電機(jī)學(xué) 第二章直流電機(jī)

1、第二章第二章 直流電機(jī)直流電機(jī)2.7 2.7 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向2.1 概述概述2.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組2.3 直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場2.5 直流電動機(jī)的基本特性直流電動機(jī)的基本特性2.6 直流電力傳動直流電力傳動一、概述一、概述直流電機(jī)發(fā)電機(jī)：得到直流直流電機(jī)發(fā)電機(jī)：得到直流電源。電源。直流電動機(jī)：具有直流電動機(jī)：具有良好的調(diào)良好的調(diào)速性能速性能，在許多調(diào)速性能要，在許多調(diào)速性能要求較高的場合得到廣泛使用。求較高的場合得到廣泛使用。 2.12.1概述概述2.1.1 工作原理工作原理 二、直流電機(jī)的用途直流電機(jī)的用途電源電源勵磁機(jī)勵磁機(jī)測速測速伺服伺服圖圖2

2、.1 用途用途(見圖見圖2.1).作作電源電源用用-直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī).作作伺服伺服用用-自流電動機(jī)自流電動機(jī).信號信號的傳遞的傳遞 =作為測量元件作為測量元件-直流測速發(fā)電機(jī)直流測速發(fā)電機(jī) =作為執(zhí)行元件作為執(zhí)行元件-直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī).做做勵磁機(jī)勵磁機(jī)用用一般小于一般小于1010萬萬kWkW即即100MW100MW的單機(jī)同步發(fā)電的單機(jī)同步發(fā)電機(jī)要用直流發(fā)電機(jī)作為勵磁機(jī)。機(jī)要用直流發(fā)電機(jī)作為勵磁機(jī)。 直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。直流電機(jī)直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。直流電機(jī)自身有著顯著的優(yōu)點，但與交流電機(jī)相比自身又自身有著顯著的優(yōu)點，但與交流電機(jī)相比自身又有著缺點。近年來，與電

3、力電子裝置結(jié)合而具有有著缺點。近年來，與電力電子裝置結(jié)合而具有直流電機(jī)性能的電機(jī)不斷涌現(xiàn)，使直流電機(jī)有被直流電機(jī)性能的電機(jī)不斷涌現(xiàn)，使直流電機(jī)有被取代的趨勢。盡管如此，直流電機(jī)仍有一定的理取代的趨勢。盡管如此，直流電機(jī)仍有一定的理論意義和實用價值論意義和實用價值! !三三. .直流電機(jī)的特點直流電機(jī)的特點直流電動機(jī)以其良好的直流電動機(jī)以其良好的起動性起動性和和調(diào)速性能調(diào)速性能著稱著稱。(調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平過載能力較強(qiáng)調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平過載能力較強(qiáng);熱動和制熱動和制動轉(zhuǎn)矩較大動轉(zhuǎn)矩較大)直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)供電質(zhì)量供電質(zhì)量較好，常常作為勵磁電源較好，常常作為勵磁電源( (電電勢波形較

4、好，對電磁干擾的影響小勢波形較好，對電磁干擾的影響小) )。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜結(jié)構(gòu)較復(fù)雜直流電機(jī)直流電機(jī) 成本較高成本較高 使它的應(yīng)用受到使它的應(yīng)用受到 限制限制 可靠性較差可靠性較差存在換向器，其制造復(fù)雜，價格較高。存在換向器，其制造復(fù)雜，價格較高。 (1)(1)直流電機(jī)的環(huán)形物理模型圖解釋直流電機(jī)的環(huán)形物理模型圖解釋 直流電機(jī)的物理模型圖見圖直流電機(jī)的物理模型圖見圖2.22.2、2.3 2.3 。 圖中表示一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型。圖中表示一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型。固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動部分有鐵心和繞在環(huán)形鐵心上還有

5、電刷。轉(zhuǎn)動部分有鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的。定子與轉(zhuǎn)子之間有一的。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙氣隙。四、直流電機(jī)的工作原理四、直流電機(jī)的工作原理圖圖2.2 直流電機(jī)的物理模型圖直流電機(jī)的物理模型圖 圖圖2.3 直流直流(發(fā)）電機(jī)的物理模型圖發(fā)）電機(jī)的物理模型圖 (2)直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理 （圖圖2.4 ） 機(jī)械能機(jī)械能 直流電能的電氣設(shè)備。直流電能的電氣設(shè)備。 如何轉(zhuǎn)換？分以下步驟說明：如何轉(zhuǎn)換？分以下步驟說明： 設(shè)原動機(jī)拖動設(shè)原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子以每分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以每分轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動； 電機(jī)內(nèi)部的電機(jī)內(nèi)部的固定部分要有磁場固定部分要有磁場。 導(dǎo)體將感應(yīng)電勢導(dǎo)體將感應(yīng)電勢，其大小與磁通密度，其

6、大小與磁通密度 B 、導(dǎo)體的有效長度導(dǎo)體的有效長度 l 和導(dǎo)體切割磁場速度和導(dǎo)體切割磁場速度 v 三三者的乘積成正比，其方向用右手定則判斷。者的乘積成正比，其方向用右手定則判斷。 電勢正方向：電勢正方向：abcdabcdB+,A-B+,A-（1 1）、換流過程）、換流過程abcdABdcabAB電勢正方向：電勢正方向：dcbadcbaB+,A-B+,A- 圖圖2.4直流發(fā)電機(jī)的原理直流發(fā)電機(jī)的原理 注意：某一根轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢性質(zhì)是交流電，而注意：某一根轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢性質(zhì)是交流電，而經(jīng)電刷輸出的電動勢是直流電。經(jīng)電刷輸出的電動勢是直流電。 電勢性質(zhì)電勢性質(zhì): 1. N 及及S極下的導(dǎo)體電勢方向改

7、變極下的導(dǎo)體電勢方向改變 2. 電刷與磁極相對靜止，固定與電刷與磁極相對靜止，固定與N極或極或S極下的極下的導(dǎo)體相連導(dǎo)體相連,電刷兩端電勢不變，為直流電電刷兩端電勢不變，為直流電. 由于由于電刷與換向器的配合作用電刷與換向器的配合作用， 交流電勢變成交流電勢變成了直流電勢，這種電機(jī)為換向器式直流電機(jī)。了直流電勢，這種電機(jī)為換向器式直流電機(jī)。（1 1）、換流過程）、換流過程abcd電流正方向：電流正方向：dcbadcba轉(zhuǎn)矩方向：順時針轉(zhuǎn)矩方向：順時針電勢方向：電勢方向：abcdabcd電流正方向：電流正方向：dcbadcba轉(zhuǎn)矩方向：轉(zhuǎn)矩方向：電勢方向：電勢方向：電流正方向：電流正方向：abc

8、dabcd轉(zhuǎn)矩方向：順時針轉(zhuǎn)矩方向：順時針電勢方向：電勢方向：dcbadcbadcababcdS(3)(3)直流電動機(jī)的工作原理直流電動機(jī)的工作原理 圖圖2.5 直流電動機(jī)工作原理直流電動機(jī)工作原理直流電動機(jī)工作原理：直流電動機(jī)工作原理：1.電源經(jīng)電刷接通電樞繞組，電樞導(dǎo)體有電源經(jīng)電刷接通電樞繞組，電樞導(dǎo)體有電流電流流過。流過。 2.電機(jī)內(nèi)部有電機(jī)內(nèi)部有磁場磁場。 3.載流轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體受載流轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體受電磁力電磁力 f 的作用的作用 f=Blia （左手定則）（左手定則） 4.所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以以n(轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分)旋轉(zhuǎn)，拖

9、動機(jī)械負(fù)載。旋轉(zhuǎn)，拖動機(jī)械負(fù)載。 五五.直流電機(jī)小結(jié)直流電機(jī)小結(jié)1.所有直流電機(jī)的電樞繞組總是自成閉路。所有直流電機(jī)的電樞繞組總是自成閉路。2.電樞繞組的支路數(shù)（電樞繞組的支路數(shù)（2a）永遠(yuǎn)是成對出現(xiàn)，）永遠(yuǎn)是成對出現(xiàn)， 這是由于磁極數(shù)這是由于磁極數(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)3直流發(fā)電機(jī)為了得到最大的直流電勢，電直流發(fā)電機(jī)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。刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸。 2. 1. 2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件 一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)直流電機(jī)定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子機(jī)機(jī)座座

10、換換向向極極主主磁磁極極電電刷刷裝裝置置電電樞樞鐵鐵心心軸軸承承換換向向器器風(fēng)風(fēng)扇扇轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸電電樞樞繞繞組組NSNS 直流電機(jī)由定直流電機(jī)由定子子(磁極磁極)、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子(電樞電樞)和機(jī)座等和機(jī)座等部分構(gòu)成。部分構(gòu)成。圖圖2.6 國產(chǎn)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)國產(chǎn)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)二、定子二、定子 1.1.主磁極主磁極 （圖（圖2.72.7） 主磁極：主磁極：建立主磁場建立主磁場。 主磁極鐵心主磁極鐵心采用采用1 11.5mm1.5mm的低碳鋼板沖壓的低碳鋼板沖壓一一定形狀定形狀疊裝疊裝固定而成。固定而成。 主磁極上裝有主磁極上裝有勵磁繞組勵磁繞組。 主磁極的個數(shù)一定是偶數(shù)，相鄰主磁極的極主磁極的個數(shù)一定是偶

11、數(shù)，相鄰主磁極的極性按性按 N N，S S 極交替出現(xiàn)。極交替出現(xiàn)。圖2.7 主磁極圖2.8換向極2.2.機(jī)座機(jī)座 : : 一是作為主磁極的一部分，二是作為電機(jī)的結(jié)一是作為主磁極的一部分，二是作為電機(jī)的結(jié)構(gòu)框架。構(gòu)框架。 一般用厚鋼板彎成筒形以后焊成，或者用鑄鋼一般用厚鋼板彎成筒形以后焊成，或者用鑄鋼件（小型機(jī)座用鑄鐵件）制成。件（小型機(jī)座用鑄鐵件）制成。 兩端裝有端蓋。兩端裝有端蓋。3.換向極換向極 :（圖（圖2.8）作用：改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)作用：改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運(yùn)行時不產(chǎn)生有害的火花。運(yùn)行時不產(chǎn)生有害的火花。結(jié)構(gòu)：由換向極鐵心和繞組構(gòu)成，用螺桿結(jié)構(gòu)：由換向極鐵心和

12、繞組構(gòu)成，用螺桿固定在機(jī)座上。固定在機(jī)座上。個數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相等。個數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相等。小功率直流電機(jī)中，可不裝換向極的。小功率直流電機(jī)中，可不裝換向極的。換向極繞組在使用中是和電樞繞組相串聯(lián)換向極繞組在使用中是和電樞繞組相串聯(lián)的，要流過較大的電流，與主磁極的串勵繞組的，要流過較大的電流，與主磁極的串勵繞組一樣，導(dǎo)線有較大的截面。一樣，導(dǎo)線有較大的截面。 5.5.電刷裝置電刷裝置: : 由電刷，刷握，刷桿和連線等組成。由電刷，刷握，刷桿和連線等組成。是石墨或金屬石墨組成的導(dǎo)電塊，放在刷是石墨或金屬石墨組成的導(dǎo)電塊，放在刷握內(nèi)用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表面，握內(nèi)用彈簧以一定的壓

13、力按放在換向器的表面，旋轉(zhuǎn)時與換向器表面形成滑動接觸。刷握用螺旋轉(zhuǎn)時與換向器表面形成滑動接觸。刷握用螺釘夾緊在刷桿上。釘夾緊在刷桿上。圖圖2.9三、轉(zhuǎn)子三、轉(zhuǎn)子 1.1.電樞鐵心電樞鐵心 （圖（圖2.102.10） 既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組支撐部既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組支撐部分。分。 為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，鐵心一般用厚為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，鐵心一般用厚0.5mm0.5mm且沖有齒、槽的型號為且沖有齒、槽的型號為DR530DR530或或DR510DR510的硅鋼的硅鋼片疊壓夾緊而成片疊壓夾緊而成， 圖圖2.102.10 電樞鐵心電樞鐵心圖圖2.11 2.11 電樞

14、繞組電樞繞組圖圖2.122.12 換向器換向器2.2.電樞繞組電樞繞組: :（圖（圖2.112.11） 是直流電機(jī)的電路部分，是是直流電機(jī)的電路部分，是產(chǎn)生感生電動產(chǎn)生感生電動勢勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部分產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部分。3.換向器換向器: :（圖（圖2.122.12）在在直流發(fā)電機(jī)中，換向器起整流作用，在直流直流發(fā)電機(jī)中，換向器起整流作用，在直流電動機(jī)中，換向器起逆變作用，電動機(jī)中，換向器起逆變作用，2.1.3 2.1.3 直流電機(jī)的額定值直流電機(jī)的額定值額定容量額定容量PN： 輸出功率輸出功率額定電壓額定電壓UN：額定狀態(tài)下出線端電壓：額定狀態(tài)下出線端電壓額定

15、電流額定電流IN：額定狀態(tài)下出線端電流：額定狀態(tài)下出線端電流額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN： 額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速直流發(fā)電機(jī)：直流發(fā)電機(jī)： PNUN IN直流電動機(jī)：直流電動機(jī)： PNUN IN 額定勵磁電流額定勵磁電流 I IfNfN: :電機(jī)在額定狀態(tài)時的電機(jī)在額定狀態(tài)時的勵磁電流值。勵磁電流值。額定效率額定效率額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩T TN N2.2 2.2 直流電機(jī)的電樞直流電機(jī)的電樞繞組繞組 2.2.1 2.2.1 基本特點基本特點電樞繞組電樞繞組: : 直流電機(jī)的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一直流電機(jī)的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一, , 是直流電機(jī)的電路部分，亦是實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換是直流電機(jī)的

16、電路部分，亦是實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。的樞紐。對電樞繞組的要求：對電樞繞組的要求： 在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電勢和電磁轉(zhuǎn)矩足夠的電勢和電磁轉(zhuǎn)矩前提下，所消耗的有效材料最省，前提下，所消耗的有效材料最省， 強(qiáng)度高（機(jī)械、強(qiáng)度高（機(jī)械、電氣、熱），電氣、熱）， 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡單等。運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡單等。 一一.分類：分類： 分類為分類為環(huán)形和鼓形環(huán)形和鼓形(圖圖2.13)2.13) ； 環(huán)形繞組只曾在原始電機(jī)用過；環(huán)形繞組只曾在原始電機(jī)用過；現(xiàn)代直流電機(jī)現(xiàn)代直流電機(jī)均用鼓形繞組，它又分為疊繞組、波繞組和蛙形繞均用鼓形繞組，它又分為疊繞組、波繞組和蛙形繞組組。鼓形繞組比環(huán)

17、形繞組制造容易，又節(jié)省導(dǎo)線，鼓形繞組比環(huán)形繞組制造容易，又節(jié)省導(dǎo)線，運(yùn)行較可靠，經(jīng)濟(jì)性好，故現(xiàn)在均用鼓形繞組。運(yùn)行較可靠，經(jīng)濟(jì)性好，故現(xiàn)在均用鼓形繞組。 疊式繞組疊式繞組( (單疊復(fù)疊單疊復(fù)疊)- )- 見圖見圖2.142.14鼓形繞組鼓形繞組 波式繞組波式繞組( (單波、復(fù)波單波、復(fù)波)- )- 見下頁圖見下頁圖2.152.15 蛙 型 繞 組蛙 型 繞 組 ( ( 又 叫 混 合 繞 組又 叫 混 合 繞 組)圖圖2.13 2.13 鼓形繞組環(huán)形鼓形繞組環(huán)形繞組示意圖繞組示意圖 圖圖2.14 2.14 疊繞組示意圖疊繞組示意圖 圖圖2.152.15波繞組示意圖波繞組示意圖 y=yy=y1

18、1-y-y2 2二、有關(guān)電樞繞組二、有關(guān)電樞繞組名詞、術(shù)語名詞、術(shù)語元件：元件：第一節(jié)距第一節(jié)距y1極距：極距：鐵心表面，鐵心表面， 一個極所占的距離一個極所占的距離第二節(jié)距第二節(jié)距y2合成節(jié)距合成節(jié)距y：換向器節(jié)距換向器節(jié)距yk：極軸線：極軸線：磁極中心線磁極中心線幾何中心線：幾何中心線：磁極之間的平分線磁極之間的平分線圖圖2.16虛槽虛槽槽內(nèi)每層有槽內(nèi)每層有u u個元件邊，把每個實際的槽看作包個元件邊，把每個實際的槽看作包含含u u個虛槽。實際槽數(shù)個虛槽。實際槽數(shù)z,z,虛槽數(shù)虛槽數(shù)zi,zi,則則z zi i= z = z * * u u有效邊有效邊：有效邊是指線圈的有效邊是指線圈的直線

19、直線部分。部分。 端部：線圈非接觸電樞鐵心的那個部分。端部：線圈非接觸電樞鐵心的那個部分。上、下層上、下層： 圖圖2.172.17圖圖2.17 2.17 繞組實物圖繞組實物圖元件數(shù)元件數(shù)S S與換向片數(shù)與換向片數(shù)K K：S=K=zS=K=zi i第一節(jié)距第一節(jié)距y y1 1: :元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的距離，用距離，用y1表示。第一節(jié)矩的大小通常用表示。第一節(jié)矩的大小通常用所跨的虛所跨的虛槽數(shù)來計算槽數(shù)來計算。第二節(jié)距第二節(jié)距y y2 2：相串連的兩個元件第一個元件的下相串連的兩個元件第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊在電樞表面上所跨的距層邊與第

20、二個元件的上層邊在電樞表面上所跨的距離。用離。用y2表示，用虛槽數(shù)計算。表示，用虛槽數(shù)計算。 合成節(jié)距合成節(jié)距y y：相串連的兩個元件的對應(yīng)邊在電樞表面相串連的兩個元件的對應(yīng)邊在電樞表面所跨的距離，稱為合成節(jié)矩。所跨的距離，稱為合成節(jié)矩。 換向節(jié)距換向節(jié)距ykyk: :第一個元件的兩端所接的兩片換向片在第一個元件的兩端所接的兩片換向片在換向器表面上所跨的距離。換向器表面上所跨的距離。 數(shù)值上數(shù)值上y=yy=yk k繞組的聯(lián)接繞組的聯(lián)接：單疊繞組：單疊繞組：相鄰聯(lián)接的兩個元件互相交錯地重疊。相鄰聯(lián)接的兩個元件互相交錯地重疊。多相鄰元件依次串聯(lián)，同時每個元件的引線端依次多相鄰元件依次串聯(lián)，同時每個

21、元件的引線端依次焊接到相鄰的換向片上最后形成閉合回路。焊接到相鄰的換向片上最后形成閉合回路。(圖圖2.142.14圖圖2.19)2.19)單波繞組：單波繞組：相鄰聯(lián)接的兩個元件呈波浪形。相鄰聯(lián)接的兩個元件呈波浪形。(圖圖2.15)2.15) y1y2yy= -1圖圖2.19單疊繞組單疊繞組 (左行左行)各種形式直流電機(jī)繞組的區(qū)別主要表現(xiàn)在各種形式直流電機(jī)繞組的區(qū)別主要表現(xiàn)在合成節(jié)矩合成節(jié)矩上，其公式為：上，其公式為： 疊繞組：疊繞組：y = yy = y1 1 - y - y2 2 單疊右行：單疊右行：y = + 1y = + 1 單疊左行：單疊左行：y = - 1y = - 1因單疊左行繞組

22、端接部分交叉，故很少采用。因單疊左行繞組端接部分交叉，故很少采用。 波繞組：波繞組：y = y1 y2 2.2.22.2.2單疊繞組單疊繞組1、 數(shù)據(jù)計算：數(shù)據(jù)計算：yyk1計算數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)y和和y1畫繞組展開圖畫繞組展開圖安放電刷和磁極安放電刷和磁極4221621 pZy 一臺一臺4極極16槽直流電機(jī)，換向片數(shù)槽直流電機(jī)，換向片數(shù)K=16；電樞繞組的元件數(shù)電樞繞組的元件數(shù)S=16；(z=zi=s=k)試畫試畫出整距右行單疊繞組展開圖。出整距右行單疊繞組展開圖。1單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖123456789101112131416152345678910111213141615槽展開槽展開繞

23、組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷NSNS+圖圖2.21展開圖（展開圖（2）1123456789101112131416152345678910111213141615NSNS+圖圖2.22繞組放置繞組放置l元件元件1 1： 上元件邊在上元件邊在1 1槽，槽， 下元件邊放在相距下元件邊放在相距y y1 1=4=4即即5 5槽下層。槽下層。l元件元件2 2： 上元件邊在上元件邊在2 2槽，槽， 下元件邊放在相距下元件邊放在相距y y1 1=4=4即即6 6槽下層。槽下層。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l電刷的放置原則電刷的放置原則:為了在正負(fù)電刷間獲得最大直

24、流電勢以及產(chǎn)為了在正負(fù)電刷間獲得最大直流電勢以及產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩生最大的電磁轉(zhuǎn)矩,電刷放在被電刷短路的電刷放在被電刷短路的元件電勢為零的位置。元件電勢為零的位置。磁極：磁極：磁極寬度約磁極寬度約0.7 , 0.7 , 均勻分布，均勻分布，N N、S S極交替極交替安排。安排。電刷：電刷：聯(lián)接內(nèi)、外電路。聯(lián)接內(nèi)、外電路。電勢為零的元件：電勢為零的元件：在一個主極下的元件邊電勢具有相在一個主極下的元件邊電勢具有相同的方向。同的方向。 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。幾何中性線幾何中性線 電樞上的幾何中性線：相鄰兩主極間的中心電樞上的幾何中性線：相鄰兩主極間的中心線，空

25、載時電樞表面主極磁場徑向磁通密度為線，空載時電樞表面主極磁場徑向磁通密度為0處。處。幾何中性線上元件邊感應(yīng)電動勢為幾何中性線上元件邊感應(yīng)電動勢為0。 換向器上的幾何中性線：換向器上的幾何中性線：與主極軸線重合。與主極軸線重合。元件電動勢為元件電動勢為0的元件所接兩換向片的中心線的元件所接兩換向片的中心線稱為換向器上的幾何中性線。稱為換向器上的幾何中性線。電刷放在換向器上的幾何中性線。電刷放在換向器上的幾何中性線。元件連接順序圖元件連接順序圖繞電樞一周，繞電樞一周， 所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。單疊繞組的支路數(shù)恒等于電機(jī)的極數(shù)，這里為單疊繞組的支路數(shù)恒等于電機(jī)

26、的極數(shù)，這里為4 4極極，即有，即有4 4個支路。個支路。 電路圖電路圖圖圖2.23 電路圖電路圖 2.32.3 直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場l 直流電機(jī)磁場由直流電機(jī)磁場由永久磁鐵永久磁鐵或或勵磁繞組通勵磁繞組通以直流電勵磁以直流電勵磁產(chǎn)生。勵磁繞組和電樞繞組產(chǎn)生。勵磁繞組和電樞繞組不同的聯(lián)接，決定了不同的勵磁方式。不同的聯(lián)接，決定了不同的勵磁方式。l 不同的勵磁方式，不同的勵磁方式， 電機(jī)的性能將不同。電機(jī)的性能將不同。 一、勵磁方式一、勵磁方式2.3.1 直流電機(jī)的按勵磁方式分類直流電機(jī)的按勵磁方式分類勵磁方式：勵磁方式： 直流電機(jī)產(chǎn)生磁場的勵磁繞組的接線方式稱直流電機(jī)產(chǎn)生磁場的勵磁繞組

27、的接線方式稱為勵磁方式。實質(zhì)上就是勵磁繞組和電樞繞組如何為勵磁方式。實質(zhì)上就是勵磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接，就決定了它是什么樣的勵磁方式。聯(lián)接，就決定了它是什么樣的勵磁方式。二、勵磁方式分類二、勵磁方式分類 他勵他勵式式 并勵式并勵式 自勵自勵式式 串勵式串勵式 復(fù)勵式復(fù)勵式(1)(1)、他勵、他勵：直流電機(jī)的勵：直流電機(jī)的勵磁電流由其它直流電源單獨磁電流由其它直流電源單獨供給。如圖所示。供給。如圖所示。aII 他勵直流發(fā)電機(jī)的電樞他勵直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：電流和負(fù)載電流相同，即：圖圖2.24 2.24 他勵接線圖他勵接線圖aEaIUI+-aII fI+-aI電動機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)

28、發(fā)電機(jī)IaE2 2、并勵、并勵：發(fā)電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。：發(fā)電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。圖圖2.25 2.25 并勵勵磁方式接線圖并勵勵磁方式接線圖并勵式并勵式 直流發(fā)電機(jī)：直流發(fā)電機(jī)：I Ia a I II If f 直流電動機(jī)：直流電動機(jī)：I Ia a I II If faEaIUI+-fIaI電動機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)IaEfI3 3、串勵、串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。IIIfa圖圖2.26 2.26 串串勵勵磁方式接線圖勵勵磁方式接線圖aEaIUI+-4 4、復(fù)勵、復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機(jī)：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個勵磁

29、繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。電樞繞組并聯(lián)。2fIFGIaI1fIFUIGUaI1fI2fIF圖圖2.26 2.26 復(fù)復(fù)勵勵磁方式接線圖勵勵磁方式接線圖一、空載時負(fù)載電流為零，一、空載時負(fù)載電流為零，電機(jī)內(nèi)部的磁場（電機(jī)內(nèi)部的磁場（氣隙氣隙磁場）磁場）由勵磁繞組通過電流產(chǎn)生的由勵磁繞組通過電流產(chǎn)生的磁勢決定。磁勢決定。 圖圖2.272.27 氣隙磁密分布曲線氣隙磁密分布曲線2.3.2 直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的空載磁場空載磁通密度沿轉(zhuǎn)子外圓空載磁通密度沿轉(zhuǎn)子外圓周長方向的變化情況即周長方向的變化情況即空空載磁密的分布波形呈平頂載磁密

30、的分布波形呈平頂波波.xB空載時磁密分布波形空載時磁密分布波形呈平呈平頂波頂波的原因是：在主極直軸附的原因是：在主極直軸附近的氣隙較小，并且氣隙均勻，近的氣隙較小，并且氣隙均勻，磁阻小，即此位置的主磁場較磁阻小，即此位置的主磁場較強(qiáng)，在此位置以外，氣隙逐漸強(qiáng)，在此位置以外，氣隙逐漸增大，主磁場也逐漸減弱，到增大，主磁場也逐漸減弱，到兩極之間的幾何中線處時，磁兩極之間的幾何中線處時，磁密等于密等于0。二、空載時磁場分布二、空載時磁場分布磁路：磁路：氣隙氣隙1出發(fā)經(jīng)出發(fā)經(jīng)電樞齒電樞齒1電樞軛電電樞軛電樞齒樞齒2氣隙氣隙2主磁主磁極極2定子軛主磁極定子軛主磁極1，最后又回到，最后又回到氣隙氣隙1圖圖

31、2.28 2.28 直流電機(jī)空載時的磁場分布直流電機(jī)空載時的磁場分布磁通、磁路磁通、磁路主磁通、主磁路：由主磁通、主磁路：由N N極出極出發(fā)，發(fā)， 經(jīng)氣隙進(jìn)入電樞齒部，經(jīng)氣隙進(jìn)入電樞齒部，經(jīng)電樞鐵心的磁軛到另外的經(jīng)電樞鐵心的磁軛到另外的電樞齒，通過氣隙進(jìn)入電樞齒，通過氣隙進(jìn)入S S極，極，再經(jīng)定子軛回到原來再經(jīng)定子軛回到原來N N極。極。主磁通交鏈勵磁主磁通交鏈勵磁繞組和電樞繞組，繞組和電樞繞組， 在電樞繞組中感在電樞繞組中感應(yīng)電勢，產(chǎn)生電應(yīng)電勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。磁轉(zhuǎn)矩。漏磁通、漏磁路：不進(jìn)入漏磁通、漏磁路：不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過相鄰電樞鐵心，直接經(jīng)過相鄰的磁極或定子軛。的磁極或定子軛。影響飽

32、和影響飽和程度程度圖圖2.29主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通l主磁通主磁通0和漏磁通和漏磁通由同一磁動勢建立；由同一磁動勢建立；l0所走的路徑氣隙小，磁阻?。凰叩穆窂綒庀缎?，磁阻小；l漏磁通所走的路徑氣隙大，磁阻大；漏磁通所走的路徑氣隙大，磁阻大；l漏磁系數(shù)漏磁系數(shù):;10 k00 kp 2.3.3 2.3.3 直流電機(jī)的電樞磁動勢和磁場直流電機(jī)的電樞磁動勢和磁場 直流電機(jī)直流電機(jī)負(fù)載負(fù)載后，后，電樞繞組有電流通過，產(chǎn)生電電樞繞組有電流通過，產(chǎn)生電樞磁場，電樞磁場對主磁場的影響稱電樞反應(yīng)樞磁場，電樞磁場對主磁場的影響稱電樞反應(yīng)。 氣隙磁場由主磁場和電樞磁場共同決定氣隙磁場由主磁場和電樞磁場共同

33、決定。電樞磁動勢使氣隙磁場發(fā)生畸變。電樞磁動勢使氣隙磁場發(fā)生畸變。電刷是電樞表面上電流分布的分界線電刷是電樞表面上電流分布的分界線。電樞磁勢的軸線總是與電刷軸線相重合。電樞磁勢的軸線總是與電刷軸線相重合。電刷放在換向器幾何中性線上時電刷放在換向器幾何中性線上時，電樞磁動，電樞磁動勢軸線也在換向器幾何中性線上，電樞磁動勢軸線也在換向器幾何中性線上，電樞磁動勢軸線恰好與主極軸線正交（空間上相差勢軸線恰好與主極軸線正交（空間上相差900電角度），這種電樞磁動勢稱為電角度），這種電樞磁動勢稱為交軸電交軸電樞磁勢樞磁勢。交軸磁勢交軸磁勢與主極軸線正交的軸線通常稱為交軸與主極軸線正交的軸線通常稱為交軸與主

34、極軸線重合的軸線稱為直軸；與主極軸線重合的軸線稱為直軸；圖圖2.30 電樞電樞上半周電流流出，下半周流入，電樞磁動勢上半周電流流出，下半周流入，電樞磁動勢建立的磁場如虛線所示。建立的磁場如虛線所示。與主極軸線正交的軸線通常稱為交軸與主極軸線正交的軸線通常稱為交軸，與主極軸，與主極軸線重合的軸線稱為直軸；線重合的軸線稱為直軸；當(dāng)電刷位于幾何中性線上時，當(dāng)電刷位于幾何中性線上時，電樞磁動勢時交軸電樞磁動勢。電樞磁動勢時交軸電樞磁動勢。 電樞電樞磁動勢磁動勢沿空間分布呈沿空間分布呈三角形三角形，在電刷處達(dá)，在電刷處達(dá)到最大到最大磁通密度曲線為馬鞍形磁通密度曲線為馬鞍形. .2 2 直軸電樞磁勢直軸電

35、樞磁勢F Fadad 當(dāng)當(dāng)電刷不在幾何中線電刷不在幾何中線時，時， 移過一個小角度移過一個小角度，除，除 交軸電樞磁交軸電樞磁動勢動勢外，還會產(chǎn)生外，還會產(chǎn)生直軸電樞磁動勢直軸電樞磁動勢。圖圖2.322.3.4 2.3.4 交軸交軸電樞反應(yīng)和電樞反應(yīng)和直軸直軸電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)一、直軸電樞反應(yīng)一、直軸電樞反應(yīng) 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī) 電刷順轉(zhuǎn)向偏移一個小角度電刷順轉(zhuǎn)向偏移一個小角度時，直軸電樞反時，直軸電樞反應(yīng)對主極磁場的作用將是去磁的。應(yīng)對主極磁場的作用將是去磁的。 電刷逆轉(zhuǎn)向偏移一個小角度時，直軸電樞反電刷逆轉(zhuǎn)向偏移一個小角度時，直軸電樞反應(yīng)對主極磁場的作用將是增磁的。應(yīng)對主極磁場的作用將是增

36、磁的。 直流電動機(jī)：直流電動機(jī)：直流電動機(jī)的電樞反應(yīng)情況與直流電動機(jī)的電樞反應(yīng)情況與直流發(fā)電機(jī)恰好相反。直流發(fā)電機(jī)恰好相反。圖圖2.33 電刷偏離幾何中性線時電樞反應(yīng)電刷偏離幾何中性線時電樞反應(yīng)電刷從幾何中性線偏電刷從幾何中性線偏移移 角，電樞磁動勢角，電樞磁動勢軸線也隨之移動軸線也隨之移動 角，如圖角，如圖(a)(b)所示。所示。adFaqF這時電樞磁動勢可以這時電樞磁動勢可以分解為兩個垂直分量：分解為兩個垂直分量：交軸電樞磁動勢交軸電樞磁動勢 和直軸電樞磁動勢和直軸電樞磁動勢 。如圖如圖(a)(b)所示。所示。二、交軸電樞反應(yīng)二、交軸電樞反應(yīng) 無論直流電機(jī)的電刷是否與幾何中線處的導(dǎo)體無論直

37、流電機(jī)的電刷是否與幾何中線處的導(dǎo)體相接觸，相接觸，交軸磁勢交軸磁勢F Faqaq 及其電樞反應(yīng)均存在。及其電樞反應(yīng)均存在。空載時磁密分布波空載時磁密分布波 BoBo（x) x) 波和負(fù)載時電樞磁波和負(fù)載時電樞磁密分波密分波 BaBa（x) x) 波合成得到波合成得到氣隙合成磁密波氣隙合成磁密波 BB（x) x) 。 即：即： bobo（x) + bax) + ba（x) x) bb（x) x) 平頂波形馬鞍波形斜坡波形平頂波形馬鞍波形斜坡波形（不計飽和時此式成立）（不計飽和時此式成立） 交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)NS主極產(chǎn)生磁場的磁密波形主極產(chǎn)生磁場的磁密波形)2 (21xDNiFaaax ax

38、axFB 0電樞繞組產(chǎn)生磁場的磁密波形電樞繞組產(chǎn)生磁場的磁密波形合成磁場的磁密波形合成磁場的磁密波形圖圖2.34三、直流電機(jī)電樞反應(yīng)小結(jié)三、直流電機(jī)電樞反應(yīng)小結(jié)（1 1）交軸電樞反應(yīng)）交軸電樞反應(yīng)使主磁場的波形畸變使主磁場的波形畸變 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī) 直流電動機(jī)直流電動機(jī)前極端前極端 去磁去磁 增磁增磁后極端后極端 增磁增磁 去磁去磁具有一定的飽和去磁作用具有一定的飽和去磁作用（2 2）直軸電樞反應(yīng)（僅在電刷偏移理論位置時）直軸電樞反應(yīng)（僅在電刷偏移理論位置時存在）存在） 電刷偏移方向電刷偏移方向 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī) 直流電動機(jī)直流電動機(jī)順轉(zhuǎn)向偏順轉(zhuǎn)向偏 去磁去磁 增磁增磁逆轉(zhuǎn)各偏逆轉(zhuǎn)各

39、偏 增磁增磁 去磁去磁2.3.5 2.3.5 電樞繞組的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩一、直流電勢表達(dá)式一、直流電勢表達(dá)式( (四大基本公式之一）四大基本公式之一）一根導(dǎo)體：一根導(dǎo)體：vlBeiavav 602npv iavlB 支路電勢：支路電勢：nCnapNnpllaNeaNEeiiava 6060222 ：每極磁通：每極磁通nCna60pNEea Ce：電勢常數(shù)：電勢常數(shù)N：總導(dǎo)體數(shù)：總導(dǎo)體數(shù)二、電磁轉(zhuǎn)矩二、電磁轉(zhuǎn)矩 Tem (Tem (四大基本公式之一）四大基本公式之一）一根導(dǎo)體的平均電磁力：一根導(dǎo)體的平均電磁力：aiavavilBf aIiaa2 作用在電樞上的總

40、電磁力：作用在電樞上的總電磁力：NilBNffaiavav 電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩：22DNilBDfTaiavem pD2 aTaaiiemICIapNpNaIllT2222CT: 轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)aTaemICIapNT2 一臺制造好的電機(jī)，一臺制造好的電機(jī)， 它的電磁轉(zhuǎn)矩正比于每它的電磁轉(zhuǎn)矩正比于每極磁通和電樞電流，極磁通和電樞電流， 與磁密分布無關(guān)。與磁密分布無關(guān)。 電勢常數(shù)電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT決定于結(jié)構(gòu)常數(shù)。它決定于結(jié)構(gòu)常數(shù)。它們的關(guān)系為：們的關(guān)系為：55. 9260eTCC一、直流電機(jī)的一、直流電機(jī)的可逆性可逆性：（圖：（圖2.35)2.35) 1 1）直流發(fā)電機(jī)）直流

41、發(fā)電機(jī) （原動機(jī)以（原動機(jī)以T1T1拖動電樞以拖動電樞以n n旋轉(zhuǎn)）旋轉(zhuǎn)） E Ea a和和I Ia a同方向；同方向； E Ea a U UT Temem與與n n反方向，反方向，T Temem是制動作用的轉(zhuǎn)矩是制動作用的轉(zhuǎn)矩。 （2）直流電動機(jī)）直流電動機(jī) E Ea a和和I Ia a反方向；（故電動機(jī)的電勢又叫反電勢）反方向；（故電動機(jī)的電勢又叫反電勢） E Ea a U E Ea a圖圖2.372.37 二、二、電動勢平衡電動勢平衡 aEMUaIemT0T2TnfIfU三、功率平衡三、功率平衡（四大基本關(guān)系式之一）（四大基本關(guān)系式之一）1.1.電磁功率電磁功率P Pem em 定義：電

42、磁功率是能量轉(zhuǎn)換【電能定義：電磁功率是能量轉(zhuǎn)換【電能機(jī)械能】機(jī)械能】過程中的轉(zhuǎn)換功率。過程中的轉(zhuǎn)換功率。 P PememEaIa = T Temem EaIa=(PN/60a)* nIa= nIa= (PN/ 2 a) IaIa* *( (2 n/60)n/60) = =T Temem 電動機(jī)從電源輸入的電功率為：電動機(jī)從電源輸入的電功率為： cufcuaemfaaaafaaaappPUIRRIIEIUIRRIEIUP )()(21admecfepppp 00202)(pPTTTIEPemaaem n 602 2.功率平衡功率平衡 直流電動機(jī)的功率平衡式：直流電動機(jī)的功率平衡式： pPpppp

43、pPPadmecfecufcua221 %100)1(%100212 pPpPP 效率：效率：3.效率效率四、轉(zhuǎn)矩平衡方程式四、轉(zhuǎn)矩平衡方程式1.1.當(dāng)電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時當(dāng)電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時 設(shè)設(shè) T T0 0 電機(jī)本身的機(jī)械阻力轉(zhuǎn)矩；電機(jī)本身的機(jī)械阻力轉(zhuǎn)矩； T T1 1,T,T2 2 表示電機(jī)的輸入，輸出轉(zhuǎn)矩。表示電機(jī)的輸入，輸出轉(zhuǎn)矩。 則則 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) T T1 1 = T = T0 0 + T + Temem 電動機(jī)電動機(jī) T Temem = T = T0 0 + T + T2 2 2 2、當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時、當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時T Temem = T = T0 0 + T + T

44、2 2 +J+J* *d d /dt= /dt= T TC C + T+ Tj jT Tj j為慣性轉(zhuǎn)矩，為慣性轉(zhuǎn)矩， T Tj j = J= J* *d d /dt/dtT TC C為機(jī)組總負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩，為機(jī)組總負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩，T TC C = T= T0 0 + T + T2 22.5.2 2.5.2 工作特性工作特性工作特性：工作特性： 是指在是指在U UU UN N，I If fI IfNfN時，時， 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n、電、電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩T Temem和效率和效率 隨輸出功率隨輸出功率P P2 2而變化的關(guān)系。即而變化的關(guān)系。即 )(,2PfTnem 或或)(,aemIfTn 還研究還研究

45、n n與與T Temem之間的關(guān)系，之間的關(guān)系， 即機(jī)械特性即機(jī)械特性:n nf f（ T Tem em ）1.并勵（他勵）電動機(jī)轉(zhuǎn)速特性并勵（他勵）電動機(jī)轉(zhuǎn)速特性fNfNIIRUU , 0,時，時，)(aIfn 的關(guān)系為的關(guān)系為轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性。aaaaNICeRnICeRCeUn 0根據(jù)轉(zhuǎn)速公式，可得根據(jù)轉(zhuǎn)速公式，可得n0： 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速;0 CeUnN 轉(zhuǎn)速下降不多，轉(zhuǎn)速下降不多， 考慮電樞反應(yīng)，考慮電樞反應(yīng)， 有可能升高。有可能升高。 nIaIan0圖圖2.38P P2 2T Temem2.并勵（他勵）電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性并勵（他勵）電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：02

46、emTTT60/n 2PT22圖圖2.39因為負(fù)載增加，因為負(fù)載增加， n稍稍下降，曲線稍上翹下降，曲線稍上翹2TemT3.并勵（他勵）電動機(jī)效率特性并勵（他勵）電動機(jī)效率特性當(dāng)當(dāng)U UU UN N， I If fI IfNfN時，時，)(Iaf 的關(guān)系叫效率特性。的關(guān)系叫效率特性。%100)(1(%100)1(21 faNaaadmecfecufIIURIppppPp 其中其中:admecfecufpppp 為不變損耗為不變損耗aacuaRIp2 為可變損耗為可變損耗 與與IaIa之間存在二次關(guān)系，之間存在二次關(guān)系， 效率曲線存在一個最大值。效率曲線存在一個最大值。 0 adId 令令 可得

47、可得NfNII 忽略勵磁電流忽略勵磁電流aaadmecfecufRIpppp2 %100)(1(%100)1(21 faNaaadmecfecufIIURIppppPp 圖圖2.40aI0結(jié)論：當(dāng)電動機(jī)在某負(fù)載下不變損耗等于可變結(jié)論：當(dāng)電動機(jī)在某負(fù)載下不變損耗等于可變損耗時，損耗時， 此時效率最高。此時效率最高。推論推論： （1）額定運(yùn)行時總損耗）額定運(yùn)行時總損耗 ； （2）可從額定數(shù)據(jù)來估算電樞回路總電阻。）可從額定數(shù)據(jù)來估算電樞回路總電阻。aNRIp22 221NNNNaIPIUR 上述結(jié)論和推論具有普遍性上述結(jié)論和推論具有普遍性TemTemn n4.并勵（他勵）電動機(jī)機(jī)械特性并勵（他勵）

48、電動機(jī)機(jī)械特性機(jī)械特性反映的是機(jī)械特性反映的是轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的變化規(guī)律轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的變化規(guī)律。 aTemeaaeaaaRCTn CRIn CRIEUem2TeaeTCCRCUn2TeaCCR機(jī)械特性是稍下降的直線，機(jī)械特性是稍下降的直線， 計及飽和，成為水平或上翹。計及飽和，成為水平或上翹。有有圖圖2.411 jR1 j2jRR0RjjR人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性 從并勵電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨所需電磁轉(zhuǎn)矩的增加從并勵電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨所需電磁轉(zhuǎn)矩的增加而稍有變化，而稍有變化， 該特性稱為該特性稱為硬特性硬特性。 用轉(zhuǎn)速變化率來表征：用轉(zhuǎn)速變化率來表征：%100%0 NNnnnnIaIan n5.串勵電

49、動機(jī)轉(zhuǎn)速特性（串勵電動機(jī)轉(zhuǎn)速特性（ ）eaaeNaaNCRICUICeRCeUn 根據(jù)轉(zhuǎn)速公式，可得根據(jù)轉(zhuǎn)速公式，可得)(aIfn afffIKIK faIII 特點：重載時，特點：重載時， n很??；輕載時，飛車。很??；輕載時，飛車。結(jié)論：結(jié)論：串勵電動機(jī)不允許在小于串勵電動機(jī)不允許在小于1520的額定負(fù)的額定負(fù)載下起動。載下起動。圖圖2.42IaIa6.串勵電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性串勵電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性Temf（Ia）根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：2 aTaafTaTemICIIKCICT結(jié)論：結(jié)論：適用于重載起動的場適用于重載起動的場合，合， 不允許在空載和很輕負(fù)不允許在空載和很輕負(fù)載下運(yùn)行。載下運(yùn)行。e

50、mem圖圖2.43TemTemn n7.串勵電動機(jī)機(jī)械特性串勵電動機(jī)機(jī)械特性)(1saemfTfeRRUTKCKCn從電壓方程從電壓方程asaesaaesaaaIRRnCRRInCRRIEU)K()( )(f 以及以及aTemICT得得轉(zhuǎn)速隨所需電磁轉(zhuǎn)矩的增加而轉(zhuǎn)速隨所需電磁轉(zhuǎn)矩的增加而迅速變化，為迅速變化，為軟特性軟特性。 圖圖2.441 jR1 j2jRR0RjjR人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性直流電動機(jī)的總結(jié)直流電動機(jī)的總結(jié)（1）三個平衡式，）三個平衡式， 以及以及UEa的電動狀態(tài)判據(jù)。的電動狀態(tài)判據(jù)。（2）不同勵磁方式對工作特性的影響。）不同勵磁方式對工作特性的影響。 以電動機(jī)作為原動機(jī)，按

51、人們所給定的規(guī)律以電動機(jī)作為原動機(jī)，按人們所給定的規(guī)律來帶動生產(chǎn)機(jī)械，來帶動生產(chǎn)機(jī)械， 稱為電力拖動。稱為電力拖動。電電 源源控制設(shè)備控制設(shè)備電動機(jī)電動機(jī)傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)圖圖2.46 電力拖動系統(tǒng)的構(gòu)成電力拖動系統(tǒng)的構(gòu)成2.6 2.6 直流電力傳動直流電力傳動穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行條件 電機(jī)的機(jī)械特性需要與負(fù)載特性同時存在。電機(jī)的機(jī)械特性需要與負(fù)載特性同時存在。 分分析拖動系統(tǒng)運(yùn)行時，在同一坐標(biāo)圖上，兩特性的交析拖動系統(tǒng)運(yùn)行時，在同一坐標(biāo)圖上，兩特性的交點是系統(tǒng)的平衡點。點是系統(tǒng)的平衡點。平衡點穩(wěn)定點？平衡點穩(wěn)定點？穩(wěn)定點：穩(wěn)定點：在受到外界擾在受到外界擾動后，動后， 仍能還原的

52、點。仍能還原的點。穩(wěn)定點的條件：穩(wěn)定點的條件：dndTdndTZem Temn圖圖2.47一、起動基本情況一、起動基本情況1 1定義：電動機(jī)接到規(guī)定電源后，定義：電動機(jī)接到規(guī)定電源后，轉(zhuǎn)速從零上升到轉(zhuǎn)速從零上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程。2 2對電動機(jī)起動的要求對電動機(jī)起動的要求（1 1）起動電流要?。唬┢饎与娏饕?；（2 2）起動轉(zhuǎn)矩要大；）起動轉(zhuǎn)矩要大；（3 3）起動設(shè)備要簡單便可靠。）起動設(shè)備要簡單便可靠。2.6.2 2.6.2 直流電動機(jī)的起動直流電動機(jī)的起動（1 1）直接起動直接起動（全壓起動（全壓起動） 注意：注意：他勵直流電動機(jī)他勵直流電動機(jī) I Is

53、tst=I=Iast=ast=U/Ra U/Ra （2 2）在電樞回路外串電阻在電樞回路外串電阻R Rstst起動起動 I Istst=I=Iastast=U/(Ra + R=U/(Ra + R串串）(他勵他勵)使用起動器時，起動過程中外串電阻使用起動器時，起動過程中外串電阻R Rstst逐逐段切除。段切除。 二、起動方法二、起動方法（3 3）、）、降壓起動降壓起動 (他勵他勵) I Istst=I=Iast=ast=U U降降/Ra/Ra注意事項：注意事項：（1 1）并勵（或他勵）電動機(jī)起動并勵（或他勵）電動機(jī)起動時時電樞回路的外串電樞回路的外串電阻電阻R Rstst 應(yīng)置于最大阻值位置應(yīng)置

54、于最大阻值位置 ( (是為了限制起動電是為了限制起動電流流) ) ；勵磁回路的外串電阻勵磁回路的外串電阻R Rf f 應(yīng)置于最小阻值位置。應(yīng)置于最小阻值位置。（2 2）對）對串勵直流電動機(jī)，不允許空載（或輕載）起串勵直流電動機(jī)，不允許空載（或輕載）起動動，否則起動后將造成，否則起動后將造成 飛車飛車 事故。事故。（1）他勵直流電機(jī)直接起動）他勵直流電機(jī)直接起動aNaaaRUIREn , 0, 0, 0將電動機(jī)的電樞投入額定電壓的電源上起動。將電動機(jī)的電樞投入額定電壓的電源上起動。優(yōu)點優(yōu)點：操作簡單，無需另加設(shè)備。：操作簡單，無需另加設(shè)備。缺點：缺點：沖擊電流大，引起換向困難，產(chǎn)生沖擊電流大，引

55、起換向困難，產(chǎn)生火花；電源會發(fā)生瞬時跌落。適用于容量火花；電源會發(fā)生瞬時跌落。適用于容量很小的電動機(jī)。很小的電動機(jī)。tniaianiaia 圖圖2.48 2.48 直接起動時直接起動時iaia、n n隨隨t t變化曲線變化曲線起動電阻串入電樞回路，待轉(zhuǎn)速上升后，逐步起動電阻串入電樞回路，待轉(zhuǎn)速上升后，逐步切除起動電阻。切除起動電阻。（2）電樞回路串變阻器起動）電樞回路串變阻器起動MaRS1SU1stR2stR3stR2S3S圖圖2.493321RRRRRstststaLLIT22IT11ITITem0nabn1221RRRRststa1ncd211RRRsta2nef3aRNngh3n圖圖2.

56、50起動電流起動電流321cccaNstRRRRUI 將起動電流限制在允許的范圍內(nèi)，選擇合將起動電流限制在允許的范圍內(nèi)，選擇合適的適的RstRst，其步驟，其步驟: :（1 1）根據(jù)電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)，估算電動機(jī)電樞回）根據(jù)電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)，估算電動機(jī)電樞回路電阻路電阻RaRa；（2 2）選取最大起動電流）選取最大起動電流I I1 1，計算最大起動電阻；，計算最大起動電阻；（3 3）決定起動電阻級數(shù)；）決定起動電阻級數(shù)；（4 4）計算起動電流比。）計算起動電流比。(3)(3)降壓起動降壓起動開始時，降低端電壓，開始時，降低端電壓， 使使I Iastast(1.5(1.52.0)I2.0)IN N,

57、, T Temem=(1.5=(1.52.02.0）T TemNemN。 隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐步提高電樞電壓，并使電隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐步提高電樞電壓，并使電樞電流限制在一定范圍內(nèi)。樞電流限制在一定范圍內(nèi)。優(yōu)點優(yōu)點：起動電流小，起動過程平滑、能量損耗少。：起動電流小，起動過程平滑、能量損耗少。缺點：缺點：需專用直流發(fā)電機(jī)或整流電源，投資費(fèi)用大。需專用直流發(fā)電機(jī)或整流電源，投資費(fèi)用大。 改變傳動機(jī)構(gòu)的傳動比改變工作機(jī)構(gòu)的速改變傳動機(jī)構(gòu)的傳動比改變工作機(jī)構(gòu)的速度，稱為度，稱為機(jī)械調(diào)速機(jī)械調(diào)速。 人為改變電動機(jī)的參數(shù)（如端電壓、勵磁人為改變電動機(jī)的參數(shù)（如端電壓、勵磁電流或電樞回路電阻），使同一機(jī)械負(fù)載

58、得電流或電樞回路電阻），使同一機(jī)械負(fù)載得到不同轉(zhuǎn)速，稱為到不同轉(zhuǎn)速，稱為電氣調(diào)速。電氣調(diào)速。 電動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不電動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不僅要能調(diào)節(jié)，而且要求僅要能調(diào)節(jié)，而且要求調(diào)節(jié)的范圍寬廣調(diào)節(jié)的范圍寬廣、過、過程程平滑平滑、調(diào)節(jié)的方法、調(diào)節(jié)的方法簡單、經(jīng)濟(jì)簡單、經(jīng)濟(jì)。2.6.3直流電動機(jī)調(diào)速直流電動機(jī)調(diào)速直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： ejaaCRRIUn)( n = (U IaRa總總)/Ce=U/ Ce-(Ra+Raj)TM/ CeCT2直流電動機(jī)的調(diào)速方法：直流電動機(jī)的調(diào)速方法：（1 1）改變施加在電樞兩端的電壓；）改變施加在電樞兩端的電壓；

59、（2 2）改變串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻；）改變串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻；（3 3）改變勵磁電流從而改變磁通。）改變勵磁電流從而改變磁通。(1)(1)改變端電壓調(diào)速改變端電壓調(diào)速 保持電動機(jī)的保持電動機(jī)的 N N不變且無外接電不變且無外接電樞電阻，樞電阻， 僅降低施加于電動機(jī)電樞兩端僅降低施加于電動機(jī)電樞兩端電壓電壓U U達(dá)到調(diào)速的目的，達(dá)到調(diào)速的目的， 稱為稱為降壓調(diào)速降壓調(diào)速。電壓越低，電壓越低， 轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)速越低， 調(diào)速方向從基值調(diào)速方向從基值往下調(diào)。往下調(diào)。（2）物理過程）物理過程 設(shè)設(shè) Tl C ， C （3 3）、）、負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L不變，不變，則則T Temem不變，不變

60、，T Temem= = C CT TIaIa，故故 IaIa1 1= =IaIa2 2, , U U ， n n1 1 n n2 2U Ia n E Ia U=E(不變不變)+IaRa（n不能突變不能突變)Tem TC（4 4）、）、變化關(guān)系曲線變化關(guān)系曲線 圖圖2.53（5 5）、）、U U降低降低 n n 下降下降 圖圖2.53 降低電源電壓轉(zhuǎn)速電流變化曲線降低電源電壓轉(zhuǎn)速電流變化曲線調(diào)速過程電流變化曲線調(diào)調(diào)速過程電流變化曲線調(diào)速前、后電流不變速前、后電流不變調(diào)速過程轉(zhuǎn)調(diào)速過程轉(zhuǎn)速變化曲線速變化曲線tt=0n1nNIaNianian結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時負(fù)載時,U越小越小,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)