第2章 直流電動(dòng)機(jī)原理及特性

1、第第2 2章章 直流電動(dòng)機(jī)的原理及特性直流電動(dòng)機(jī)的原理及特性2.1 2.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.2 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組2.3 2.3 直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)2.4 2.4 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2.5 2.5 直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式和功率直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式和功率關(guān)系關(guān)系2.6 2.6 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.7 2.7 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件第第2 2章章 直流電動(dòng)機(jī)的原理及特性直流電動(dòng)機(jī)的原理及特性 知識(shí)點(diǎn)

2、：直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)的比較 直流電動(dòng)機(jī)比交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、維修繁瑣；但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)和制動(dòng)性能優(yōu)良、可平滑調(diào)速。2.1 2.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.1.1 基本結(jié)構(gòu)組成：定子+轉(zhuǎn)子+氣隙圖2.1 小型直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖2.1.1 2.1.1 基本機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu)1.1.定子部分定子部分定子部分定子部分= =機(jī)座機(jī)座+ +主磁極主磁極+ +換向極換向極+ +電刷裝置電刷裝置（1 1）機(jī)座：）機(jī)座：一是作為電機(jī)磁路系統(tǒng)中的一部分（定子磁軛），二是用來(lái)固定主磁極、換向極及端蓋等，起機(jī)械支承的作用。因此要求機(jī)座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度。

3、機(jī)座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。 。（2 2）主磁極：）主磁極：主磁極：在大多數(shù)直流電機(jī)中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用11.2mm厚的低碳鋼板疊壓而成。整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。（裝配圖）主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場(chǎng)主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場(chǎng), ,使電樞繞組使電樞繞組在此磁場(chǎng)的作用下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩在此磁場(chǎng)的作用下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩. .勵(lì)磁線圈分勵(lì)磁線圈分并勵(lì)并勵(lì)和和串勵(lì)串勵(lì)兩種（注意區(qū)別）兩種（注意區(qū)別）圖2.2 主磁極裝配圖1主磁極鐵心主磁極鐵心2勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組3機(jī)座機(jī)座極靴：使氣隙磁密極靴：使氣隙磁密空間分布更合

4、理，空間分布更合理，同時(shí)支撐勵(lì)磁線圈同時(shí)支撐勵(lì)磁線圈極身極身2.1.1 2.1.1 基本機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu)1.1.定子部分定子部分（3 3）換向極）換向極: :換向極又稱(chēng)附加極或間極,其作用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。1換向極鐵心換向極鐵心2換向極繞組換向極繞組換向極與電樞繞組相串換向極與電樞繞組相串聯(lián)，流過(guò)電樞電流，繞聯(lián)，流過(guò)電樞電流，繞組匝數(shù)少而導(dǎo)線粗。組匝數(shù)少而導(dǎo)線粗。2.1.1 2.1.1 基本機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu)1.1.定子部分定子部分（4 4）電刷裝置：）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。

5、1刷握刷握2電刷電刷3壓緊彈簧壓緊彈簧44銅絲辮銅絲辮2.1.1 2.1.1 基本機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu)2.2.轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子=電樞鐵心+電樞繞組+換向器+風(fēng)扇+轉(zhuǎn)軸和軸承（1 1）電樞鐵心：）電樞鐵心：是電機(jī)主磁路的一部分，用來(lái)嵌放電樞繞組，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。a)電樞鐵心電樞鐵心 沖片沖片b)電樞鐵心電樞鐵心2.1.1 2.1.1 基本機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu)2.2.轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分（2 2）電樞繞組：）電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，也是通過(guò)電

6、流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。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2.1.1 2.1.1 基本機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu)2.2.轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分（3 3）換向器：）換向器：由許多換向片組成，換向片之間用云母絕緣。1換向片換向片2連接片連接片2.1.2 2.1.2 勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式 勵(lì)磁方式：直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的供電方式。他勵(lì)式積復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)1.串勵(lì)式2.并勵(lì)式3.復(fù)勵(lì)式自勵(lì)式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式2.1.2 2.1.2 勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式（1 1）他勵(lì)式）他勵(lì)式（2 2）并勵(lì)式）并勵(lì)式（3 3）串勵(lì)式）串勵(lì)式（4 4）復(fù)勵(lì)式（又分為積復(fù)勵(lì)

7、式和差復(fù)勵(lì)式）復(fù)勵(lì)式（又分為積復(fù)勵(lì)式和差復(fù)勵(lì)式）具體電路示意圖請(qǐng)見(jiàn)教材P19 圖2.5 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式2.1.3 額定數(shù)據(jù)（銘牌數(shù)據(jù)）直流電機(jī)的額定值有：直流電機(jī)的額定值有： 1 1、額定功率、額定功率P PN N(kW)(kW) 2 2、額定電壓、額定電壓U UN N(V)(V) 3 3、額定電流、額定電流I IN N(A)(A) 4 4、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速n nN N(r/min)(r/min) 5 5、額定勵(lì)磁電壓、額定勵(lì)磁電壓U UfNfN(V)(V) 其他還有絕緣等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、冷卻方式、溫升、其他還有絕緣等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、冷卻方式、溫升、重量重量2.1.4 工作原理 直流電機(jī)既可

8、以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 如果用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷如果用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動(dòng)勢(shì)而作為直流電源對(duì)負(fù)載供電；端引出直流電動(dòng)勢(shì)而作為直流電源對(duì)負(fù)載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動(dòng)機(jī)就可以帶如果在電刷端外加直流電壓，則電動(dòng)機(jī)就可以帶動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。能。 這種同一臺(tái)電機(jī)能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原這種同一臺(tái)電機(jī)能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱(chēng)為理，在電機(jī)理論中稱(chēng)為可逆原理可逆原理。2.1.4 2.1.4 工作原理工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)

9、的工作原理1.直流發(fā)電機(jī)的工作原理（1）2.1.4 2.1.4 工作原理工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理1.直流發(fā)電機(jī)的工作原理（2）2.1.4 2.1.4 工作原理工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理1.直流發(fā)電機(jī)的工作原理（2）2.1.4 2.1.4 工作原理工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理1.1.直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理 結(jié)論：結(jié)論：在電樞線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流都是交流交流的，通過(guò)換向片及電刷的整流整流作用才變成從外部看的兩電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)。雖然電樞線圈是旋轉(zhuǎn)的且電樞線圈中的電流是交變的，但從空間上看，N極與S極下的電樞電流

10、的方向是不變的。因此，由電樞電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)從空間上看也是一個(gè)恒定不變的磁場(chǎng)。電樞線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與其電流的方向始終一致。當(dāng)接上負(fù)載時(shí)，電樞繞組中就有電流，此電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，該電磁力使轉(zhuǎn)軸受到一個(gè)力矩，稱(chēng)之為電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，其方向是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反的，是制動(dòng)性質(zhì)制動(dòng)性質(zhì)的。2.1.4 2.1.4 工作原理工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理2.2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理2.1.4 2.1.4 工作原理工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理2.2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 結(jié)論結(jié)論雖然外施電壓及電流都是直流，但在電樞繞組內(nèi)

11、部，電樞電流和電樞電動(dòng)勢(shì)都是交流。這是通過(guò)換向片及電刷的逆變逆變作用，將外部直流變成內(nèi)部的交流。雖然電樞線圈是旋轉(zhuǎn)的且電樞線圈中的電流是交變的，但從空間上看，由電樞電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)仍是一個(gè)恒定不變的磁場(chǎng)。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞導(dǎo)體切割磁力線也會(huì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其方向與電樞電流的方向始終相反，故稱(chēng)之為反電勢(shì)反電勢(shì)。轉(zhuǎn)子是在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下才能旋轉(zhuǎn)，所以電磁轉(zhuǎn)矩的方向是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致，是驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電源輸入電能，通過(guò)電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能從軸上輸出而帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分，在電機(jī)的機(jī)電電樞繞組是直流電機(jī)的核心部

12、分，在電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中起著重要的作用。能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中起著重要的作用。 因此，電樞繞組須滿(mǎn)足以下要求： 在能通過(guò)規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動(dòng)勢(shì)前提下，在能通過(guò)規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動(dòng)勢(shì)前提下，盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料。盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料。 并且要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等。并且要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等。（1 1）極軸線：磁極的中心線；）極軸線：磁極的中心線；（2 2）幾何中心線：磁極之間的平分線，）幾何中心線：磁極之間的平分線，（3 3） ：極對(duì)數(shù)；：極對(duì)數(shù)；（4 4） 極距：在電樞鐵心表面上，一個(gè)極所占的距離。極距：在電樞鐵心表面上，一個(gè)極所占的距離?？捎貌蹟?shù)表示，可用槽數(shù)表示，

13、 式中式中Z Z為電樞總槽數(shù)；為電樞總槽數(shù)；（5 5）元件（線圈）：是繞組的一個(gè)基本單元，可為單匝，）元件（線圈）：是繞組的一個(gè)基本單元，可為單匝，也可為多匝，也可為多匝， 名詞術(shù)語(yǔ)介紹名詞術(shù)語(yǔ)介紹ppZ22.2 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組疊繞組波繞組混合繞組單疊繞組復(fù)疊繞組單波繞組復(fù)波繞組2.2 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組2.1.1 2.1.1 單疊繞組單疊繞組1.線圈的元件邊及端接線（線圈的元件邊及端接線（一個(gè)繞組原件就是一個(gè)線圈一個(gè)繞組原件就是一個(gè)線圈）2.2 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組2.1.1 2.1.1 單疊繞

14、組單疊繞組2.單疊繞組的特點(diǎn)：?jiǎn)委B繞組的特點(diǎn)：元件的兩個(gè)端子連接在相鄰的兩個(gè)換向片上。 單疊繞組的所有的相鄰元件依次串聯(lián)，即后一元件的首端與前一元件的末端連在一起，接到一個(gè)換向片上。最后一個(gè)元件末端與第一個(gè)元件首端連接在一起，形成一個(gè)閉合回路。2.2 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組2.1.1 2.1.1 單疊繞組單疊繞組3.3.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向判斷4.4.電刷組數(shù)電刷組數(shù)= =主磁極的個(gè)數(shù)主磁極的個(gè)數(shù)5.5.電刷的位置電刷的位置 正負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或被電刷短路的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。 電刷的中心線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)主磁極的中心線（幾何中心線位置）。2.2

15、2.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組2.1.2 2.1.2 單波繞組單波繞組單波繞組單波繞組不是把元件依次串聯(lián)，而是把相隔大約兩個(gè)極距，不是把元件依次串聯(lián)，而是把相隔大約兩個(gè)極距，即在磁場(chǎng)中的位置差不多相對(duì)應(yīng)的元件連接起來(lái)。即在磁場(chǎng)中的位置差不多相對(duì)應(yīng)的元件連接起來(lái)。結(jié)結(jié) 論論從上面的分析可知，相同元件數(shù)時(shí)，疊繞組從上面的分析可知，相同元件數(shù)時(shí)，疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(lián)元件數(shù)少，并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(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)。對(duì)于單波繞組，支路對(duì)數(shù)永遠(yuǎn)等于對(duì)于單波繞組，支路對(duì)數(shù)永遠(yuǎn)等于1 1，每條支，每條支路里所包含的元件

16、數(shù)較多，所以這種繞組路里所包含的元件數(shù)較多，所以這種繞組適用于較高電壓，較小電流的電機(jī)，至于適用于較高電壓，較小電流的電機(jī)，至于大容量的電機(jī)，可以采用混合繞組。大容量的電機(jī)，可以采用混合繞組。2.3 直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)2.3.12.3.1直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)空載空載：發(fā)電機(jī)出線端沒(méi)有電流輸出，電動(dòng)機(jī)軸上不：發(fā)電機(jī)出線端沒(méi)有電流輸出，電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)載，帶機(jī)械負(fù)載，即電樞電流為零的狀態(tài)。即電樞電流為零的狀態(tài)。那么那么 ，這，這時(shí)的氣隙磁場(chǎng)，只由主極的勵(lì)磁電流所建立，所時(shí)的氣隙磁場(chǎng)，只由主極的勵(lì)磁電流所建立，所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)，又稱(chēng)勵(lì)磁磁場(chǎng)。以直流電機(jī)空載時(shí)的

17、氣隙磁場(chǎng)，又稱(chēng)勵(lì)磁磁場(chǎng)。主磁通主磁通：經(jīng)過(guò)主磁極、氣隙、電樞鐵心及機(jī)座構(gòu)成：經(jīng)過(guò)主磁極、氣隙、電樞鐵心及機(jī)座構(gòu)成磁回路。它同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞組交鏈，能磁回路。它同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱(chēng)為在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱(chēng)為主磁通，主磁通，直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)是指電樞電流等于零或者很小直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)是指電樞電流等于零或者很小時(shí)，由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立的磁場(chǎng)。時(shí)，由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立的磁場(chǎng)?？蛰d磁場(chǎng)分布圖主磁通主磁通主磁路（鏈著勵(lì)磁繞組和電樞繞組）主磁路（鏈著勵(lì)磁繞組和電樞繞組）漏磁通漏磁通漏磁路（只鏈著勵(lì)磁繞組本身）漏磁路（只鏈著勵(lì)磁繞組

18、本身）極靴的作用和空載氣隙磁密的帽型分布空載磁路的計(jì)算定子軛主磁極電樞軛電樞齒氣隙平均計(jì)算長(zhǎng)度平均磁場(chǎng)強(qiáng)度，符號(hào)含義：jmatlHlHlHlHlHlHlHFjjnmmaattKKf12222直流電機(jī)的空載磁化特性曲線在額定狀態(tài)下，電機(jī)往往工在額定狀態(tài)下，電機(jī)往往工作在飽和點(diǎn)附近，這樣即可作在飽和點(diǎn)附近，這樣即可以獲得較大的磁通，又不致以獲得較大的磁通，又不致需要太大的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，從需要太大的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，從而可以節(jié)省鐵心和勵(lì)磁繞組而可以節(jié)省鐵心和勵(lì)磁繞組的材料。的材料。（線性分析方法）（線性分析方法）)(),()2(000fffIfFfFf或空載磁化特性曲線：2.3.2 負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)1.

19、電樞產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì) 不僅勵(lì)磁繞組中有電流，而且電樞繞組中也有電流的磁場(chǎng)，稱(chēng)為負(fù)載磁場(chǎng)。 負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)：負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)：勵(lì) 磁 電 流 所 建 立 的 磁 場(chǎng) 電 樞 電 流 所 建 立 的 磁 場(chǎng)氣 隙 磁 場(chǎng)顯然，由于顯然，由于電樞磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)，氣隙磁場(chǎng)將會(huì)發(fā)生的出現(xiàn)，氣隙磁場(chǎng)將會(huì)發(fā)生變化，而這個(gè)變化的性質(zhì)將是我們下面研究的重變化，而這個(gè)變化的性質(zhì)將是我們下面研究的重點(diǎn)點(diǎn)電樞反應(yīng)：電樞反應(yīng)：電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極氣隙磁場(chǎng)的影響稱(chēng)為電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極氣隙磁場(chǎng)的影響稱(chēng)為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)。 而電樞反應(yīng)的性質(zhì)又根據(jù)其反應(yīng)方向的不同，分而電樞反應(yīng)的性質(zhì)又根據(jù)其反應(yīng)方向的不同，分為為交軸電樞反應(yīng)

20、交軸電樞反應(yīng)和和直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)，下面我們就來(lái)，下面我們就來(lái)具體的看一下他們二者對(duì)我們的氣隙磁場(chǎng)的分部具體的看一下他們二者對(duì)我們的氣隙磁場(chǎng)的分部到底會(huì)有怎樣的影響，而這個(gè)影響又和電刷在電到底會(huì)有怎樣的影響，而這個(gè)影響又和電刷在電機(jī)上位置的擺放密切相關(guān)：機(jī)上位置的擺放密切相關(guān)：（a a）電刷在幾何中性線上的電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)：）電刷在幾何中性線上的電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)：如圖可見(jiàn)：如圖可見(jiàn)：電樞元件電流及其磁場(chǎng)分布示意圖幾何中心幾何中心線線整距線圈整距線圈此時(shí)產(chǎn)生的是交軸磁動(dòng)勢(shì)，對(duì)此時(shí)的電機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)此時(shí)產(chǎn)生的是交軸磁動(dòng)勢(shì)，對(duì)此時(shí)的電機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，我們得到一個(gè)有關(guān)磁動(dòng)勢(shì)分布的表達(dá)式：分析，我們得

21、到一個(gè)有關(guān)磁動(dòng)勢(shì)分布的表達(dá)式： 其中，其中，A A叫做電樞線負(fù)載，也就是電樞表面單位周長(zhǎng)叫做電樞線負(fù)載，也就是電樞表面單位周長(zhǎng)上的安培導(dǎo)體數(shù)，稱(chēng)為上的安培導(dǎo)體數(shù)，稱(chēng)為電負(fù)荷電負(fù)荷。x x是沿圓周方向的是沿圓周方向的 距離，與距離，與fafa（x x）成正比。當(dāng)）成正比。當(dāng)x x最大時(shí)（最大時(shí)（=/2=/2），交），交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大。軸電樞磁動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大。22)/()2(21)(xAxDIxNfaaxa，極安)/(2aq極安AF由電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁密為：)()()(0 xxfxbaa其中為，其中為，為氣隙計(jì)算長(zhǎng)度，可見(jiàn)，磁密的分為氣隙計(jì)算長(zhǎng)度，可見(jiàn)，磁密的分布和氣隙的大小是成反比關(guān)系的

22、，這就剛好驗(yàn)布和氣隙的大小是成反比關(guān)系的，這就剛好驗(yàn)證了上圖的磁密分布的曲線形式。證了上圖的磁密分布的曲線形式。 （馬鞍形）（馬鞍形）交軸電樞磁場(chǎng)的特點(diǎn)： . 電樞磁勢(shì)Fa與主極磁勢(shì)Ff互相垂直；. 電樞表面各點(diǎn)的電樞磁勢(shì)Fa不等；在幾何中性線處電樞磁勢(shì)Fa最大，在極軸線處等于零，即Fa=0。. 電樞磁密Bmax在幾何中心線處的值不為零。（b b）電刷不在幾何中性線上的電樞磁動(dòng)勢(shì)：）電刷不在幾何中性線上的電樞磁動(dòng)勢(shì)： 看圖：引出了直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，看圖：引出了直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)， 直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)：電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線與主磁極軸線重直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)：電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線與主磁極軸線重合，稱(chēng)為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。合，

23、稱(chēng)為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。AbFbAFadaq),2(交軸、直軸電樞反應(yīng)：交軸、直軸電樞反應(yīng)：（1 1）交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁）交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響。場(chǎng)的影響。 在這里，我們?yōu)榱朔治鰡?wèn)題的簡(jiǎn)單，假定在這里，我們?yōu)榱朔治鰡?wèn)題的簡(jiǎn)單，假定（a a）磁場(chǎng)是不飽和的，）磁場(chǎng)是不飽和的，（b b）發(fā)電機(jī)電樞轉(zhuǎn)向是逆時(shí)針，電動(dòng)機(jī)為順時(shí)）發(fā)電機(jī)電樞轉(zhuǎn)向是逆時(shí)針，電動(dòng)機(jī)為順時(shí)針。這樣，我們就可以對(duì)下圖進(jìn)行疊加針。這樣，我們就可以對(duì)下圖進(jìn)行疊加2.電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)負(fù)載時(shí)合成磁場(chǎng)交軸電樞磁密與合成氣隙磁密分布圖結(jié)結(jié) 論論1 1）交軸電樞反應(yīng)）交軸電樞反應(yīng)A:A:交軸電樞磁場(chǎng)在半個(gè)極

24、內(nèi)對(duì)主極磁場(chǎng)起去磁作用，交軸電樞磁場(chǎng)在半個(gè)極內(nèi)對(duì)主極磁場(chǎng)起去磁作用，在另半個(gè)極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場(chǎng)畸變，在另半個(gè)極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場(chǎng)畸變，使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，新的等于零的我們稱(chēng)之為物理中性線。線，新的等于零的我們稱(chēng)之為物理中性線。B:B:不計(jì)飽和，交軸電樞反應(yīng)即無(wú)增磁，亦無(wú)去磁作不計(jì)飽和，交軸電樞反應(yīng)即無(wú)增磁，亦無(wú)去磁作用?？紤]飽和時(shí)，起到去磁作用。用?？紤]飽和時(shí)，起到去磁作用。2 2）直軸電樞反映：當(dāng)電刷不在幾何中性線上，）直軸電樞反映：當(dāng)電刷不在幾何中性線上，出現(xiàn)了直軸電樞反應(yīng)，從圖上可以看出：出現(xiàn)了直軸

25、電樞反應(yīng)，從圖上可以看出：A:A:若為發(fā)電機(jī)，電刷順著旋轉(zhuǎn)的方向移動(dòng)一個(gè)若為發(fā)電機(jī)，電刷順著旋轉(zhuǎn)的方向移動(dòng)一個(gè)夾角，對(duì)主極磁場(chǎng)而言，直軸起去磁反應(yīng)，夾角，對(duì)主極磁場(chǎng)而言，直軸起去磁反應(yīng)，若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一個(gè)夾角，則直軸若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一個(gè)夾角，則直軸電樞反應(yīng)將是增磁的，電樞反應(yīng)將是增磁的，B:B:若為電動(dòng)機(jī)，剛好相反。若為電動(dòng)機(jī)，剛好相反。結(jié)結(jié) 論論2.4 2.4 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2.4.1 2.4.1 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)lvbekkpapNaNaa22aNkpNkkkaaabaplvlvbE2/12/1某導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：某導(dǎo)體的感

26、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：每條支路的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為：每條支路的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為：（其中（其中Na為總導(dǎo)體數(shù)，支路數(shù)為為總導(dǎo)體數(shù)，支路數(shù)為2a，p為電為電機(jī)極對(duì)數(shù)）機(jī)極對(duì)數(shù)）則，電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)為：則，電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)為：2.4.1 2.4.1 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)由于各個(gè)串聯(lián)導(dǎo)體所處磁場(chǎng)的氣隙磁密不同，故引入氣隙磁密的平均值。為電機(jī)每極磁通量。稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，其中，得：又因?yàn)楣剩琹BapNCnCnlBapNBpNapnplEnpvBpNaplvEbpNBavaEEavaavaaavaapNkkaava60)(60260260222/12/12.4.2 電磁轉(zhuǎn)矩apIlbTpDDIaIiDlib

27、Takkaaaakk2,2a2/2則：為電樞外徑，即有為電樞繞組支路對(duì)數(shù)）為電樞電流，（為支路電流，其中，電磁轉(zhuǎn)矩為：某根載流導(dǎo)體所受到的2.4.2 2.4.2 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩ETaTaTaavaavaapavaapNkpNkkakpCCapNCICIlBapNBpNlapIppTTBpNlapIblapITTaa55. 92)(222222222/12/1稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩常數(shù)式中，磁轉(zhuǎn)矩為：作用在整個(gè)電樞上的電的電磁轉(zhuǎn)矩為：一個(gè)極下載流導(dǎo)體受到2.5 2.5 直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程和功率關(guān)系直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程和功率關(guān)系2.5.1 2.5.1 基本方程式基本方程式+-UEaTnT

28、LIa+-UfIf),()()(2020fafffaTEaaaaaIIfRRUITTTTTICTnCERRIEU是勵(lì)磁繞組回路電阻為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為空載轉(zhuǎn)矩，為電樞繞組回路電阻）（根據(jù)基本方程式得出的結(jié)論根據(jù)基本方程式得出的結(jié)論、轉(zhuǎn)速等量。電樞電流、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以求出，只要負(fù)載確定，就可直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。即電樞電流的大小取決有則當(dāng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí). 2,. 1TLaaTLLCTIICTTT2.5 2.5 直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程和功率關(guān)系直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程和功率關(guān)系2.5.2 2.5.2 功率關(guān)系功率關(guān)系（簡(jiǎn)稱(chēng)銅耗）為電樞回路的總銅損耗機(jī)械功率）為電磁功率（被轉(zhuǎn)換為

29、功率為電動(dòng)機(jī)從電源取用的其中即：得：兩邊同乘以在式CuaMCuaMaaaaaaaaaPPPPPPRIIEUIIRIEU1122.5 2.5 直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程和功直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程和功率關(guān)系率關(guān)系2.5.2 2.5.2 功率關(guān)系功率關(guān)系為轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械功率為機(jī)械摩擦損耗）為鐵耗（為空載損耗，為電磁功率，其中，即得，兩邊同乘以在式200202020,PppppppPPpPTTTTTTmFemFeMM圖2.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率流程圖CufpCuapFemppp0aUIP 1TIEPaaM22TPpPpPPppppppppppppsmFeCuaCufssmFeCua2121)(電機(jī)效率為為：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)總損耗為附加損耗為：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)總損耗2.6 2.6 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 我們把轉(zhuǎn)矩我們把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性稱(chēng)為機(jī)械特性轉(zhuǎn)速特性稱(chēng)為機(jī)械特性 本節(jié)內(nèi)容討論他勵(lì)、并勵(lì)和串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)本節(jié)內(nèi)容討論他勵(lì)、并勵(lì)和串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性械特性2.6 2.6 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.6.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的電樞電壓U、勵(lì)磁電流If保持一定值時(shí)，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。 根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式可得：為機(jī)械