直流電機(jī)工作原理

1、電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng) 1 2.1 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理 2.3 直流電機(jī)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng) 2.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和額定值直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和額定值 2.4 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 2.5 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 2.6 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) N S U N S U 線圈邊中電流不改變方向，則平均線圈邊中電流不改變方向，則平均 Te = 0。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) N S N S U U 電刷電刷 線圈邊切割磁力線會(huì)產(chǎn)生什么線圈邊切割磁力線

2、會(huì)產(chǎn)生什么？ 換向片換向片 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 直流直流 電流電流 交流交流 電流電流 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 (拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩) 換向換向 機(jī)械機(jī)械 負(fù)載負(fù)載 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 克克 服服 反電反電 動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì) 做功做功 電磁關(guān)系電磁關(guān)系 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) N S N S E E 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 電磁關(guān)系電磁關(guān)系 輸出輸出 直流電直流電 換向換向 原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)和電流勢(shì)和電流 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 (阻轉(zhuǎn)矩阻轉(zhuǎn)矩) 做功做功 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 氣隙磁場(chǎng)的分布波形及線圈電動(dòng)勢(shì)波形氣隙磁場(chǎng)的分布波形及線圈電動(dòng)勢(shì)波形 0 b t 2 3 A X 0

3、eXA t N S 0 A X + e 0 e t 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 每極下有每極下有 3 個(gè)串聯(lián)線圈時(shí)的電動(dòng)勢(shì)波形個(gè)串聯(lián)線圈時(shí)的電動(dòng)勢(shì)波形 0 e t 2 3 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) (1) 主磁極主磁極 (2) 換向極換向極 (3) 電刷電刷 (4) 機(jī)座機(jī)座 (5) 端蓋端蓋 (6) 軸承等軸承等 直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子 主磁極主磁極 機(jī)座機(jī)座 主磁極鐵心主磁極鐵心 勵(lì)磁勵(lì)磁 繞組繞組 絕緣絕緣 框架框架 電樞鐵心電樞鐵心 螺栓螺栓 機(jī)座機(jī)座 換向極換向極 主磁極主磁極 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 電樞繞組電樞繞組 主磁極主磁極電樞

4、鐵心電樞鐵心 勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 磁軛磁軛 補(bǔ)償磁極補(bǔ)償磁極 附加極繞組附加極繞組 換向器換向器 電刷裝置電刷裝置 端蓋端蓋 風(fēng)扇風(fēng)扇 軸承軸承 軸軸 端蓋端蓋 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 直流電機(jī)橫向剖面圖直流電機(jī)橫向剖面圖 主極鐵心主極鐵心 勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 定子磁軛定子磁軛 換向極換向極 換向極繞組換向極繞組 電樞導(dǎo)體電樞導(dǎo)體 電樞鐵心電樞鐵心 電樞齒電樞齒 電樞槽電樞槽 極靴極靴 底腳底腳 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 直流電機(jī)的換向極和電刷直流電機(jī)的換向極和電刷 換向極繞組換向極繞組 換向極鐵心換向極鐵心 銅絲辮銅絲辮 壓緊

5、彈簧壓緊彈簧 電刷電刷 刷握刷握 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) (1) 電樞鐵心電樞鐵心 (2) 電樞繞組電樞繞組 (3) 換向器換向器 (4) 轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子 (a) 轉(zhuǎn)子主體轉(zhuǎn)子主體 (b) 電樞鋼片電樞鋼片 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 直流電機(jī)的換向器直流電機(jī)的換向器 連接片連接片 換向片換向片 云母環(huán)云母環(huán) V 形套筒形套筒 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 直流電機(jī)直流電機(jī) 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 單疊繞組、單波繞組、復(fù)疊繞組、單疊繞組、單波繞組、復(fù)疊繞組、 復(fù)波繞組、蛙繞組（疊繞和波繞混合繞組）。復(fù)波繞組、蛙繞組（疊繞和波繞混合繞組）。 是構(gòu)

6、成電樞繞組的基本是構(gòu)成電樞繞組的基本 單元，其兩端分別與兩單元，其兩端分別與兩 片換向片相連的單匝或片換向片相連的單匝或 多匝線圈。多匝線圈。 電樞繞組的元件電樞繞組的元件 后端接后端接 上元件邊上元件邊 前端接前端接 下元件邊下元件邊 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 兩匝元件兩匝元件 疊繞元件疊繞元件 波繞元件波繞元件 元件邊元件邊 (有效邊有效邊) 一對(duì)磁極在電樞表面所跨過(guò)的距離。一對(duì)磁極在電樞表面所跨過(guò)的距離。 = Z 2p 電樞總槽數(shù)電樞總槽數(shù) 極對(duì)數(shù)極對(duì)數(shù) 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) N SN S N S y1 第一節(jié)距（用所跨過(guò)的槽數(shù)來(lái)表示第一節(jié)距（用所跨過(guò)的槽數(shù)來(lái)表示 ）。）。

7、y1= 為整距繞組；為整距繞組； y1 為長(zhǎng)距繞組。為長(zhǎng)距繞組。 y2 第二節(jié)距（用所跨過(guò)的槽數(shù)來(lái)表示第二節(jié)距（用所跨過(guò)的槽數(shù)來(lái)表示 ） 。 y 合成節(jié)距：合成節(jié)距： y = y1y2 疊繞元件疊繞元件 在電樞上的連接在電樞上的連接 1 234 y1 y2 12k 波繞元件在電樞上的連接波繞元件在電樞上的連接 y1 y2 2 y y 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) A B 1 23 4 5 67 8 A B 1 2 3 4 8 7 6 5 A B 1 2 3 4 5 6 7 8 7 6 5 A 1 2 3 B 4 8 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) A B 8 1 2 3 4 5 6 7 6 5

8、4 3 7 8 1 2 A B 7 6 5 4 8 1 2 3 AB A B 12 3 4 5 6 7 8 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) e e e e e e e e E A 1 2 3 4 8 7 6 5 B Ia 結(jié)論：結(jié)論： 整個(gè)電樞繞組通過(guò)換向片連成一個(gè)閉合回路。整個(gè)電樞繞組通過(guò)換向片連成一個(gè)閉合回路。 1 2 3 4 8 7 6 5 AB Ia e e e e e e e e E 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) NSNS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 5 6 8 9 11 12 1 A1 B1 A2 B2 單疊繞組的展開

9、圖單疊繞組的展開圖 n Z = p = = y1 = y2 = y = 12 2 3 3 2 1 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) NSNS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 5 6 8 9 11 12 1 A1 B1 A2 B2 單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖 結(jié)論：結(jié)論： 每個(gè)主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路；每個(gè)主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路； 繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)等于極對(duì)數(shù)，即繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)等于極對(duì)數(shù)，即 a = 2= p。 n A1 A2 B1 B2 3 6 4 7 5 8 11 8 10 7 9 6 9 12 10 1 11 2 5 2 4 1 3 12

10、第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖 NSNS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 5 6 8 9 11 12 A1 B1 A2 B2 n 電刷的中心線對(duì)電刷的中心線對(duì) 著磁極的中心線：著磁極的中心線： 電刷之間的電動(dòng)電刷之間的電動(dòng) 勢(shì)最大。勢(shì)最大。 被電刷短接的元被電刷短接的元 件電動(dòng)勢(shì)為零。件電動(dòng)勢(shì)為零。 習(xí)慣稱習(xí)慣稱 “電刷放在電刷放在 幾何中心線位置幾何中心線位置”。 磁極中心線磁極中心線 幾何中心線幾何中心線 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 電機(jī)裝配圖電機(jī)裝配圖 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 UN ：指輸出電壓的

11、額定值。：指輸出電壓的額定值。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 UN ：指輸入電壓的額定值。：指輸入電壓的額定值。 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 IN ：指輸出電流的額定值。：指輸出電流的額定值。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 IN ：指輸入電流的額定值。：指輸入電流的額定值。 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 PN ：指輸出電功率的額定值：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 PN ：指輸出機(jī)械功率的額定值：指輸出機(jī)械功率的額定值(UN INN ) 。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 額定狀態(tài)額定狀態(tài) ： 指指 U、I、P、n 均為額定值的狀態(tài)。均為額定值的狀態(tài)。 滿載狀態(tài)滿載狀態(tài) ： 指指 I = IN 的狀態(tài)。的狀態(tài)。

12、第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) MM IfIa 他勵(lì)他勵(lì) 并勵(lì)并勵(lì) 串勵(lì)串勵(lì) 復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì) I If Ia Ua Uf U MM U I Ia U I If If Ia 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) G I Uf Ua If Ia 分為他勵(lì)和自勵(lì)。分為他勵(lì)和自勵(lì)。 G I Ia U If G Ia If I U G Ia U If I 他勵(lì)他勵(lì) 串勵(lì)（自勵(lì)）串勵(lì)（自勵(lì)） 并勵(lì)（自勵(lì)）并勵(lì)（自勵(lì)） 復(fù)勵(lì)（自勵(lì)）復(fù)勵(lì)（自勵(lì)） 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) B0 空載時(shí)電樞電流可忽略不計(jì)?？蛰d時(shí)電樞電流可忽略不計(jì)。 空載磁場(chǎng)由主磁極的勵(lì)磁磁空載磁場(chǎng)由主磁極的勵(lì)磁磁 動(dòng)勢(shì)單獨(dú)作用產(chǎn)生。動(dòng)勢(shì)單獨(dú)作用產(chǎn)生。 空

13、載時(shí)磁場(chǎng)軸線與磁極軸線空載時(shí)磁場(chǎng)軸線與磁極軸線 相重合。相重合。 幾何中性線：幾何中性線： 相鄰兩主極之間的中心線。相鄰兩主極之間的中心線。 該處的徑向磁通密度為零。該處的徑向磁通密度為零。 磁場(chǎng)軸線磁場(chǎng)軸線 磁極軸線磁極軸線 幾何幾何 中性線中性線 幾何幾何 中性線中性線 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 幾何幾何 中性線中性線 直軸直軸d 交軸交軸q Fa 2 2 O x x Fa(x) Ba(x) 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 消耗在消耗在 x 點(diǎn)處每個(gè)氣隙上的電樞磁動(dòng)勢(shì)為點(diǎn)處每個(gè)氣隙上的電樞磁動(dòng)勢(shì)為 ia 導(dǎo)體的電流；導(dǎo)體的電流； N 電樞總導(dǎo)體數(shù)；電樞總導(dǎo)體數(shù)； Da 電樞的直徑。電樞的

14、直徑。 Nia Da A = 電樞表面單位長(zhǎng)度上的安培導(dǎo)體數(shù)，電樞表面單位長(zhǎng)度上的安培導(dǎo)體數(shù)， 稱為電樞的稱為電樞的線負(fù)荷線負(fù)荷。 2x Da Fa(x) = Nia 1 2 = Ax 在幾何中性線處在幾何中性線處 (x = /2) 的電樞磁動(dòng)勢(shì)為的電樞磁動(dòng)勢(shì)為 Faq = A = Famax 1 2 x 2 2 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 電樞磁場(chǎng)沿氣隙的磁通密度分布為電樞磁場(chǎng)沿氣隙的磁通密度分布為 等效氣隙長(zhǎng)度。等效氣隙長(zhǎng)度。 Ba(x) = 0Ha(x) Fa(x) (x) = 0 Ax (x) = 0 負(fù)載時(shí)電機(jī)中磁場(chǎng)：負(fù)載時(shí)電機(jī)中磁場(chǎng)： 由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用產(chǎn)生的。由勵(lì)

15、磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用產(chǎn)生的。 電樞反應(yīng)：電樞反應(yīng)： 電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) Ba 2 2 O x N S B0 B 將通過(guò)圓心和電樞圓周上徑向磁密為將通過(guò)圓心和電樞圓周上徑向磁密為 零的點(diǎn)連接成的直線零的點(diǎn)連接成的直線物理中性線。物理中性線。 N S 幾何幾何 中性線中性線 物理物理 中性線中性線 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 電樞反應(yīng)的結(jié)果電樞反應(yīng)的結(jié)果 氣隙磁場(chǎng)發(fā)生了畸變并有一定的去磁作用：氣隙磁場(chǎng)發(fā)生了畸變并有一定的去磁作用： 電樞圓周上幾何中性線處徑向磁密不再為零。電樞圓周上幾何中性線處徑向磁密不

16、再為零。 磁路不飽和時(shí)，每極下的磁通量不變；磁路不飽和時(shí)，每極下的磁通量不變； 磁路飽和時(shí)，每極下的磁通量減少了。磁路飽和時(shí)，每極下的磁通量減少了。 物理中性線偏離了幾何中性線：物理中性線偏離了幾何中性線： 對(duì)發(fā)電機(jī)：順著電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移；對(duì)發(fā)電機(jī)：順著電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移； 對(duì)電動(dòng)機(jī)：逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移。對(duì)電動(dòng)機(jī)：逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 處在幾何中性線處的換向元件的處在幾何中性線處的換向元件的 e0，使換，使換 向發(fā)生困難。向發(fā)生困難。 氣隙磁場(chǎng)畸變使換向器上的片間電壓不均勻；氣隙磁場(chǎng)畸變使換向器上的片間電壓不均勻； 當(dāng)相鄰兩換向片之間的電位差超過(guò)一定的限當(dāng)相鄰兩

17、換向片之間的電位差超過(guò)一定的限 度，將產(chǎn)生電位差火花；度，將產(chǎn)生電位差火花； 而且隨著電弧的拉長(zhǎng)可能出現(xiàn)環(huán)火。而且隨著電弧的拉長(zhǎng)可能出現(xiàn)環(huán)火。 電刷是與處在幾何中性線處的元件所連接電刷是與處在幾何中性線處的元件所連接 的換向片接觸的。的換向片接觸的。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 321k ia 2ia ia 2ia 4321 ia 2ia 4321 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 換向元件中電流的變化換向元件中電流的變化 O t i ia ia 直線換向直線換向 O t i 延遲換向和超前換向延遲換向和超前換向 ia ia 延遲換向延遲換向 超前換向超前換向 直線換向直線換向 延遲換向延遲換向

18、 如果換向元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于零，產(chǎn)生延遲換向。如果換向元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于零，產(chǎn)生延遲換向。 超前換向超前換向 如果換向元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于零，產(chǎn)生超前換向。如果換向元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于零，產(chǎn)生超前換向。 tk tk 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 換向不良的影響換向不良的影響 會(huì)在換向器和電刷間產(chǎn)生火花；會(huì)在換向器和電刷間產(chǎn)生火花； 火花超過(guò)一定程度，就會(huì)燒壞電刷和換向器；火花超過(guò)一定程度，就會(huì)燒壞電刷和換向器； 火花會(huì)產(chǎn)生電磁波，對(duì)無(wú)線通信造成干擾?；鸹〞?huì)產(chǎn)生電磁波，對(duì)無(wú)線通信造成干擾。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) (1) 加裝換向磁極加裝換向磁極 (2) 移動(dòng)電刷移動(dòng)電刷 換向

19、極換向極 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 電樞旋轉(zhuǎn)電樞旋轉(zhuǎn) n 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) ex = Bxlv Bx 導(dǎo)體所在處的氣隙磁密。導(dǎo)體所在處的氣隙磁密。 l 導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度。導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度。 v 導(dǎo)體切割磁場(chǎng)線的線速度。導(dǎo)體切割磁場(chǎng)線的線速度。 ex ex E B 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) = n pN 60a 設(shè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為設(shè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為 N， 則每條支路的導(dǎo)體為則每條支路的導(dǎo)體為 ， 故故 v = n 2 R 60 = n 2p 60 N 2a E = ex 1 N/2a = Bxlv 1 N/2a = lv Bx 1 N/2a B Bav 平均氣隙磁密平均氣隙磁密 = lv Bav N

20、2a = l n 2p 60 l N 2a = CE n 每極下的磁通每極下的磁通 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) E = CE n CE 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。 單位：?jiǎn)挝唬篧b 單位：?jiǎn)挝唬簉/min (V) 方向：由方向：由 和和 n 共同決定。共同決定。 性質(zhì)：發(fā)電機(jī)為電源電動(dòng)勢(shì)；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)。電動(dòng)機(jī)為反電動(dòng)勢(shì)。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 電樞電流電樞電流 ia 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) F Te 設(shè)電刷在幾何中性線處，元件為整距。設(shè)電刷在幾何中性線處，元件為整距。 (1) 同一極下每根導(dǎo)體受到的平均電磁力為同一極下每根導(dǎo)體受到的平均電磁力為 fav = Bavl

21、ia ia 導(dǎo)體中的電流導(dǎo)體中的電流 。 每根導(dǎo)體受到的平均電磁轉(zhuǎn)矩為每根導(dǎo)體受到的平均電磁轉(zhuǎn)矩為 Tav = fav = Bav lia D 2 D 2 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 電樞直徑為：電樞直徑為： 電樞電流與支路電流的關(guān)系為：電樞電流與支路電流的關(guān)系為： 則則 D = 2p ia = Ia 2a Te = NTav = N Bav lia D 2 = N l l Ia 2a p = Ia pN 2 a (Nm) Te = CT Ia CT 轉(zhuǎn)矩常數(shù)。轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 單位：?jiǎn)挝唬篧b 單位：?jiǎn)挝唬篈 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 方向：由方向：由 和和 Ia 共同決定。共同決定。 性質(zhì)

22、：發(fā)電機(jī)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，性質(zhì)：發(fā)電機(jī)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，Te 與與 n 方向相反。方向相反。 電動(dòng)機(jī)為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，Te 與與 n 方向相同。方向相同。 CT = CE = 9.55 CE 60 2 ，CT = pN 2 a CE = pN 60a 因?yàn)橐驗(yàn)?則則 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) E 勵(lì)磁電路：勵(lì)磁電路： Uf = Rf If 電樞電路：電樞電路： Ua = ERaIa M IfIa Ua Uf Ra 電樞繞組總電阻，包括電刷的接觸電阻。電樞繞組總電阻，包括電刷的接觸電阻。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) Te = TL = T0T2 T0 空載轉(zhuǎn)矩，是由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械摩擦損耗及鐵

23、損空載轉(zhuǎn)矩，是由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械摩擦損耗及鐵損 引起的總轉(zhuǎn)矩；引起的總轉(zhuǎn)矩； T2 輸出轉(zhuǎn)矩，即生產(chǎn)機(jī)械的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；輸出轉(zhuǎn)矩，即生產(chǎn)機(jī)械的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩； TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩，它是電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩，它是電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩 T0 與生產(chǎn)與生產(chǎn) 機(jī)械的轉(zhuǎn)矩機(jī)械的轉(zhuǎn)矩 T2 的總稱。的總稱。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) (1) 輸入功率輸入功率 P1 P1 = U I = UaIa (2) 電樞銅損耗電樞銅損耗 PCua PCua = Ra Ia2 (3) 電磁功率電磁功率 Pe Pe = P1 PCua 推導(dǎo)：推導(dǎo)： U I = UaIa = ( ERa Ia ) Ia Pe = EIa Pe = EIa

24、 = CE n Ia = Te 2 60 = CT n Ia = E IaRa Ia2 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) (4) 空載損耗空載損耗 P0 P0 = PFePfwPad 結(jié)論：結(jié)論： 電動(dòng)機(jī)將電樞吸收的電功率電動(dòng)機(jī)將電樞吸收的電功率 EIa 轉(zhuǎn)換成了機(jī)械轉(zhuǎn)換成了機(jī)械 功率功率 Te ，故稱，故稱 EIa 和和 Te 為電磁功率。為電磁功率。 機(jī)械損耗機(jī)械損耗 附加損耗附加損耗 鐵損耗鐵損耗 2 60 = T2n (5) 輸出功率輸出功率 P2 Te = T0 T2 P2 = T2 = Pe P0 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) (6) 效率效率 P2 P1 = 100% 功率流程圖功率

25、流程圖 P1 PCu Pe P0 P2 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 工作特性是指當(dāng)工作特性是指當(dāng)U = UN、If = IfN 時(shí)時(shí)，n、Te 和和 與與 Ia 的關(guān)系。的關(guān)系。 E CE n = UaRa Ia CE = 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 O n Ia n0 當(dāng)當(dāng)Ia 時(shí)，時(shí)，n 下降不多下降不多(硬特性硬特性)。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 當(dāng)當(dāng) If = 0， = r 很小，很小，n 不能突變不能突變 E 很小很小 Te = CT r Ia 仍有一定數(shù)值。仍有一定數(shù)值。 Ia 若若 Te TL n (飛車飛車) 若若TeTL n n = 0 ( 悶車悶車) 勵(lì)磁電路斷電的后果勵(lì)磁電路

26、斷電的后果 轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性 O Te Ia Te = CT Ia 若不計(jì)磁路飽和，則若不計(jì)磁路飽和，則 TeIa ； 若計(jì)及磁路飽和，則若計(jì)及磁路飽和，則 Te 隨著隨著 Ia 的增加略有下降。的增加略有下降。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) M = f (Ia) 效率特性效率特性 O Ia 工作特性是指當(dāng)工作特性是指當(dāng) U = UN 時(shí)，時(shí)， n、Te 和和 與與 Ia 的關(guān)系。的關(guān)系。 I = Ia = If U = UaUf = E(RaRf ) Ia U If Ia Ua Uf E CE n = = U(RaRf ) Ia CE I 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) (2) 當(dāng)當(dāng) Ia 較

27、大、磁路已飽和時(shí)，較大、磁路已飽和時(shí)， 常數(shù)，常數(shù)， (1) 當(dāng)當(dāng) Ia 較小、磁路未飽和時(shí)，較小、磁路未飽和時(shí)， = kIa n = RaRf kCE U kCEIa 軟特性軟特性 O n Ia l當(dāng)當(dāng)Te = 0 時(shí)，時(shí)，Ia = If = 0， = r， n0 = (5 6) nN ； l當(dāng)當(dāng)Te 較小時(shí)，較小時(shí)，Ia 較小，磁路未飽和，較小，磁路未飽和， Te Ia n 迅速下降；迅速下降； l當(dāng)當(dāng)Te 較大時(shí)，較大時(shí)，Ia 較大，磁路已飽和，較大，磁路已飽和， Te Ia 基本不變基本不變 n 下降較少。下降較少。 Te = kCT Ia = CTIa 2 2 T = CT Ia O

28、 Te Ia 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 相同的相同的 Te ， Ia 較小。較小。 對(duì)應(yīng)允許的對(duì)應(yīng)允許的 Iamax ， Tst 較大，過(guò)載能力較強(qiáng)。較大，過(guò)載能力較強(qiáng)。 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 特別適用于起重機(jī)和電力機(jī)車等運(yùn)輸機(jī)械。特別適用于起重機(jī)和電力機(jī)車等運(yùn)輸機(jī)械。 不能在輕載或空載下運(yùn)行。不能在輕載或空載下運(yùn)行。 不能用皮帶輪傳動(dòng)。不能用皮帶輪傳動(dòng)。 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) (1) 分為積復(fù)勵(lì)、差復(fù)勵(lì)。分為積復(fù)勵(lì)、差復(fù)勵(lì)。 (2) 特性介于他勵(lì)和串勵(lì)之間。特性介于他勵(lì)和串勵(lì)之間。 (3) 特點(diǎn)特點(diǎn) 有較大的有較大的

29、Tst 。 可以空載和輕載運(yùn)行。可以空載和輕載運(yùn)行。 并勵(lì)并勵(lì) 復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì) 串勵(lì)串勵(lì) O n Ia M Ia U I If E 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 【例例21】 已知某并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，已知某并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN = 22 kW, UN = 220 V, IN = 115 A, nN = 1500 r/min, 電樞電阻電樞電阻Ra = 0.18 ， 勵(lì)磁電阻勵(lì)磁電阻 Rf628 。試求：。試求：(1) CE N、CT N ； (2) 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 Te；(3) 額定輸出轉(zhuǎn)矩額定輸出轉(zhuǎn)矩 T2；(4) 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩T0 ； (5) 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 n0 與實(shí)際空載轉(zhuǎn)速與

30、實(shí)際空載轉(zhuǎn)速 n 0 。 解：解：(1) A7 .114 628 220 115 f N Na R U II AmN133. 0 AmN 1500 7 .11418. 0220 N aaN NE n IRU C mN7 .145mN7 .11427. 1 aNTe ICT AmN27. 155. 9 NeNT CC 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) mN140mN 1500 22 95509550 N N N N 2N n P P T mN7 . 5mN1407 .145 2e0 TTT N 0 EN 220 1654r min C0.133 U n min/ r1648min/ r7 . 5 2

31、7. 1133. 0 18. 0 1654 0 2 NTE a NE N 0 T CC R C U n 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) G I Ua If Ia Uf 勵(lì)勵(lì) 磁磁 Uf If E n原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)電樞電樞 Ua Uf = Rf If Ua = ERaIa E 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Rf If 可調(diào)可調(diào) 可調(diào)可調(diào) E 可調(diào)可調(diào) Ua可調(diào)?？烧{(diào)。 T1 = TeT0 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) T1 = Te T0 P1 = PeP0 Pe = EIa Pe = P2PCua P0 = PFePfwPad = UaIaRaIa 2 P1 Pfw+ Pad PFe Pe PCua P2 功率流程圖功

32、率流程圖 輸入功率輸入功率 P1： 電磁功率電磁功率 Pe ： 空載損耗空載損耗 P0 : P1 = P2PCuaP0 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 【例例22】 一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī) PN = 46 kW，UN = 115 V, nN =1500 r/min, 電樞電阻電樞電阻 Ra= 0.01 ，勵(lì)磁電阻，勵(lì)磁電阻 Rf 20 ，把此發(fā)電機(jī)當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，所加電源電壓，把此發(fā)電機(jī)當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，所加電源電壓UN = 110 V，保持電動(dòng)機(jī)電樞電流和發(fā)電機(jī)時(shí)一樣，不考慮磁路，保持電動(dòng)機(jī)電樞電流和發(fā)電機(jī)時(shí)一樣，不考慮磁路 的飽和影響，求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩。的飽和影響，求電動(dòng)機(jī)的

33、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩。 解：解：(1) 發(fā)電機(jī)的電樞電流為發(fā)電機(jī)的電樞電流為 NN aNNfN Nf 46000115 ()A405.8A 11520 PU III UR NaNa EN N 115405.80.01 0.079 1500 UIR C n N fM f 110 A5.5A 20 U I R 發(fā)電機(jī)的常數(shù)為發(fā)電機(jī)的常數(shù)為 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流為電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流為 (用下標(biāo)用下標(biāo)M表示電動(dòng)機(jī)表示電動(dòng)機(jī)) 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) NaNa EM 110405.80.01 r/min1394r/min 0.076 UIR n C fM EMEN fN 5.5 0.0790.076 5.75 I

34、 C C I 當(dāng)不考慮磁路的飽和時(shí)，電動(dòng)機(jī)的常數(shù)為當(dāng)不考慮磁路的飽和時(shí)，電動(dòng)機(jī)的常數(shù)為 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 aNMEaNMTeM 55. 9ICICT mN7 . 5mN8 .405076. 055. 9 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 當(dāng)當(dāng) n = nN、Ia = 0 時(shí)：時(shí)： U0 = E = f (If ) O If U0 Er 剩磁感應(yīng)剩磁感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) 空載特性 空載特性 當(dāng)當(dāng) n = nN、If = IfN 時(shí)：時(shí)： Ua = f (Ia) = ERa Ia O I U IN UN U0 外特性 外特性 當(dāng)當(dāng) Ia RaIa E (

35、電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)) Ua 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率 VR = 100% U0UN UN ( 5% 10% ) 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 當(dāng)當(dāng) n = nN，Ua = UaN 時(shí)：時(shí)： If = f (Ia) O I If IfN IaN 調(diào)整特性調(diào)整特性 = 100% P2 P1 小型發(fā)電機(jī)：小型發(fā)電機(jī)： N = 70% 90% 中大型發(fā)電機(jī)：中大型發(fā)電機(jī)： N = 91% 96% 當(dāng)當(dāng) n = nN，Ua = UaN 時(shí)：時(shí)： = f (P2) 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) G I Ia U If E E ？ E ？ (1) 主磁極必須有剩磁主磁極必須有剩磁 r r ErIfr EEr 與與 r 方向相同方向相同 EEr 與與 r 方向相反方向相反 (2) 勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通 必須與剩磁同方向必須與剩磁同方向 O If E Er Q IfrIf1If2If r Er Ifr EEr IfIfr E If = E RaRf 第第2章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 當(dāng)當(dāng) Rf Rk 時(shí)，時(shí)， E Er ， 能夠自勵(lì)。能夠自勵(lì)。 當(dāng)當(dāng) R