西南交大電機(jī)學(xué)6直流電機(jī)原理

1、直流電機(jī)原理直流電機(jī)原理Direct current machine theoryDirect current machine theory電氣工程學(xué)院 郭冀嶺直流電機(jī)原理直流電機(jī)原理n直流電機(jī)基本工作原理、結(jié)構(gòu)和額定數(shù)據(jù)n直流電機(jī)繞組n直流電機(jī)磁場(chǎng)n直流電機(jī)基本方程 n直流電機(jī)特性 n直流電機(jī)換向n直流電機(jī)拖動(dòng)USB(5V)Battery (3V)DC MotorFanFanCell Phone MotorCooler MotorSS9 Electrical Locomotive150t Mine LocomotiveInside 150t Mine LocomotiveDC Tractio

2、n Motor Experiment Platform1 1 直流電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)直流電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)operation principle, structure & rated parameters of DC machinen直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 n直流發(fā)電機(jī)的工作原理 n直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) n額定值 n電機(jī)可逆原理Left Hand RullRight Hand RullBlif Blve for Motorfor Generator1.1 1.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 Operation Principle of DC MotorOperat

3、ion Principle of DC Motor n克服阻力旋轉(zhuǎn) n對(duì)外輸出機(jī)械能liBfx n磁極建立磁場(chǎng) n外加直流電壓 n在線圈中產(chǎn)生電流 n載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力(1) 狀態(tài)一狀態(tài)一n直流電源供電 n電流方向不變 n旋轉(zhuǎn)180電角度后電磁力方向反向 n平均電磁轉(zhuǎn)矩為0若要維持電磁力方向不變，若要維持電磁力方向不變，必須必須: :改變磁極極性 改變電流方向(2) 狀態(tài)二：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)二：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180電角度電角度(3) 兩種位置電磁力對(duì)比兩種位置電磁力對(duì)比n幾何中性線q磁極的幾何分界線 n電刷和換向器配合 n電流換向電流逆變q導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)經(jīng)過磁極的幾何中性線期間q交換線圈電源極性q交換

4、線圈電流方向q電磁力方向維持不變(4) 直流電動(dòng)機(jī)原理直流電動(dòng)機(jī)原理換向換向 (Commutation)n主磁極建立磁場(chǎng) n外加機(jī)械轉(zhuǎn)矩 n線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn) n運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)n帶電負(fù)載 n對(duì)外輸出電能Blve 1.2 1.2 直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理 Operation Principle of DC GeneratorOperation Principle of DC Generator(1) 狀態(tài)一狀態(tài)一n外接端子不變n旋轉(zhuǎn)180電角度后 電動(dòng)勢(shì)方向反向 1.2 1.2 直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理 Operation Principle of D

5、C GeneratorOperation Principle of DC Generator(1) 狀態(tài)二狀態(tài)二若要維持電動(dòng)勢(shì)為直流改變磁極極性 改變電流方向 (2) 兩種位置電動(dòng)勢(shì)對(duì)比兩種位置電動(dòng)勢(shì)對(duì)比n線圈旋轉(zhuǎn)方向不變 n導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì) q在不同極性磁極下感應(yīng)電勢(shì)方向不同 q導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)交變 n感應(yīng)電勢(shì)換向整流 q經(jīng)過磁極幾何中性線 q交換線圈輸出極性 q輸出直流 q否則，輸出交流(3) 直流發(fā)電機(jī)原理直流發(fā)電機(jī)原理換向換向(Commutation)n線圈旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過一對(duì)磁極的感應(yīng)電勢(shì)波形(4) 線圈感應(yīng)電勢(shì)波形線圈感應(yīng)電勢(shì)波形一對(duì)主磁極下氣隙磁場(chǎng)及線圈電動(dòng)勢(shì)每極下3個(gè)線圈串聯(lián)時(shí)電刷上的電動(dòng)勢(shì)

6、波形n直流電動(dòng)機(jī)q建立磁場(chǎng) 產(chǎn)生電磁力的條件q載流導(dǎo)體 產(chǎn)生電磁力q線圈運(yùn)動(dòng) 對(duì)外輸出機(jī)械功q換向器和電刷 換向 逆變換流，產(chǎn)生持續(xù)電磁力n直流發(fā)電機(jī)q建立磁場(chǎng) 產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的條件q導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)q外加負(fù)載 對(duì)外輸出電能q換向器和電刷 換向 整流，產(chǎn)生直流電動(dòng)勢(shì)小結(jié)：直流電機(jī)原理要求結(jié)構(gòu)組成小結(jié)：直流電機(jī)原理要求結(jié)構(gòu)組成n靜止部分（定子）Statorq主磁極、勵(lì)磁繞組、電刷、軸承、磁軛和電刷裝置等 n旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子、電樞）Rotatorq電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸等 1.3 1.3 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) Basic Structure of DC Machine B

7、asic Structure of DC Machine(1) 具體構(gòu)成具體構(gòu)成(2) 直流電機(jī)整體實(shí)物結(jié)構(gòu)圖直流電機(jī)整體實(shí)物結(jié)構(gòu)圖Structure of A DC MotorFanFrameWindingMagnetic PoleBrushCommutatorconduit boxWinding edgeshaft軸軸承吊環(huán)eyeboltbearingCover (3) 直流電機(jī)主要部件直流電機(jī)主要部件主磁極 勵(lì)磁繞組 Magnetic Poleexciting windingmagnetic pole主磁極鋼板沖片主磁極鋼板沖片 （1-1.5mm1-1.5mm厚）厚）主磁極由鋼板沖片主磁

8、極由鋼板沖片疊壓而成疊壓而成勵(lì)磁繞組套在勵(lì)磁繞組套在 主磁極極身上主磁極極身上電樞鐵心 電樞繞組電樞鐵心沖片 (0.35-0.5mm厚) （硅鋼片）涂絕緣漆沖片疊壓而成均勻開槽armature corearmature windingslotsilicon steel sheet 工藝簡(jiǎn)單常用改善換向工藝復(fù)雜豎放平放電樞旋轉(zhuǎn)，繞組元件受到離心力，需用槽楔固定，（環(huán)氧酚醛玻璃布板）換向器 Commutator n換向片是換向器的導(dǎo)電部分q由含少量銀的梯形銅排制成q工作表面與電刷滑動(dòng)接觸q有良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨、機(jī)械性能n升高片是換向片上和電樞繞組元件聯(lián)接部分q繞組元件引出線嵌入升高片槽中n片間云

9、母片q相鄰換向片片間用云母片絕緣，厚度0.81.5mmq換向片的磨損比云母片快，須將云母片下刻0.81.5 mm，換向片兩側(cè)倒角，保證電刷和換向器接觸良好nV形云母環(huán)q由塑性云母板在高溫高壓下壓成所需形狀，厚度取決于電機(jī)電壓等級(jí)n換向器套筒與壓圈q保證換向器片間產(chǎn)生必要的壓力，使換向器套筒和壓圈壓在換向器燕尾部分電刷裝置 Brush1-電刷 2-壓指 3-彈簧 4-刷盒 5-墊片 6-刷握架 7-刷桿 刷桿是絕緣體，支撐刷握，并與機(jī)座絕n固定部分與運(yùn)動(dòng)部分間滑動(dòng)接觸q直流電機(jī) 繞線式異步電機(jī) 同步電機(jī)n電刷q電碳制品，良好的導(dǎo)電性、極高的導(dǎo)熱系數(shù)、耐高溫q石墨自潤(rùn)滑性好，化學(xué)穩(wěn)定性好q由碳質(zhì)材

10、料、碳-石墨材料、天然石墨材料、電化石墨材料和金屬-石墨材料等五類基本材料組成150t礦用電力機(jī)車DC1500牽引電機(jī)SS4干線電力機(jī)車ZQ800-1牽引電機(jī)玩具馬達(dá)n額定功率 PN ：電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)電機(jī)的輸出功率 (W/kW)n額定電壓UN：電機(jī)出線端電壓 (V)n額定電流IN：電機(jī)出線電流 (A)n額定轉(zhuǎn)速nN：(r/min,r.p.m) n額定勵(lì)磁電壓UfN：(V) n額定勵(lì)磁電流IfN：(A) n額定轉(zhuǎn)矩TN：(Nm)n額定效率N：（直流電動(dòng)機(jī)） (%)1.4 1.4 直流電機(jī)額定值直流電機(jī)額定值 Rated Parameters Rated ParametersnZ

11、2 -72 ” 表示直流電動(dòng)機(jī)、第二次改進(jìn)設(shè)計(jì)型，“ 7 ”表示機(jī)座號(hào)， 7 后面的 2 表示長(zhǎng)鐵芯（ 2 號(hào)表示長(zhǎng)鐵芯， 1 號(hào)表示短鐵芯）。 國產(chǎn)直流電機(jī)主要系列產(chǎn)品nZ2系列 一般用途 中小型 nZ和ZF系列 一般用途 大中型 電動(dòng)、發(fā)電nZT系列 恒功調(diào)速范圍廣 拖動(dòng)nZZJ系列 冶金起重nZQ系列 直流牽引nZH系列 船用nZA系列 防爆安全nZU系列 龍門刨床nZKJ系列 冶金、礦山挖掘機(jī)用直流電機(jī)額定值的計(jì)算n發(fā)電機(jī)n電動(dòng)機(jī)NNNIUP NNNNIUP 1.5 1.5 直流電機(jī)可逆性原理直流電機(jī)可逆性原理(a) 直流發(fā)電機(jī) (b)直流電動(dòng)機(jī)n一臺(tái)直流電機(jī)，既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行也可作電

12、動(dòng)一臺(tái)直流電機(jī)，既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行也可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行機(jī)運(yùn)行q結(jié)構(gòu)一樣結(jié)構(gòu)一樣q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q輸出電能為發(fā)電機(jī)，輸出機(jī)械能為電動(dòng)機(jī)輸出電能為發(fā)電機(jī)，輸出機(jī)械能為電動(dòng)機(jī)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)？(1) 直流電機(jī)的可逆性原理直流電機(jī)的可逆性原理n電網(wǎng)容量無限大 n網(wǎng)壓U=常數(shù) Ia n產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 n感應(yīng)電勢(shì) EU 輸出電能,電樞電流Ia n穩(wěn)定運(yùn)行01 dtdJTTem發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)n保持磁場(chǎng)不變，不計(jì)電機(jī)損耗 n減小機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩T1 轉(zhuǎn)速n下降 感應(yīng)電勢(shì)E減小 Ia減小/輸出電功率減小 電磁轉(zhuǎn)矩減小 n重新穩(wěn)

13、定后 T1=Tem ，達(dá)到新平衡 n結(jié)果q輸入機(jī)械功率減小q輸出電功率減小(2) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)(發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)）電動(dòng)機(jī)）調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)1 1（初始發(fā)電機(jī)狀態(tài)）（初始發(fā)電機(jī)狀態(tài)）n減小T1到 T1=0，達(dá)到新平衡后 q輸入機(jī)械功率0 q輸出電功率0 q感應(yīng)電勢(shì)EU q電機(jī)轉(zhuǎn)速n0 q電樞電流Ia0 n結(jié)果 q不將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能 q也不將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能 q稱為理想空載調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)2 2（達(dá)到理想空載狀態(tài)）（達(dá)到理想空載狀態(tài)）n在T1=0，再減小T1（T10) 轉(zhuǎn)速n下降 感應(yīng)電勢(shì)E減小(EU) Ia減小(Ia0)/輸出電功率減小(0) 電磁轉(zhuǎn)矩減小(0) q輸入機(jī)械功率 0 ，輸出機(jī)械能 q輸出電功率0

14、，從電網(wǎng)吸收電能 n結(jié)果：電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3 3（最終為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)）（最終為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)）n同理，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)也可以調(diào)節(jié)至發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)n一臺(tái)直流電機(jī)，既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行也可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行(3) 調(diào)節(jié)（電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)（電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)）問題：其他類型電機(jī)是否遵循可逆性原理？問題：其他類型電機(jī)是否遵循可逆性原理？2 2 直流電機(jī)繞組直流電機(jī)繞組 Winding of DC Machine Winding of DC Machinen直流繞組構(gòu)成 n直流繞組的術(shù)語n直流電機(jī)單疊繞組 n直流電機(jī)單波繞組n各種繞組的應(yīng)用范圍n繞組 q由一系列元件邊和端接線按一定規(guī)律排列構(gòu)成的感應(yīng)電勢(shì)和

15、產(chǎn)生電磁力的導(dǎo)體集合 n作用 q將導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)有效組織起來 q將電樞電流有效分布 n要求 q節(jié)省材料 q結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 q制造維護(hù)方便2.1 2.1 直流繞組的構(gòu)成直流繞組的構(gòu)成 DC Windings Structure(1) 繞組的要求繞組的要求 Requirement 環(huán)形電樞繞組eeeeeeeeeeeeee(2) 電樞繞組的演變電樞繞組的演變 Developmentn優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)q繞組不受極數(shù)的限制,即同樣的繞組可供不同極數(shù)的電機(jī)使用n缺點(diǎn)缺點(diǎn)q中空鐵心內(nèi)側(cè)導(dǎo)體無法切割磁極磁通（無磁通可切）以產(chǎn)生電勢(shì),即只有一半導(dǎo)體產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，浪費(fèi)材料且增加電樞電阻q須手工繞制,制造費(fèi)時(shí),且絕緣處理不易q使自感

16、及互感增大致?lián)Q向不良鼓形電樞繞組2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e2e 2e 2e 2e 2e 2e 2en優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)q導(dǎo)體利用率較環(huán)形環(huán)形繞組高q可采用成形的繞組,繞置容易及易于絕緣q自感及互感較環(huán)形環(huán)形繞組小,因此換向較環(huán)形環(huán)形繞組優(yōu)n缺點(diǎn)缺點(diǎn)q不能適用於不相同極數(shù)的電機(jī),有可能電動(dòng)勢(shì)方向或電磁力方向會(huì)相反而抵消一部分。n將兩根導(dǎo)體組成一個(gè)線圈 n將多個(gè)線圈通過換向片連接起來 n所有換向片組成換向器 n所有線圈組成繞組(3) 電樞繞組的構(gòu)成電樞繞組的構(gòu)成 Constructionn元件邊coil side：在電樞槽內(nèi)，感應(yīng)電勢(shì)和產(chǎn)生電磁力的導(dǎo)體n端接線end winding：聯(lián)接兩元件

17、邊的導(dǎo)體n元件coil：組成繞組的最小獨(dú)立部分，由兩個(gè)元件邊和端接線組成2.2 2.2 直流繞組的術(shù)語直流繞組的術(shù)語 Concepts Conceptsn槽數(shù) Qn虛槽數(shù)Qu= uQqu為每個(gè)槽上下層各有元件邊數(shù)q若每個(gè)槽上下層只有一個(gè)元件邊，則u=1n繞組元件數(shù)Sn換向片數(shù)K一般情況下，u=1則 Qu=K=S極距 第一節(jié)距 y1 第二節(jié)距 y2 合成節(jié)距 y 換向節(jié)距 yK 單波繞組元件 右行 pKyy1K左行pKyy1K右行pQ2整數(shù)21pQy單疊繞組元件 右行 左行 n第一節(jié)距y1q元件兩有效邊在電樞表面所跨的距離q盡量接近，必定為整數(shù)qy1= 整距繞組 常用qy1 長(zhǎng)距繞組 n第二節(jié)距

18、y2q相串聯(lián)的兩個(gè)元件中，第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊在電樞表面上所跨的距離n合成節(jié)距yq相串聯(lián)的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊在電樞表面所跨的距離q疊繞組 y=y1-y2q波繞組 y=y1+y2n換向（器）節(jié)距yKq在換向器表面上，同一個(gè)元件的出線端所接的 yK=y兩個(gè)換向片之間所跨的距離整數(shù)21pQyn單疊繞組：所有相鄰元件依次串聯(lián)，同時(shí)每個(gè)元件的出線端依次連接到相鄰的換向片上，最后形成一個(gè)閉合回路。ny=1，右行； y=-1，左行n所有元件電勢(shì)全部串聯(lián)成一環(huán)狀，由電刷分割n電刷放在(感應(yīng)電勢(shì)為零的元件上)幾何中心線上n支路為2p偶數(shù)，對(duì)稱1cyy2.3 直流電機(jī)單疊繞組 simplex lap

19、 winding116424uQyp第一節(jié)距y1合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk1Kyy214 13yyy 第二節(jié)距y2n畫出單疊繞組展開圖Developed winding diagram 某直流電機(jī)，極數(shù)2p=4，虛槽數(shù)Qu，元件數(shù)S，換向片數(shù)K均為16。(1) 畫槽畫槽(2) 放磁極放磁極(3) 畫換向片畫換向片(4) 連繞組連繞組(5) 電動(dòng)勢(shì)方向電動(dòng)勢(shì)方向(4) 放電刷放電刷4極電機(jī)，極電機(jī)，Qu=S=K=16 單疊右行整距繞組單疊右行整距繞組 并聯(lián)支路對(duì)數(shù)并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a=2=p 單疊繞組是把一個(gè)單疊繞組是把一個(gè)主極下的元件串聯(lián)主極下的元件串聯(lián)成一條支路并聯(lián)支成一條支路并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)路

20、數(shù)等于極數(shù) n單疊繞組展開圖n單疊繞組瞬間電路圖Next發(fā)電機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)1kyyn單疊繞組特點(diǎn)n單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即：q1）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，2a=2p。q2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)。q3）電樞電流等于各支路電流之和。n補(bǔ)充q為保證各支路電動(dòng)勢(shì)相等，不產(chǎn)生環(huán)流，可在電樞繞組中理論上點(diǎn)位相等的點(diǎn)用均壓線聯(lián)結(jié)n單波繞組：同一極性下對(duì)應(yīng)位置的所有元件串聯(lián)起來，直到沿電樞和換向器繞過一周后，恰好回到出發(fā)換向片的相鄰一片上；然后在從此換向片出發(fā)，繼續(xù)繞連，一

21、直到把全部元件連完，最后回到開始出發(fā)的換向片，構(gòu)成一個(gè)閉合電路為止。n單波繞組只有兩條并聯(lián)支路n-1為左行，+1為右行1KKyyp2.4 直流電機(jī)單波繞組simplex wave winding11514244uQyp第一節(jié)距y1合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yKK115172Kyyp21734yyy第二節(jié)距y211533244uQyp21743yyyn畫出單波繞組展開圖Developed winding diagram 某直流電機(jī)，極數(shù)2p=4，虛槽數(shù)Qu，元件數(shù)S，換向片數(shù)K均為15。3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512SNNS槽展開槽展開繞

22、組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷4極電機(jī)，Q=Qu=S=K=15 單波左行短整距繞組 并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a=1單波繞組是把所有處于相同極性下的元件都串聯(lián)起來構(gòu)成一條支路并聯(lián)支路數(shù)等于2 n單波繞組展開圖n單波繞組電路圖n單波繞組特點(diǎn)q1）同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為1，與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)；q2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動(dòng)勢(shì)最大；q3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；q4）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； q5）電樞電流等于兩條支路電流之和。n單疊繞組與單波繞組比較q并聯(lián)支路對(duì)數(shù)不同 q每條并聯(lián)支路所串聯(lián)的繞組不同 n小結(jié)q直流電機(jī)電樞繞組是無頭無

23、尾的閉合繞組； q直流電機(jī)電樞繞組至少有2條并聯(lián)支路。q單疊繞組 a = p即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于電機(jī)極對(duì)數(shù) q單波繞組 a = 1即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于1n另外q電刷放置的一般原則是確?？蛰d時(shí)通過正、負(fù)電刷引出的電動(dòng)勢(shì)最大，或者說，被電刷短路的元件中的電動(dòng)勢(shì)為零。 q對(duì)于端接對(duì)稱的元件，電刷放置在主極軸線下的換向片上。n除單疊、單波繞組外n復(fù)疊繞組：兩個(gè)單疊繞組互相間隔嵌入槽內(nèi)n復(fù)波繞組：兩個(gè)單波繞組互相間隔潛入槽內(nèi)n混合繞組：一個(gè)單疊和一個(gè)單波繞組（蛙型）n應(yīng)用q單波繞組支路最少，用于小容量電機(jī)和電壓較高或轉(zhuǎn)速較低的電機(jī)q復(fù)波繞組可用于多極數(shù)、低速的大中型電機(jī)q單疊繞組的支路數(shù)比波繞組多，主要

24、用于中等容量、正常電壓和轉(zhuǎn)速的電機(jī)q復(fù)疊繞組用于大容量或低壓、大電流的電機(jī)q蛙型繞組常用在轉(zhuǎn)速較高、換向困難的大型直流電機(jī)2.5 各種繞組的應(yīng)用范圍 Application Field3 3 直流電機(jī)磁場(chǎng)直流電機(jī)磁場(chǎng) Magnetic Field of DC MachineMagnetic Field of DC Machinen直流電機(jī)勵(lì)磁方式 n直流電機(jī)空載磁場(chǎng)n直流電機(jī)負(fù)載磁場(chǎng)(電樞反應(yīng)) n他勵(lì)式 seprately excited：勵(lì)磁繞組與電樞繞組無關(guān)n自勵(lì)式 self excited： q并勵(lì) shunt excited：勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián) n電動(dòng)機(jī)： n發(fā)電機(jī)： q串勵(lì)se

25、ries excited：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián) q復(fù)勵(lì)compound excited：兼有串勵(lì)和并勵(lì)繞組afafIIIIIIfaIII3.1 3.1 直流電機(jī)勵(lì)磁方式直流電機(jī)勵(lì)磁方式 Exciting Type Exciting Typen空載空載q輸出功率為零輸出功率為零q有損耗存在，電樞電流有損耗存在，電樞電流0 0 n理想空載理想空載q電樞電流為零電樞電流為零 且且 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速0 0q機(jī)械能不轉(zhuǎn)換成電能機(jī)械能不轉(zhuǎn)換成電能q電能也不轉(zhuǎn)換成機(jī)械能電能也不轉(zhuǎn)換成機(jī)械能q電機(jī)中的磁場(chǎng)完全由主極繞組產(chǎn)生電機(jī)中的磁場(chǎng)完全由主極繞組產(chǎn)生3.2 3.2 直流電機(jī)空載氣隙磁場(chǎng)直流電機(jī)空載氣隙磁場(chǎng) Mag

26、netic Field with No-load Magnetic Field with No-load (1) 空載空載 No-load(2)直流電機(jī)空載磁場(chǎng)分布直流電機(jī)空載磁場(chǎng)分布 Magnetic Field with No-loadn勵(lì)磁繞組通直流電產(chǎn)生的磁場(chǎng)n空載時(shí)電機(jī)中的磁場(chǎng)分布對(duì)稱 n主磁通 漏磁通n主極磁場(chǎng)根據(jù)磁力線通路（磁路）差異區(qū)分q主磁通 ：通過氣隙，并形成氣隙磁場(chǎng)（主磁場(chǎng)），同時(shí)交鏈勵(lì)磁繞組和電樞繞組q主極漏磁通f ：不通過氣隙的磁通，不產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)n主磁路q主磁通在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體(電樞繞組)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)n主極漏磁路q漏磁通不產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，可能引起主極鐵心飽和，增大磁路磁阻

27、n假設(shè)q鐵磁材料q不計(jì)齒槽影響n則IdlHffxxINH22ffxxINB0 xffxINB0(3) 空載氣隙磁密空載氣隙磁密 Magnetic flux density with No-load僧帽形空載時(shí)直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)n結(jié)構(gòu)q感應(yīng)電勢(shì)導(dǎo)體沿鐵心軸向分布q磁力線徑向分布q運(yùn)動(dòng)方向：轉(zhuǎn)子圓周切線方向qB、l、v三者正交 n運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì) n載流導(dǎo)體產(chǎn)生電磁力lvBexx liBfxx (4) 導(dǎo)體空載感應(yīng)電勢(shì)及電磁力導(dǎo)體空載感應(yīng)電勢(shì)及電磁力 EMF with No-loadfNI0fF0fINIfIA0N0氣隙線(5) 直流電機(jī)空載磁化特性直流電機(jī)空載磁化特性Magnetization w

28、ith No-load3.3 3.3 直流電機(jī)負(fù)載氣隙磁場(chǎng)直流電機(jī)負(fù)載氣隙磁場(chǎng) Magntic Field with Load Magntic Field with Load(1) 電刷位于幾何中性線時(shí)電樞繞組磁動(dòng)勢(shì)電刷位于幾何中性線時(shí)電樞繞組磁動(dòng)勢(shì)n以o為原點(diǎn)n以（x，-x）構(gòu)成閉合磁路n則x處磁動(dòng)勢(shì)大小n則x處磁密大小n主磁極正下方氣隙均勻 BFn幾何中性線附近氣隙很大 B很小2aaxaiNiFHxD00axaaxaFNiBHxD馬鞍形電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線n電機(jī)負(fù)載時(shí)，氣隙磁場(chǎng)由主極磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)共同建立n當(dāng)

29、電刷不在幾何中性線上q電刷從幾何中性線偏移角，電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也隨之移動(dòng)角q電樞磁動(dòng)勢(shì)可以分解為兩個(gè)垂直分量：n交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Faqn直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Fad(2) 電刷偏離幾何中性線時(shí)電樞繞組磁動(dòng)勢(shì)電刷偏離幾何中性線時(shí)電樞繞組磁動(dòng)勢(shì)n交軸磁勢(shì)Faq：磁勢(shì)與電刷軸線重合n直軸磁勢(shì)Fad：磁勢(shì)與磁極軸線重合n電樞反應(yīng)：當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，負(fù)載后電樞中有電樞電流，氣隙中磁場(chǎng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。n交軸電樞磁勢(shì)交軸電樞反應(yīng)n直軸電樞磁勢(shì)直軸電樞反應(yīng)(3) 直流電機(jī)電樞反應(yīng)直流電機(jī)電樞反應(yīng) Armature Rea

30、ction of DC Machine電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)direct-axis armature reactionn交軸電樞磁勢(shì)對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)的影響q磁場(chǎng)畸變n半個(gè)磁極內(nèi)助磁n半個(gè)磁極內(nèi)去磁n物理中性線發(fā)生偏移q發(fā)電機(jī) 順著電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向偏移角q電動(dòng)機(jī) 逆著電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向偏移角q磁通變化n不飽和時(shí)，每極磁通不變n飽和時(shí)，每極磁通略有減少n直軸電樞磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響q與主極磁勢(shì)平行q去磁 或 助磁直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng) direct-axis armature reaction(4) 直流電機(jī)

31、電樞反應(yīng)小結(jié)直流電機(jī)電樞反應(yīng)小結(jié)n當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)q使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 n空載時(shí)電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。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角，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。q對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用n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，每極下的磁通量與空載時(shí)相同。n 飽和時(shí)，每極磁通略有減少n電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)可用下列表格說明電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁電動(dòng)機(jī)交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁FfFaFfFann切換到發(fā)電機(jī)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)狀狀態(tài)態(tài)SNSNFaFa電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)交軸和直軸

32、去磁交軸和直軸助磁電動(dòng)機(jī)交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁FfFaFfFa切換到電動(dòng)機(jī)nn發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)狀狀態(tài)態(tài)n電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)可用下列表格說明SNSNFaFa4 4 直流電機(jī)基本方程直流電機(jī)基本方程 Equations of DC MachineEquations of DC Machinen直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩方程n直流電機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程n直流電機(jī)電壓電流方程 n直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩功率方程4.1 4.1 直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩方程直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩方程Induction EMF & Electromagntic TorqueInduction EMF &am

33、p; Electromagntic Torquen導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)n導(dǎo)體電磁力vlBexxilBfxx氣隙磁場(chǎng)分布和導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電磁力計(jì)算aaNxxNxxaBvlvlBE11vlBexxaNNa2設(shè)電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)為N，有2a條并聯(lián)支路導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)每條支路串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)支路感應(yīng)電勢(shì)導(dǎo)體切割磁場(chǎng)速度pnv260(1) 直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)llldxBdxBNBBxxaNxxava001定義平均磁密1()60aNaxaavxpNEl vBl vNBna電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)nCnapNEea60其中稱為直流電機(jī)的電勢(shì)常數(shù)apNCe60設(shè)電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)為N，有2a條并聯(lián)支路電

34、樞繞組總電流為Ia，電樞外徑為Da一根導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力每條支路電流一根導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩liBfxx aIia2xaaxaxxBaIlpDliBDfT22222(2) 直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩llldxBdxBNBBxxaNxxava001定義平均磁密電樞繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩NxxaNxxemBaIlpTT112222222aemavaIppNTlN BIaa apNCT2直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩其中稱為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)aTaemICIapNT2apNCT2電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩常數(shù)aTaemICIapNT2感應(yīng)電勢(shì)nCnapNEea60電勢(shì)常數(shù)apNCe60(3) 直流電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩直

35、流電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩55.9260602apNapNCCeT轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系602 nTeaCapNapNnapNnCE22606060(4) 直流電機(jī)電勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系直流電機(jī)電勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系4.2 4.2 直流電機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程直流電機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程Motion Equation of DC MachineMotion Equation of DC Machine1emdTTJdt2emdTTJdt4.3 4.3 直流電機(jī)電壓電流方程直流電機(jī)電壓電流方程Voltage & Current Equation of DC MachineVoltage & C

36、urrent Equation of DC Machine發(fā)電機(jī)參考定向電動(dòng)機(jī)參考定向(1) 參考定向參考定向 reference directionUfafaIIIIII發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)：電流方程電壓方程22aaabaaaaaabaaaUEI RUEIRUEI RUEIR 電動(dòng)機(jī)：發(fā)電機(jī)：(2) 并勵(lì)直流電機(jī)電壓、電流方程并勵(lì)直流電機(jī)電壓、電流方程aaeaaUEI RC nI RffafUI RIII為電樞回路總電阻為勵(lì)磁回路總電阻為電刷接觸壓降baaajfjb2 URRIRRRURaRfRj22afffaaabaaabIIUI REUI RUEUI RU ，發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)：(3) 他勵(lì)直流電

37、機(jī)電壓、電流方程他勵(lì)直流電機(jī)電壓、電流方程faIIIaaabffaaaRIEURIRIEU2電流方程電動(dòng)機(jī)電壓方程(4) 串勵(lì)直流電機(jī)電壓、電流方程串勵(lì)直流電機(jī)電壓、電流方程4.4 4.4 直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩功率方程直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩功率方程Torque & Power Equation of DC Machinen通過氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的功率()TaCI(1) 電磁功率電磁功率 electromagnetic power()eaCn I()TaCI=Pem= EaIa Tem0201TTTTTTemem電動(dòng)機(jī)：發(fā)電機(jī)：(2) 轉(zhuǎn)矩平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程 torque equation (a)

38、 電動(dòng)機(jī) (b)發(fā)電機(jī)n銅耗n鐵耗n機(jī)械損耗n雜散（附加）損耗 2cuaaapI R2cabpIUFepp摩擦損耗通風(fēng)損耗p(3) 損耗損耗 loss0p空載損耗n發(fā)電機(jī)n電動(dòng)機(jī)102emFeememcuacufPPppPpPPpp120emcuacufemFeemPPppPPppPp(4) 功率平衡方程功率平衡方程 power equation(5) 并勵(lì)直流電機(jī)的功率流程圖并勵(lì)直流電機(jī)的功率流程圖power float chart of shunt excited DC Machinea) 電動(dòng)機(jī)b)發(fā)電機(jī)【例】一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：額定功率25kW，額定電壓230V，額

39、定轉(zhuǎn)速1455r/min，勵(lì)磁電阻130，電樞電阻0.15；帶額定負(fù)載時(shí)雜散損耗為3.8PN，鐵耗582W，機(jī)械損耗305W，求發(fā)電機(jī)額定負(fù)載時(shí)： （1）電磁功率與電磁轉(zhuǎn)矩； （2）輸入功率； （3）效率。（1）解：解： A77. 1RUIfNNfN W28.407RIpfN2fNcuf 21831.54cuaaNapIRW A7 .108UPINNN 110.47aNNfNIIIA 186.21%NPP 27.24emNcufcuaPPppkW 9.55178.2emememNNPPTN mn kW08.291admecFeempppPP （2）輸入功率：）輸入功率：（3）效率：）效率：5

40、5 直流電機(jī)運(yùn)行特性直流電機(jī)運(yùn)行特性 Operation Characteristics of DC Machine Operation Characteristics of DC Machine n直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性 n直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性q機(jī)械特性 speed-torque characteristicsq工作特性 operation characteristics, ,fU II n發(fā)電機(jī)參數(shù)：0()()()()fffUf IUf InCUf IIf I空載特性：負(fù)載特性：外特性：調(diào)整特性：5.1 5.1 直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性 operation characteristi

41、cs of DC generator5 5 直流電機(jī)運(yùn)行特性直流電機(jī)運(yùn)行特性0)(0IcnIfUf00eEnUC0fIHFB (1) 他勵(lì)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)空載特性直流發(fā)電機(jī)空載特性 no-load charateristic of seprately excited DC generator自勵(lì)產(chǎn)生過程(2) 并勵(lì)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì) self-exciting of shunt excited DC generatorNnn剩磁0rE剩磁電動(dòng)勢(shì)01fI勵(lì)磁電流01E02fI.0U穩(wěn)定電壓加強(qiáng)磁場(chǎng)n自勵(lì)條件q氣隙中有剩磁存在q勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與剩磁 方向相同q勵(lì)磁回路總電阻 小于臨界電

42、阻n不同轉(zhuǎn)速的臨界電阻轉(zhuǎn)速大小空載特性曲線臨界電阻線勵(lì)磁電阻條件cIcnIfUf)(0100%NNNUUuU(3) 負(fù)載運(yùn)行端電壓特性負(fù)載運(yùn)行端電壓特性外特性外特性 Voltage - Current characteristiceaaUCnI R 電壓調(diào)整率注意：他勵(lì)在額定勵(lì)磁時(shí)不可短路性能指標(biāo)性能指標(biāo)分析：曲線下降原因？分析：曲線下降原因？ 00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.051234TimesIfA00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050100200300400TimesIaA他

43、勵(lì)發(fā)電機(jī)短路0102030405060708090100050100150200250300IAUVn他勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性特點(diǎn)：q比水平線略微下降的直線q額定勵(lì)磁下短路，短路電流很大n并勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性特點(diǎn)：q負(fù)載電流增大，端電壓下降較快q有拐彎現(xiàn)象q穩(wěn)態(tài)短路（端電壓為0），短路電流不大n串勵(lì)一般不做發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)外特性特點(diǎn)n復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性q一般采用積復(fù)勵(lì)q并勵(lì)占主要作用q串勵(lì)補(bǔ)償n電樞反應(yīng)的去磁作用n電樞回路的電阻壓降 平復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī) 當(dāng) I = IN 時(shí)的 UN = U0 。 過復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī) 當(dāng) I = IN 時(shí)的 UNU0 。 欠復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī) 當(dāng) I = IN 時(shí)的 UN U0 。發(fā)電機(jī)外特性比較發(fā)

44、電機(jī)外特性比較他勵(lì)他勵(lì)并勵(lì)并勵(lì)過復(fù)勵(lì)過復(fù)勵(lì)I(lǐng)N平復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì)欠復(fù)勵(lì)欠復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)OI U UN n表明n=C，負(fù)載變化時(shí)，如何調(diào)節(jié)勵(lì)磁以保持U=CcUcnIfIf)(4) 調(diào)整特性調(diào)整特性 adjustment characteristic IaeIRICU fIn直流發(fā)電機(jī)的效率q小型直流發(fā)電機(jī)額定效率q大中型直流發(fā)電機(jī)額定效率70% 90%N91% 96%Nn機(jī)械特性（轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性）n工作特性固有機(jī)械特性人為機(jī)械特性并、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性222()()()emnf PTf Pf P轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)矩特性效率特性并他勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性5.2

45、5.2 直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性()eaasUCnIRRTaTCITnTCCRRCUn02eTsae 1）直流他勵(lì)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性speed-torque characteristics of separately excited & shunt excited DC motor硬特性(1) 機(jī)械特性機(jī)械特性(轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性) speed-torque characteristics理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速考慮電樞反應(yīng)去磁的機(jī)械特性n固有特性（自然特性）Natural characteristicq 電壓為額定電壓q 磁通為額定磁通q 電樞電路只有繞組電阻

46、n人為特性 Artificial characteristicq 通過人為改變電機(jī)運(yùn)行條件形成的機(jī)械特性n改變電樞回路電阻n改變電樞電壓n改變磁通20aeTeRUnTCC CnT20TesaeCCRRCUn固有機(jī)械特性繪制n已知銘牌數(shù)據(jù)：n繪制固有特性：確定兩點(diǎn)n如何求n如何求n如何求n如何求n如何求 ,NNNNP UIn0(,),(0,)NNTnTn0n00,2|NNasNTU UeTeeNRRUUnTCC CCeNC aNeNNECnaNE(0.93 0.97)aNNEU根據(jù)經(jīng)驗(yàn)aNNNaeNNNEUI RCnnaRaR根據(jù)所選電機(jī)實(shí)測(cè)212()()23NNaNNUPRII根據(jù)經(jīng)驗(yàn)9.55

47、NTNNeNNTCICINTA 改變電樞電阻的機(jī)械特性：NNUUsaRRCn0TCCRRCUneTsae20n0LTnT1saRR aR2saRR 3saRR 3s2s1sRRR 1U2U3U4U02n03n04n(armature voltage)C改變勵(lì)磁的機(jī)械特性N NUU 2aseTeRRUnTCC C0RS (main flux)2）直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性speed-torque characteristics of series excited DC motor2aemeeTRUnTCC C注意：不能輕載或空載軟特性aKI 假設(shè)121()TaaeememC KUnURCC RC

48、KTT關(guān)閉打開1211,TeeCCCCKC KememaTTaTTICC KI固有特性（自然特性）n當(dāng)Ia或T較大時(shí)，磁路飽和，機(jī)械特性接近于直線n當(dāng)Ia較小，磁通很小，機(jī)械 特性在固有特性上方，Ia過小時(shí)會(huì)造成飛車 2aeTeRUnTCC CfffaK IK I 2aeaTeaRUnTC IC C I2TaTaTCIC I,eeTTCKC CKCaTTICTaeeCRUnCCTA降低電源電壓人為特性n調(diào)壓器調(diào)壓n通過串并聯(lián)連接方式改變來實(shí)現(xiàn)串勵(lì)電機(jī)降電壓121()TaaeememC KUnURCC RC KTTB串電阻人為特性121()()TatateememC KUnURRCC RRC K

49、TTC勵(lì)磁繞組并分路繞組fBBafRRRIIn不并聯(lián)RB，Ia=Ifn并聯(lián)RB時(shí)，n勵(lì)磁減弱，機(jī)械特性應(yīng)在固有機(jī)械特性之上n不并聯(lián)RB，Ia=Ifn并聯(lián)RB，If=Ia+IB，磁通增長(zhǎng)，則機(jī)械特性應(yīng)在固有特性下方n另外，由于Rt上附加壓降，電樞電壓降低，轉(zhuǎn)速大大降低n可能進(jìn)入第二象限，當(dāng)理想空載轉(zhuǎn)速時(shí)，有U=Ea，Ia=0，但I(xiàn)B不為0，且eaeeBBCECUCRIn0D電樞并分路電阻n1固有機(jī)械特性n人為機(jī)械特性 q2 降壓人為機(jī)械特性 q3串R人為機(jī)械特性q4 勵(lì)磁繞組并分路繞組人為機(jī)械特性 q5 電樞并分路電阻人為機(jī)械特性n%并勵(lì)電機(jī)機(jī)械特性qCe = p*N/60/a;qCt = p*

50、N*2/pi/a;qn=U/Ce/phi-Ra*Te/Ce/Ct/phi2;qsubplot(2,1,1)qplot(Te,n,k)qxlabel(Te(Nm)qylabel(n(r/min)qtitle(并勵(lì))qhold onn%串勵(lì)電機(jī)機(jī)械特性qC1=1/Ce*(Ct/K)0.5;qC2=1/Ce/K;qn=C1*U*(Te+0.000001).(-0.5)-C2*Ra;qsubplot(2,1,2)qplot(Te,n,b)qylabel(n(r/min)qtitle(串勵(lì))qxlabel(Te(Nm)qhold onqaxis(0,5,0,60000)n%電機(jī)基本數(shù)據(jù)qU=220;Ra

51、=0.17;p=2;N=398;a=1;phi=0.0103;K=0.0013;n%電磁轉(zhuǎn)矩變化范圍qTe=0:0.01:5;3）用Matlab繪制直流電機(jī)機(jī)械特性drawing characteristic curve with Matlab00.511.522.533.544.551608.516091609.51610Te(Nm)n(r/min)并 勵(lì) 或 他 勵(lì) 直 流 電 機(jī) 機(jī) 械 特 性00.511.522.533.544.550246x 104Te(Nm)n(r/min)串 勵(lì) 直 流 電 機(jī) 機(jī) 械 特 性并勵(lì)串勵(lì)222()()()()()()aememaanf Pnf IT

52、f PTf If Pf I轉(zhuǎn)速特性或轉(zhuǎn)矩特性或效率特性或2,()NemffNUUn Tf PII（2）直流電動(dòng)機(jī)工作特性）直流電動(dòng)機(jī)工作特性 Operation Characteristics of DC motor1）直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性aaeeRUnICCemTaTCI12121()FemeccufaaabafpPpppI RIUU II 20FemeccufaaadpppI RdINNnnnn0注意：勵(lì)磁繞組不可斷開2）直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性2aeeaTaTaECnC nITCIC I ()faII aaaafUEI RI RafeaeRRUnC IC1/4-100%NNnnnn

53、3）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性1 1并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 2 2并勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 3 3串勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 4 4串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 5 5差復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)差復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)速率特性比較速率特性比較以并勵(lì)為主的積復(fù)勵(lì)以并勵(lì)為主的積復(fù)勵(lì)：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增加時(shí)，電樞電流增大（電樞反應(yīng)去磁作用增強(qiáng)），串勵(lì)磁勢(shì)增加，使主磁通增大。使電磁轉(zhuǎn)矩很快的增大以克服突然增大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；使反電勢(shì)很快的增大以減小電樞電流的沖擊值。 當(dāng)電樞反應(yīng)去磁作用很強(qiáng)時(shí)，仍能使電機(jī)有下降的機(jī)械特性，保持其穩(wěn)定運(yùn)行。6.1 6.1 換向換向過程過程 Commutation ProcessCommut

54、ation Process（假設(shè)電刷寬度等于換向片寬度）6 6 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 Commutation of DC MachineCommutation of DC Machinen電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，被電刷短路的元件從短路開始到短路結(jié)束， 從一條支路轉(zhuǎn)換到另一條支路， 電流改變了方向。n 換向元件中電流的這種變化過程，稱為換向過程n 從換向開始到換向結(jié)束所需時(shí)間，稱為換向周期（1）直線換向）直線換向但是換向過程中， 不可能沒有電勢(shì)！t+ia-iain如果換向元件中電勢(shì)為零， 則在被電刷短路的閉合回路中不會(huì)有環(huán)流。n 換向元件中的電流由電刷與相鄰兩換向片的接觸面積決定。變化曲線時(shí)一條直線

55、， 稱為直線換向。 （2） 換向元件中的感應(yīng)電勢(shì)換向元件中的感應(yīng)電勢(shì)電抗電勢(shì)erdtdiLerrLr：換向元件的電抗系數(shù)， 包括自感和互感er的平均值：karrrTiLtiLe2設(shè)電刷寬度bs等于換向片寬度bk， 換向片數(shù)為K， /60 /60skakkkabbDKTvvDnK n換向周期Tk：n換向元件中由于換向電流的變化所引起的自感電勢(shì)和互感電勢(shì)之和，稱為電抗電勢(shì)。nITieakarn電抗電勢(shì)的特點(diǎn)n電機(jī)負(fù)載越重或轉(zhuǎn)速越高， 電抗電勢(shì)越大。 n電抗電勢(shì)的方向阻止換向電流的變化， 因此er的方向必與換向前的元件電流ia的方向一致。旋轉(zhuǎn)電勢(shì)n換向元件所處的幾何中線處，主磁場(chǎng)幾乎為零；n電樞反應(yīng)

56、磁勢(shì)所產(chǎn)生的磁通a正好穿過換向元件。n電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)， 換向元件切割a 所生電勢(shì)ea稱為旋轉(zhuǎn)電勢(shì)。n設(shè)換向元件匝數(shù)為Na，電樞反應(yīng)磁勢(shì)在換向元件處所生的磁密為Ba， 則ea的平均值aaaaeBNl v nIeaan旋轉(zhuǎn)電勢(shì)的特點(diǎn)n特點(diǎn)q（1） ， 負(fù)載越重或者轉(zhuǎn)速越高， 旋轉(zhuǎn)電勢(shì)也越大。q（2） 據(jù)右手定則， ea的方向總是與換向前元件中的電流方向相同， ea與er 方向一致，也阻礙換向ti（3）電刷下產(chǎn)生火花的電磁原因）電刷下產(chǎn)生火花的電磁原因0raeeeReeReiraki kn換向元件中存在兩個(gè)方向相同的電勢(shì)er和ea,合成電勢(shì)：n合成電勢(shì)在換向元件閉合回路中產(chǎn)生的環(huán)流： n由閉合轉(zhuǎn)為斷開時(shí)

57、，由ik建立的電磁能量以火花的形式釋放出來。換向過程的原因：換向過程的原因： 在電刷與換向片間產(chǎn)生火花。有電磁、機(jī)械、電化學(xué)、電熱等方面的原因。 環(huán)流能量釋放延遲換向和超越換向n延遲換向和超越換向相對(duì)于直線理想換向而言ne=0，即旋轉(zhuǎn)電勢(shì)恰好補(bǔ)償電抗電勢(shì)為直線換向q換向電流i的變化是一直線，均勻變化，是理想的換向情況ne 0，產(chǎn)生附加換向電流 q如e0，則傾向于保持原來的電流方向，則半個(gè)換向周期后，電流未下降至零，前刷邊（換向器滑入邊）電流密度減小，而后刷邊（換向器滑出邊） 電流密度增大。q如e 起起動(dòng)動(dòng)： T,nba 21RKM 通通，cb n,TTTL1dc a2RKM 通通， n,TTT

58、L1ed gfe相相等等、注注意意：每每級(jí)級(jí)21TTq分級(jí)起動(dòng)過程分級(jí)起動(dòng)過程O Ia nn0 IL I1 I2 M7.2 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速(1)(1)調(diào)速定義調(diào)速定義根據(jù)工作機(jī)械的要求人為改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)工作機(jī)械的要求人為改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 (2)(2)調(diào)速系統(tǒng)分類調(diào)速系統(tǒng)分類n速度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)（控制的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)（控制的要求要求） n有級(jí)調(diào)速與無級(jí)調(diào)速（調(diào)速的有級(jí)調(diào)速與無級(jí)調(diào)速（調(diào)速的平滑性平滑性）n向上調(diào)速和向下調(diào)速（調(diào)速的向上調(diào)速和向下調(diào)速（調(diào)速的方向性方向性）n恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速（適

59、應(yīng)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速（適應(yīng)負(fù)載要求負(fù)載要求）7.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速相關(guān)問題分析：分析：TCCRCUneTae2 (3)(3)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法n1)改變電樞電壓調(diào)速改變電樞電壓調(diào)速 n2)電樞電路串附加電阻調(diào)速電樞電路串附加電阻調(diào)速 n3)改變勵(lì)磁調(diào)速改變勵(lì)磁調(diào)速改變電樞電壓調(diào)速0SNR，NUU TCCRRCUnTesaer201n0LTnT4321UUUU 1U2U3U4U02n03n04n(1)(1)改變電樞電壓調(diào)速機(jī)械特性改變電樞電壓調(diào)速機(jī)械特性7.2.2 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法1 1）固有特性之下調(diào)速）固有特性之下調(diào)速2 2）特性硬，穩(wěn)定性好）特性硬，穩(wěn)定性好

60、0 n n0 T TL n1 n2 n3 U=UN U=U1UNU=U2U1 (2)(2)改變電源電壓調(diào)速過程改變電源電壓調(diào)速過程(3)(3)改變電源電壓調(diào)速改變電源電壓調(diào)速方法特點(diǎn)方法特點(diǎn)n1）調(diào)速只能在固有特性之下。n2）人為特性硬度大，穩(wěn)定性好。 n3）可以調(diào)節(jié)至較低轉(zhuǎn)速，調(diào)速范圍大。 n4）調(diào)節(jié)平滑，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。 n5）需要專用的調(diào)壓設(shè)備。 U1U2U平滑變化n平滑調(diào)節(jié)n1n2n旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組q交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成的系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)。q可獲得可調(diào)直流電壓，為早期調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。q高速性能好，可無級(jí)大范圍調(diào)速，但系統(tǒng)復(fù)雜、效率低、維護(hù)成本高，且系統(tǒng)體積大、噪音大?，F(xiàn)在極少使用。(4)(4)改變電樞電壓的主要方法改變電樞電壓的主