第二章直流電機(jī)課件

1、第二章直流電機(jī)第二章直流電機(jī) 第一節(jié)直流電機(jī)的工作原理（掌握）及結(jié)構(gòu)第一節(jié)直流電機(jī)的工作原理（掌握）及結(jié)構(gòu)（了解）（了解） 第二節(jié)直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)（了解）第二節(jié)直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)（了解） 第三節(jié)直流電機(jī)的繞組（閱讀）第三節(jié)直流電機(jī)的繞組（閱讀） 第四節(jié)直流電機(jī)的勵磁方式及磁場（熟悉）第四節(jié)直流電機(jī)的勵磁方式及磁場（熟悉） 第五節(jié)感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（掌握）第五節(jié)感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（掌握） 第六節(jié)直流電機(jī)的運(yùn)行原理（掌握）第六節(jié)直流電機(jī)的運(yùn)行原理（掌握） 第七節(jié)直流電機(jī)的換向（閱讀）第七節(jié)直流電機(jī)的換向（閱讀）第一節(jié)第一節(jié) 直流電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)直流電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)的工作原理

2、直流電動機(jī)的工作原理 直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理 電機(jī)可逆原理（理解）電機(jī)可逆原理（理解）直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)（了解）直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)（了解） 一、直流電動機(jī)的工作原理一、直流電動機(jī)的工作原理N SiabcdFFii+-n電動機(jī)模型1主磁極線線圈圈電電樞樞氣隙nd是否能連是否能連續(xù)旋轉(zhuǎn)續(xù)旋轉(zhuǎn)? ?圖中:通電導(dǎo)體段 bc 是否影響旋轉(zhuǎn)運(yùn)動？fBli 主磁極建立磁場主磁極建立磁場 線圈外加線圈外加固定直流電壓固定直流電壓 , ,在線圈中產(chǎn)生電流在線圈中產(chǎn)生電流 載流導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生載流導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電磁力電磁力( (左手定則）左手定則），產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使線圈旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使線圈旋轉(zhuǎn)（

3、逆時針旋轉(zhuǎn)）（逆時針旋轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180180電角度電角度 直流電源供電，電流方向不變直流電源供電，電流方向不變 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)180180電角度后電角度后, ,通電導(dǎo)體運(yùn)動到通電導(dǎo)體運(yùn)動到新的磁極位置新的磁極位置, ,線圈順時針旋轉(zhuǎn)線圈順時針旋轉(zhuǎn)（反向旋轉(zhuǎn)）（反向旋轉(zhuǎn)） 平均電磁轉(zhuǎn)矩為平均電磁轉(zhuǎn)矩為0 0不能連續(xù)旋轉(zhuǎn)不能連續(xù)旋轉(zhuǎn)N SiabcdFFii+-n電動機(jī)模型1主磁極線圈線圈電樞電樞氣隙 若要維持電磁力方向不若要維持電磁力方向不變，必須變，必須: : 改變磁極極性改變磁極極性 改變線圈中電流方向改變線圈中電流方向 二者改變且僅改變一個二者改變且僅改變一個直流電動機(jī)原理換向直流電動機(jī)

4、原理換向 幾何中性線幾何中性線 - -磁極的幾何分界線磁極的幾何分界線 電刷和換向器配合實(shí)現(xiàn)電刷和換向器配合實(shí)現(xiàn)電流換向電流換向- -導(dǎo)體運(yùn)動經(jīng)過磁極的幾何中性導(dǎo)體運(yùn)動經(jīng)過磁極的幾何中性線期間線期間 - -交換線圈電源極性，改變線圈交換線圈電源極性，改變線圈電流方向電流方向 - -電磁轉(zhuǎn)矩方向維持不變電磁轉(zhuǎn)矩方向維持不變IU+SbNadcU+U+電刷電刷換向片換向片2U+IFFTn換向片作用：換向片作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成線圈內(nèi)部交替變化的交流電將外部直流電轉(zhuǎn)換成線圈內(nèi)部交替變化的交流電（即電流換向），（即電流換向）， 圖中電刷相對圖中電刷相對于磁極的位置保證，處于同一磁極下的線圈邊中電流方向

5、始終不變，均產(chǎn)生順時于磁極的位置保證，處于同一磁極下的線圈邊中電流方向始終不變，均產(chǎn)生順時針方向的電磁力矩，從而使轉(zhuǎn)子獲得了一個固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。針方向的電磁力矩，從而使轉(zhuǎn)子獲得了一個固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。N ,S為磁極為磁極,不動不動 電刷電刷A,B,不動不動 abcd為線圈為線圈,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動 換向片換向片1,2,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動 相對靜止相對靜止相對靜止相對靜止AB12線圈中感應(yīng)電勢與電流方向相反；線圈中感應(yīng)電勢與電流方向相反；產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相同。產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相同。直流電動機(jī)運(yùn)行時的幾點(diǎn)結(jié)論直流電動機(jī)運(yùn)行時的幾點(diǎn)結(jié)論IU+SbNadcU+U+U+IFFTnAB12直流電

6、動機(jī)線圈中有直流電動機(jī)線圈中有沒有感應(yīng)電動勢沒有感應(yīng)電動勢?產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)轉(zhuǎn)動方向關(guān)與電機(jī)轉(zhuǎn)動方向關(guān)系？系？ee外施電壓、電流是直流，外施電壓、電流是直流， 電樞線圈內(nèi)電流是交流；電樞線圈內(nèi)電流是交流； 電機(jī)的各組成部件電機(jī)的各組成部件直流電動機(jī)動畫直流電動機(jī)動畫直流電源導(dǎo)電體定子電磁場左手定則瞬間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動換向器持續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)的能量變換途徑：直流電動機(jī)的能量變換途徑：課堂練習(xí)一課堂練習(xí)一: :二、直流發(fā)電機(jī)的工作原理二、直流發(fā)電機(jī)的工作原理 主磁極建立磁場主磁極建立磁場 外加機(jī)械轉(zhuǎn)矩外加機(jī)械轉(zhuǎn)矩 線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)線圈在磁場中旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動導(dǎo)體

7、在磁場中產(chǎn)生運(yùn)動導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電勢（右手定則）感應(yīng)電勢（右手定則）Blve N Seabcde+AB-電刷電刷換換向向片片n發(fā)電機(jī)模型n原動機(jī) 對外輸出電能對外輸出電能 X問題問題:此時此時a,x間電位高間電位高低低直流發(fā)電機(jī)的工作原理換向直流發(fā)電機(jī)的工作原理換向 線圈轉(zhuǎn)過線圈轉(zhuǎn)過180180度時度時 線圈旋轉(zhuǎn)方向不變線圈旋轉(zhuǎn)方向不變 axax間感應(yīng)電勢方向改變間感應(yīng)電勢方向改變即即axax間輸出的是交變電勢間輸出的是交變電勢問題：怎樣才能輸出直流電？問題：怎樣才能輸出直流電？ 感應(yīng)電勢換向感應(yīng)電勢換向整流整流 經(jīng)過磁極的幾何中性線經(jīng)過磁極的幾何中性線 交換線圈輸出極性交換線圈輸出極性

8、. .輸出脈動直輸出脈動直流流 . . 否則，輸出交流否則，輸出交流N Seabcde+AB-n發(fā)電機(jī)模型Xabc問題問題:此時此時a,x間電位高間電位高低低特點(diǎn)特點(diǎn):N ,S為磁極為磁極,不動不動 電刷電刷A,B,不動不動 abcx為線圈為線圈,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動 換向片換向片1,2,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動 相對靜止相對靜止相對靜止相對靜止課堂練習(xí)二課堂練習(xí)二: :直流發(fā)電機(jī)電動勢動畫直流發(fā)電機(jī)電動勢動畫N Seabcde+AB-電刷電刷換換向向片片n發(fā)電機(jī)模型n原動機(jī)XN Seabcde+AB-n發(fā)電機(jī)模型Xabc電樞線圈內(nèi)電勢、電流方向是交流電；電樞線圈內(nèi)電勢、電流方向是交流電；直流發(fā)電機(jī)機(jī)線圈是否直流發(fā)電機(jī)機(jī)

9、線圈是否受到電磁力作用受到電磁力作用?負(fù)載負(fù)載I電刷電刷AB間為直流電勢。通過換向器電刷向外輸出，接上負(fù)載后，線圈中間為直流電勢。通過換向器電刷向外輸出，接上負(fù)載后，線圈中電流方向與感應(yīng)電勢一致；電流方向與感應(yīng)電勢一致；線圈受到電磁力作用，且產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速反向。線圈受到電磁力作用，且產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速反向。FFT直流電源導(dǎo)電體電磁場右手定則交變感應(yīng)電勢換向器直流感應(yīng)電勢輸入轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生感應(yīng)電勢直流發(fā)電機(jī)的能量變換途徑：直流發(fā)電機(jī)的能量變換途徑：直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)三三.直流電機(jī)的可逆性原理直流電機(jī)的可逆性原理 一臺直流電機(jī)，即

10、可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行也可作電動機(jī)運(yùn)行一臺直流電機(jī)，即可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行也可作電動機(jī)運(yùn)行-直流電機(jī)的可逆性原理直流電機(jī)的可逆性原理C 結(jié)構(gòu)一樣結(jié)構(gòu)一樣 C 所處狀態(tài)，由運(yùn)行環(huán)境決定所處狀態(tài)，由運(yùn)行環(huán)境決定 掌握：如何判斷直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)？掌握：如何判斷直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)？四、直流電機(jī)結(jié)構(gòu)四、直流電機(jī)結(jié)構(gòu)主磁極主磁極換向磁極換向磁極電刷電刷裝置裝置機(jī)座機(jī)座端蓋端蓋電樞繞組電樞繞組電樞鐵心電樞鐵心換向器換向器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸磁極鐵心磁極鐵心勵磁繞組勵磁繞組電刷電刷刷握刷握絕緣支架絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置壓緊力調(diào)整裝置定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子直直流流電電機(jī)機(jī)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理.mpeg氣隙氣隙結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)細(xì)說細(xì)說直流電機(jī)橫剖面

11、示意圖直流電機(jī)橫剖面示意圖第二節(jié)直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)第二節(jié)直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)銘牌 由生產(chǎn)廠家為產(chǎn)品設(shè)定的額定（Normal）工作參數(shù)在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動機(jī)：是指輸入額定電壓。電動機(jī)：是指輸入額定電壓。NU額定電壓在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時對應(yīng)的電流NI額定電流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速Nn額定轉(zhuǎn)速指軸上輸出指軸上輸出的機(jī)械功率的機(jī)械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電動機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)額定條件下電機(jī)所能提供的功率額定功率NPNNNIUP NNNNIUP fNI額定勵磁電流對應(yīng)于額定

12、電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流 指直流電機(jī)的勵磁線圈與電樞線圈的連接方式勵磁方式電機(jī)運(yùn)行時，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行時，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行于電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)額定狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流欠載運(yùn)行欠載運(yùn)行；運(yùn)行電流大于額定電流運(yùn)行電流大于額定電流過載運(yùn)行過載運(yùn)行。課堂練習(xí)課堂練習(xí)例題：例題： 一臺直流電動機(jī)其額定功率一臺直流電動機(jī)其額定功率P PN N=160kW=160kW，額定電壓，額定電壓U UN N=220V=220V，額，額定效率定效率N N=90%=90%，額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速n nN N=1500r/min=1500

13、r/min，求該電動機(jī)額定運(yùn)，求該電動機(jī)額定運(yùn)行狀態(tài)時的輸入功率、額定電流及額定轉(zhuǎn)矩各是多少？行狀態(tài)時的輸入功率、額定電流及額定轉(zhuǎn)矩各是多少？解：解：額定輸入功率額定輸入功率 P P1 1= P= PN N/ / N N=160/0.9=177.8kW=160/0.9=177.8kW 額定電流額定電流 I IN N= P= PN N/ U/ UN N N N=160=160* *10103 3/220/220* *0.9=808.1A0.9=808.1A 額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 T TN N= 9.55 P= 9.55 PN N/ n/ nN N=9.55=9.55* *160160* * 10 1

14、03 3 /1500=1018.7N/1500=1018.7N m m第三節(jié)直流電機(jī)的繞組第三節(jié)直流電機(jī)的繞組直流電機(jī)繞組的作用直流電機(jī)繞組的作用:實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐.是直流電機(jī)的主要電路是直流電機(jī)的主要電路對電樞繞組的要求對電樞繞組的要求:第四節(jié)第四節(jié) 直流直流 電機(jī)電機(jī)的勵磁方式及磁場的勵磁方式及磁場一、直流電機(jī)的勵磁方式一、直流電機(jī)的勵磁方式他勵：他勵：直流電機(jī)的勵磁電流由其它直流電機(jī)的勵磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給直流電源單獨(dú)供給. .勵磁繞組和電樞勵磁繞組和電樞繞組相互獨(dú)立。繞組相互獨(dú)立。他勵式積復(fù)勵差復(fù)勵1.串勵式2.并勵式3.復(fù)勵式自勵式直流電機(jī)的勵磁方

15、式M并勵：并勵：電機(jī)的勵磁繞組與電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，由同一電電樞繞組并聯(lián)，由同一電源供電。且滿足源供電。且滿足 ： faIII串勵串勵：勵磁繞組與電樞繞組串勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足聯(lián)。滿足 IIIfa2.自勵式：顧名思義，勵磁電流自勵式：顧名思義，勵磁電流由電機(jī)自身供給。而根據(jù)自勵方由電機(jī)自身供給。而根據(jù)自勵方式即電樞繞組和勵磁繞組的連接式即電樞繞組和勵磁繞組的連接方式的不同，自勵式又分為串勵方式的不同，自勵式又分為串勵式、并勵式和復(fù)勵式：式、并勵式和復(fù)勵式：I IMM復(fù)勵復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個勵磁繞組，并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個勵磁繞組，一

16、個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。(先并后串先并后串/先串后并先串后并)MM二、直流電機(jī)的空載磁場二、直流電機(jī)的空載磁場空載空載: :電樞電流為零或很小電樞電流為零或很小, ,且可不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)且可不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)。無負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，即無功率輸出無負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，即無功率輸出. .對發(fā)電機(jī)而言不輸出電功率，對電動機(jī)而對發(fā)電機(jī)而言不輸出電功率，對電動機(jī)而言不輸出機(jī)械功率言不輸出機(jī)械功率. . 空載磁場空載磁場只由主磁極的勵磁電流所建立，所以直流電機(jī)空載時的氣隙磁場，只由主磁極的勵磁電流所建立，所以直流電機(jī)空載時的氣隙磁場，又稱又稱勵磁

17、磁場勵磁磁場。幾何中心線幾何中心線磁極軸線磁極軸線磁極軸線磁極軸線電機(jī)空載是否電機(jī)空載是否意味著電機(jī)不意味著電機(jī)不轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)?直流電機(jī)空載磁通直流電機(jī)空載磁通 主極磁場根據(jù)磁力線通路（磁路）差異區(qū)分主極磁場根據(jù)磁力線通路（磁路）差異區(qū)分 C 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（主磁（主磁場），同時交鏈勵磁繞組和電樞繞組場），同時交鏈勵磁繞組和電樞繞組 主磁通參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電主磁通參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，是工作磁通磁轉(zhuǎn)矩，是工作磁通C 主極漏磁通主極漏磁通f f ：不通過氣隙的磁通，不產(chǎn)生感：不通過氣隙的磁通，不產(chǎn)生感應(yīng)電勢應(yīng)

18、電勢, ,只影響飽和程度只影響飽和程度. . 主磁路主磁路 : :磁力線由磁力線由N N極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入S S極，再經(jīng)定子鐵軛極，再經(jīng)定子鐵軛回到回到N N極極主極漏磁路主極漏磁路: :磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路空載氣隙磁場分布空載氣隙磁場分布 假設(shè)假設(shè) C 鐵磁材料鐵磁材料 C 不計(jì)齒槽影響不計(jì)齒槽影響 則則 IdlHffxxINH 22 ffxxINB 0 xffxINB 0注意注意

19、:磁極軸線附近磁通密度最大磁極軸線附近磁通密度最大,極靴極靴附近逐漸減小附近逐漸減小,磁極幾何中心線上的磁磁極幾何中心線上的磁通密度近似為通密度近似為0.空載磁化曲線空載磁化曲線：表示空載主磁通空載磁化曲線：表示空載主磁通0與主磁極磁動勢與主磁極磁動勢Ff之間的之間的關(guān)系曲線，關(guān)系曲線， 0f（ Ff）。通過實(shí)驗(yàn)或計(jì)算得到。）。通過實(shí)驗(yàn)或計(jì)算得到。0Ff直線，不飽和部分膝點(diǎn)飽和部分工程常識工程常識: 在直流電機(jī)中在直流電機(jī)中,為了感應(yīng)電動勢或?yàn)榱烁袘?yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,氣隙里需要有一定數(shù)量的每極氣隙里需要有一定數(shù)量的每極磁通磁通. 當(dāng)勵磁繞組的匝數(shù)一定時當(dāng)勵磁繞組的匝數(shù)一定時,每

20、極磁通的每極磁通的大小決定于勵磁電流大小決定于勵磁電流.BavBavBav平均磁通密度。平均磁通密度。 導(dǎo)體有效長度極距，每極磁通llavB電樞磁動勢電樞磁動勢: :當(dāng)直流電機(jī)帶上負(fù)載以后，電樞繞組內(nèi)流過電流當(dāng)直流電機(jī)帶上負(fù)載以后，電樞繞組內(nèi)流過電流, ,由電樞電流建立的磁動勢叫電樞磁動勢由電樞電流建立的磁動勢叫電樞磁動勢. .直流電機(jī)帶負(fù)載時直流電機(jī)帶負(fù)載時, ,電機(jī)中氣隙磁場由勵磁磁動勢與電樞磁動勢電機(jī)中氣隙磁場由勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同建立共同建立. .雙邊勵磁系統(tǒng)雙邊勵磁系統(tǒng). .電樞反應(yīng)電樞反應(yīng): :電樞磁動勢對勵磁磁動勢所產(chǎn)生的氣隙磁場的影響叫電樞磁動勢對勵磁磁動勢所產(chǎn)生的氣隙磁

21、場的影響叫-.-.三三. .直流電機(jī)負(fù)載時的磁場直流電機(jī)負(fù)載時的磁場4 4個元件所產(chǎn)生的電樞磁動勢波形個元件所產(chǎn)生的電樞磁動勢波形電樞反應(yīng)后磁動勢波形電樞反應(yīng)后磁動勢波形電樞反應(yīng)電樞反應(yīng): :1 1、有負(fù)載時氣隙磁場發(fā)生了畸變、有負(fù)載時氣隙磁場發(fā)生了畸變2 2、電樞反應(yīng)呈現(xiàn)去磁作用、電樞反應(yīng)呈現(xiàn)去磁作用. .負(fù)載時比空載時負(fù)載時比空載時每極磁通略有減少每極磁通略有減少. .對電機(jī)運(yùn)行有影響對電機(jī)運(yùn)行有影響. .工程常識工程常識: 通常情況下假設(shè)從空載到負(fù)載通常情況下假設(shè)從空載到負(fù)載,每每極磁通基本不變極磁通基本不變.除非特別考慮才考慮電樞反除非特別考慮才考慮電樞反應(yīng)應(yīng).不考慮電樞反應(yīng)時不考慮電

22、樞反應(yīng)時,當(dāng)勵磁繞組的匝數(shù)一當(dāng)勵磁繞組的匝數(shù)一定時定時,每極磁通的大小決定于勵磁電流每極磁通的大小決定于勵磁電流.在電機(jī)的物理量中：在電機(jī)的物理量中：感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢 :直流電機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是電直流電機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。-主要的電氣特征量主要的電氣特征量電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 主要的機(jī)械特征量主要的機(jī)械特征量一、感應(yīng)電動勢 Ea量綱：伏特量綱：伏特產(chǎn)生：無論產(chǎn)生：無論導(dǎo)體是否帶電導(dǎo)體是否帶電，只要按一定方向切割磁力線，導(dǎo)，只要按一定方向切割磁力線，導(dǎo)體都將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。體都將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。直

23、流電機(jī)的感應(yīng)電動勢直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢 ； 每極合成磁通每極合成磁通Wb Ea = Ce n ； Ce 電動勢常數(shù)電動勢常數(shù) ；n 電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min第五節(jié)感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算第五節(jié)感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算CeaPZ60N Seabcde+AB-n發(fā)電機(jī)模型TnSbNdFFacIIEEU+感應(yīng)電動勢性質(zhì)感應(yīng)電動勢性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源電勢電源電勢( (與電樞電流同方向與電樞電流同方向);); 電動機(jī)電動機(jī)反電勢反電勢( (與電樞電流反方向與電樞電流反方向).).故也叫反電動勢故也叫反電動勢發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的感應(yīng)發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的感應(yīng)電動勢方向與電樞電流電動勢方向與電樞電流方向有何

24、關(guān)系？方向有何關(guān)系？電動機(jī)模型n原動機(jī)II二、電磁轉(zhuǎn)矩 Tm量綱：牛頓米量綱：牛頓米2. 2. 產(chǎn)生：電樞繞組中有電樞電流流過時產(chǎn)生：電樞繞組中有電樞電流流過時, ,在磁場內(nèi)受電磁力的在磁場內(nèi)受電磁力的作用作用, ,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。3. 3. 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 ； ,每極每極 合成磁通合成磁通WbTe = CT Ia ；CM 轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù) ；Ia 電機(jī)電樞電流電機(jī)電樞電流A2TpZCaeC9.55CTCeaPZ60N Seabcde+AB-n發(fā)電機(jī)模型電動機(jī)模型TnSbNdFFacIIEEU+電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì)電磁轉(zhuǎn)矩性

25、質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)制動制動( (與轉(zhuǎn)速方向相反與轉(zhuǎn)速方向相反) )； 電動機(jī)電動機(jī)驅(qū)動驅(qū)動( (與轉(zhuǎn)速方向相同與轉(zhuǎn)速方向相同) )。發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的電磁發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電動勢方向與電機(jī)轉(zhuǎn)矩電動勢方向與電機(jī)轉(zhuǎn)動方向有何關(guān)系？轉(zhuǎn)動方向有何關(guān)系？FFTn原動機(jī) 思考題思考題 當(dāng)電樞回路電流為零時，是否能確定Ea為零？1. 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時，是否能確定 Tem 為零？三、機(jī)電能量的關(guān)系 EaIa： （從電能角度看）（從電能角度看） 通過電磁感應(yīng)輸出的電機(jī)的通過電磁感應(yīng)輸出的電機(jī)的電功率電功率Te ：（從機(jī)械能角度（從機(jī)械能角度) 通過電樞轉(zhuǎn)軸輸出的通過電樞轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率機(jī)械功率2226

26、060eaaaaaTPZIaPZInaPZInaEI轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT電動勢常數(shù)Ce見 P3840eTCC9.55直流電機(jī)的電磁功率直流電機(jī)的電磁功率Pm：MaaePE IT直流電動機(jī)：從電源吸收的電功率，直流電動機(jī)：從電源吸收的電功率， 通過電磁感應(yīng)作用，通過電磁感應(yīng)作用， 轉(zhuǎn)換成軸上的機(jī)械功率；轉(zhuǎn)換成軸上的機(jī)械功率；直流發(fā)電機(jī)：原動機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩的制動作用所做的機(jī)械功直流發(fā)電機(jī)：原動機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩的制動作用所做的機(jī)械功率等于通過電磁感應(yīng)作用在電樞回路所得到的電功率。率等于通過電磁感應(yīng)作用在電樞回路所得到的電功率。 思考題思考題 從電機(jī)（發(fā)電機(jī)，電動機(jī)）感應(yīng)電動勢與電樞電流的方向，從電機(jī)（發(fā)電機(jī)，

27、電動機(jī)）感應(yīng)電動勢與電樞電流的方向，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向說明電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換方向。電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向說明電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換方向。例：例： 一臺直流發(fā)電機(jī)一臺直流發(fā)電機(jī)2p=4,2a=2,312p=4,2a=2,31槽，每槽元件數(shù)為槽，每槽元件數(shù)為1212，E=115VE=115V，額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n nN N=1450r/min=1450r/min。求：。求：（1 1）每極磁通。）每極磁通。（2 2）此發(fā)電機(jī)作為電動機(jī)使用，當(dāng)電樞電流為）此發(fā)電機(jī)作為電動機(jī)使用，當(dāng)電樞電流為800A800A時，能產(chǎn)生時，能產(chǎn)生多大電磁轉(zhuǎn)矩。多大電磁轉(zhuǎn)矩。解：解：(1) C(1) Ce e=pZ/60a=2=pZ/6

28、0a=2* *3131* *12/6012/60* *1=12.41=12.4 E/ C Ce en=(115/12.4n=(115/12.4* *1450)Wb=6.41450)Wb=6.4* *1010-3-3WbWb (2) C(2) CT T=9.55C=9.55Ce e=118.42=118.42 T= C T= CT T I Ia a=(118.42=(118.42* *6.46.4* *1010-3-3* *800)N800)Nm=606.3Nmm=606.3Nm例例 上題電機(jī)之?dāng)?shù)據(jù)，當(dāng)每極磁通量不變時：上題電機(jī)之?dāng)?shù)據(jù)，當(dāng)每極磁通量不變時：(1)(1)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低至電機(jī)轉(zhuǎn)速降低至

29、1000r/min1000r/min時，電樞感應(yīng)電動勢為多少？時，電樞感應(yīng)電動勢為多少？(2)(2)電樞電流減小到電樞電流減小到500A500A時，電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為多大？時，電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為多大？解：解： 帶入式感應(yīng)電動勢公式及電磁轉(zhuǎn)矩公式計(jì)算如下：帶入式感應(yīng)電動勢公式及電磁轉(zhuǎn)矩公式計(jì)算如下： (1) E(1) Ea a =C =Ce e n= (12.4= (12.4* *6.46.4* *1010-3-3* *1000)V=79.36V1000)V=79.36V (2) T=C (2) T=CT T I Ia a=(118.42=(118.42* *6.46.4* *1010-3-

30、3* *500)Nm=378.94Nm500)Nm=378.94Nm一、描述運(yùn)行規(guī)律的一般數(shù)學(xué)表達(dá)+Ua_ +Ea _+Uf_LaRaIa電動運(yùn)行第六節(jié)、直流電機(jī)的運(yùn)行原理第六節(jié)、直流電機(jī)的運(yùn)行原理V注意：注意：UaUa是外施電源電壓是外施電源電壓1. 電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式(以電樞回路為主以電樞回路為主)dtdiLRiEuaaaaaa電動運(yùn)行狀態(tài)電動運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)態(tài)時為零aaaaUEI RUa Ea+Ua_ +Ea _+Uf_LaRaIa發(fā)電運(yùn)行1. 電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式(以電樞回路為主以電樞回路為主)aaaaadiEuiRLdt發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)態(tài)時為零aaaaE

31、UI RRzUa Ea2. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式電動運(yùn)行狀態(tài)電動運(yùn)行狀態(tài)dtdJTTTem022-7 2-7 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理+U_+Uf_ia電動運(yùn)行穩(wěn)態(tài)時為零 Tem T0 n T2 輸出機(jī)械功率輸出機(jī)械功率機(jī)械負(fù)載機(jī)械負(fù)載V+Ea _02TTTem+U_+Uf_ia Tem T0 n Tl 原動機(jī)轉(zhuǎn)矩原動機(jī)轉(zhuǎn)矩輸入機(jī)械功率輸入機(jī)械功率0 0emem1 1T TT TT T發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電運(yùn)行2. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式穩(wěn)態(tài)時為零Rz+Ea _d dt td dJ JT TT TT T0 0e em m1 12-7 2-7 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直

32、流電機(jī)的運(yùn)行原理3. 能量平衡方程式能量平衡方程式(以并勵電動機(jī)為例以并勵電動機(jī)為例 )emcCuaCuf1Pppp faUIUIUIP aEe e m ma ae e m mP PI I= = T T20202F em e c(TT)PPPppPCufPCuaPFePCPmecP1PemP2輸入電功率輸出機(jī)械功率銅耗：銅耗：電流在導(dǎo)線中的熱功損耗：電流在導(dǎo)線中的熱功損耗：包括電樞繞組、勵磁繞組、電刷與換包括電樞繞組、勵磁繞組、電刷與換向器接觸電阻電阻向器接觸電阻電阻,的損耗，與的損耗，與Ia，If有關(guān)有關(guān)(不是常數(shù)不是常數(shù))機(jī)械損耗：機(jī)械損耗：各種摩擦、阻力引起的損耗各種摩擦、阻力引起的損耗

33、一般看為常值一般看為常值鐵耗：鐵耗：磁通在鐵磁材料中的損磁通在鐵磁材料中的損耗耗與磁通變化頻率有關(guān)與磁通變化頻率有關(guān)一般看為常值一般看為常值 并勵發(fā)電機(jī)并勵發(fā)電機(jī)102emecFeeecuaccufPPppPpPPppp)P(fn)I(fn2a 或或)P(f)I(f2a 或或2()()eaeTf ITf P或工作特性工作特性2()NeffNUUnTfPII、轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性:轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性:效率特性效率特性:二二. 直流電動機(jī)工作特性直流電動機(jī)工作特性機(jī)械特性：機(jī)械特性：（第九章講）（第九章講）( )()nf Tnf Ia或R=Ra注意注意:電動機(jī)勵磁方式不同電動機(jī)勵磁方式不同,其工作特性不

34、同其工作特性不同.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如圖,電動機(jī)的基本方程如下：電動機(jī)的基本方程如下：ae1220EC naaafffafeTacufcuaceeF em eceaaeUEI RUUIRIIITCIPPPPPPPPPPPPE IT1.并勵電動機(jī)工作特性并勵電動機(jī)工作特性注意：電動狀態(tài)注意：電動狀態(tài)EaU并勵電動機(jī)工作特性并勵電動機(jī)工作特性轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 (以并勵電動機(jī)為例以并勵電動機(jī)為例 ) n= f ( Ia )aaNeaNeNInICRCUn0負(fù)斜率項(xiàng)n0nIaN Ian0理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 思考 電動機(jī)處于穩(wěn)定空載運(yùn)行時，大致在該特性的哪個位置點(diǎn)？轉(zhuǎn)

35、矩特性轉(zhuǎn)矩特性 (以并勵電動機(jī)為例以并勵電動機(jī)為例 ) Tem= f ( Ia )aTemICT忽忽略略電電樞樞反反應(yīng)應(yīng)的的影影響響正斜率項(xiàng)Tem0TemIaN Ia效率特性效率特性 (以并勵電動機(jī)為例以并勵電動機(jī)為例 ) = f ( Ia )=f(P2)100%100%) )I IU(IU(IU U2I2IR RI Ip pp pp p- -1 1 100%100%) )P Pp p(1(1 100%100%P PP Pf fa ac ca aa a2 2a aCufCufmecmecFeFe1 11 12 2所有的損耗和銅耗：銅耗：電流在導(dǎo)線中的熱功損耗：電流在導(dǎo)線中的熱功損耗：包括電樞繞

36、組、勵磁繞組、電刷包括電樞繞組、勵磁繞組、電刷電阻的損耗，與電阻的損耗，與Ia，If有關(guān)有關(guān)機(jī)械損耗：機(jī)械損耗：各種摩擦、阻力引起的損耗各種摩擦、阻力引起的損耗一般看為常值一般看為常值鐵耗：鐵耗：磁通在鐵磁材料中的損耗磁通在鐵磁材料中的損耗與磁通變化頻率有關(guān)與磁通變化頻率有關(guān)一般看為常值一般看為常值（并勵）直流電動機(jī)工作特性（并勵）直流電動機(jī)工作特性nTemn,Tem0IaN Ia 思考題思考題 1.電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，但從直流電動機(jī)的工作特性看，電磁轉(zhuǎn)矩增大時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，但從直流電動機(jī)的工作特性看，電磁轉(zhuǎn)矩增大時，轉(zhuǎn)速反而下降，為什么？轉(zhuǎn)速反而下降，為什么？2.從效

37、率曲線看從效率曲線看,什么情況時并勵電動機(jī)效率最大什么情況時并勵電動機(jī)效率最大?0addI 2Femeccufa apppI r 12121Femeccufa aacafPPpppI rIUU II 結(jié)論：當(dāng)電動機(jī)在某負(fù)載下不變損耗結(jié)論：當(dāng)電動機(jī)在某負(fù)載下不變損耗等于隨電流平方而變化的可變損耗時，等于隨電流平方而變化的可變損耗時， 效率最高。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。aNRIp22221NNNNaIPIUR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Ea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如圖,電動機(jī)的基本方程如下：電動機(jī)的基本方程如下：2.串勵電動機(jī)工作特性串勵電動機(jī)工作特性(aee2122