電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)第四

第二章直流電機(jī)第一節(jié)直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理（一）直流電動(dòng)機(jī)的工作原理載流導(dǎo)體在磁場中受到的力B

—磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度(Wb/m2)i

—導(dǎo)體中的電流(A)l

—導(dǎo)體的有效長度(m)1

當(dāng)安裝換向器以后，將直流電壓加于電刷端，直流電流經(jīng)電刷流過電樞上的線圈，則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下就旋轉(zhuǎn)起來。由于換向器配合電刷對電流的換向作用，使得線圈邊只要處在N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向；而在S極下時(shí)，總是從電刷B流出的方向，就使電動(dòng)機(jī)能夠連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)線圈ax中通入直流電流時(shí)，線圈邊a和x上均受到電磁力，根據(jù)左手定則確定力的方向。這一對電磁力形成了作用于電樞的一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩。2（二）直流發(fā)電機(jī)的工作原理

用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞逆時(shí)針方向恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈邊ab和cd就分別切割不同極性磁極下的磁場，線圈中產(chǎn)生了交變的電動(dòng)勢。由于換向器配合電刷對電流的換向作用，在電刷A、B端的電動(dòng)勢確是直流電動(dòng)勢。

一臺(tái)直流電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行——在直流電機(jī)的兩電刷端上加上直流電壓，電樞旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，輸出機(jī)械能；作為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行——用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞，電刷端引出直流電動(dòng)勢，作為直流電源，輸出電能。3二、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)剖面圖1—換向器2—電刷裝置3—機(jī)座4—主磁極5—換向極6—端蓋7—風(fēng)扇8—電樞繞組9—電樞鐵心45（一）直流電機(jī)的靜止部分1、主磁極2、換向極1—主磁極鐵心2—?jiǎng)?lì)磁繞組3—機(jī)座1—換向極鐵心2—換向極繞組3、機(jī)座——用來固定主磁極、換向極和端蓋；另外，又作為磁路的一部分。6（二）直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分4、電刷裝置1—刷握2—電刷3—壓緊彈簧4—銅絲辮1、電樞鐵心a)—電樞鐵心沖片b)—電樞鐵心72、電樞繞組——由許多按一定規(guī)律連接的線圈組成。1—槽楔2—線圈絕緣3—導(dǎo)體4—層間絕緣5—槽絕緣6—槽底絕緣電樞槽內(nèi)的絕緣3、換向器——由許多換向片組成，換向片之間用云母絕緣。1—換向片2—連接片8第二節(jié)直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)的額定值有：1、額定功率PN(kW)2、額定電壓UN(V)3、額定電流IN(A)4、額定轉(zhuǎn)速nN(r/min)5、額定勵(lì)磁電壓UfN(V)9在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速指軸上輸出的機(jī)械功率指電刷間輸出的額定電功率電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)額定條件下電機(jī)所能提供的功率額定功率10對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流指直流電機(jī)的勵(lì)磁線圈與電樞線圈的連接方式勵(lì)磁方式

此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。

電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同——電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流——欠載運(yùn)行；運(yùn)行電流大于額定電流——過載運(yùn)行。長期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長期過載運(yùn)行會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。11第三節(jié)直流電機(jī)的繞組一、簡單的繞組

對繞組的要求：在能夠通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動(dòng)勢的前提下，盡可能節(jié)省銅和絕緣材料，并且結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠。1-2、3-4、5-6、7-8分別構(gòu)成4個(gè)線圈

右圖只是說明原理的示意圖。它的缺點(diǎn)是：隨著電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)，始終只有一個(gè)線圈有電流。這樣的話，材料沒有充分利用，產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩或電勢均很小。解決辦法：用4個(gè)換向片將4個(gè)線圈都連接起來，成為一個(gè)閉合繞組，兩個(gè)不同的元件邊連接一個(gè)換向片。每個(gè)元件的兩個(gè)元件邊連接2個(gè)不同的換向片。共用了4個(gè)換向片，節(jié)省了材料，提高了輸出轉(zhuǎn)矩。1213141516二、憂繞組列的基同本形女式（一辜）單帥疊繞粥組單疊矩繞組弓的特曉點(diǎn)：鎖元件救的兩優(yōu)個(gè)端型子連啟接在喊相鄰墻的兩俱個(gè)換靈向片骨上。單疊盲繞組夫的所活有的匠相鄰澇元件奮依次椅串聯(lián)勿，即墊后一腦元件叉的首政端與恰前一冷元件商的末紅端連萍在一堂起，蒼接到案一個(gè)銷換向嫁片上絡(luò)。最穗后一蟻個(gè)元轎件末牢端與掀第一案個(gè)元侵件首局端連刮接在葬一起道，形叉成一甜個(gè)閉丑合回薪路。元件炮的跨告距：貿(mào)上層規(guī)元件托邊與活下層賄元件聽邊的袋距離業(yè)（用豈槽數(shù)糾表示坦）稱賊為跨隔距。惠一般蹲要求儀元件幻玉的跨失距等頭于電縣機(jī)的努極距固。右上舌圖中咐，跨戀距為4槽。171819（二角）單埋波繞償組單波秀繞組—不是概把元經(jīng)件依榜串聯(lián)向，而光是把減相隔例大約姐兩個(gè)睛極距汁，即料在磁書場中例的位讓置差互不多挑相對援應(yīng)的坐元件四連接矩起來債。2021直流鴉電機(jī)胃的電獸樞繞匹組除中了單影疊、挽單波瞎兩種螞基本儀形式問以外挖，還郵有其澆他形己式，緞如復(fù)番疊繞鄉(xiāng)豐組、庭復(fù)波嶄繞組蜂、混維合繞合組等。22第四叫節(jié)傾直流津電機(jī)萌的勵(lì)霞磁方寇式及峽磁場一、礦直流胖電機(jī)賽的勵(lì)話磁方撤式1、他段勵(lì)直而流電呀機(jī)——?jiǎng)?lì)磁北繞組站與電輛樞繞俊組無肅聯(lián)接至關(guān)系毫，而趙是由其他拜直流拴電源籃對勵(lì)瀉磁繞佳組供盆電。2、并增勵(lì)直反流電史機(jī)——?jiǎng)?lì)磁閱繞組撈與電宜樞繞避組并館聯(lián)。3、串插勵(lì)直足流電眼機(jī)——?jiǎng)?lì)磁雙繞組外與電云樞繞翠組串質(zhì)聯(lián)。4、復(fù)允勵(lì)直視流電倆機(jī)——兩個(gè)因勵(lì)磁隸繞組院，一刑個(gè)與兇電樞糊繞組漁并聯(lián)底，另一姻個(gè)與志電樞根繞組壟串聯(lián)嘩。23二、驅(qū)直流講電機(jī)灶的空知載磁姿場直流料電機(jī)雅的空溝載磁挺場是遙指電與樞電新流等浮于零貧或者丈很小詞時(shí)，攔由勵(lì)報(bào)磁磁哪動(dòng)勢嶺單獨(dú)奸建立快的磁訂場。24氣隙楚中主啞磁場擠磁通握密度飽的分輔布磁化究曲線25三、朽直流過電機(jī)趟負(fù)載勺時(shí)的說磁場要及電風(fēng)樞反號(hào)應(yīng)當(dāng)直獵流電敲機(jī)帶池上負(fù)額載以詳后，泉在電伙機(jī)磁扛路中較又形半成一樓個(gè)磁真動(dòng)勢淺，這毅個(gè)磁裳動(dòng)勢荒稱為年電樞嚷磁動(dòng)龜勢。此時(shí)獅的電斑機(jī)氣尖隙磁防場是磨由勵(lì)畜磁磁貨動(dòng)勢佛和電衡樞磁程動(dòng)勢煌共同軟產(chǎn)生煉的。緣瑞電樞停磁動(dòng)替勢對端氣隙灑磁場拖的影守響稱杜為電羞樞反形應(yīng)。264個(gè)元父件所娃產(chǎn)生畏的電漫樞磁該動(dòng)勢創(chuàng)波形電樞動(dòng)反應(yīng)逐后磁傳動(dòng)勢勒波形1、有亞負(fù)載拘時(shí)氣搶隙磁燥場發(fā)押生了軋畸變2、電槐樞反巖應(yīng)呈訂現(xiàn)去商磁作堂用27第五此節(jié)嫂感應(yīng)水電動(dòng)輔勢和爪電磁聯(lián)轉(zhuǎn)矩壞的計(jì)境算一、稈感應(yīng)腔電動(dòng)擺勢的屬計(jì)算直流匹電機(jī)脫無論槳作電潔動(dòng)機(jī)嫂運(yùn)行浮，還彎是發(fā)尤電機(jī)類運(yùn)行貴，電子樞內(nèi)坡部都縱感應(yīng)議產(chǎn)生壯電動(dòng)幻玉勢。式中傅，n—電樞嶺的轉(zhuǎn)菌速；p—極對墓數(shù)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一個(gè)匝數(shù)為的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值為：28對制眼成的店電機(jī)兩，Ce=p違Z/6撈0a為一抖個(gè)常嫩數(shù)，峰稱為應(yīng)電動(dòng)籌勢常艘數(shù)繞組全部有效導(dǎo)體數(shù)為，所以若不若計(jì)飽挑和影繭響，敢有其中Kf為比遷例常施數(shù)29其中Gaf=CTKf；Ω為機(jī)躁械角增速度扶。感應(yīng)酒電動(dòng)叔勢的悉計(jì)算棄公式蹤蝶為30其中為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有電磁轉(zhuǎn)矩也可以表示為其中Gaf=CTKf二、電磁究轉(zhuǎn)矩溝的計(jì)捉算31第六慕節(jié)津直流星電機(jī)詳?shù)倪\(yùn)虧行原似理一、廚直流遷電機(jī)晉的基糾本方倒程式（一貍）電土動(dòng)勢尿平衡殘方程宴式若電采機(jī)穩(wěn)竟態(tài)運(yùn)急行，烈對于叫電動(dòng)欠機(jī)若電門機(jī)穩(wěn)臥態(tài)運(yùn)緞行，戰(zhàn)對于巨發(fā)電醒機(jī)32（二疼）轉(zhuǎn)菠矩平嘴衡方男程式對于惡電動(dòng)壺機(jī)：穩(wěn)態(tài)界運(yùn)行良時(shí)其中T2為負(fù)匹載制艷動(dòng)轉(zhuǎn)更矩，T0為空刺載損者耗轉(zhuǎn)駱矩。對于斷發(fā)電割機(jī)：其中T1為原晶動(dòng)機(jī)渡拖動(dòng)姿轉(zhuǎn)矩襪。穩(wěn)態(tài)撫運(yùn)行車時(shí)二、旅直流跳電動(dòng)耗機(jī)工沿作特勞性33（一繪）并遭勵(lì)直欺流電罰動(dòng)機(jī)注的工副作特喜性1.轉(zhuǎn)速廳特性當(dāng)U=溫UN,If=IfN時(shí)，n=f(Ia)的關(guān)宅系曲像線其中2.轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)U=UN

,If=IfN時(shí)，Te=f(Ia)的關(guān)系曲線3.效率特性當(dāng)U=UN

,If=IfN時(shí)，η=f(Ia)的關(guān)系曲線34（二敵）串債勵(lì)直蕩流電液動(dòng)機(jī)歌的工照作特橡性電動(dòng)吊勢平木衡方邀程式電動(dòng)舉勢公伍式轉(zhuǎn)矩膜平衡應(yīng)方程著式轉(zhuǎn)矩般公式（其霞中，Rfc為串兼勵(lì)繞盡組電嫂阻，，）35（三飽）復(fù)同勵(lì)直腫流電印動(dòng)機(jī)班的工駛作特映性[例2-臟1]一臺(tái)閘他勵(lì)獸直流嗎電動(dòng)批機(jī)的今額定忘數(shù)據(jù)良為：電樞繞組的電阻電刷接觸壓降設(shè)電動(dòng)機(jī)原來在額定轉(zhuǎn)速和額定負(fù)載下運(yùn)行，在負(fù)載的總制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（包括損耗轉(zhuǎn)矩）保持不變的情況下，試求（1）在電樞回路中突然串入電阻RΩ=0.0743Ω,求串入電阻最初瞬間和達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的電樞電流和轉(zhuǎn)速分別是多少？36（2）減譽(yù)少電肉動(dòng)機(jī)誕的勵(lì)礦磁電曉流，揚(yáng)使磁董通Φ減少10%，當(dāng)賞達(dá)到穩(wěn)娃定時(shí)詞的電追樞電伍流和咐轉(zhuǎn)速粘分別穗是多永少？解（1）電樞回路中突然串入電阻RΩ最初瞬間穩(wěn)態(tài)時(shí)（2）磁通Φ減少為原來的0.937三、滿直流辯發(fā)電欺機(jī)的欲工作悉特性a)他勵(lì)陷直流兄發(fā)電春機(jī)b)并勵(lì)味直流朗發(fā)電筐機(jī)c)復(fù)勵(lì)貞直流沖發(fā)電隨機(jī)（一竄）空帆載運(yùn)徒行1空載倆特性當(dāng)他俱勵(lì)直川流發(fā)柳電機(jī)詢被原撿動(dòng)機(jī)疾拖動(dòng)寬，n=nN時(shí)，護(hù)勵(lì)磁婚繞組躍端加浮上勵(lì)顆磁電別壓Uf,調(diào)節(jié)裙勵(lì)磁曾電流If0,得出棍空載倡特性嶼曲線U0=f招(I0)。382并勵(lì)策和復(fù)霞勵(lì)直尖流發(fā)予電機(jī)氏空載峽電壓坊的建拔立自勵(lì)凍電壓紀(jì)的建騰立有答三個(gè)葬條件閱：1）電機(jī)桌必須走有剩蝦磁；2）勵(lì)峽磁繞低組并嗓聯(lián)到電樞魔的極喚性必營須正轉(zhuǎn)確；3）勵(lì)磁蘋回路彼的總楚電阻奇小于溪該轉(zhuǎn)硬速下憑的臨梳界電御阻。（二箱）負(fù)掘載運(yùn)掀行無論優(yōu)他勵(lì)冒、并粘勵(lì)還圖是復(fù)巨勵(lì)發(fā)仇電機(jī)仇，建愧立電層壓以喬后，喬在n=nN的條輝件下源，加件上負(fù)救載后強(qiáng)，發(fā)蠅電機(jī)篇的端飽電壓搬都將弱發(fā)生嗓變化濁。1—津—積復(fù)踩勵(lì)發(fā)電機(jī)寨外特射性；2—幟—他勵(lì)英發(fā)電機(jī)妖外特傲性；3—呢—并勵(lì)排發(fā)電機(jī)煩外特突性；39第七嚷節(jié)失直痛流電機(jī)去的換野向換向證問題弱很復(fù)答雜，碎換向帽不良羊會(huì)在扁電刷騾與換殊向片煌之間晉產(chǎn)生賴火花堂。當(dāng)蓄火花華大到蜻一定薯程度器，可繭能損諸壞電喬刷和隔換向晴器表險(xiǎn)面，繭使電嚇機(jī)不柄能正蝴常工教作。產(chǎn)生唇火花堤的原撫因很論多，框除了傷電磁皺原因駱外，李還有崖機(jī)械算的原厭因。允此外婚換向嘉過程發(fā)還伴該隨著黑電化努學(xué)和叮電熱麥學(xué)等帆現(xiàn)象扯。一、換向塞的