第三章(電機(jī))

1、 第三章第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)緒論緒論3.1 直流電機(jī)直流電機(jī)的工作原理的工作原理和基本結(jié)構(gòu)和基本結(jié)構(gòu)3.3 空載和負(fù)載空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的時(shí)直流電機(jī)的磁場磁場3.4 電樞的感電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢和電應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩3.6 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 臨沂大學(xué)臨沂大學(xué)3.2 直流電直流電樞繞組樞繞組3.5 直流電機(jī)的直流電機(jī)的基本方程基本方程3.7 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性3.8 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)3.9 換向換向 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(diǎn)，但與交流

2、電機(jī)相比自身又自身有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，但與交流電機(jī)相比自身又有著缺點(diǎn)。近年來，與電力電子裝置結(jié)合而具有有著缺點(diǎn)。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(shí)用價(jià)值論意義和實(shí)用價(jià)值!本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 1 1、直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)、直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)2 2、說明電機(jī)的磁動(dòng)勢和磁場、說明電機(jī)的磁動(dòng)勢和磁場 4 4、分析直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能、分析直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能3 3、導(dǎo)出電機(jī)的電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩公式、導(dǎo)出

3、電機(jī)的電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩公式3.1 3.1 直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的工作原理一、直流電機(jī)的工作原理固定部分（定子）：主磁極固定部分（定子）：主磁極N和和S；（如圖如圖31）表示一臺(tái)直流電機(jī)。）表示一臺(tái)直流電機(jī)。1 1、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）：電樞鐵心旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）：電樞鐵心(觀看圖片觀看圖片)；電刷；電刷；電樞繞組電樞繞組AX(一個(gè)線圈一個(gè)線圈)；換向器。換向器。定子與轉(zhuǎn)子之間為氣隙。定子與轉(zhuǎn)子之間為氣隙。2 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 發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)：雖然線圈雖然線圈AX電動(dòng)勢是交流電動(dòng)勢，電動(dòng)勢是交流

4、電動(dòng)勢， 但由于換向器的整流作用，電刷間的輸出電動(dòng)勢但由于換向器的整流作用，電刷間的輸出電動(dòng)勢 卻是直流電動(dòng)勢。卻是直流電動(dòng)勢。（圖（圖3-2 a，圖，圖3-2b）加于線圈，而是通過電刷加于線圈，而是通過電刷 、 和換向器再加到線圈和換向器再加到線圈3 3、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 電動(dòng)機(jī)：電動(dòng)機(jī)：在直流電動(dòng)機(jī)中，外加電壓并非直接在直流電動(dòng)機(jī)中，外加電壓并非直接1B2B改變而同時(shí)改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向改變而同時(shí)改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向上的。所以，導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性的改上的。所以，導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性的改始終保持不變。始終保持不變。4 4

5、、脈動(dòng)的減小、脈動(dòng)的減小 電刷上的電動(dòng)勢電刷上的電動(dòng)勢 (如圖33)。電樞繞組由多個(gè)線圈串聯(lián)而構(gòu)成的電樞繞組由多個(gè)線圈串聯(lián)而構(gòu)成的 ，實(shí)現(xiàn)方法：實(shí)現(xiàn)方法：二、直流電機(jī)的二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、基本結(jié)構(gòu)、（斷面圖斷面圖）1 1、主磁極、主磁極 構(gòu)成：構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組。 2 2、機(jī)座、機(jī)座 構(gòu)成：構(gòu)成：用厚鋼板彎成筒形焊成或鑄鋼件制成。作用：作用：建立主磁場。作用：作用：1、主磁路的一部分；2、電機(jī)的結(jié)構(gòu)框架。3 3、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 4 4、電樞繞組、電樞繞組作用：

6、作用：直流電機(jī)的電路部分。 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，并用槽楔壓緊?；駾R510的硅鋼片疊壓 夾緊而成。5 5、換向器、換向器 作用：作用：整流（發(fā)電機(jī)）或逆變（電動(dòng)機(jī)）。構(gòu)成：構(gòu)成：由許多鴿尾形的換向片排列成一個(gè)圓筒片間由許多鴿尾形的換向片排列成一個(gè)圓筒片間用用V形云母絕緣，兩端再用兩個(gè)環(huán)形夾緊而形云母絕緣，兩端再用兩個(gè)環(huán)形夾緊而6 6、電刷裝置（、電刷裝置（觀看圖片觀看圖片）作用：作用：電樞電路的引出（或引入）裝置。構(gòu)成：構(gòu)成：電刷、刷盒、刷桿和連線等。構(gòu)成。構(gòu)成。三、三、 勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式勵(lì)磁繞組的供電方式稱為勵(lì)磁方式。直流電機(jī)

7、按勵(lì)磁方式可分：他勵(lì)自勵(lì) 7 7、換向極、換向極構(gòu)成：構(gòu)成：由鐵心和繞組組成。作用：作用：改善換向。復(fù)勵(lì)式復(fù)勵(lì)式( (圖圖3-5d) 3-5d) ： 裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一為與電1 1、他勵(lì)式、他勵(lì)式（如圖如圖3-5a3-5a） 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。2 2、自勵(lì)式、自勵(lì)式發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) ：利用自身發(fā)出的電流勵(lì)磁； 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) ：勵(lì)磁繞組和電樞繞組由同一電源供電。并勵(lì)式并勵(lì)式( (圖圖3-5b3-5b) ) ： 勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)；串勵(lì)式串勵(lì)式( (圖圖3-5c) 3-5c) ： 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。四四 、直流電

8、機(jī)的額定值、直流電機(jī)的額定值 （1）額定功率額定功率 ：指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)， （2）額定電壓額定電壓 ：指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以V表示。（3）額定電流額定電流 ：指電機(jī)運(yùn)行在時(shí)電機(jī)的線電流，以A表示。 （4）額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 ：指額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min表示。 （5）額定勵(lì)磁電壓額定勵(lì)磁電壓 （僅對他勵(lì)電機(jī)）。 對電動(dòng)機(jī)， 輸出的機(jī)械功率； 對發(fā)電機(jī)， 輸出的電功率。NPNPNPNUNINnfNU直流電機(jī)的額定值有：電機(jī)的輸出功率，以kW表示。3.3 3.3 空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場一一 、空載時(shí)直流電機(jī)的磁場、空載時(shí)直流電機(jī)的

9、磁場 ( (如圖如圖3-183-18) )。fpDa2：空載時(shí)的主磁極的磁通：空載時(shí)的主磁極的磁通：a) 主磁通主磁通 ：通過氣隙，并形成氣隙磁場。：通過氣隙，并形成氣隙磁場。b) 主極漏磁通主極漏磁通極矩：極矩：0（圖（圖323 直流電機(jī)的空載氣隙磁場分布）直流電機(jī)的空載氣隙磁場分布）二二 、負(fù)載時(shí)的電樞磁動(dòng)勢和電樞反應(yīng)、負(fù)載時(shí)的電樞磁動(dòng)勢和電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)：負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢對主極磁場的影響。負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢對主極磁場的影響。1 1、交軸電樞磁動(dòng)勢和交軸電樞反應(yīng)、交軸電樞磁動(dòng)勢和交軸電樞反應(yīng)影響影響 ：1 1）引起氣隙磁場畸變，使電樞表面磁密等）引起氣隙磁場畸變，使電樞表面磁密等 2

10、 2）不計(jì)飽和時(shí)，交軸電樞反應(yīng)既無增磁、）不計(jì)飽和時(shí)，交軸電樞反應(yīng)既無增磁、 亦亦無去磁作用；無去磁作用； 3 3）計(jì)及飽和時(shí)，交軸電樞反應(yīng)具有一定的）計(jì)及飽和時(shí)，交軸電樞反應(yīng)具有一定的去去磁作用。磁作用。于零的位置（物理中性線）偏離幾何中性線。于零的位置（物理中性線）偏離幾何中性線。（圖（圖324 電樞磁動(dòng)勢和磁場）電樞磁動(dòng)勢和磁場） （ 圖圖225 交軸電樞反應(yīng)）交軸電樞反應(yīng)）2 2、直軸電樞磁動(dòng)勢和直軸電樞反應(yīng)、直軸電樞磁動(dòng)勢和直軸電樞反應(yīng)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)：電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為去磁；電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為去磁； 電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為增磁。電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)

11、方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為增磁。電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)：與發(fā)電機(jī)的情況相反。與發(fā)電機(jī)的情況相反。（圖（圖3 32626 直軸電樞磁動(dòng)勢和直軸電樞反應(yīng)）直軸電樞磁動(dòng)勢和直軸電樞反應(yīng)）3.4 3.4 電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩 設(shè)氣隙磁場的分布（設(shè)氣隙磁場的分布（如圖如圖37）所示，則每）所示，則每lvbe 根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢為為 blv一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢式中，式中， 導(dǎo)體所在處的氣隙磁密；導(dǎo)體所在處的氣隙磁密； 導(dǎo)體的有效長度；導(dǎo)體的有效長度； 導(dǎo)體相對氣隙磁場的速度導(dǎo)體相對氣隙磁場的速度。電樞繞組的電動(dòng)勢應(yīng)為一條支路各串聯(lián)導(dǎo)體的電樞繞組

12、的電動(dòng)勢應(yīng)為一條支路各串聯(lián)導(dǎo)體的 令令 為平均氣隙磁密，則上式改寫為為平均氣隙磁密，則上式改寫為 2211a aa aZ Za aZ Za aa aE Eb b l lv v iiieavB/212a aa aaavaavZ ZE Ea a aZii=ee602npv 將將 代入上式得出代入上式得出電動(dòng)勢的代數(shù)和，則電動(dòng)勢的代數(shù)和，則avavavav eB lv電動(dòng)勢公式電動(dòng)勢公式 ：2()60 260a aa aa aa av ve eZ Zp pZ Zp pn nE EB Bn nC Cn na aa a lnCEea lBav 式中，式中，60eaeaCpZaCpZa 每極的總磁通量；每

13、極的總磁通量； 電動(dòng)勢常數(shù)；電動(dòng)勢常數(shù)； 電動(dòng)勢公式。電動(dòng)勢公式。 二二 、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 電樞表面任一點(diǎn)處的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)距電樞表面任一點(diǎn)處的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)距 為為 式中，式中， 該點(diǎn)處的氣隙磁密。該點(diǎn)處的氣隙磁密。 全部導(dǎo)體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為全部導(dǎo)體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為2a ac cD DT T f b1ZciiTaeT122Zecii=IDTTZ TZ B laaaaavaava2a ab ba a Ifl整個(gè)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩整個(gè)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩 則則 為為 pDa2 lBav 2iIaaa22laaeaavaTaIZppTZ BICIaaaTeICT 可得直流電機(jī)

14、的轉(zhuǎn)矩公式為可得直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式為 再考慮到再考慮到 eT( 與相關(guān)量的換算關(guān)系與相關(guān)量的換算關(guān)系)aailD, 一、電壓方程一、電壓方程 ；基本方程基本方程 二、轉(zhuǎn)矩方程二、轉(zhuǎn)矩方程 。 一、電壓方程一、電壓方程 1 1、他勵(lì)直流電機(jī)、他勵(lì)直流電機(jī) 直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電路圖直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電路圖（發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)） 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)： 則有則有 ； 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)： 則有則有 。IIa UEa aasaaRIUURIUE 2UEa aaasaaRIEURIEU 2 3.5 3.5 直流電機(jī)的基本方程直流電機(jī)的基本方程他勵(lì)時(shí)，勵(lì)磁電流由其他電源單獨(dú)供電，故他勵(lì)時(shí)，勵(lì)磁電流由其他電源單獨(dú)供電，

15、故 。2 2、并勵(lì)直流電機(jī)、并勵(lì)直流電機(jī) 其電樞回路的電壓方程與他勵(lì)時(shí)相同，但勵(lì)磁其電樞回路的電壓方程與他勵(lì)時(shí)相同，但勵(lì)磁UUf faIII afIII IIIsa 3 3、串勵(lì)直流電機(jī)、串勵(lì)直流電機(jī) 其電樞回路的電壓方程與他勵(lì)時(shí)亦相同，但因勵(lì)其電樞回路的電壓方程與他勵(lì)時(shí)亦相同，但因勵(lì) 另外，電壓方程應(yīng)加入串勵(lì)繞組的電阻壓降。另外，電壓方程應(yīng)加入串勵(lì)繞組的電阻壓降。電壓為電樞端電壓，即電壓為電樞端電壓，即發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)：電動(dòng)機(jī)：磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)，有磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)，有 。二、轉(zhuǎn)矩方程二、轉(zhuǎn)矩方程eTeTTT 011T0T 電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩。1 1、發(fā)電機(jī)情況下（圖、發(fā)電機(jī)

16、情況下（圖2 229a29a）原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；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； 電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有 電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。2T式中，式中，20TTTe 2 2、電動(dòng)機(jī)情況下、電動(dòng)機(jī)情況下( (圖圖3 329b)29b)電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有電機(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；0T 電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩。eT三、電磁功率三、電磁功率 發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)： 機(jī)械能機(jī)械能 轉(zhuǎn)化為電能轉(zhuǎn)化為電能 ； 電動(dòng)機(jī)：電動(dòng)機(jī)： 電能電能 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 。 ePaaeIEP 602 n 2a

17、 aa aa aa ae ep pZ ZE E I II IT Ta a eTaaIEaaIE eT電磁功率用電磁功率用 表示，則表示，則將將 代入上式，得代入上式，得四、直流電機(jī)的可逆性四、直流電機(jī)的可逆性UEa 電機(jī)的可逆性：從原理上講，任何電機(jī)既可作為電機(jī)的可逆性：從原理上講，任何電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；發(fā)電機(jī)運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。UEa 發(fā)電機(jī)、亦可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)、亦可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。3.7 3.7 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 fNfNIIUU ,)(,2PfTne 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性主要有兩條，一條是工作直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性主要有兩條，一條是工作一、并

18、勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性一、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 1 1、工作特性、工作特性指指 時(shí)，時(shí)， 。特性，另一條是轉(zhuǎn)矩特性（或稱為機(jī)械特性）。特性，另一條是轉(zhuǎn)矩特性（或稱為機(jī)械特性）。)(2Pfn aeaeeaICRCUCEn n %1000 NNnnnn（1 1）、）、轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 據(jù)轉(zhuǎn)速公式據(jù)轉(zhuǎn)速公式 得出轉(zhuǎn)速特性曲線得出轉(zhuǎn)速特性曲線轉(zhuǎn)速調(diào)整率轉(zhuǎn)速調(diào)整率 ： 注意：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，勵(lì)磁繞組注意：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，勵(lì)磁繞組絕對不能斷開。絕對不能斷開。 aIfn 或或（2 2）、）、轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性 轉(zhuǎn)矩方程轉(zhuǎn)矩方程)(2PfTe 2020PTTTTe)(2Pf （3 3）、）、效率特性效率特性

19、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的效率特性和其他電機(jī)相類似。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的效率特性和其他電機(jī)相類似。得出轉(zhuǎn)矩特性曲線。得出轉(zhuǎn)矩特性曲線。 指指 ，勵(lì)磁回路電阻，勵(lì)磁回路電阻 常值時(shí)，常值時(shí)， 。NUU fR)(eTfn eeTaeTCCRCUn2 2 2、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系表達(dá)式為轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系表達(dá)式為得特性曲線（得特性曲線（如圖如圖311）結(jié)論：硬特性結(jié)論：硬特性)(eTfn 是指是指 時(shí)，時(shí)， 或或 （圖形（圖形312）二二 、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 1 1、工作特性、工作特性IIIsa NUU )(,2PfTne )(,aeIfTn sesaasessesaaesa

20、aKCRRIKCUIKCRRIUCRRIUn 1)()(特點(diǎn)：特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速公式轉(zhuǎn)速公式負(fù)載增加，磁路飽和，負(fù)載增加，磁路飽和， 常值常值 式中式中 為串勵(lì)繞組的電阻。為串勵(lì)繞組的電阻。 上式表明式表明 曲線大致為一雙曲線。曲線大致為一雙曲線。sR)(aIfn 輕載時(shí)，輕載時(shí)， 、 常值常值 ssIK sK22aTssTeICIKCT 2aeIT aTeICT aeIT 注意：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行。注意：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行。%10041 NNnnnn （與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義相對比）。（與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義相對比）。 2 2、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 是指是指 時(shí)時(shí) 。

21、NUU )(eTfn 由電壓方程可知由電壓方程可知 IRRnKCRRInCRRIEUsasesaesaaa)()()( 其轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義為：其轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義為：式中式中 。 ssIK 于是電磁轉(zhuǎn)矩為于是電磁轉(zhuǎn)矩為 22)(sasesTsTaTRRnKCUKCIKCICT 可得可得 )(1saesTseRRUTKCKCn（如圖如圖3-133-13）結(jié)論：隨著轉(zhuǎn)矩的增加，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速結(jié)論：隨著轉(zhuǎn)矩的增加，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，是軟特性。下降，是軟特性。 三、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)三、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常接為積復(fù)勵(lì)，其特性介于并勵(lì)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常接為積復(fù)勵(lì)，其特性介于并勵(lì)和 復(fù)勵(lì)電

22、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性（如圖如圖3-14）。）。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間。 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 1.1.直流電動(dòng)機(jī)以其良好的直流電動(dòng)機(jī)以其良好的起動(dòng)性起動(dòng)性和和調(diào)速性能調(diào)速性能著稱著稱。2.2.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(lì)磁較好，常常作為勵(lì)磁電源。電源。tOAX圖3-2a 線圈電動(dòng)勢的波形23XAeOt圖圖3-2b3-2b 電刷間的電動(dòng)勢波形電刷間的電動(dòng)勢波形1 2B Be圖3-4 國產(chǎn)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)aEaIUI+-圖3-5c 串勵(lì)式aEaIUI+

23、-fI圖3-5 復(fù)勵(lì)式圖圖3-6 3-6 空載時(shí)直流電機(jī)的氣隙磁場空載時(shí)直流電機(jī)的氣隙磁場fUfIaRaIU圖3-8 發(fā)電機(jī)aEfUfIaRaIU圖3-9 電動(dòng)機(jī)aE0T圖圖3-10 3-10 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性2PneT圖圖3-11 3-11 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性O(shè)neTOaIneT圖3-12 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性nOeT圖3-13 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性nOeT圖圖3-14 3-14 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩- -轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)串勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)并勵(lì)圖圖31 最簡單的兩極直流電機(jī)最簡單的兩極直流電機(jī)X1B2BANSn+- -

24、換向片換向片3.2 直流電樞繞組直流電樞繞組1.直流電樞繞組的構(gòu)成直流電樞繞組的構(gòu)成元件、有效邊、雙層繞組、每層有效元件邊元件、有效邊、雙層繞組、每層有效元件邊數(shù)、虛槽數(shù)、元件數(shù)、換向片數(shù)、第一節(jié)數(shù)、虛槽數(shù)、元件數(shù)、換向片數(shù)、第一節(jié)距、第二節(jié)距、合成節(jié)距、換向器節(jié)距距、第二節(jié)距、合成節(jié)距、換向器節(jié)距2.單迭繞組：采用右行繞組；并聯(lián)支路數(shù)等單迭繞組：采用右行繞組；并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)。于磁極數(shù)。3.單波繞組：采用左形繞組；并聯(lián)支路數(shù)始單波繞組：采用左形繞組；并聯(lián)支路數(shù)始終為兩條。終為兩條。1.直流電樞繞組的構(gòu)成直流電樞繞組的構(gòu)成 a)疊繞元件疊繞元件 b)波繞元件波繞元件元件圖片元件圖片兩匝元件

25、圖圖314 兩匝元件兩匝元件a)b) a)疊繞元件疊繞元件 b)波繞元件波繞元件圖圖313 電樞繞組的元件電樞繞組的元件圖圖3 315 15 含有兩個(gè)元件（含有兩個(gè)元件（u=2u=2）的線圈）的線圈123cy1y2yy圖圖316 疊繞組元件在電樞上的連接疊繞組元件在電樞上的連接21yyyycKKK1y2yycy2NSNS圖圖317 波繞元件在電樞上的連接波繞元件在電樞上的連接21yyyyc圖圖318 單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖, 42p16uQKS161234567891011121314 1515159132 N 46 S 810 N 1214 S 1615 16 1 2 3 4 5

26、6 7 8 9 10 11 12 13 14A2B1A1B2651413910211A2A1B2B14325687910111216151413圖圖319 圖圖318所示瞬間電樞繞組的電路圖所示瞬間電樞繞組的電路圖單波繞組部分展開圖單波繞組部分展開圖12345678159101112131415 2 N 3145158 6 S 79 N 1112131314S13 14 15 15 6 7 8第二周第二周起始起始圖圖3 320 20 單波繞組全部展開圖單波繞組全部展開圖12345678159101112131415nA2B1A1B2 2 N 3145158 6 S 79 N 111213131

27、4S15, 42KSQPu1A2A1B2B143256879101112151413圖圖321 圖圖320所示瞬間電樞繞組的電路圖所示瞬間電樞繞組的電路圖124589151 S NNSNS2 f 2f0 圖圖318 空載時(shí)直流電機(jī)內(nèi)的磁場分布空載時(shí)直流電機(jī)內(nèi)的磁場分布圖圖324 電刷放在幾何中性線上的電刷放在幾何中性線上的電樞磁動(dòng)勢和磁場電樞磁動(dòng)勢和磁場+a)電樞導(dǎo)體的電流分布和電樞磁場示意圖電樞導(dǎo)體的電流分布和電樞磁場示意圖b）交軸電樞磁動(dòng)勢和磁場的分布）交軸電樞磁動(dòng)勢和磁場的分布x xba xfa2 A2 A 2 2 OO x直軸直軸交軸交軸aSaN幾何中幾何中 性線性線圖圖3 325 2

28、5 交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)0 b NS發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)0bab 2A1Aa) 負(fù)載時(shí)的合成磁場負(fù)載時(shí)的合成磁場b) 交軸電樞磁場和氣隙合成磁場分布圖交軸電樞磁場和氣隙合成磁場分布圖物理物理中性線中性線+NS =+圖圖326 電刷不在幾何中性線上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢的交軸分量和直軸分量電刷不在幾何中性線上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢的交軸分量和直軸分量 a)電樞磁動(dòng)勢電樞磁動(dòng)勢 b)交軸分量交軸分量 b)直軸分量直軸分量 baF aqFadF b b b b 與相關(guān)量的換算關(guān)系與相關(guān)量的換算關(guān)系NNSS aDaDp 2 l +- -aiaIaiaiai lBav aIiaa2aailD,1Tnai+NSe

29、T圖圖3 329a 29a 直流發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和外施轉(zhuǎn)矩直流發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和外施轉(zhuǎn)矩2Tnai+NSeT圖圖3 329b 29b 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和外施轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和外施轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩3.6 3.6 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性）常值（通常為常值（通常為fNfNIInn ,1.1.他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性外特性外特性( (圖圖3-32)3-32)直流發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性：外特性、調(diào)整特性、效直流發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性：外特性、調(diào)整特性、效率特性。率特性。發(fā)電機(jī)的端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系發(fā)電機(jī)的端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系 IfU 條件條件 ,他勵(lì)發(fā)電機(jī)從額定

30、他勵(lì)發(fā)電機(jī)從額定負(fù)載（端電壓負(fù)載（端電壓 ）過渡到空載）過渡到空載（端電壓（端電壓 ），），電樞端電壓的變化值額定電壓值之比。電樞端電壓的變化值額定電壓值之比。 額定電壓調(diào)整率額定電壓調(diào)整率fNfNIInn ,NU0U%1000 NNNUUUu調(diào)整特性（圖調(diào)整特性（圖333） ,NNUUnn 保保持持指指負(fù)載電流變化時(shí)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)規(guī)律負(fù)載電流變化時(shí)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)規(guī)律 IfIf 效率特性效率特性效率特性是指效率特性是指 2,PfUUnnNN 關(guān)系關(guān)系時(shí)，效率與輸出功率的時(shí)，效率與輸出功率的 pPp21 電機(jī)效率電機(jī)效率 pppppppcufsCuaFe2.2.并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)和外特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)

31、的自勵(lì)和外特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件：（條件：（1 1）磁路中必須有剩磁；（）磁路中必須有剩磁；（2 2）勵(lì)磁磁動(dòng)勢與剩磁兩）勵(lì)磁磁動(dòng)勢與剩磁兩 者的方向必須相同；（者的方向必須相同；（3 3）勵(lì)磁回路的電阻必須小于臨界）勵(lì)磁回路的電阻必須小于臨界電阻電阻 。0fI0aErE0OA 00faIfE 臨界電阻線臨界電阻線勵(lì)磁電阻線勵(lì)磁電阻線crR外特性外特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性是指并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性是指,常常值值時(shí)時(shí)勵(lì)勵(lì)磁磁回回路路電電阻阻 fNRnn發(fā)電機(jī)的端電壓與負(fù)載電流的關(guān)系發(fā)電機(jī)的端電壓與負(fù)載電流的關(guān)系 IfU 0UNUONII并勵(lì)并勵(lì)他勵(lì)他勵(lì)U3.3.復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性復(fù)勵(lì)

32、發(fā)電機(jī)的外特性 積復(fù)勵(lì)、差復(fù)勵(lì)積復(fù)勵(lì)、差復(fù)勵(lì) 平復(fù)勵(lì)、過復(fù)勵(lì)、欠復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì)、過復(fù)勵(lì)、欠復(fù)勵(lì)UNUNIIO過復(fù)勵(lì)過復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì)欠復(fù)勵(lì)欠復(fù)勵(lì)圖圖332 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性U0UNUONII圖圖3 333 33 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性O(shè)fINIIfNIn ,eTn eTO2P圖圖3-40 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性nOeT圖圖341 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.8 3.8 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng) 1.1.直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 起動(dòng)要求起動(dòng)要求（1 1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；（）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；（2

33、2）起動(dòng)電流要小；）起動(dòng)電流要??；（3 3）起動(dòng)設(shè)備要簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠。）起動(dòng)設(shè)備要簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠。 起動(dòng)方法：（起動(dòng)方法：（1 1）直接起動(dòng)；（）直接起動(dòng)；（2 2）電樞回路接入）電樞回路接入變阻器起動(dòng)；（變阻器起動(dòng)；（3 3）降壓起動(dòng)。）降壓起動(dòng)。直接起動(dòng)直接起動(dòng) 方法：將勵(lì)磁電流調(diào)制最大值，把電樞接方法：將勵(lì)磁電流調(diào)制最大值，把電樞接到具有額定電壓的電源。到具有額定電壓的電源。 優(yōu)點(diǎn)：操作簡單。優(yōu)點(diǎn)：操作簡單。 缺點(diǎn)：沖擊電流太大。缺點(diǎn)：沖擊電流太大。 此法只適用于小型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。此法只適用于小型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。電樞回路接入變阻器起動(dòng)電樞回路接入變阻器起動(dòng) 方法：起動(dòng)時(shí)，電樞回路接入起

34、動(dòng)電阻方法：起動(dòng)時(shí)，電樞回路接入起動(dòng)電阻 ，待，待轉(zhuǎn)速上升后逐步切除電阻。轉(zhuǎn)速上升后逐步切除電阻。 stRstastRRUI 起動(dòng)電流起動(dòng)電流( (觀看起動(dòng)過程觀看起動(dòng)過程) )降壓起動(dòng)降壓起動(dòng) 降壓起動(dòng)時(shí)，開始加于電動(dòng)機(jī)電樞的端電壓很低，降壓起動(dòng)時(shí)，開始加于電動(dòng)機(jī)電樞的端電壓很低，隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐步增高電樞電壓，以使電樞隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐步增高電樞電壓，以使電樞電流限制在一定范圍之內(nèi)。為使勵(lì)磁不受電樞電電流限制在一定范圍之內(nèi)。為使勵(lì)磁不受電樞電壓的影響，電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用他勵(lì)。壓的影響，電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用他勵(lì)。 采用降壓起動(dòng)時(shí)，需采用一套專用電源作為電動(dòng)采用降壓起動(dòng)時(shí)，需采用一套專用電源作為電動(dòng)機(jī)的電源。機(jī)的電源。 降壓起動(dòng)法的優(yōu)點(diǎn)是，起動(dòng)電流小，起動(dòng)過程平降壓起動(dòng)法的優(yōu)點(diǎn)是，起動(dòng)電流小，起動(dòng)過程平滑，能量損耗?。蝗秉c(diǎn)是投資較高?；芰繐p耗??；缺點(diǎn)是投資較高。2.2.直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) 從直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式從直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 可知，調(diào)速的方法有兩種：（可知，調(diào)速的方法有兩