直流電機(jī)原理

1、 1.1 1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 1.2 1.2 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列 1.3 1.3 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 1.4 1.4 直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 1.5 1.5 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算 1.6 1.6 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 1.7 1.7 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī) 1. 1.8 8 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)特點(diǎn)直流電機(jī)特點(diǎn)v直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)易于控制，可靠性高調(diào)速范圍廣，平滑。過載能力強(qiáng)、起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。v直流電機(jī)缺點(diǎn)換向困難結(jié)構(gòu)復(fù)雜價(jià)格高第一節(jié)

2、第一節(jié) 直流電機(jī)的工作原理及結(jié)直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)構(gòu)直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理 一、一、直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理換向器的作用：直流發(fā)電機(jī)中，換向器將繞組中的換向器的作用：直流發(fā)電機(jī)中，換向器將繞組中的交變電勢(shì)變?yōu)殡娝㈤g的直流電勢(shì)（整流作用）。交變電勢(shì)變?yōu)殡娝㈤g的直流電勢(shì)（整流作用）。( )()LVeBLVeBBBfef wt電勢(shì)波形分析： 設(shè)導(dǎo)體有效長度為 ，速度為恒速，由可知， 的波形 由磁密 確定。 在氣隙空間分布波形為、。*實(shí)際的電樞繞組在電機(jī)轉(zhuǎn)子表面相隔一定實(shí)際的電樞繞組在電機(jī)轉(zhuǎn)子表面相隔一定角度的多個(gè)線圈串聯(lián)組成，可以減小脈動(dòng)角度的多個(gè)線圈串聯(lián)組成，可以

3、減小脈動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理NSU電刷電刷換向片換向片abdcNSUadbc換向器的作用：在直流電動(dòng)機(jī)中將電刷端的直流轉(zhuǎn)換為繞組中的交變電流換向器的作用：在直流電動(dòng)機(jī)中將電刷端的直流轉(zhuǎn)換為繞組中的交變電流（逆變作用）。（逆變作用）。 從上述直流電機(jī)的工作原理來看，一臺(tái)直流電機(jī)若在電刷兩端加上直流電壓，輸入電能，即可拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，將電能變?yōu)闄C(jī)械能而成為電動(dòng)機(jī)；反之若用原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，就可在電刷兩端得到一個(gè)直流電動(dòng)勢(shì)作為電源，將機(jī)械能變?yōu)殡娔芏蔀榘l(fā)電機(jī)。這種一臺(tái)電機(jī)既能作電動(dòng)機(jī)又能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為電機(jī)的可逆原理電機(jī)的可逆原理。二、二、 直流

4、電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)由兩大部分由兩大部分組成組成定子部分定子部分轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子（電樞）部分部分主磁極主磁極換向磁極換向磁極機(jī)座機(jī)座電刷電刷u 定子定子產(chǎn)生磁場(chǎng)，做電機(jī)的機(jī)械支撐產(chǎn)生磁場(chǎng)，做電機(jī)的機(jī)械支撐 主磁極主磁極作用：建立主磁場(chǎng)。 構(gòu)成：構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組。換向極換向極:作用：改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有作用：改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有 害的火花。害的火花。構(gòu)成：由鐵心和繞組組成構(gòu)成：由鐵心和繞組組成主磁極主磁極換向磁極換向磁極機(jī)座作用：1)作為磁路的一部分； 2)固定主磁極、換向極和端蓋。構(gòu)成:通常由鑄鋼或厚鋼板焊成機(jī)座機(jī)座No

5、Image電刷電刷構(gòu)成：構(gòu)成：電刷、刷握、刷桿和連線等。作用：把直流電壓、直流電流引入或引出u轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子（電樞） 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器 轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇NoImage電樞鐵心硅鋼片電樞鐵心硅鋼片(0.5mm)電樞鐵心電樞鐵心作用：作用：1、主磁路的一部分； 2、電樞繞組的支撐部件。 構(gòu)成：構(gòu)成：一般用厚0.5且沖有齒、槽的DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成。電樞繞組電樞繞組作用：作用：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過電流，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，是電 機(jī)的主要電路部分。構(gòu)成：構(gòu)成：用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成，上下層以及線 圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔

6、壓緊。1槽楔槽楔2線圈絕緣線圈絕緣3導(dǎo)體導(dǎo)體44層間絕緣層間絕緣55槽絕緣槽絕緣66槽底絕緣槽底絕緣電樞槽內(nèi)的絕緣電樞槽內(nèi)的絕緣換向器換向器作用：作用：和電刷配合將直流電引入或引出的裝置。構(gòu)成：構(gòu)成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個(gè)圓筒，片間用V形云母絕緣。勵(lì)磁繞組的供電方式稱為勵(lì)磁方式。直流電機(jī)按勵(lì)磁方式可分：他勵(lì)自勵(lì)三、三、 勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式1 1、他勵(lì)式、他勵(lì)式（圖（圖a a）其勵(lì)磁繞組由其他電源供電，勵(lì)磁繞組與電樞繞組不相連。復(fù)勵(lì)式復(fù)勵(lì)式( (圖圖d) d) ： 裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一為與電2 2、自勵(lì)式、自勵(lì)式并勵(lì)式并勵(lì)式( (圖圖b b) ) ： 勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)；串勵(lì)式串勵(lì)式(

7、 (圖圖c) c) ： 勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)；樞并聯(lián)的并勵(lì)繞組，二為與電樞串聯(lián)的串勵(lì)繞組。MIf+UaIa+Uf(a)他他勵(lì)勵(lì)(b)并并勵(lì)勵(lì)(c)串串勵(lì)勵(lì)(d)復(fù)復(fù)勵(lì)勵(lì) 直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI(1) 額定電壓額定電壓 UN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 UN ：指輸出電壓的額定值。：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。(2) 額定電流額定電流 IN 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

8、值。(3) 額定功率額定功率 PN 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 ) 。四、四、 額定值額定值(4) 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN： 額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 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)。 欠載狀態(tài)欠載狀態(tài) ： 指指 I IN 的狀態(tài)。的狀態(tài)。 第二節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組直流電樞繞組的結(jié)構(gòu)直流電樞繞組的結(jié)構(gòu)對(duì)電

9、樞繞組的要求對(duì)電樞繞組的要求：(1)產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；(2)允許通過一定的電流；允許通過一定的電流；(3)節(jié)省有色金屬和絕緣材料；節(jié)省有色金屬和絕緣材料； (4)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠。結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠。上元件邊下元件邊后端接前端接有效邊有效邊:元件邊鉗放在槽內(nèi)，切割磁力線感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。直流電機(jī)電樞繞組是一個(gè)通過換向片連接起來的閉合繞組。直流電機(jī)電樞繞組是一個(gè)通過換向片連接起來的閉合繞組。這是直流電機(jī)電樞繞組構(gòu)成的原則。這是直流電機(jī)電樞繞組構(gòu)成的原則。一個(gè)元件有兩個(gè)元件邊，同一個(gè)換向片上，連有一個(gè)元件的一個(gè)元件有兩個(gè)元件邊，同一個(gè)換向片上，連有一個(gè)元件的首端和另一個(gè)元件

10、的末端。因此，電樞繞組的元件數(shù)等于換首端和另一個(gè)元件的末端。因此，電樞繞組的元件數(shù)等于換向片數(shù)，即向片數(shù)，即S S= =K K，其中，其中 K K為換向片數(shù)，為換向片數(shù)，S S為元件數(shù)。為元件數(shù)?！疤摬厶摬邸备拍罡拍?設(shè)槽內(nèi)每層有設(shè)槽內(nèi)每層有u個(gè)元件邊，則意味著一個(gè)實(shí)際槽內(nèi)個(gè)元件邊，則意味著一個(gè)實(shí)際槽內(nèi)包含了包含了u個(gè)個(gè)“虛槽虛槽”，而每個(gè)虛槽的上、下層依然只，而每個(gè)虛槽的上、下層依然只有一個(gè)元件邊。有一個(gè)元件邊。 實(shí)槽數(shù)用實(shí)槽數(shù)用Z表示，虛槽數(shù)用表示，虛槽數(shù)用Zi表示，則有表示，則有 Zi=uZ注意：元件數(shù)注意：元件數(shù)S S，換向片數(shù)，換向片數(shù)K K，虛槽數(shù)，虛槽數(shù)Z Zi i滿足下式滿足下

11、式 S=K=ZS=K=Zi iu=2u=2（2 2）磁極軸線：）磁極軸線： 平分主極成左右兩部分的直線。平分主極成左右兩部分的直線。（3 3）幾何中性線：）幾何中性線： 相鄰兩主極的幾何分界線相鄰兩主極的幾何分界線, ,該處的氣隙磁密為零。該處的氣隙磁密為零。直流電樞繞組的基本概念直流電樞繞組的基本概念（1 1）極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距）極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距 離，用離，用 表示。表示。22iZDppD-電樞外徑；電樞外徑；p-磁極對(duì)數(shù)；磁極對(duì)數(shù)；l 繞組的型式繞組的型式l節(jié)距節(jié)距（1）第一節(jié)距）第一節(jié)距y1一個(gè)元件的兩條有效邊在電樞表一個(gè)元件的兩條有效邊

12、在電樞表面上所跨的虛槽數(shù)，稱為第一節(jié)面上所跨的虛槽數(shù)，稱為第一節(jié)距，用距，用y1表示。表示。y1y2單疊繞組單疊繞組的特點(diǎn):每個(gè)元件的兩個(gè)出線端連接在相鄰的兩個(gè)換向片上。是指被連接起來的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的是指被連接起來的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來表示。元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來表示。（2）合成節(jié)距）合成節(jié)距y相串聯(lián)的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為相串聯(lián)的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為合成節(jié)合成節(jié)距距。單疊繞組。單疊繞組y=1，y=+1，右行繞組，右行繞組，y=-1，左行繞組。，左行繞組。y1y212y

13、yky1y2161yyk右行繞組右行繞組左行繞組左行繞組為了獲得最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為了獲得最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， y1是等于或接近于一個(gè)極距是等于或接近于一個(gè)極距11112(1)0( 2 )0 ,iZypyyy整 數(shù)， 整 距 繞 組 ；， 長 距 繞 組；， 短 距 繞 組（3）換向器節(jié)距）換向器節(jié)距yk一個(gè)元件的首末端在換向器上的距離稱為換向片節(jié)距一個(gè)元件的首末端在換向器上的距離稱為換向片節(jié)距,用換向片用換向片數(shù)表示。由于數(shù)表示。由于S=K，則每連接一個(gè)元件在電樞表面跨過的槽數(shù)，則每連接一個(gè)元件在電樞表面跨過的槽數(shù)，等于該元件的出線端在換向片上跨過的換向片數(shù)等于該元件的出線端在換向片上跨過的換向片

14、數(shù) yk=y單疊繞組，單疊繞組， yk=1。y1y212yyk（4）第二節(jié)距）第二節(jié)距y2連至同一換向片上的兩個(gè)元件中相連至同一換向片上的兩個(gè)元件中相鄰有效邊的距離稱為鄰有效邊的距離稱為第二節(jié)距第二節(jié)距，用，用y2表示，也用虛槽數(shù)計(jì)算。表示，也用虛槽數(shù)計(jì)算。直流電機(jī)的直流電機(jī)的 ，試將其繞，試將其繞成單疊右行繞組。成單疊右行繞組。24,p 16iZSK1kyy213yyy116(/ 2 )44iyZp電樞轉(zhuǎn)向1231516123456789101112131416154567891012131415161514電樞轉(zhuǎn)向 電刷的中心線對(duì)電刷的中心線對(duì) 著磁極的軸線：著磁極的軸線： 電刷之間的電動(dòng)

15、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”。下下層層元元件件邊邊上上層層元元件件邊邊y1yyy212345678910111213141615678910111213141615123451閉閉合合ap23478610111214161551391A1A2B1B212109651314單疊繞組的特點(diǎn)：單疊繞組的特點(diǎn)：l 同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。數(shù)與支路數(shù)相同。l 電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置對(duì)準(zhǔn)磁極軸電刷數(shù)等

16、于主磁極數(shù)，電刷位置對(duì)準(zhǔn)磁極軸線（使正、負(fù)電刷之間得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最線（使正、負(fù)電刷之間得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大）。大）。l 電樞電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)，電樞電流電樞電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)，電樞電流等于各支路電流之和。等于各支路電流之和。l 并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路中串聯(lián)元件數(shù)少，并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路中串聯(lián)元件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的電機(jī)。適用于較低電壓、較大電流的電機(jī)。單波繞組 單波繞組:每個(gè)元件是和相距約兩個(gè)極距的元件相連，即是與相鄰的一對(duì)極下所處磁場(chǎng)位置相近的元件相連。2NNSSl 單波繞組的節(jié)距單波繞組的節(jié)距12yyy (1) 第一節(jié)距第一節(jié)距1y2iZp1y11=ikZKyy

17、pp整數(shù) (2) 合成節(jié)距合成節(jié)距2y (3) 第二節(jié)距第二節(jié)距1kKyyp單波左行，1kKyyp單波右行，以一臺(tái)以一臺(tái) 的直流電機(jī)為例。的直流電機(jī)為例。24,p 15iZSK7kyy21743yyy1151(/ 2 )444iyZp115 172kKyp1a 下下層層元元件件邊邊上上層層元元件件邊邊y1yyy212345689101112136789101112131415123451閉閉合合15714234761011121415A1A2B1B2151985413112895單波繞組的特點(diǎn)單波繞組的特點(diǎn): :l 同極下各元件串聯(lián)組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為同極下各元件串聯(lián)組成一條支路，支路對(duì)數(shù)

18、為1 1，與極對(duì)數(shù)無關(guān)；與極對(duì)數(shù)無關(guān)；l 電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置對(duì)準(zhǔn)磁極軸線電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置對(duì)準(zhǔn)磁極軸線（使正、負(fù)電刷之間得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大）。（使正、負(fù)電刷之間得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大）。l 電樞電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)，電樞電流等于電樞電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)，電樞電流等于各支路電流之和。各支路電流之和。l 并聯(lián)支路數(shù)少，每條支路中串聯(lián)元件數(shù)多，并聯(lián)支路數(shù)少，每條支路中串聯(lián)元件數(shù)多， 適用適用于較高電壓，較小電流的電機(jī)于較高電壓，較小電流的電機(jī)GIa+UaEM+UaIaIf+Uf直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)一、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)Ia=0,PIa=0,P2 2=0=0IaIa

19、0,P0,P2 2=0=0If+Uf四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁路四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁路漏磁通漏磁通 比主磁通比主磁通 小得多，大約是主磁通的小得多，大約是主磁通的20%20%。 u空載氣隙磁密波形空載氣隙磁密波形空載時(shí)，忽略鐵心磁阻時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上氣隙磁密的分布就取決于氣隙的大小和形狀平頂波（梯形波）磁化曲線磁化曲線或或()ff F ()ff I A-膝點(diǎn)氣隙線氣隙線二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng) 直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過, , 并產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)（與電樞電流分布有并產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)（與電樞電流分布有關(guān)）。關(guān)）。 負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)

20、由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)共負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)共同作用同作用 電樞磁場(chǎng)會(huì)對(duì)主磁場(chǎng)產(chǎn)生一定的影響，電樞磁場(chǎng)會(huì)對(duì)主磁場(chǎng)產(chǎn)生一定的影響，這一影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電這一影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。刷的位置有關(guān)。 電樞反應(yīng)會(huì)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，從而電樞反應(yīng)會(huì)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，從而影響電機(jī)的性能。影響電機(jī)的性能。1 電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)直軸：與直軸：與主極軸線主極軸線重合的軸重合的軸交軸：與交軸：與主極軸線主極軸線正交的軸正交的軸假設(shè)勵(lì)磁電流為零，假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖只有電樞電流。由圖可見電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生可見電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)

21、生的電樞磁場(chǎng)在空間的的電樞磁場(chǎng)在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)分布情況，電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)，它勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)，它對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)。NSX電樞磁場(chǎng)及其磁通密度波形電樞磁場(chǎng)及其磁通密度波形2aaxFxAFAxA-A-表示電樞圓周單位長度上的安培數(shù)，表示電樞圓周單位長度上的安培數(shù)，aaN iAD直流電機(jī)的合成磁場(chǎng)幾何幾何中性線中性線 N S勵(lì)磁磁場(chǎng)勵(lì)磁磁場(chǎng)（空載磁場(chǎng)）（空載磁場(chǎng)）物理物理中性線中性線電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)合成磁場(chǎng)合成磁場(chǎng)（負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)）（負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)）物理中性線：物理中性線： 電樞表面磁通密度的實(shí)際過零點(diǎn)的連線。電樞表面磁通密度的實(shí)際過零點(diǎn)的連線。

22、xB0axBxB主磁場(chǎng)的主磁場(chǎng)的磁通密度磁通密度分布曲線分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線的磁通密度分布曲線 2) 2)對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用1)1)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 空載時(shí)電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于空載時(shí)電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個(gè)磁極下，一半磁場(chǎng)被增強(qiáng)，一半被電樞反應(yīng)的影響，每一個(gè)磁極下，一半磁場(chǎng)被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線角

23、，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。與空載時(shí)不同。 磁路不飽和時(shí)，主磁場(chǎng)被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因磁路不飽和時(shí)，主磁場(chǎng)被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極磁通量與空載時(shí)相同。磁路飽和時(shí)，主磁極增磁部分因此每極磁通量與空載時(shí)相同。磁路飽和時(shí)，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時(shí)的電樞因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。由圖可知，交軸電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：由圖可知，交軸電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：將電刷位置逆時(shí)針（順將電刷位置

24、逆時(shí)針（順時(shí)針）移動(dòng)時(shí)針）移動(dòng)角，則電角，則電樞磁勢(shì)可分為兩部分。樞磁勢(shì)可分為兩部分。（1 1）(-2)(-2)角度內(nèi)的角度內(nèi)的磁勢(shì)為磁勢(shì)為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Faq Faq （2 2）22范圍內(nèi)的磁勢(shì)范圍內(nèi)的磁勢(shì)為為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)FadFad。2.電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)直軸電樞磁勢(shì)的作用為：直軸電樞磁勢(shì)的作用為： 1.1.發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)，電刷順轉(zhuǎn)向去磁；電刷逆轉(zhuǎn)向去增磁；，電刷順轉(zhuǎn)向去磁；電刷逆轉(zhuǎn)向去增磁； 2.2.電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)，電刷順轉(zhuǎn)向?yàn)樵龃?，逆轉(zhuǎn)向?yàn)槿ゴ?。，電刷順轉(zhuǎn)向?yàn)樵龃?，逆轉(zhuǎn)向?yàn)槿ゴ?。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

25、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為一條支路內(nèi)所有串聯(lián)導(dǎo)體電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為一條支路內(nèi)所有串聯(lián)導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)之和。的電動(dòng)勢(shì)之和。 lvbeBav 極距極距（1）大小）大小l 每個(gè)導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：每個(gè)導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：e av= Bav l vl 導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的線速度：導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的線速度： v = n Da a60= n2p 60l 電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：226060avnpelpnl260aaveNNpEenCnaa 與與 無關(guān)，與導(dǎo)體每秒切無關(guān)，與導(dǎo)體每秒切割的總的磁通量割的總的磁通量 有關(guān)有

26、關(guān) B2p Ea = Ce n Ce 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)：電動(dòng)勢(shì)常數(shù)： Ce = pN60a單位：單位：Wb單位：單位：r/min(V) (2) 方向：方向： 由由 和和 n 共同決定。共同決定。(3) 性質(zhì)：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)。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)。二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(1) 產(chǎn)生產(chǎn)生 電樞電流電樞電流 i 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) Tem (2) 大小大小總電磁轉(zhuǎn)矩總電磁轉(zhuǎn)矩Tem=總導(dǎo)體數(shù)總導(dǎo)體數(shù) Tav（每根導(dǎo)體產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩）（每根導(dǎo)體產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩）22avaavaaavf DB li DTNoImageNoImageavBlaI

27、iaa22aPD.2emavaTaNPTN TICIaF Tem = CT IaCT 轉(zhuǎn)矩常數(shù)：轉(zhuǎn)矩常數(shù)：單位：單位：Wb單位：單位：A(Nm) CTCe=602 = 9.55 CT = 9.55 CeCT =pN2a Ce =pN60a(2)(2) 方向：方向： 由由 和和 I Ia a 共同決定。共同決定。(3) (3) 性質(zhì)：性質(zhì)：發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī): :制動(dòng)制動(dòng)( (與轉(zhuǎn)速方向相反與轉(zhuǎn)速方向相反) )； 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī): :驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)( (與轉(zhuǎn)速方向相同與轉(zhuǎn)速方向相同) )。 直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類GIf+UaIa+Uf他他勵(lì)勵(lì)并并勵(lì)勵(lì)串串勵(lì)勵(lì)復(fù)復(fù)勵(lì)勵(lì)G+UIIfIaG

28、+UIIaGIaIf+UI直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)一、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式一、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)2aaabEUI RU 1.1.電壓平衡方程式電壓平衡方程式aa aEU I R fffRUI勵(lì)磁回路：勵(lì)磁回路：電樞回路：電樞回路：注：注：EaUaEMUaIemTnfIfUIG*發(fā)電機(jī)慣例：以輸出電流作為電樞電流正方向，Ia與Ea方向相同2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式0TTem T負(fù) 載 時(shí) ： iaTemT0TnNSem0TTT原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩（制動(dòng)，與n反向）由機(jī)械損耗及電樞鐵損耗產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩3.功率平衡關(guān)系功率平衡關(guān)系0TTemT0TTemT10em

29、PPPemPTem2aaabEI RUU222a aaaab aCuaCubE II RUIU IpPp 2emCuaCubPPpp10202emCuaCubPPPPppPPp0FePppNSP)%15 . 0(p CuaCubFespppppp2260aNpnIa60aN pnIaaaE I直流發(fā)電機(jī)功率流程圖直流發(fā)電機(jī)功率流程圖P1=TPem=Tem=EaIapCua，pCubUIa=P20FesPppp1020emCuaCubPPPPppPNnn 0Ia )I (fUf定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， 空載特性空載特性ARfUf-+IfGA+-VKRLn二、他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性二、他勵(lì)

30、直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性研究條件：保持轉(zhuǎn)速研究條件：保持轉(zhuǎn)速n不變且等于額定轉(zhuǎn)速不變且等于額定轉(zhuǎn)速nN.三個(gè)物理量：端電壓三個(gè)物理量：端電壓U、負(fù)載電流、負(fù)載電流I、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電流If空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線UfIUNIfNA 空載特性（續(xù)）空載特性（續(xù)）空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線UfIUNIfNA分析：分析： U0=Ea-IaRa=Ea=CenN If= Ff/N 結(jié)論：結(jié)論：1.1.經(jīng)過一定比例轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過一定比例轉(zhuǎn)換后，開路特性開路特性U U0 0=f(I=f(If f) )曲線與電機(jī)的磁化曲線曲線與電機(jī)的磁化曲線=f(F=f

31、(Ff f) )形狀完形狀完全相同。全相同。 2.2.一臺(tái)電機(jī)的磁化曲線只有一條，而空載特性曲線會(huì)隨一臺(tái)電機(jī)的磁化曲線只有一條，而空載特性曲線會(huì)隨著轉(zhuǎn)速著轉(zhuǎn)速n n的升降而成比例的上升或下移。的升降而成比例的上升或下移。3.3.一般電機(jī)的工作點(diǎn)位于開路特性上曲線開始彎曲的膝一般電機(jī)的工作點(diǎn)位于開路特性上曲線開始彎曲的膝點(diǎn)點(diǎn)A A附近。據(jù)此可以判斷電機(jī)的飽和程度。附近。據(jù)此可以判斷電機(jī)的飽和程度。NnnfNfII )(IfU 定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， 外特性外特性 ARfUf-+IfGA+-VKRLnOIUn = nNIf = IfNINUNU0外特性外特性 電壓平衡方程式電壓平衡方程式

32、U = EaRa Ia當(dāng)當(dāng) Ia Ra Ia Ea (電樞反應(yīng)電樞反應(yīng))U 電壓調(diào)整率（電壓調(diào)整率（當(dāng)當(dāng) 額定負(fù)載過渡到空載時(shí)）額定負(fù)載過渡到空載時(shí)）U0UNUNUN =100%( 5% 10% ) 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 當(dāng)當(dāng) n = nN，U = UN 時(shí)：時(shí)： If = f ( I )OI If IfNIN調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性Nnn fNfII 效率是指輸出功率與輸入功率之比效率是指輸出功率與輸入功率之比22212b100%cucuaFesmPPPPPpUIppppp P2/PN0 效率特性效率特性 當(dāng)當(dāng) n = nN，U = UN 時(shí)時(shí), ,效率與負(fù)載的關(guān)系效率與負(fù)載的關(guān)系ddI令令 =0=0可

33、求得效率最高點(diǎn)，得可求得效率最高點(diǎn)，得到效率最大的條件：當(dāng)電動(dòng)機(jī)中不到效率最大的條件：當(dāng)電動(dòng)機(jī)中不變損耗等于可變損耗時(shí)，效率最高。變損耗等于可變損耗時(shí)，效率最高。且通常出現(xiàn)在（且通常出現(xiàn)在（75% 75% 100%100%）P PN N 區(qū)區(qū)域內(nèi)。域內(nèi)。cua,Femscubspp pppp中一部分損耗不變損耗，不隨負(fù)載的變化而變化中一部分損耗可變損耗，與負(fù)載電流的二次方成正比三、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)三、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)自勵(lì)：勵(lì)磁繞阻并接于電樞繞組兩自勵(lì)：勵(lì)磁繞阻并接于電樞繞組兩端，由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供端，由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供勵(lì)磁，而發(fā)電機(jī)的端電壓又必須勵(lì)磁，而發(fā)電機(jī)的端電壓又必須在有了勵(lì)磁電

34、流后才能產(chǎn)生，所在有了勵(lì)磁電流后才能產(chǎn)生，所以并勵(lì)發(fā)電機(jī)由初始的以并勵(lì)發(fā)電機(jī)由初始的U=0到正到正常運(yùn)行時(shí)常運(yùn)行時(shí)U為一定值，有一個(gè)自為一定值，有一個(gè)自己建立電壓的過程己建立電壓的過程(自勵(lì)過程自勵(lì)過程). G+UIIfIa自勵(lì)條件：自勵(lì)條件：（1 1）發(fā)電機(jī)必須有剩磁，如果無剩磁，必須用另外的直流）發(fā)電機(jī)必須有剩磁，如果無剩磁，必須用另外的直流電源充磁。電源充磁。（2 2）勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞兩端，線端的接法應(yīng)與旋轉(zhuǎn)方向）勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞兩端，線端的接法應(yīng)與旋轉(zhuǎn)方向配合，以使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與剩磁的磁場(chǎng)方向一配合，以使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與剩磁的磁場(chǎng)方向一致。致。（3 3）勵(lì)磁回路的

35、總電阻必須小于臨界電阻。）勵(lì)磁回路的總電阻必須小于臨界電阻?？蛰d特性勵(lì)磁回路場(chǎng)阻線臨界電阻線AG+UIIfIa00f()=ffUf IIUR電樞回路：勵(lì)磁回路：a00,faIIIUE空載時(shí)：，勵(lì)磁回路的總電阻必須小于勵(lì)磁回路的總電阻必須小于臨界電阻。臨界電阻。l并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性 n=nN 、勵(lì)磁回路總電阻不變時(shí)，、勵(lì)磁回路總電阻不變時(shí)， U =f (I )關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。并勵(lì)他勵(lì)UI U = Ea - Ra( I+If ) =( Cen RaIf ) - RaI 一般一般 U= U=（10103030）% %。 并勵(lì)比他勵(lì)電機(jī)外特性下降得快并勵(lì)比他勵(lì)電機(jī)外特性下降得快原

36、因：原因： （1 1）電樞電阻壓降）電樞電阻壓降 （2 2）電樞反應(yīng)去磁）電樞反應(yīng)去磁 （3 3）U IfU IfG+UIIfIa 【例例】 一他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，一他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)， PN = 10 kW，UN = 230 V，nN = 1 000 r/min ，Ra = 0.4。如果磁通如果磁通 保保持不變，求持不變，求 1 000 r/min 時(shí)的空載電壓時(shí)的空載電壓 U0 和和 900 r/min 時(shí)時(shí)的滿載電壓的滿載電壓 U 。 解：解：在在 nN 和和 UN 時(shí)的電樞電流時(shí)的電樞電流9001 000E = E U0 = E = UNRa IaN = (2300.443.5) V = 24

37、7 V 在在 保持不變時(shí)，保持不變時(shí)， E n10103230= A = 43.5 A PNUNIaN = 9001 000= 247 V = 222 V U = ERa IaN = (222 0.443.5) V = 205 V P2 = UI = 230100 W = 23 000 WIa = IIf = (1002) A =102 APCu = Ra Ia2 Rf If2 = ( 0.2102211522 ) W = 2 540.8 W Pem = P2PCu = 25 540.8 W 【例題例題】 一并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，輸出電壓一并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，輸出電壓 U = 230 V，輸出電流，輸出

38、電流 I = 100 A ，Ra = 0.2，Rf = 115，n = 1 500 r/min ， T0 =17.32 Nm 。求發(fā)電機(jī)的輸出功率求發(fā)電機(jī)的輸出功率P2 、電磁功率、電磁功率 Pem 、輸入功率、輸入功率 P1 和效率和效率 。 解：解：230115= A = 2 A URfIf = P0 = T0n2 60= 17.321 500 W 2 60 = 2 719.24 W P1 = PemP0 = (25 540.82 719.24) W = 28 260 W = 100%P2P1= 100% = 81.39% 23 00028 260 直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁

39、方式分類MIf+UaIa+Uf他他勵(lì)勵(lì)并并勵(lì)勵(lì)串串勵(lì)勵(lì)復(fù)復(fù)勵(lì)勵(lì)M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)1.直流電動(dòng)機(jī)的基本方程直流電動(dòng)機(jī)的基本方程(1) 電壓平衡方程式電壓平衡方程式 U=Ua= Ea + R Ia +2Ub R=Ra+Rpa 02emTTT電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)NSnemTMemT0T2Tn(2) 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式MIf+UaIa+Uf02TTTem02TTTem02empPP(3) (3) 功率平衡方程式功率平衡方程式emaaPE ITem122emCuaCubCufFesCuaCubCufPPpppPppppppPp電動(dòng)機(jī)從

40、電網(wǎng)吸收的電功率電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收的電功率 P1 =UI ，減去電樞繞，減去電樞繞組銅損組銅損pcua，電刷接觸損耗，電刷接觸損耗pcub以及勵(lì)磁回路銅損以及勵(lì)磁回路銅損pcuf，余下的轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率，余下的轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率的電磁功率的電磁功率P Pemem。220emFesPPpppPP直流電動(dòng)機(jī)功直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖率流程圖P1PCuPemP0P2 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)輸入電壓輸入電壓 U = Ua = Uf = Ea + RaIa+2Ub(2) 輸入電流輸入電流 I = Ia + If(3) 輸入功率輸入功率 MIa+UIIf1()afPUIU II 【例例】 某并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，某并勵(lì)直流電

41、動(dòng)機(jī)，UN = 220 V，IN = 12.5 A，nN = 3 000 r/min ，Rf = 628 ，Ra = 0.41 。求該電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的：。求該電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的： (1) If ； (2) Ia； (3) E ； (4) Tem 。 解：解： (1) 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 If UfRfIf =220628= A = 0.35A(2) 電樞電流電樞電流 Ia Ia = IN If = (12.50.35) A = 12.15 A (2) 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) E E = UN Ra Ia = (2200.4112.15) V = 215 VCT = 9.55 Ce = 0.6

42、85Tem = CT Ia = 0.68512.15 Nm = 8.32 Nm (4) 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩Ce =EnN2153 000= = 0.071 7 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 一、并(他)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 )(2Pfn aNaaeeeEUI RnCCC（1 1）轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 據(jù)轉(zhuǎn)速公式 ,0NffNpaUUIIR2,()emn Tf P指 時(shí)， 或,()eman Tf I2Pn0nn0影響轉(zhuǎn)速影響轉(zhuǎn)速n n的因素有二：的因素有二： 1 1）電流）電流IaIa增大時(shí)電樞電阻壓降增大時(shí)電樞電阻壓降IaRaIaRa也增大，也增大， 使轉(zhuǎn)速趨于下降；使轉(zhuǎn)速趨于下降；2 2

43、）隨著負(fù)載的增大，電樞電流增大時(shí)，電樞反）隨著負(fù)載的增大，電樞電流增大時(shí)，電樞反 應(yīng)的去磁作用使得磁通應(yīng)的去磁作用使得磁通下降，使轉(zhuǎn)速趨于上升。下降，使轉(zhuǎn)速趨于上升。2. 2. 一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低。由于電阻低。由于電阻RaRa的值很小，所以轉(zhuǎn)速下降比較平緩。電流增大，電壓的值很小，所以轉(zhuǎn)速下降比較平緩。電流增大，電壓恒定時(shí)意味著恒定時(shí)意味著P P2 2增大，所以增大，所以n=f(Pn=f(P2 2) )是一條較平的下降曲線（硬特性）。是一條較平的下降曲線（硬特性）。%1000NNnnnnn額定轉(zhuǎn)速調(diào)整率 % ：表示電動(dòng)機(jī)從空載到滿載轉(zhuǎn)速變化的程度。（2）轉(zhuǎn)矩特性）轉(zhuǎn)矩特性 轉(zhuǎn)矩方程2( )emTf P22020060=2 nemPPTTTTT0T2PnemT2T二二