電機與拖動 第1章直流電機

1、第1章 直流電機1.2 1.2 直流電機的直流電機的與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)1.3 1.3 直流電機的磁直流電機的磁場場 本章主要討論直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電本章主要討論直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機的磁場分布、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向機的磁場分布、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法，從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機的運行特性和直流及改善換向方法，從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機的運行特性和直流電動機的工作特性。電動機的工作特性。1.4 1.4 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.6 1.6 直流發(fā)電機直流發(fā)電機1.5 1.5

2、 直流電動機直流電動機1.1 直流電機的基本工作原理直流電機的基本工作原理第1章 直流電機1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)1.1.1 直流電機的主要結(jié)構(gòu)主磁極主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成換向磁極換向磁極：改善換向。：改善換向。電刷裝置電刷裝置：與換向片配合：與換向片配合, ,完成直流與交流的互換完成直流與交流的互換機座和端蓋機座和端蓋：起支撐和固定作用。：起支撐和固定作用。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組電樞繞組：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。：由帶絕

3、緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。換向器換向器：與電刷裝置配合：與電刷裝置配合, ,完成直流與交流的互換完成直流與交流的互換轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸承軸承第1章 直流電機1.1.2 直流電機的工作原理直流電機的工作原理電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律： 在恒定的磁場中，導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生在恒定的磁場中，導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢,若磁力線、導(dǎo)體與其運動方向相若磁力線、導(dǎo)體與其運動方向相互垂直，則互垂直，則 大小大小：e=Blv 方向方向：由右手定則確定：由右手定則確定1.1 直流電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、直流發(fā)電機工作原理一、直流發(fā)電機工作原理第1章 直流電機交流發(fā)電機工作原理圖交流發(fā)電機工作原理圖定子磁

4、場轉(zhuǎn)子電樞氣隙第1章 直流電機電樞轉(zhuǎn)一周時線圈中感應(yīng)電動勢 波形第1章 直流電機 右圖為直流發(fā)電機的物右圖為直流發(fā)電機的物理模型，理模型，N N、S S為定子磁極，為定子磁極，abcdabcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端電樞。線圈的首末端a a、d d連連接到兩個相互絕緣并可隨線接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。的電刷進行的

5、。直流發(fā)電機直流發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機械。是將機械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機械。第1章 直流電機 當(dāng)原動機驅(qū)動電當(dāng)原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時同，線圈同，線圈abcdabcd將感應(yīng)將感應(yīng)電動勢。如右圖，導(dǎo)電動勢。如右圖，導(dǎo)體體abab在在N N極下，極下，a a點高點高電位，電位，b b點低電位；導(dǎo)點低電位；導(dǎo)體體cdcd在在S S極下，極下，c c點高點高電位，電位，d d點低電位；電點低電位；電刷刷A A極性為正，電刷極性為正，電刷B B極性為負(fù)。極性為負(fù)。第1章 直流電機 當(dāng)原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針當(dāng)原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 后，如右圖后，如右圖。018

6、0 與電刷與電刷A A接觸的導(dǎo)體總是位于接觸的導(dǎo)體總是位于N N極下，與電刷極下，與電刷B B接觸的導(dǎo)體總是位接觸的導(dǎo)體總是位于于S S極下極下, ,電刷電刷A A的極性總是正的，的極性總是正的，電刷電刷B B的極性總是負(fù)的，在電刷的極性總是負(fù)的，在電刷A A、B B兩端可獲得直流電動勢。兩端可獲得直流電動勢。 導(dǎo)體導(dǎo)體abab在在S S極下，極下，a a點低電位，點低電位，b b點高電位；導(dǎo)體點高電位；導(dǎo)體cdcd在在N N極下，極下，c c點點低電位，低電位，d d點高電位；電刷點高電位；電刷A A極性極性仍為正，電刷仍為正，電刷B B極性仍為負(fù)。極性仍為負(fù)。第1章 直流電機一個線圈的脈動

7、電動勢波形一個線圈的脈動電動勢波形實際直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電實際直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機的電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對。電刷間電動勢極交替旋轉(zhuǎn)多對。電刷間電動勢脈動減少，得到滿意的直流。脈動減少，得到滿意的直流。第1章 直流電機二、直流電動機工作原理二、直流電動機工作原理電磁力定律：電磁力定律：大?。捍笮。悍较蚍较颍鹤笫侄▌t：左手定則Blif 第1章 直流電機 把電刷把電刷A A、

8、B B接到直流電源上，接到直流電源上，電刷電刷A A接正極，電刷接正極，電刷B B接負(fù)極。此接負(fù)極。此時電樞線圈中將電流流過。時電樞線圈中將電流流過。 直流電動機直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。 在磁場作用下，在磁場作用下，N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體abab受力方向從右向左，受力方向從右向左，S S 極下導(dǎo)極下導(dǎo)體體cdcd受力方向從左向右。該電磁受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。第1章 直流電機 原原N N極性

9、下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體abab轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到S S極極下，受力方向從左向右，原下，受力方向從左向右，原S S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cdcd轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到N N極下，受力方極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 與直流發(fā)電機相同，實際的與直流發(fā)電機相同，實際的直流電動機的電樞并非單一線圈，直流電動機的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。磁極也并非一對。 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時第1章 直流電機直流電直流電動機的動機的工作

10、原工作原理示意理示意圖圖:第1章 直流電機 三、直流電機的可逆性 1、直流發(fā)電機中，電樞電流方向與電動勢同向，電動勢、直流發(fā)電機中，電樞電流方向與電動勢同向，電動勢為電源性質(zhì)。為電源性質(zhì)。 2、直流發(fā)電機中，帶電導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與、直流發(fā)電機中，帶電導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞轉(zhuǎn)動方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩（阻力轉(zhuǎn)矩）電樞轉(zhuǎn)動方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩（阻力轉(zhuǎn)矩） 3、直流電動機，轉(zhuǎn)子接通電源，帶電導(dǎo)體在磁場中受電、直流電動機，轉(zhuǎn)子接通電源，帶電導(dǎo)體在磁場中受電磁力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電樞旋轉(zhuǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)磁力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電樞旋轉(zhuǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩（原動轉(zhuǎn)矩）。矩（原動轉(zhuǎn)矩）。

11、 4、直流電動機中，轉(zhuǎn)動的電樞導(dǎo)體切割磁場，產(chǎn)生感應(yīng)、直流電動機中，轉(zhuǎn)動的電樞導(dǎo)體切割磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向與電樞電流方向相反。電動勢，其方向與電樞電流方向相反。 5、直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能；直流電動機將電能、直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能；直流電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能。轉(zhuǎn)化為機械能。第1章 直流電機四、直流電機的換向四、直流電機的換向 1 1、 直流電機在工作時，轉(zhuǎn)子線圈中的電流方向不斷改變，這種電流方向直流電機在工作時，轉(zhuǎn)子線圈中的電流方向不斷改變，這種電流方向的改變過程稱為的改變過程稱為換向換向。 2 2、換向問題很復(fù)雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花換向問題很復(fù)

12、雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。 3 3、改善換向的方法改善換向的方法* 裝設(shè)換向磁極（附加極或間極）：裝在主磁極間，大多和電樞繞組串聯(lián)，裝設(shè)換向磁極（附加極或間極）：裝在主磁極間，大多和電樞繞組串聯(lián)，其數(shù)量與主磁極相同。其數(shù)量與主磁極相同。移動電刷的方法移動電刷的方法防止火花，采用補償繞組。在容量較大或負(fù)載變化的電機運行時，由于電防止火花，采用補償繞組。在容量較大或負(fù)載變化的電機運行時，由于電樞反映使磁場畸變，為防止火花，常采用補償繞組。樞反映使磁場畸變，為

13、防止火花，常采用補償繞組。第1章 直流電機SNSKNKnMnG第1章 直流電機第二節(jié)第二節(jié) 直流電機的結(jié)構(gòu)直流電機的結(jié)構(gòu)直流發(fā)電機和直流電動機結(jié)構(gòu)相同，有兩個主要部分直流發(fā)電機和直流電動機結(jié)構(gòu)相同，有兩個主要部分： 靜止部分靜止部分定子定子：主磁極、換向極、：主磁極、換向極、 機座、電刷、端蓋及機座、電刷、端蓋及 軸承等軸承等 旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子(電樞電樞)：轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn) 子鐵心、子鐵心、 轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、 換向器等換向器等在靜止部分和轉(zhuǎn)動部分之間留有一定空隙，稱為在靜止部分和轉(zhuǎn)動部分之間留有一定空隙，稱為氣隙氣隙。第1章 直流電機直流電機徑向剖面圖直流電機徑向剖面圖 第1章 直流電機直

14、流電機軸向結(jié)構(gòu)剖面直流電機軸向結(jié)構(gòu)剖面 第1章 直流電機一、直流電機的定子直流電機的定子 作用：作用：建立主磁場建立主磁場 起固定支撐作用起固定支撐作用(一一)主磁極主磁極:產(chǎn)生主磁場：產(chǎn)生主磁場： 永久磁鐵永久磁鐵 電磁鐵電磁鐵 成對出現(xiàn)成對出現(xiàn)電磁鐵電磁鐵:(1):(1)主磁極鐵心主磁極鐵心: : 由由1 11.5mm1.5mm厚的鋼板厚的鋼板 沖疊成沖疊成( (包括極靴包括極靴) ) (2) (2)主磁極繞阻主磁極繞阻: :勵磁繞勵磁繞 阻套在鐵心外阻套在鐵心外主磁極主磁極第1章 直流電機(二二) 換向極換向極(或附加極或附加極) 作作 用：改善換向，減小電刷與換向用：改善換向，減小電刷

15、與換向 器之間的火花器之間的火花 安裝地點：兩主磁極之間安裝地點：兩主磁極之間 結(jié)結(jié) 構(gòu)：鐵心構(gòu)：鐵心+繞組繞組 鐵鐵 心：整塊鋼板或薄鋼板迭成心：整塊鋼板或薄鋼板迭成 繞繞 組：套在鐵心上，與電樞繞組串聯(lián)組：套在鐵心上，與電樞繞組串聯(lián)第1章 直流電機第1章 直流電機(三三) 機座機座: 材料：由導(dǎo)磁性能較好的鑄鋼或厚鋼板焊材料：由導(dǎo)磁性能較好的鑄鋼或厚鋼板焊成成 作用：作用：固定主磁極、換向極和端蓋固定主磁極、換向極和端蓋 作為電機磁路的一部分作為電機磁路的一部分第1章 直流電機(四四)電刷電刷 作用：引入作用：引入或引出電樞或引出電樞電流電流 組成：電刷、組成：電刷、刷握、匯流刷握、匯流條

16、等條等第1章 直流電機(五五)接線盒接線盒(板板)F或LA或SRfRa直流電機的電樞繞組和勵磁繞組通過接線盒和外部直流電機的電樞繞組和勵磁繞組通過接線盒和外部電路連接電路連接電樞繞組電樞繞組： 勵磁繞組：勵磁繞組：第1章 直流電機二、直流電機的轉(zhuǎn)子二、直流電機的轉(zhuǎn)子 能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分電樞電樞組成組成: :電樞鐵心、電樞繞組、電樞鐵心、電樞繞組、 換向器、轉(zhuǎn)軸風(fēng)扇等換向器、轉(zhuǎn)軸風(fēng)扇等( (一一) )電樞鐵心電樞鐵心 作用：作用：作為磁路通過主磁通作為磁路通過主磁通 嵌放電樞繞組嵌放電樞繞組 組成組成: :由由0.5mm0.5mm厚的硅鋼片疊裝而成厚的硅鋼片疊裝而成 以減少渦流

17、和磁滯損耗以減少渦流和磁滯損耗第1章 直流電機電樞鐵心沖片電樞鐵心裝配圖第1章 直流電機( (二二) )電樞繞組電樞繞組作用：感應(yīng)電作用：感應(yīng)電動勢、通過電動勢、通過電流、產(chǎn)生電磁流、產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩、實現(xiàn)能轉(zhuǎn)矩、實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換量轉(zhuǎn)換組成組成: :以一定以一定的規(guī)律嵌放在的規(guī)律嵌放在電樞鐵心的槽電樞鐵心的槽內(nèi)內(nèi)第1章 直流電機1.1.電樞繞組的分類電樞繞組的分類: :(1)(1)疊繞組：單疊疊繞組：單疊 復(fù)疊復(fù)疊 (2)(2)波繞組：單波波繞組：單波 復(fù)波復(fù)波213第1章 直流電機2.2.電樞繞組的一般介紹電樞繞組的一般介紹( (以單疊繞組為例以單疊繞組為例)（1 1）元件：組成電樞繞組的基本單元）

18、元件：組成電樞繞組的基本單元 (S)pZ221（2）極距）極距：一個磁極在空間所占據(jù)的位置一個磁極在空間所占據(jù)的位置 z：電樞圓周開的槽數(shù)：電樞圓周開的槽數(shù) p：磁極對數(shù)：磁極對數(shù)第1章 直流電機(3)節(jié)距：節(jié)距： 第一節(jié)距第一節(jié)距 Y1：一個元件兩：一個元件兩 有效邊間的距離有效邊間的距離 Y1=Z/2p = 合成節(jié)距合成節(jié)距 Y：串聯(lián)的兩個：串聯(lián)的兩個 元件對應(yīng)邊間元件對應(yīng)邊間 的距離的距離 Y=1 (單疊單疊) 換向器節(jié)距換向器節(jié)距Yk：一個元件：一個元件 兩出線端換向片兩出線端換向片(K) 的距離的距離 Y=Yk=1(單疊單疊)213Y1YYkNS第1章 直流電機根據(jù)單疊繞組的展開圖可

19、以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖:單疊繞組的的特點單疊繞組的的特點：1 1）同一主磁極下的元件）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極串聯(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。2 2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。并聯(lián)支路電動勢。3 3）電樞電流等于各支路）電樞電流等于各支路電流之和。電流之和。第1章 直流電機(三三)換向器：重要的換向器：重要的 部件部件: 結(jié)構(gòu)：由多片彼此絕緣的換向片組成結(jié)構(gòu)：由多片彼此絕緣的換向片組成

20、作用：作用：電動機中電動機中：將直流電：將直流電流流交變電流交變電流發(fā)電機中發(fā)電機中：將交變電：將交變電動勢動勢直流電動勢直流電動勢第1章 直流電機(四四)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，一般用圓鋼加工起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，一般用圓鋼加工而成而成第1章 直流電機1.1.3 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)額定條件下電機額定條件下電機所能提供的功率所能提供的功率NP額定功率額定功率指電刷間輸出的指電刷間輸出的額定電功率額定電功率發(fā)電機發(fā)電機指軸上輸出指軸上輸出的機械功率的機械功率電動機電動機發(fā)電機：是指輸出額定電壓；發(fā)電機：是指輸出額定電壓；電動機：是指輸入額定電壓。電動機：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電

21、機在額定工況下，電機出線端的平均電壓出線端的平均電壓NU額定電壓額定電壓在額定電壓下，運行于在額定電壓下，運行于額定功率時對應(yīng)的電流額定功率時對應(yīng)的電流NI額額定定電電流流在額定電壓、額定電流下，運在額定電壓、額定電流下，運行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速.Nn額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速fNI額額定定勵勵磁磁電電流流對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流電機銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)電機銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。期、出廠編號等。第1章 直流電機 此外，電機銘牌上還標(biāo)有其它

22、數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、此外，電機銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。出廠編號等。 電機運行時，所有物理量與額定值相同電機運行時，所有物理量與額定值相同電機運行于電機運行于額定狀態(tài)。電機的運行電流小于額定電流額定狀態(tài)。電機的運行電流小于額定電流欠載運行；運欠載運行；運行電流大于額定電流行電流大于額定電流過載運行。長期欠載運行將造成電過載運行。長期欠載運行將造成電機浪費，而長期過載運行會縮短電機的使用壽命。電機最好機浪費，而長期過載運行會縮短電機的使用壽命。電機最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機的運行效率、工運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機的運行效率、工作性

23、能等比較好。作性能等比較好。第1章 直流電機第三節(jié)第三節(jié) 直流電機的磁場直流電機的磁場 重點重點 （1 1）勵磁方式）勵磁方式 （2 2）氣隙磁場的分布情況）氣隙磁場的分布情況 （3 3）影響氣隙磁場的因素）影響氣隙磁場的因素( (電樞反應(yīng)）電樞反應(yīng)） （4 4）氣隙磁場的分布波形）氣隙磁場的分布波形 第1章 直流電機一、直流電機的勵磁方式一、直流電機的勵磁方式 勵磁繞組的供電方式勵磁繞組的供電方式( (一一) )他勵直流電機他勵直流電機 勵磁繞組與電樞繞組勵磁繞組與電樞繞組之間無電的聯(lián)系之間無電的聯(lián)系 永磁電機也屬于此類永磁電機也屬于此類 I Ia=I=IIMaIfIGaUUf+-第1章 直

24、流電機( (二二) )并勵直流電機并勵直流電機 勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián) M: I=Ia+If G: Ia=I+If -IMIfIGU+第1章 直流電機( (三三) )串勵直流電機串勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)起來 I=Ia=IfIMaIGaU+-第1章 直流電機二、直流電機的空載磁場直流電機的空載磁場直流電機的電樞反應(yīng)直流電機的電樞反應(yīng) 直流電機工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生直流電機工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 右圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖右

25、圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖。第1章 直流電機 直流電機中，直流電機中，主磁通主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通漏磁通沒有這個作用，它只是增沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通漏磁通比比主磁通主磁通小得小得多。多。磁力線由磁力線由N N極出來，經(jīng)氣隙、極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進入電樞齒部、氣隙進入S S極，再極，再經(jīng)定子鐵軛回到經(jīng)定子鐵軛回到N N極極主磁通主磁通主磁路主磁路磁力線不

26、進入電樞鐵心，磁力線不進入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁通漏磁路漏磁路第1章 直流電機 為了經(jīng)濟、合理地利用材料，為了經(jīng)濟、合理地利用材料，一般直流電機額定運行時，額定磁一般直流電機額定運行時，額定磁通通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中 A A點點，即在磁化特，即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N0第1章 直流電機 空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的料

27、的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。大小和形狀。幾何中性線幾何中性線極靴極靴極身極身（a）氣隙形狀氣隙形狀 磁極中心及附近的氣磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減小；極尖以外，通密度減?。粯O尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。密度為零。第1章 直流電機 空載時的氣隙磁通密度為空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖一平頂波，如下圖(b)

28、(b) 所示。所示。 空載時主磁極磁通的分空載時主磁極磁通的分布情況，如右圖布情況，如右圖(c) (c) 所示。所示。第1章 直流電機1.3.2 直流電機負(fù)載時的負(fù)載磁場直流電機負(fù)載時的負(fù)載磁場 直流電機帶上負(fù)載后，電樞繞直流電機帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為勢稱為電樞磁動勢電樞磁動勢。電樞磁動勢的。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。 右圖為一臺電刷放在幾何中性右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機的電樞磁場分布線的兩極直流電機的電樞磁場分布情況。情況。 假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電假設(shè)勵磁電流為零，只有電

29、樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為為交軸磁動勢交軸磁動勢。第1章 直流電機直流電機的電樞反應(yīng)直流電機的電樞反應(yīng)第1章 直流電機 當(dāng)勵磁繞組中有勵磁當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負(fù)載后，電流，電機帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為磁場的影響稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。關(guān)。第1章 直流電機由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：

30、由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點： 2)、對主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變 空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于空載時電機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，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載角，磁通密度的曲線與空載時不同。時不同。 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常運行于磁化曲線的膝部，每極量的

31、磁通量與空載時相同。電機正常運行于磁化曲線的膝部，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，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)交軸去磁性質(zhì)。第1章 直流電機第四節(jié)第四節(jié) 直流電機感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算直流電機感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算一、感應(yīng)電動勢Ea的計算 1.一根導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢 ex=Bxlv 2.一根的導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動勢 eav=Bavlv lBav60260npnDva602602np

32、nplleav第1章 直流電機3.電樞感應(yīng)電動勢(每條支路的感應(yīng)電動勢)nCnapNeaNEeava602Ce電動勢系數(shù)apNCe60第1章 直流電機二、電磁轉(zhuǎn)矩的計算1.一根導(dǎo)體所受到的平均電磁力 2.每根導(dǎo)體產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩 3.電樞表面N根導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩aavavliBf22DliBDfTaavavavlBavaIiaa2pD22DliNBNTTaavavem第1章 直流電機-轉(zhuǎn)矩常數(shù)（三）Ce與CT的關(guān)系eeeTCCpNaCapNC55. 9260602aaemIapNpaIllNT2222apNCT2第1章 直流電機1.6.2 1.6.2 直流發(fā)電機的基本方程直流發(fā)電機的基本方

33、程如圖規(guī)定各物理量的參考方向如圖規(guī)定各物理量的參考方向一一. .電動勢平衡方程電動勢平衡方程2aaabaaEUI RUUI R從方程式可見，直流發(fā)電機滿足從方程式可見，直流發(fā)電機滿足aEU二二. . 轉(zhuǎn)矩平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程10emTTTfIfU UaI1T0TemTnaEemT發(fā)電機軸上有三個轉(zhuǎn)矩：原動機輸入給的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩發(fā)電機軸上有三個轉(zhuǎn)矩：原動機輸入給的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 、電磁轉(zhuǎn)、電磁轉(zhuǎn)矩矩 和機械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩和機械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩 。轉(zhuǎn)矩平衡方程為：。轉(zhuǎn)矩平衡方程為：1T0T第1章 直流電機直流發(fā)電機的勵磁電流直流發(fā)電機的勵磁電流ffUIR三、勵磁特性公式三、勵磁特性公式每極

34、氣隙磁通每極氣隙磁通aff(I ,I )四四. .功率平衡方程功率平衡方程原動機輸入給發(fā)電機的機械功率原動機輸入給發(fā)電機的機械功率 1P電磁功率電磁功率aaememIETPPP01mecp機械摩擦損耗機械摩擦損耗、鐵損耗鐵損耗Fep、附加損耗附加損耗 adp空載損耗空載損耗 包括：包括：0paE 電磁功率電磁功率一方面代表電動勢為一方面代表電動勢為 的電源輸出電流的電源輸出電流 時發(fā)出時發(fā)出的電功率，一方面又代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時克服電磁轉(zhuǎn)矩所消耗的機的電功率，一方面又代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時克服電磁轉(zhuǎn)矩所消耗的機械功率。械功率。aICuaP電樞回路電阻及電刷與換向器表面接觸電阻上的銅損耗電樞回路電阻及電刷與換

35、向器表面接觸電阻上的銅損耗輸出的電功率輸出的電功率CuaemPPP2cufp自勵發(fā)電機中還應(yīng)減去勵磁損耗自勵發(fā)電機中還應(yīng)減去勵磁損耗第1章 直流電機1.6.3 他勵發(fā)電機的運行特性他勵發(fā)電機的運行特性一、空載特性1Cn0I)f(IUf定義定義: :當(dāng)當(dāng) 、 時，時， 直流發(fā)電機的空載特性是非線直流發(fā)電機的空載特性是非線性的的，上升與下降的過程是不相性的的，上升與下降的過程是不相同的。實際中通常取平均特性曲線同的。實際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線。作為空載特性曲線?？蛰d時空載時aEU空載特性曲線上升分支空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線平均空載特

36、性曲線UfI)(faIfE 空載特性實質(zhì)上就是空載特性實質(zhì)上就是 。所以空載特性曲線的形狀與空載磁所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同?；匦郧€相同。第1章 直流電機二、外特性Nnn fNfII f(I)U 定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時，時， 由曲線可見，負(fù)載電流增大時，端由曲線可見，負(fù)載電流增大時，端電壓有所下降。電壓有所下降。他勵他勵并勵U0U0IaaeRInCU 根據(jù)根據(jù) 可知可知端電壓下降端電壓下降有兩個原因：有兩個原因：(一一)在勵磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁在勵磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通量減少，使電動勢減少；作用使每極磁通量

37、減少，使電動勢減少；(二二)電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓下降。下降。為什為什么低么低? ?第1章 直流電機三、調(diào)節(jié)特性1Cn2CU f(I)If定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時，時， 由曲線可見，在負(fù)載電流變化由曲線可見，在負(fù)載電流變化時，若保持端電壓不變，必須改變時，若保持端電壓不變，必須改變勵磁電流，補償電樞反應(yīng)及電樞回勵磁電流，補償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對對輸出端電壓的影響路電阻壓降對對輸出端電壓的影響. .fI0I1.6.41.6.4 并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性 并勵發(fā)電機的勵磁是由發(fā)電機

38、本身的端電壓提供的，而并勵發(fā)電機的勵磁是由發(fā)電機本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵磁電流作用下建立的，這一點與他勵發(fā)電機不端電壓是在勵磁電流作用下建立的，這一點與他勵發(fā)電機不同。并勵發(fā)電機建立電壓的過程稱為自勵過程，滿足建壓的同。并勵發(fā)電機建立電壓的過程稱為自勵過程，滿足建壓的條件稱為自勵條件。條件稱為自勵條件。第1章 直流電機一、自勵條件fI0U10fIA20U3 曲線曲線1 1為空載特性曲線為空載特性曲線, ,曲線曲線2 2為勵磁回路總電阻為勵磁回路總電阻 特性曲線，特性曲線，也稱場阻線也稱場阻線 。 fffUI R fR 原動機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時，如果主磁原動機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時，如果主磁極

39、有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動勢。在電動勢作用下勵磁回路產(chǎn)生動勢。在電動勢作用下勵磁回路產(chǎn)生 。fI增大增大 , ,場阻線變?yōu)榍€場阻線變?yōu)榍€3 3時，時， 稱為臨界電阻稱為臨界電阻 。fRfRcrR若再增加勵磁回路電阻，發(fā)電機將不能自勵。若再增加勵磁回路電阻，發(fā)電機將不能自勵。fIffRI 如果勵磁繞組和電樞繞組連接正確，如果勵磁繞組和電樞繞組連接正確， 勵磁電流產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使勵磁電流產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動勢增大，主磁路磁通增加，電動勢增大， 增加。增加。如此不斷增長，直到勵磁繞組兩端的電壓如此不斷增長，直到

40、勵磁繞組兩端的電壓與與 相等，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點相等，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點A A。第1章 直流電機可見，并勵直流發(fā)電機的自勵條件有：可見，并勵直流發(fā)電機的自勵條件有：二、空載特性 并勵發(fā)電機的空載特性與一般電機的空載特性一樣，也是并勵發(fā)電機的空載特性與一般電機的空載特性一樣，也是磁化曲線。由于勵磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線只磁化曲線。由于勵磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線只在第一象限。在第一象限。（1）電機的主磁路有剩磁（3）勵磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵磁繞組極性要正確思考題思考題電機正轉(zhuǎn)能自電機正轉(zhuǎn)能自勵勵, ,反轉(zhuǎn)能自勵反轉(zhuǎn)能自勵嗎嗎?

41、?第1章 直流電機三、外特性三、外特性四、調(diào)節(jié)特性四、調(diào)節(jié)特性 并勵發(fā)電機的電樞電流，比起他勵發(fā)電機僅僅多了一個勵并勵發(fā)電機的電樞電流，比起他勵發(fā)電機僅僅多了一個勵磁電流，所以調(diào)節(jié)特性與他勵發(fā)電機的相差不大。磁電流，所以調(diào)節(jié)特性與他勵發(fā)電機的相差不大。 對并勵發(fā)電機，除了像他勵發(fā)電機存在的電樞反應(yīng)去磁作對并勵發(fā)電機，除了像他勵發(fā)電機存在的電樞反應(yīng)去磁作用和電樞回路上的電阻壓降使端電壓下降外，還有第三個原因：用和電樞回路上的電阻壓降使端電壓下降外，還有第三個原因：由于上述兩個原因使端電壓下降，引起勵磁電流減小，端電壓由于上述兩個原因使端電壓下降，引起勵磁電流減小，端電壓進一步下降。進一步下降。并

42、勵發(fā)電機的外特性與他勵發(fā)電機相似，也是一條下降曲線。并勵發(fā)電機的外特性與他勵發(fā)電機相似，也是一條下降曲線。第1章 直流電機1.7 直流電動機1.7.1 1.7.1 直流電機的可逆原理直流電機的可逆原理 以他勵電機為例說明可逆原理：以他勵電機為例說明可逆原理：把一臺他勵直流發(fā)電機并把一臺他勵直流發(fā)電機并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運行保持電源電壓不變。聯(lián)于直流電網(wǎng)上運行保持電源電壓不變。 一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行，這一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行，這就是直流電機的可逆原理。就是直流電機的可逆原理。 減少原動機的輸出功率，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到減少原動機的輸出功率，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速