4直流電機(jī)額定數(shù)據(jù)直流電機(jī)第3頁1直流電機(jī)工作原理1）直流電機(jī)組成

圖3.1

兩極直流電機(jī)原理模型1—磁極2—電樞3—滑環(huán)4—電刷

直流電機(jī)第4頁NS+E-2）直流發(fā)電機(jī)工作原理NS-E+1直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)第5頁NS2）直流發(fā)電機(jī)工作原理NS－E＋－E＋輸出直流電換向原動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流Φ做功電磁關(guān)系E=Blv方向：右手定則判定直流電機(jī)第6頁2）直流發(fā)電機(jī)工作原理線圈中交流電勢(shì)動(dòng)畫直流電機(jī)第7頁直流電勢(shì)產(chǎn)生動(dòng)畫2）直流發(fā)電機(jī)工作原理直流電機(jī)第8頁直流發(fā)電機(jī)工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)結(jié)論線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)，而在電刷兩端電動(dòng)勢(shì)卻是直流電動(dòng)勢(shì),換向片配合電刷起作用是整流作用。2）直流發(fā)電機(jī)工作原理直流電機(jī)第9頁NS3）直流電動(dòng)機(jī)工作原理NS＋U－＋U－電刷換向片1直流電機(jī)工作原理直流電流交流電流電磁轉(zhuǎn)矩(拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩)換向機(jī)械負(fù)載Φ旋轉(zhuǎn)T=f×D=Bli×D方向：左手定則判定電磁關(guān)系直流電機(jī)第10頁3）直流電動(dòng)機(jī)工作原理電動(dòng)機(jī)原理動(dòng)畫直流電機(jī)第11頁2直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式必須同時(shí)滿足電磁和機(jī)械兩方面要求旋轉(zhuǎn)電機(jī)都具備靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大部分。即定子和轉(zhuǎn)子，以及二者之間儲(chǔ)存磁能氣隙。直流電機(jī)第12頁2直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)1）定子部分定子主要由以下部分組成：機(jī)座、主磁極、換向極和電刷裝置。1）定子部分——機(jī)座通常由鑄鐵或厚鐵板焊成有兩個(gè)作用：1)固定主磁極、換向極和端蓋；2)作為磁路一部分。機(jī)座中有磁通經(jīng)過部分稱為磁軛直流電機(jī)第13頁主磁極是一個(gè)電磁鐵，作用是建立主磁場(chǎng)。用1-1.5毫米厚鋼板沖片疊壓緊固而成鐵心和直流勵(lì)磁線圈組成。圖3.7

直流電機(jī)主磁極1—主極鐵心2—?jiǎng)?lì)磁繞組3—機(jī)座4—電樞1）定子部分——主磁極直流電機(jī)第14頁作用--改進(jìn)換向。換向極裝在兩主磁極之間，也是由鐵心和繞組組成。鐵心普通用整塊鋼或鋼板加工而成；換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。1）定子部分——換向極1）定子部分——電刷裝置作用--把直流電壓、直流電流引入或引出。由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成。直流電機(jī)第15頁轉(zhuǎn)子部分主要有以下部分組成：電樞鐵心、電樞繞組、換向器。直流電機(jī)轉(zhuǎn)子1—轉(zhuǎn)軸2—軸承3—換向器4—電樞鐵心5—電樞繞組6—風(fēng)扇7—軸承2直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)2）轉(zhuǎn)子部分直流電機(jī)第16頁直流電機(jī)電樞定子鐵心和繞組直流電機(jī)第17頁兩個(gè)用處：1)作為主磁路主要部分；2)嵌放電樞繞組電樞鐵心中因磁通改變而引發(fā)磁滯及渦流損耗，通慣用０.５ｍｍ厚兩面涂有絕緣漆硅鋼片沖片疊壓而成2）轉(zhuǎn)子部分——電樞鐵心2）轉(zhuǎn)子部分——換向器作用---將電刷上所經(jīng)過直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)交變電流?；?qū)⒗@組內(nèi)交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷端上直流電動(dòng)勢(shì)。直流電機(jī)第18頁直流電機(jī)主要電路部分用以經(jīng)過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。由許多按一定規(guī)律聯(lián)接線圈組成，2）轉(zhuǎn)子部分——電樞繞組直流電機(jī)第19頁MIf+U－Ia+Uf－他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)M+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I3直流電機(jī)勵(lì)磁方式勵(lì)磁繞組供電方式稱為勵(lì)磁方式。按勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)和自勵(lì)。

圖3-12直流電機(jī)勵(lì)磁方式

直流電機(jī)第20頁4直流電機(jī)額定值額定值

電機(jī)制造廠按國家標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)電機(jī)一些電量或機(jī)械量所要求數(shù)據(jù)。額定工況

電機(jī)運(yùn)行時(shí)，相關(guān)電量和機(jī)械量都符合額定值運(yùn)行情況。直流電機(jī)銘牌給出額定值

額定功率PN(W/kW)額定電壓UN(V)額定電流IN(A)額定轉(zhuǎn)速nN(rpmr/min)額定勵(lì)磁電壓UfN(V)額定勵(lì)磁電流IfN(A)和勵(lì)磁方式等直流電機(jī)第21頁(1)額定電壓UN

發(fā)電機(jī)UN

：指輸出電壓額定值。電動(dòng)機(jī)UN

：指輸入電壓額定值。(2)額定電流IN

發(fā)電機(jī)

IN

：指輸出電流額定值。電動(dòng)機(jī)IN

：指輸入電流額定值。(3)額定功率PN

發(fā)電機(jī)PN

：指輸出電功率額定值(PN=UNIN)

。電動(dòng)機(jī)PN

：指輸出機(jī)械功率額定值(PN=

UNINηN)

。(4)額定轉(zhuǎn)速nN(5)額定勵(lì)磁電壓UfN(6)額定勵(lì)磁電流IfN※滿載狀態(tài)：指I=IN狀態(tài)。直流電機(jī)第22頁3.2直流電樞繞組內(nèi)容1電樞繞組普通知識(shí)2電樞繞組元件和節(jié)距3單疊繞組直流電機(jī)第23頁3.2直流電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)主要電路，是直流電機(jī)一個(gè)主要部件。

直流電機(jī)電樞繞組基本形式：?jiǎn)委B繞組和單波繞組實(shí)際電機(jī)中，為使元件端接部分能平整地排列，普通采取雙層繞組

對(duì)電樞繞組要求是:

在能經(jīng)過要求電流和產(chǎn)生足夠電動(dòng)勢(shì)前提下，盡可能節(jié)約有色金屬和絕緣材料；而且要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等。

直流電機(jī)第24頁1）電樞繞組與換向片連接經(jīng)過換向片，6個(gè)元件依次串連組成一個(gè)閉合回路。結(jié)論：1電樞繞組普通知識(shí)直流電機(jī)第25頁2）電樞繞組與電刷連接位于對(duì)稱位置電刷將閉合6個(gè)線圈分成兩個(gè)并聯(lián)支路。電刷將環(huán)形閉合電樞繞組分成兩條對(duì)稱并聯(lián)支路。兩個(gè)電刷位于換向器內(nèi)圓對(duì)稱位置(實(shí)際放置在外圓上)。直流電機(jī)第26頁2電樞繞組元件和節(jié)距1）元件

是繞組一個(gè)基本單元，可為單匝，也可為多匝，假如每槽有兩層元件邊,一個(gè)元件邊放在槽上層，另一邊放在另一槽下層，所以，一個(gè)槽里總有上下層兩個(gè)線圈邊，稱為雙層繞組。直流電機(jī)第27頁2）電樞連接慣用名詞術(shù)語極軸線：磁極中心線；幾何中性線：磁極之間平分線，極對(duì)數(shù)：主磁極對(duì)數(shù)；極距：在電樞鐵心表面上，一個(gè)極所占距離。可用槽數(shù)表示，假如Q為電樞總槽數(shù)，則虛槽：假如電樞每槽上下層只有一個(gè)元件邊，則元件數(shù)S就等于槽數(shù)Q。但直流電機(jī)中每槽每層有u元件邊，此時(shí)，通常把一個(gè)上層和下層元件邊在槽中占空間做為一個(gè)虛槽。則虛槽數(shù)。因?yàn)樵鼍€端與換向片相連，故換向片數(shù)K等于元件數(shù)也等于虛槽數(shù)，即直流電機(jī)第28頁3）電樞繞組節(jié)距第一節(jié)距y1

同一個(gè)元件兩個(gè)元件邊在電樞表面所跨距離（即跨距）是

，用所跨虛槽數(shù)表示。普通

應(yīng)等于或靠近于一個(gè)極距。

第二節(jié)距y2

第二節(jié)距是相串聯(lián)兩個(gè)元件，第一元件下層邊和第二元件上層邊在電樞表面上所跨距離。通常也用虛槽數(shù)計(jì)算直流電機(jī)第29頁合成節(jié)距y

合成節(jié)距是相串聯(lián)兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊在電樞表面上所跨距離。通常也用虛槽數(shù)計(jì)算。對(duì)疊繞組：換向器節(jié)距yk換向器節(jié)距是同一個(gè)元件兩個(gè)出線端所接換向片之間距離。通常也用換向片計(jì)算。直流電機(jī)第30頁3單疊繞組

1）單疊繞組聯(lián)接規(guī)律

元件依次相連，元件出線端接到相鄰換向片上，第一個(gè)元件下層邊（虛線）連接著第二個(gè)元件上層邊，它放在第一元件上層邊相鄰第二個(gè)槽內(nèi)。右行繞組

左行繞組

直流電機(jī)第31頁例一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)繞組數(shù)據(jù)為：極對(duì)數(shù)Ｐ＝1，槽數(shù)Q為8，單疊繞組連接，即元件數(shù)Ｓ、換向片數(shù)Ｋ和槽數(shù)Q相等，即Q＝Ｓ＝Ｋ＝8，u=1。試畫出繞組展開圖，并合理連接。

第二節(jié)距為：合成節(jié)距為：第一節(jié)距為：3單疊繞組

直流電機(jī)第32頁2）單疊繞組展開圖第一步畫元件邊先畫8根等長、等距實(shí)線，代表各槽上層元件邊，再畫8根等長等距虛線，代表各槽下層元件邊直流電機(jī)第33頁第二步安放磁極磁極寬度約為0.7,均勻分布在各槽之上，N極磁力線垂直向里（進(jìn)入紙面），S極向外（從紙面穿出）2）單疊繞組展開圖第三步畫換向片畫8個(gè)方塊代表換向片直流電機(jī)第34頁第四步連繞組

1號(hào)元件連接：一號(hào)槽里上層導(dǎo)線，其首端連1號(hào)換向片；因?yàn)閥1=4,所以與5號(hào)槽下層導(dǎo)線連接；yk=1,尾端接2號(hào)換向片，并經(jīng)過2號(hào)換向片連接第2個(gè)元件頭端。2）單疊繞組展開圖直流電機(jī)第35頁第五步確定元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向右手定則2）單疊繞組展開圖由圖可見全部元件經(jīng)過換向片串聯(lián)，感應(yīng)電勢(shì)彼此抵消。直流電機(jī)第36頁第六步放置電刷對(duì)準(zhǔn)在磁極軸線下，畫一個(gè)換向片寬。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電刷是靜止不動(dòng)，電樞在旋轉(zhuǎn)，不過被電刷所短路元件，永遠(yuǎn)都是處于電機(jī)幾何中性線。2）單疊繞組展開圖直流電機(jī)第37頁2）單疊繞組展開圖分析放置電刷后，電樞繞組被電刷分成并聯(lián)支路。當(dāng)電刷短路幾何中性線處元件，能得到最大電勢(shì)如圖（a)。直流電機(jī)第38頁單疊繞組特點(diǎn)元件兩個(gè)出線端聯(lián)接于相鄰兩個(gè)換向片上；任一瞬時(shí)，處于同一磁極下元件組成一條支路，所以單疊繞組電機(jī)共有2P條支路，并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)；整個(gè)電樞繞組閉合回路中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總和為零，繞組內(nèi)部無“環(huán)流”；每條支路由不相同電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；正負(fù)電刷之間引出電動(dòng)勢(shì)即為每一支路電動(dòng)勢(shì)，電樞電壓等于支路電壓。由正負(fù)電刷引出電樞電流為各支路電流之和，即（式中為每一條支路電流，即繞組元件中流過電流）,在元件端接線對(duì)稱情況下，電刷實(shí)際位置應(yīng)在磁極中心線下，此時(shí)，正負(fù)電刷間引出電動(dòng)勢(shì)亦為最大，此時(shí)電刷位置，習(xí)慣上稱為“電刷放在幾何中性線位置”直流電機(jī)第39頁與被電刷短路元件（即換向元件）相鄰兩支路中元件電流方向相反。當(dāng)電刷處于磁極中性線時(shí)，某一極性磁極下全部串聯(lián)元件電流方向一致。電樞電路是一個(gè)有多源多支路電路。元件感應(yīng)是交變電動(dòng)勢(shì)，而電刷引出是直流電動(dòng)勢(shì)。小結(jié)直流電機(jī)第40頁3.3

直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)磁場(chǎng)

內(nèi)容1直流電機(jī)空載磁場(chǎng)2負(fù)載時(shí)直流電機(jī)磁場(chǎng)直流電機(jī)第41頁1直流電機(jī)空載磁場(chǎng)

空載是指電樞電流等于零或者很小一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。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。這時(shí)氣隙磁場(chǎng)，只由主磁極勵(lì)磁電流所建立，所以直流電機(jī)空載時(shí)氣隙磁場(chǎng)，又稱勵(lì)磁磁場(chǎng)。勵(lì)磁磁場(chǎng)分布直流電機(jī)第42頁1）直流電機(jī)空載——主磁通

Φ0同時(shí)匝鏈著勵(lì)磁繞組和電樞繞組，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或者產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩磁通稱為主磁通用φ0表示。直流電機(jī)第43頁2）直流電機(jī)空載——漏磁通

Φ1σ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)電動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為漏磁通。特點(diǎn)：由同一個(gè)磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生所走路徑不一樣，因?yàn)橹鞔磐ù怕窔庀遁^小，磁導(dǎo)較大，漏磁通磁路氣隙較大，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路磁動(dòng)勢(shì)是相同，所以漏磁通在數(shù)量上比主磁通要小得多，大約是主磁通20%左右在這里，氣隙磁場(chǎng)大小和分布直接關(guān)系到電機(jī)運(yùn)行性能。直流電機(jī)第44頁

主磁通所經(jīng)過磁路包含兩段主磁極Lm、兩段氣隙、兩段電樞齒部Lt、電樞磁軛Lc、定子磁軛Lj。

3）直流電機(jī)空載——磁路分析則有：直流電機(jī)第45頁4）直流電機(jī)空載磁場(chǎng)—?dú)庀洞琶芊植技偃绮豢紤]鐵芯磁壓降，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙中。因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)是經(jīng)過氣隙進(jìn)行，而E=Blv，故需考查氣隙磁密分布。因?yàn)橹鞔艠O極靴寬度總是比一個(gè)極距要小，在磁極軸線附近磁回路中氣隙較小；靠近極尖處磁回路中氣隙較大。

Bl直流電機(jī)第46頁5）直流電機(jī)空載—磁化曲線把空載時(shí)主磁通φ0與空載勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff或空載勵(lì)磁電流If關(guān)系，即φ0=f(Ff)或φ0=f(If)，稱為直流電機(jī)磁化曲線。當(dāng)φ0比較小時(shí)，磁路沒有飽和，能夠用氣隙線代替?？紤]到電機(jī)運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)性，直流電機(jī)額定運(yùn)行磁通額定值大小取在磁化曲線開始彎曲地方（稱為膝點(diǎn)），φN指在空載額定電壓時(shí)每極磁通，對(duì)應(yīng)勵(lì)磁磁通勢(shì)為FfN。直流電機(jī)第47頁2負(fù)載時(shí)直流電機(jī)磁場(chǎng)1）負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)電機(jī)帶上負(fù)載以后，電樞繞組內(nèi)流過電流，也會(huì)形成磁動(dòng)勢(shì)，該磁動(dòng)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)。所以，負(fù)載時(shí)電機(jī)中氣隙磁場(chǎng)是由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同建立。由此可知，在直流電機(jī)中，從空載到負(fù)載，其氣隙磁場(chǎng)是改變直流電機(jī)第48頁NS幾何中心線

N

S勵(lì)磁磁場(chǎng)（空載磁場(chǎng)）物理中心線電樞磁場(chǎng)合成磁場(chǎng)（負(fù)載時(shí)磁場(chǎng)）物理中性線電樞反應(yīng)：電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)影響。2）電樞反應(yīng)—效果直流電機(jī)第49頁元件有N匝線圈，元件中電流為ia，則元件所產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)為

iaN安培導(dǎo)線數(shù)。若不計(jì)鐵磁材料中磁壓降，則磁動(dòng)勢(shì)全部消耗在氣隙中。在直流電機(jī)中，與磁極軸線等距離處氣隙大小相等，所以磁力線經(jīng)過一次氣隙所消耗磁動(dòng)勢(shì)則為磁力線所包圍全電流二分之一，即1/2iaN

一個(gè)元件產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)2）電樞反應(yīng)—Fa空間分布直流電機(jī)第50頁若以磁極軸線為縱軸，電樞周長為橫軸，一個(gè)元件所消耗于氣隙磁動(dòng)勢(shì)空間分布為一個(gè)寬度為一個(gè)極距

元件所產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)在空間分布為一個(gè)以為周期，幅值為矩形波。

一個(gè)元件磁動(dòng)勢(shì)分布直流電機(jī)第51頁如圖中間位置增加兩個(gè)N匝導(dǎo)體，則形成藍(lán)色線描述空間分布。與上述第一對(duì)元件（紅色線描述分布）疊加結(jié)果形成了綠色階梯分布。2個(gè)元件產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)2）電樞反應(yīng)—Fa空間分布直流電機(jī)第52頁每個(gè)元件磁動(dòng)勢(shì)空間分布均為一個(gè)高為1/2iaN、寬度為τ

矩形波。把這么多個(gè)矩形波疊加起來，可得一個(gè)每級(jí)高度為1/2iaN

、階梯級(jí)數(shù)為S階梯形波。電樞上元件很多，可近似地認(rèn)為連續(xù)分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)分布波形為一三角形波，峰值位于幾何中性線。S個(gè)元件產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)2）電樞反應(yīng)—Fa空間分布直流電機(jī)第53頁兩極極靴之間空間內(nèi)（幾何中性線處），因氣隙長度δ大為增加，磁阻急劇增加，即使此處磁動(dòng)勢(shì)較大，磁密卻反而減小，所以磁密分布曲線是馬鞍形

2）電樞反應(yīng)—Ba空間分布直流電機(jī)第54頁不計(jì)磁飽和交軸電樞磁場(chǎng)在半個(gè)極內(nèi)對(duì)主極磁場(chǎng)起去磁作用，在另半個(gè)極內(nèi)則起增磁作用，所以，一極下總磁通量不變。不過，交軸磁場(chǎng)引發(fā)氣隙磁場(chǎng)畸變，使電樞表面磁通密度等于零位置偏移幾何中性線。2）電樞反應(yīng)—Ba空間分布直流電機(jī)第55頁計(jì)磁飽和因?yàn)樵谥鞔艠O兩邊磁場(chǎng)改變情況不一樣，一邊是增磁，另一邊是去磁。主極增磁作用會(huì)使飽和程度提升，鐵心磁阻增大，從而使實(shí)際合成磁場(chǎng)曲線比不計(jì)飽和時(shí)要低些，與不飽和時(shí)相比，增加磁通要少些。2）電樞反應(yīng)—Ba空間分布直流電機(jī)第56頁2）電樞反應(yīng)空載時(shí)，氣隙磁場(chǎng)由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)產(chǎn)生，磁極下呈梯形分布，磁密為零位置處于幾何中性線上。負(fù)載后，一極下電流方向一致，電樞磁動(dòng)勢(shì)處于與極軸垂直位置，也稱交軸電樞反應(yīng)。其結(jié)果造成磁場(chǎng)畸變。直流電機(jī)第57頁不一樣類型電機(jī)電樞反應(yīng)效果不一樣。A:若為發(fā)電機(jī)，物理中性線順電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向移過一個(gè)角度旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一個(gè)夾角，B:若為電動(dòng)機(jī)，物理中性線逆電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向移過一個(gè)角度旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一個(gè)夾角。2）電樞反應(yīng)——效果直流電機(jī)第58頁電樞反應(yīng)影響①總磁場(chǎng)被扭歪了幾何中心線與物理中心線分開了,

電刷位置處元件e≠0，增加換向困難。②二分之一磁極磁通增加，二分之一磁極磁通降低，磁路不飽和時(shí)，每極磁通不變；磁路飽和時(shí)，每極磁通降低，e和T對(duì)應(yīng)降低。直流電機(jī)第59頁小結(jié)：

電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線位置總是與電刷軸線重合；電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生了畸變,電樞磁場(chǎng)使主磁場(chǎng)二分之一減弱，另二分之一加強(qiáng),并使電樞表面磁密等于零處離開了幾何中性線；電樞反應(yīng)另一個(gè)結(jié)果是電樞反應(yīng)含有去磁作用，使得電機(jī)負(fù)載情況下每極磁通有所下降。

當(dāng)電刷處于幾何中性線時(shí)，電樞磁勢(shì)與磁極軸線相互垂直；直流電機(jī)第60頁3.4感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩內(nèi)容1感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)第61頁(1)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)n

磁場(chǎng)Φ電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生

e→∑e→Ea

3.4感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩每根導(dǎo)體：e=Blv(2)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電樞電流i

磁場(chǎng)ΦF→Te

電磁力：F=B

li可見不論是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)還是電磁轉(zhuǎn)矩均是定子磁場(chǎng)與電樞相互作用結(jié)果。

直流電機(jī)第62頁(1)產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)n

磁場(chǎng)Φ(2)大小每個(gè)導(dǎo)體：e=Blv

導(dǎo)體切割磁場(chǎng)線線速度：平均磁密：一條支路串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)：Za/(2a)電動(dòng)勢(shì)：

Ea

=eZa/(2a)1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

e→∑e→Ea

v=n2R60=ZaBlv/(2a)

2p

60=n2p60=CeΦnB=Φl=··

l·nΦlZa2a=ΦnpZa

60a=··

l·nΦlZa2a直流電機(jī)第63頁

E=CeΦn

Ce電動(dòng)勢(shì)常數(shù)：Ce=pZa60a單位：Wb單位：r/min(V)(3)方向：由Φ和n共同決定。(4)性質(zhì)發(fā)電機(jī)為電源電動(dòng)勢(shì)；電動(dòng)機(jī)為反電動(dòng)勢(shì)。直流電機(jī)第64頁2.電磁轉(zhuǎn)矩(1)產(chǎn)生電樞電流i

磁場(chǎng)ΦF→Te

(2)大小電磁力：F=B

li

平均磁密：每根導(dǎo)線上電磁力所形成電磁轉(zhuǎn)矩：FRB=ΦlBl極距R直流電機(jī)第65頁R電樞繞組串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)：Za

電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)：2a

一根導(dǎo)體上電流：i=Ia/

2a

電樞周長：2R=2p

電磁轉(zhuǎn)矩：

Te

=Za·FR=Za··B

li

p

=Za··

l·

Ia/2a

p

Φl=Za··Φ·Ia/2a

p

=·Φ·IapZa

2a電樞電流Ia=CTΦ·Ia直流電機(jī)第66頁(2)大小

Te

=CTΦIaCT轉(zhuǎn)矩常數(shù)：(3)方向由Φ和Ia

共同決定。(4)性質(zhì)發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)：Te

與n方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。Te

與n方向相同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。CT=pZa2a單位：Wb單位：A(N·m)

CT

=

9.55Ce直流電機(jī)第67頁3.5直流發(fā)電機(jī)及其特征內(nèi)容1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本方程式2功率關(guān)系例題3他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行特征直流電機(jī)第68頁1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本方程式發(fā)電機(jī)通例他勵(lì)直流電機(jī)電路包含電樞支路和勵(lì)磁支路。在分析直流電機(jī)時(shí)，先依據(jù)勵(lì)磁方式畫出電機(jī)電路連線。發(fā)電機(jī)按照發(fā)電機(jī)通例標(biāo)注電勢(shì)，電流和電壓。外電源Uf→If→Φ

Ea

→n原動(dòng)機(jī)→電樞→U直流電機(jī)第69頁1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本方程式發(fā)電機(jī)通例電動(dòng)勢(shì)平衡方程式感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為勵(lì)磁電流為氣隙磁通大小由磁化特征和電樞反應(yīng)共同決定：直流電機(jī)第70頁1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本方程式發(fā)電機(jī)中制動(dòng)性電磁轉(zhuǎn)矩

直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩T1與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，稱為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。電樞電流方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同，如圖所表示。則電樞受到電磁力方向以及形成電磁轉(zhuǎn)矩T與n方向相反，稱為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。發(fā)電機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩為直流電機(jī)第71頁

對(duì)發(fā)電機(jī)來說，除了電磁轉(zhuǎn)矩方向與運(yùn)動(dòng)方向相反外，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中還要克服各種阻力轉(zhuǎn)矩T0（如摩擦，鐵耗，風(fēng)阻等）。速度恒定時(shí)，拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1與電磁轉(zhuǎn)矩T+阻轉(zhuǎn)矩T0相等。1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本方程式發(fā)電機(jī)運(yùn)行方程：直流電機(jī)第72頁2功率關(guān)系機(jī)械損耗：軸對(duì)軸承摩擦、電刷對(duì)換向器摩擦以及通風(fēng)損耗等。這些損耗主要與轉(zhuǎn)速相關(guān)，轉(zhuǎn)速改變不大時(shí)，基本為常量。鐵耗:電樞鐵心中磁場(chǎng)交變，會(huì)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。鐵耗近似與磁密平方及頻率1.2-1.5次方成正比，運(yùn)行過程中基本不變。將轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩側(cè)同乘以轉(zhuǎn)子角速度可得功率平衡方程：直流電機(jī)第73頁上式表明，發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，負(fù)載電流所產(chǎn)生制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，從量值上恰好等于電樞發(fā)出電功率。所以，電磁功率就是能量轉(zhuǎn)換過程中機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能轉(zhuǎn)換功率。電磁功率意義直流電機(jī)第74頁因?yàn)闆]有考慮漏磁通影響，通常能夠用附加一個(gè)雜散損耗ps來處理，ps=(0.5-1)%P2說明轉(zhuǎn)換功率除了包含輸出電功率還要負(fù)擔(dān)電樞回路電阻損耗pCua=Ia2Ra;因?yàn)殡S負(fù)載電流改變也稱可變損耗。電勢(shì)平衡方程乘以電樞電流得：代入輸入功率平衡方程：直流電機(jī)第75頁他勵(lì)發(fā)電機(jī)功率流程效率：直流電機(jī)第76頁【例1】

一他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，PN=10kW，UN=230V，nN=1000r/min，Ra=0.4Ω。假如磁通Φ

保持不變，求1000r/min時(shí)空載電壓U0和900r/min時(shí)滿載電壓U

。解：在nN和UN時(shí)電樞電流9001000Ea'

=Ea

U0=Ea

=UN＋RaIaN

=(230＋0.4×43.5)V=247V在Φ

保持不變時(shí)，E

∝n10×103230=A=43.5APNUaIaN=9001000=×247V=222VU=Ea'－RaIaN=(222－

0.4×43.5)V=205V直流電機(jī)第77頁

P2=UI=230×100W=23000WIa=I＋I(xiàn)f=(100＋2)A=102ApCu=RaIa2

＋RfIf2

=(0.2×1022＋115×22)W=2540.8WPe=P2＋pCu=25540.8WTe=

9550Pe/n=162.61Nm【例2】

一并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，輸出電壓U

=230V，輸出電流I

=100A，Ra=0.2Ω，Rf=115Ω，n

=1500r/min，T0=17.32N·m。求發(fā)電機(jī)輸出功率P2

、電磁轉(zhuǎn)矩Te、輸入功率P1

和效率。解：230115=A=2AURfIf=直流電機(jī)第78頁p0

=T0n260=

×17.32×1500W260

=2719.24W

P1=Pe＋p0

=(25540.8＋2719.24)W=28260W

=×100%P2P1=

×100%=81.39%2300028260直流電機(jī)第79頁3他勵(lì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行特征1）空載特征：I=0

U0=f(If),2）外特征If不變，U=f(I)3）調(diào)整特征If=f(I)

4）效率特征U=UN，η=f(P2)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由原動(dòng)機(jī)決定，普通認(rèn)為轉(zhuǎn)速恒定。除轉(zhuǎn)速n外，發(fā)電機(jī)外部可測(cè)量有3個(gè)，即端電壓U,負(fù)載電流I和勵(lì)磁電流If,當(dāng)發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，3個(gè)物理量中任意1個(gè)保持不變，另外2個(gè)之間關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)運(yùn)行特征,主要運(yùn)行特征有：直流電機(jī)第80頁

U0

=Ea=f(If)空載特征OIfU0Er剩磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)負(fù)載運(yùn)行

輸出電壓:U

輸出電流:I

=Ia

電壓平衡方程式

U

=Ea－RaIa當(dāng)IaRaIaEa

(電樞反應(yīng))U

外特征

U=f(I)n=nNIa

=0OIUn=nNIf

=IfNINUNU0n=nNIf

=常數(shù)空載特征外特征直流電機(jī)第81頁電壓調(diào)整率(5%~10%)調(diào)整特征當(dāng)n

=nN，U=UN時(shí)：

If=f(I)OI

If

IfNIN調(diào)整特征Δu=U0－UNUN×100%效率特征當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，效率最高。直流電機(jī)第82頁3.6直流電動(dòng)機(jī)及其運(yùn)行特征內(nèi)容1直流電機(jī)可逆原理2直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本方程式3功率關(guān)系例題直流電機(jī)第83頁1直流電機(jī)可逆原理從原理上來說：一臺(tái)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)上既能夠作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也能夠作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是外界條件不一樣而已。假如去掉原動(dòng)機(jī)，在阻力矩作用下轉(zhuǎn)速下降，Ea也下降，當(dāng)Ea<U時(shí)，電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩也反向，由原來阻力矩變成拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)由原來發(fā)電變成了電動(dòng)狀態(tài)。直流電機(jī)第84頁2直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本方程式電動(dòng)機(jī)通例電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電磁轉(zhuǎn)矩為電磁感應(yīng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，稱為驅(qū)動(dòng)性或拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，其作用是克服負(fù)載阻力，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)第85頁2直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本方程式電動(dòng)機(jī)中反電動(dòng)勢(shì)在電動(dòng)機(jī)中，運(yùn)行過程中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向與電樞電流方向相反，起妨礙作用所以也稱反電動(dòng)勢(shì)。反電動(dòng)勢(shì)磁路方程轉(zhuǎn)矩平衡方程直流電機(jī)第86頁2直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本方程式電動(dòng)機(jī)通例直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方程：直流電機(jī)第87頁3功率關(guān)系他勵(lì)電動(dòng)機(jī)功率流程總功率：總損耗：效率：直流電機(jī)第88頁

【例3】

某并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，UN=220V，IN=12.5A，nN=3000r/min，Rf=628Ω，Ra=0.41Ω。求該電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)：

(1)If；

(2)Ia；

(3)Ea

；

(4)Te

。解：(1)勵(lì)磁電流IfUfRfIf=220628=A=0.35A(2)電樞電流IaIa=IN－If=(12.5－0.35)A=12.15A(3)電動(dòng)勢(shì)EEa=UN－RaIa

=(220－0.41×12.15)V=215V直流電機(jī)第89頁CTΦ=9.55CEΦ=0.685Te=CTΦIa

=0.685×12.15N·m=8.32N·m(4)電磁轉(zhuǎn)矩CEΦ=EanN2153000==0.0717直流電機(jī)第90頁

【例4】

一并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，UN=110V，IN=12.5A，

nN=1500r/min，TL=6.8N·m，T0=0.9N·m。求該電機(jī)P2、Pe、P1和。解：P2P1

=×100%6.2860=×6.8×1500W=1067.6WPe=P2＋p0=(1067.6＋143.3)W=1208.9WP1=UNIN=110×12.5W=1375W260P2=TLn6.2860=×0.9×1500W=143.3W260p0=T0n1067.61375=×100%=