直流電機(jī)電機(jī)學(xué)上海工程技術(shù)大學(xué)(教學(xué)課件)

1、第第3 3章章 直流電機(jī)直流電機(jī) 本章主要分析直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論本章主要分析直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機(jī)的磁場(chǎng)分布、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)分布、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、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(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作特性運(yùn)行特性。機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作特性運(yùn)行特性。3.1 直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)3.2 直流電樞繞組直流電樞繞組3.3 空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)3.4 電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

2、和電磁轉(zhuǎn)矩3.5 直流電機(jī)的基本方程直流電機(jī)的基本方程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)直流電機(jī) 實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和直流電能相互轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和直流電能相互轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置。電磁機(jī)械裝置。 把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能的電機(jī)是直流發(fā)電機(jī)；反把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能的電機(jī)是直流發(fā)電機(jī)；反之，則為直流電動(dòng)機(jī)。之，則為直流電動(dòng)機(jī)。 直流電機(jī)的用途直流電機(jī)的用途l直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)w 特點(diǎn)特點(diǎn) 調(diào)速范圍寬，易于平滑調(diào)節(jié)調(diào)速范圍寬，易于平滑調(diào)節(jié) 過(guò)載、起動(dòng)、制動(dòng)

3、轉(zhuǎn)矩大過(guò)載、起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 易于控制，可靠性高易于控制，可靠性高 調(diào)速時(shí)能量損失較小調(diào)速時(shí)能量損失較小w 應(yīng)用于對(duì)調(diào)速要求高的場(chǎng)所：軋鋼機(jī)、艦船推進(jìn)、造應(yīng)用于對(duì)調(diào)速要求高的場(chǎng)所：軋鋼機(jī)、艦船推進(jìn)、造紙、挖掘機(jī)等。紙、挖掘機(jī)等。l直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)w 給直流電動(dòng)機(jī)、電解、電鍍、冶煉、充電、交流發(fā)電給直流電動(dòng)機(jī)、電解、電鍍、冶煉、充電、交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁等供電的直流電源。機(jī)勵(lì)磁等供電的直流電源。w主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn) 換向困難，使容量受到限制。換向困難，使容量受到限制。 有換向器，費(fèi)工費(fèi)料、造價(jià)昂貴，需有換向器，費(fèi)工費(fèi)料、造價(jià)昂貴，需要經(jīng)常維護(hù)，壽命較短。要經(jīng)常維護(hù)，壽命較短。 可靠性差?？煽啃圆?。

4、對(duì)環(huán)境要求高。對(duì)環(huán)境要求高。3.1 3.1 直流電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)1 1、直流電機(jī)的工作原理、直流電機(jī)的工作原理 直流電機(jī)的構(gòu)成直流電機(jī)的構(gòu)成右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N、S為定子磁極，為定子磁極，abcd是固定是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱(chēng)為電機(jī)線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱(chēng)為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過(guò)放線圈與外電路的連接是通過(guò)放置在

5、換向片上固定不動(dòng)的電刷置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。進(jìn)行的。 直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理 此時(shí)，導(dǎo)體此時(shí)，導(dǎo)體ab在在N極下，極下，a點(diǎn)高電位，點(diǎn)高電位，b點(diǎn)低電位（右點(diǎn)低電位（右手定則）手定則） ；導(dǎo)體；導(dǎo)體cd在在S極下，極下，c點(diǎn)高電位，點(diǎn)高電位，d點(diǎn)低電位；電點(diǎn)低電位；電刷刷A極性為正，電刷極性為正，電刷B極性為負(fù)。極性為負(fù)。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 因此電刷因此電刷A的極性總是正的，電刷的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，的極性總是負(fù)的，在電刷在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。 實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)線圈。實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是

6、根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)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(lái)，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是需要接起來(lái)，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是需要N、S極交極交替且成對(duì)。替且成對(duì)。 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 1801800 0 后后 ，如右，如右圖。圖。 導(dǎo)體導(dǎo)體ab在在S極下，極下，a點(diǎn)低位，點(diǎn)低位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cd在在N極下，極下，c點(diǎn)低電位，點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電點(diǎn)高電位；電刷刷A極性仍為正，極性仍為正，電刷電刷B極性仍為負(fù)。極性仍為負(fù)。BlvBe導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)直流

7、發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)是帶換向器直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)是帶換向器的交流發(fā)電機(jī)的交流發(fā)電機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)工作原理 把電刷把電刷A、B接到直流接到直流電源上，電刷電源上，電刷A接正極，電接正極，電刷刷B接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過(guò)。如右圖。中將電流流過(guò)。如右圖。 在磁場(chǎng)作用下，在磁場(chǎng)作用下，N極性極性下導(dǎo)體下導(dǎo)體ab受力方向從右向左受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cd受力方向從受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)左向右。該電磁力形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí)位置時(shí),

8、 ,原原N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體 ab ab 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到到 S 極下，受力方向從左向極下，受力方向從左向右，原右，原S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cdcd轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到N極極下，受力方向從右向左。該電下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)磁力形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針?lè)较虼呸D(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。直流發(fā)電機(jī)工作原理：直流發(fā)電機(jī)工作原理： 勵(lì)磁繞組通入直流電流產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，繼而產(chǎn)生主勵(lì)磁繞組通入直流電流產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，繼而產(chǎn)生主磁場(chǎng)。電樞繞組切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于換磁場(chǎng)。電樞繞組切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于換向器的

9、作用將元件內(nèi)的交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷間的直向器的作用將元件內(nèi)的交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)流電動(dòng)勢(shì), ,經(jīng)電刷將直流電輸出。經(jīng)電刷將直流電輸出。 直流電動(dòng)機(jī)工作原理：直流電動(dòng)機(jī)工作原理： 勵(lì)磁繞組通入直流電流產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，繼而產(chǎn)生主磁勵(lì)磁繞組通入直流電流產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，繼而產(chǎn)生主磁場(chǎng)。由于換向器的作用保證同一磁極下元件邊內(nèi)的電流場(chǎng)。由于換向器的作用保證同一磁極下元件邊內(nèi)的電流方向始終一致，電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生方向不變的電磁轉(zhuǎn)方向始終一致，電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩使直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。矩使直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。 2. 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子 電樞鐵心電樞鐵

10、心 電樞繞組電樞繞組電樞鐵心沖片電樞鐵心沖片 (0.5mm厚厚) （硅鋼片）（硅鋼片）涂絕緣漆沖涂絕緣漆沖片疊壓而成片疊壓而成軸向通風(fēng)孔軸向通風(fēng)孔直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)1換向極鐵心換向極鐵心2換向極繞組換向極繞組3主極鐵心主極鐵心4勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組5電樞齒電樞齒6電樞鐵心電樞鐵心7換向器換向器8電刷電刷9電樞繞組電樞繞組10機(jī)座機(jī)座11底腳底腳直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)換向器結(jié)構(gòu)換向器結(jié)構(gòu)1換向片；換向片；2墊圈墊圈3絕緣層；絕緣層；4套筒套筒安裝在機(jī)座上的主極安裝在機(jī)座上的主極 1極身；極身；2極靴；極靴；3勵(lì)磁繞組；勵(lì)磁繞組；4絕緣板；絕緣板；5機(jī)座機(jī)座主磁極主磁極

11、 構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵(lì)磁構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組。繞組。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。用厚鋼板彎成筒形焊成或鑄鋼件制成。作用：建立主磁場(chǎng)。作用：建立主磁場(chǎng)。作用：作用：1 1、主磁路的一部分；、主磁路的一部分；2 2、電機(jī)的結(jié)構(gòu)框架、電機(jī)的結(jié)構(gòu)框架。電樞鐵心電樞鐵心作用：作用：1 1、主磁路的一部分；、主磁路的一部分；2 2、電樞繞組的支撐部件。、電樞繞組的支撐部件。 構(gòu)成：一般用厚構(gòu)成：一般用厚0.5且沖有齒、槽且沖有齒、槽硅鋼片疊壓硅鋼片疊壓 而成而成電樞繞組電樞繞組作用：直流電機(jī)的電路部分。作用：直流電機(jī)的電路部分。 構(gòu)成：用絕緣的圓形

12、或矩形截面的導(dǎo)線繞成，上下構(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，并用層以及線圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊。槽楔壓緊。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)）整流（發(fā)電機(jī)）或逆變（電動(dòng)機(jī)）。構(gòu)成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個(gè)圓筒，片間構(gòu)成：由許多鴿形尾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)形環(huán)夾緊而形云母絕緣，兩端再用兩個(gè)形環(huán)夾緊而電刷裝置電刷裝置作用：電樞電路的引出（或引入）裝置。作用：電樞電路的引出（或引入）裝置。構(gòu)成：電刷、刷盒、刷桿和連線等。構(gòu)成：電刷、刷盒、刷桿和連線等。構(gòu)成。構(gòu)成。faIII并

13、faIII串faII 串faIII串fII 他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)3 3、 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式指勵(lì)磁繞組獲得勵(lì)磁電流的方式。（指勵(lì)磁繞組獲得勵(lì)磁電流的方式。（他勵(lì)、自勵(lì)他勵(lì)、自勵(lì)）除永磁式微型直流電機(jī)外，直流電機(jī)的磁場(chǎng)都是通過(guò)勵(lì)磁除永磁式微型直流電機(jī)外，直流電機(jī)的磁場(chǎng)都是通過(guò)勵(lì)磁繞組通入電流激勵(lì)而建立的。繞組通入電流激勵(lì)而建立的。4 4、 直流電機(jī)的額定值直流電機(jī)的額定值額定功率額定功率 PN 指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸指電機(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，以出功率，以 “kW” 為量綱單位。為量綱單位。 對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，PN是指是指

14、線端線端輸出的輸出的電功率電功率。PN= UNIN 對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，PN是指是指轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸上輸出的上輸出的機(jī)械功率機(jī)械功率。PN= UN INN 額定電壓額定電壓 UN 指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 “V” 為單位。為單位。額定電流額定電流 IN 指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的線電流，以指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的線電流，以 “A” 為單位。為單位。 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 n nN N 指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/minr/min為單位。為單位。額定勵(lì)磁電壓額定勵(lì)磁電壓 U UfNfN 指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的

15、勵(lì)磁電壓值（他勵(lì)）。指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電壓值（他勵(lì)）。額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流I IfNfN 指電機(jī)在額定工作狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。指電機(jī)在額定工作狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。 此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如型號(hào)、額定效此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如型號(hào)、額定效率、出廠日期、出廠編號(hào)等。率、出廠日期、出廠編號(hào)等。 國(guó)產(chǎn)直流電機(jī)的國(guó)產(chǎn)直流電機(jī)的系列產(chǎn)品代號(hào)系列產(chǎn)品代號(hào)采用采用大寫(xiě)漢語(yǔ)拼音字母大寫(xiě)漢語(yǔ)拼音字母表示，型號(hào)采用漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組合表示，例表示，型號(hào)采用漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組合表示，例如：如：“Z2-72”表示直流電動(dòng)機(jī)、第二次改進(jìn)設(shè)計(jì)型，表示直流電動(dòng)機(jī)、第二次改進(jìn)設(shè)計(jì)型

16、，“7”表表示機(jī)座號(hào)，示機(jī)座號(hào)，7后面的后面的2表示長(zhǎng)鐵心（表示長(zhǎng)鐵心（2號(hào)表示長(zhǎng)鐵心，號(hào)表示長(zhǎng)鐵心，1號(hào)表號(hào)表示短鐵心）。示短鐵心）。 其他系列的直流電機(jī)型號(hào)、技術(shù)數(shù)據(jù)可從產(chǎn)品目錄或其他系列的直流電機(jī)型號(hào)、技術(shù)數(shù)據(jù)可從產(chǎn)品目錄或相關(guān)的手冊(cè)中查到。相關(guān)的手冊(cè)中查到。 電樞繞組的特點(diǎn)電樞繞組的特點(diǎn) 電樞繞組的型式電樞繞組的型式單疊繞組單疊繞組單波繞組單波繞組 按聯(lián)結(jié)方法，可分為：按聯(lián)結(jié)方法，可分為：?jiǎn)委B繞組、單波繞組單疊繞組、單波繞組、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組、混合繞組。、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組、混合繞組。 區(qū)別在于電樞繞組的區(qū)別在于電樞繞組的并聯(lián)支路數(shù)不同并聯(lián)支路數(shù)不同。電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)電流

17、，從而產(chǎn)生電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要部件。要部件。w 電樞繞組由結(jié)構(gòu)相同的線圈組成，電樞繞組由結(jié)構(gòu)相同的線圈組成，可以是單匝或多匝的?？梢允菃卧鸦蚨嘣训?。w 線圈由線圈邊和線圈端部組成，線圈由線圈邊和線圈端部組成，有首端和末端，有首端和末端，首、末端分別與首、末端分別與不同的換向片聯(lián)結(jié)不同的換向片聯(lián)結(jié)。w 每個(gè)槽內(nèi)放置兩層線圈邊。每個(gè)槽內(nèi)放置兩層線圈邊。w 線圈的一個(gè)線圈邊放在槽的上線圈的一個(gè)線圈邊放在槽的上層，稱(chēng)為上層邊；另一線圈邊層，稱(chēng)為上層邊；另一線圈邊放在另一槽的下層，稱(chēng)為下層放在另一

18、槽的下層，稱(chēng)為下層邊。邊。w 每個(gè)槽內(nèi)放置兩個(gè)線圈邊，每個(gè)槽內(nèi)放置兩個(gè)線圈邊，電樞槽數(shù)電樞槽數(shù) Q 等于線圈數(shù)等于線圈數(shù) S 。w 實(shí)際電機(jī)中，常在槽的上、下實(shí)際電機(jī)中，常在槽的上、下層放置多個(gè)線圈邊。層放置多個(gè)線圈邊。w 用用虛槽虛槽來(lái)描述，如果每個(gè)實(shí)槽來(lái)描述，如果每個(gè)實(shí)槽中有中有u個(gè)虛槽，則個(gè)虛槽，則虛槽數(shù)虛槽數(shù)與實(shí)與實(shí)槽數(shù)的關(guān)系為槽數(shù)的關(guān)系為QuuQ 。w 通過(guò)換向器聯(lián)結(jié)而成的閉合繞組通過(guò)換向器聯(lián)結(jié)而成的閉合繞組 為使旋轉(zhuǎn)的各線圈能不斷的依次改變電流方為使旋轉(zhuǎn)的各線圈能不斷的依次改變電流方向（換向），必須使用閉合式繞組；向（換向），必須使用閉合式繞組； 從某一線圈邊出發(fā)，按一定的規(guī)律依次

19、串聯(lián)從某一線圈邊出發(fā)，按一定的規(guī)律依次串聯(lián)所有線圈邊后，再回到出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)閉所有線圈邊后，再回到出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路；合回路； 各線圈間的聯(lián)結(jié)通過(guò)換向器完成。各線圈間的聯(lián)結(jié)通過(guò)換向器完成。w 線圈間通過(guò)換向片相互聯(lián)結(jié)，線圈間通過(guò)換向片相互聯(lián)結(jié)，同一換向片既聯(lián)一個(gè)線圈的同一換向片既聯(lián)一個(gè)線圈的首端，又聯(lián)另一線圈的末端，首端，又聯(lián)另一線圈的末端，換向片數(shù)換向片數(shù) K 等于線圈數(shù)等于線圈數(shù) S 。w 虛槽數(shù)、線圈數(shù)和換向片數(shù)虛槽數(shù)、線圈數(shù)和換向片數(shù)的關(guān)系為的關(guān)系為 Qu S K 。w 節(jié)距節(jié)距：表示相關(guān)的兩個(gè)線圈邊之間的距離，用虛槽：表示相關(guān)的兩個(gè)線圈邊之間的距離，用虛槽數(shù)或換向片數(shù)表示。數(shù)

20、或換向片數(shù)表示。w 第一節(jié)距第一節(jié)距 y1 ：一個(gè)線圈的：一個(gè)線圈的兩個(gè)線圈邊在電樞圓周表兩個(gè)線圈邊在電樞圓周表面上跨過(guò)的距離。面上跨過(guò)的距離。w 為使線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最為使線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，大，y1應(yīng)接近極距應(yīng)接近極距p 。 整距線圈：整距線圈：y1p 短距線圈：短距線圈：y1p 長(zhǎng)距線圈：長(zhǎng)距線圈：y1p 整數(shù)pQyu21極距極距：相鄰兩個(gè)磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用：相鄰兩個(gè)磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用p 表示表示 (以虛槽數(shù)計(jì)）。以虛槽數(shù)計(jì)）。 =Qu/2p 注：注：p為極對(duì)數(shù)。為極對(duì)數(shù)。w 第二節(jié)距第二節(jié)距 y2 ：一個(gè)線：一個(gè)線圈的下層邊和與其串圈的下層邊和與其串聯(lián)的另

21、一線圈的上層聯(lián)的另一線圈的上層邊間的距離。邊間的距離。 w 合成節(jié)距合成節(jié)距 y ：兩個(gè)串聯(lián)的：兩個(gè)串聯(lián)的線圈的對(duì)應(yīng)邊的距離。線圈的對(duì)應(yīng)邊的距離。 單疊繞組單疊繞組單波繞組單波繞組單疊繞組：?jiǎn)委B繞組： y = y1 - y2單波繞組：?jiǎn)尾ɡ@組： y = y1+ y2w 換向片節(jié)距換向片節(jié)距 yK ：一個(gè)線圈的首、末端在換向器表：一個(gè)線圈的首、末端在換向器表面跨過(guò)的距離，用面跨過(guò)的距離，用換向片數(shù)換向片數(shù)表示。表示。 yK y 。單疊繞組單疊繞組單波繞組單波繞組單疊繞組：?jiǎn)委B繞組：yK1 ；單波繞組：?jiǎn)尾ɡ@組：yK2p 。單疊繞組單疊繞組w 聯(lián)結(jié)規(guī)律聯(lián)結(jié)規(guī)律 將同一個(gè)主極下的線圈將同一個(gè)主極下的

22、線圈聯(lián)成一條支路，所有的聯(lián)成一條支路，所有的相鄰線圈依次串聯(lián)，后相鄰線圈依次串聯(lián)，后一個(gè)的首端與前一個(gè)的一個(gè)的首端與前一個(gè)的末端相連；末端相連； 每個(gè)線圈的兩端聯(lián)到兩每個(gè)線圈的兩端聯(lián)到兩個(gè) 相 鄰 的 換 向 片 上個(gè) 相 鄰 的 換 向 片 上（yk=1）；）； 由同一個(gè)換向片聯(lián)結(jié)的由同一個(gè)換向片聯(lián)結(jié)的兩個(gè)線圈在電樞表面圓兩個(gè)線圈在電樞表面圓周 上 相 距 一 個(gè) 虛 槽周 上 相 距 一 個(gè) 虛 槽（y=1）。）。單疊繞組單疊繞組w 單疊繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律單疊繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律以以 2p4，QuSK16 的直流電機(jī)為例。的直流電機(jī)為例。整數(shù)441621pQyuK1yy單疊繞組單疊繞組w 繞組展開(kāi)圖

23、繞組展開(kāi)圖 電樞在旋轉(zhuǎn)，電樞在旋轉(zhuǎn)，取某一時(shí)刻，取某一時(shí)刻，磁極在上面。磁極在上面。 電動(dòng)勢(shì)方向。電動(dòng)勢(shì)方向。 電 刷 的 位 置電 刷 的 位 置（磁極中心線（磁極中心線下）。下）。 實(shí)線表示上層實(shí)線表示上層邊，虛線表示邊，虛線表示下層邊。下層邊。幾何中性線幾何中性線：相鄰兩個(gè)主極間的中心線。：相鄰兩個(gè)主極間的中心線。單疊繞組單疊繞組w 單疊繞組的并聯(lián)支路圖單疊繞組的并聯(lián)支路圖 繞組并聯(lián)支路數(shù)繞組并聯(lián)支路數(shù)2a=等于電機(jī)的等于電機(jī)的極數(shù)，即極數(shù)，即 電刷數(shù)與極數(shù)相同，稱(chēng)為電刷數(shù)與極數(shù)相同，稱(chēng)為全額電刷全額電刷。 電刷數(shù)與并聯(lián)支路數(shù)相等。電刷數(shù)與并聯(lián)支路數(shù)相等。ap 單疊繞組自成一單疊繞組自成

24、一個(gè)閉合回路。個(gè)閉合回路。 單疊繞組的每一單疊繞組的每一條并聯(lián)支路都是條并聯(lián)支路都是由同一主極下的由同一主極下的全部線圈串聯(lián)構(gòu)全部線圈串聯(lián)構(gòu)成。成。單波繞組單波繞組w 聯(lián)結(jié)規(guī)律聯(lián)結(jié)規(guī)律 每一條支路都是由同一極性下的全部線圈串聯(lián)構(gòu)成。每一條支路都是由同一極性下的全部線圈串聯(lián)構(gòu)成。 同一個(gè)換向片連接的兩個(gè)線圈相隔約一對(duì)極的距離；同一個(gè)換向片連接的兩個(gè)線圈相隔約一對(duì)極的距離； 從第一個(gè)線圈開(kāi)始，沿電樞圓周方向行進(jìn)一周，聯(lián)結(jié)從第一個(gè)線圈開(kāi)始，沿電樞圓周方向行進(jìn)一周，聯(lián)結(jié)p個(gè)個(gè)線圈后，回到與起始線圈相隔一個(gè)槽的線圈，繼續(xù)串聯(lián)下線圈后，回到與起始線圈相隔一個(gè)槽的線圈，繼續(xù)串聯(lián)下去，直到所有線圈都串聯(lián)起來(lái)。

25、去，直到所有線圈都串聯(lián)起來(lái)。單波繞組單波繞組w 單波繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律單波繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律整數(shù)pQyu21Kyy K1pyK 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)p對(duì)極后，應(yīng)與換對(duì)極后，應(yīng)與換向片向片1相鄰，即相鄰，即 y1 接近極距接近極距p 。K1Kyp整數(shù)單波繞組單波繞組w 單波繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律單波繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律以以2p4，QuSK15 的直流電機(jī)為例。的直流電機(jī)為例。整數(shù)44141521pQyuK7yyK115 172Kyp整數(shù)單波繞組單波繞組w 繞組展開(kāi)圖繞組展開(kāi)圖單波繞組單波繞組w 并聯(lián)支路圖并聯(lián)支路圖 實(shí)際中，電刷數(shù)通常與極數(shù)相同（全額電刷）。實(shí)際中，電刷數(shù)通常與極數(shù)相同（全額電刷）。 繞組并聯(lián)支路數(shù)繞組并聯(lián)支路數(shù)

26、2a=2，即，即 。1a 單波繞組自成一個(gè)閉合回路。單波繞組自成一個(gè)閉合回路。 單波繞組的單波繞組的每一條并聯(lián)每一條并聯(lián)支路都是由支路都是由同一極性下同一極性下的全部線圈的全部線圈串聯(lián)構(gòu)成。串聯(lián)構(gòu)成。w 并聯(lián)支路對(duì)數(shù)并聯(lián)支路對(duì)數(shù) 閉合式繞組無(wú)固定的出線端，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，閉合式繞組無(wú)固定的出線端，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，各線圈依次通過(guò)電刷作為出線端；各線圈依次通過(guò)電刷作為出線端； 為使閉合繞組內(nèi)不產(chǎn)生循環(huán)電流，需使整個(gè)為使閉合繞組內(nèi)不產(chǎn)生循環(huán)電流，需使整個(gè)閉合回路的總電動(dòng)勢(shì)為閉合回路的總電動(dòng)勢(shì)為0； 從正、負(fù)極性電刷看進(jìn)去，電樞繞組至少有從正、負(fù)極性電刷看進(jìn)去，電樞繞組至少有2條并聯(lián)支路，而且兩者的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該

27、大小相條并聯(lián)支路，而且兩者的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該大小相等、方向相反。等、方向相反。 因電刷是正、負(fù)成對(duì)出現(xiàn)，并聯(lián)支路數(shù)一定因電刷是正、負(fù)成對(duì)出現(xiàn)，并聯(lián)支路數(shù)一定為偶數(shù)，一般用并聯(lián)支路對(duì)數(shù)為偶數(shù)，一般用并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a=表示。表示。直流電機(jī)電刷放置的原則直流電機(jī)電刷放置的原則w 使正、負(fù)電刷間的電動(dòng)勢(shì)最大；使正、負(fù)電刷間的電動(dòng)勢(shì)最大；w 使被電刷短路的線圈的電動(dòng)勢(shì)最?。娛贡浑娝⒍搪返木€圈的電動(dòng)勢(shì)最?。娝⑽挥谥鳂O中心線上）。刷位于主極中心線上）。單疊繞組與單波繞組的異同點(diǎn)單疊繞組與單波繞組的異同點(diǎn)w 單疊繞組單疊繞組是將一個(gè)主極下的線圈聯(lián)成一是將一個(gè)主極下的線圈聯(lián)成一條支路，相鄰兩條支路的電動(dòng)勢(shì)方向相條支

28、路，相鄰兩條支路的電動(dòng)勢(shì)方向相反，形成反，形成2p條并聯(lián)支路，有條并聯(lián)支路，有2p組電刷。組電刷。w 單波繞組單波繞組是將同一極性的主極下的所有是將同一極性的主極下的所有線圈聯(lián)成一條支路，只能形成兩條支路，線圈聯(lián)成一條支路，只能形成兩條支路，理論上只需兩組電刷，但為了減小每組理論上只需兩組電刷，但為了減小每組電刷的接觸面積從而縮短換向器軸向長(zhǎng)電刷的接觸面積從而縮短換向器軸向長(zhǎng)度，實(shí)際上一般放置度，實(shí)際上一般放置2p組電刷。組電刷。應(yīng)用：應(yīng)用： 疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，通常用于電流疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，通常用于電流較大、電壓正常（較低）和轉(zhuǎn)速正常的較大、電壓正常（較低）和轉(zhuǎn)速正常的大中型直流電機(jī)。大中

29、型直流電機(jī)。 波繞組并聯(lián)支路數(shù)少，通常用于電流波繞組并聯(lián)支路數(shù)少，通常用于電流較小、電壓較高和轉(zhuǎn)速較低的中小型直較小、電壓較高和轉(zhuǎn)速較低的中小型直流電機(jī)。流電機(jī)。1. 直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)直流電機(jī)空載時(shí)（直流電機(jī)空載時(shí)（Ia0）的氣隙磁場(chǎng)僅由勵(lì)磁電流）的氣隙磁場(chǎng)僅由勵(lì)磁電流If 產(chǎn)生的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff 建立。建立。 磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)Ff 產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng) 2. 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng) 主要分析電樞繞組流過(guò)負(fù)載電流時(shí)產(chǎn)生的主要分析電樞繞組流過(guò)負(fù)載電流時(shí)產(chǎn)生的電樞磁動(dòng)勢(shì)及其作用。電樞磁動(dòng)勢(shì)及其作用。 電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)勵(lì)磁電流建立的氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)勵(lì)磁電流建立的氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生影響，稱(chēng)

30、為生影響，稱(chēng)為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁通密度的大小、分布、電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁通密度的大小、分布、電機(jī)的換向、運(yùn)行性能都有影響。電機(jī)的換向、運(yùn)行性能都有影響。(1)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)(1)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)(1)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電樞磁動(dòng)勢(shì)及其產(chǎn)生的磁通密度波形電樞磁動(dòng)勢(shì)及其產(chǎn)生的磁通密度波形 Fa使幾何中性使幾何中性線處的氣隙磁線處的氣隙磁通密度不為零。通密度不為零。(1)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)(1)電刷位于幾何中性線時(shí)的

31、電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)(1)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)w使磁場(chǎng)畸變，幾何使磁場(chǎng)畸變，幾何中心線處的氣隙磁中心線處的氣隙磁通密度不為零。通密度不為零。w不飽和時(shí)，去磁、不飽和時(shí)，去磁、增磁作用相抵消增磁作用相抵消 ，每極磁通量不變每極磁通量不變。w飽和時(shí)，每極磁通飽和時(shí)，每極磁通量略有減小，有去量略有減小，有去磁作用。磁作用。(2)電刷電刷不不位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)(2)電刷電刷不不位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)位于幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)：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)，直軸電樞反應(yīng)為去磁

32、；：電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，直軸電樞反應(yīng)為去磁； 電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，直軸電樞反應(yīng)為增磁。電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，直軸電樞反應(yīng)為增磁。電動(dòng)機(jī)：與發(fā)電機(jī)的情況相反。電動(dòng)機(jī)：與發(fā)電機(jī)的情況相反。 3.4 3.4 電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 設(shè)氣隙磁場(chǎng)的分布如圖所示，則每設(shè)氣隙磁場(chǎng)的分布如圖所示，則每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 e=blvlv一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(zhǎng)度；導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度； 導(dǎo)體相對(duì)氣隙磁場(chǎng)的速度導(dǎo)體相對(duì)氣隙磁場(chǎng)的速度。b電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為一條支路

33、各串聯(lián)導(dǎo)體的電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)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(xiě)為為平均氣隙磁密，則上式改寫(xiě)為 avBavaaBaZlvE2602npv將將 代入上式得出代入上式得出電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，則電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，則電動(dòng)勢(shì)公式電動(dòng)勢(shì)公式 ：nCnapZlBaZpnEeaavaa60)(2602nCEealBav式中，式中，apZCae60 每極的總磁通量每極的總磁通量； 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；電動(dòng)勢(shì)常數(shù)； 電動(dòng)勢(shì)公式。電動(dòng)勢(shì)公式。 二 、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。 一個(gè)

34、極下的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)矩一個(gè)極下的載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)矩 應(yīng)為應(yīng)為 式中，式中， 氣隙平均磁密。氣隙平均磁密。 cT2DlibTabpT22)(221DliBpZxbDliTaavapZiapa)(2121ipzaavxbpZBa整個(gè)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩為整個(gè)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩為22DliBZpTTaavapepD2lBavaIiaa2 aTaaaavaeICIaZppaIlBZT22nCTTe 可得直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式為可得直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式為 則則 再考慮到再考慮到 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 1、他勵(lì)直流電機(jī) IIa 3.5 3.5直

35、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，故 。fUfIaRaIU 直流發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電路圖直流發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電路圖aEUEaaasaaRIUURIUE2fUfIaRaIU直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)電路圖直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)電路圖aEUEaaaasaaRIEURIEU22 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，但其電樞回路的電壓方程與他勵(lì)時(shí)相同，但激磁激磁UUffaIIIafIIIIIIsa 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，

36、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eTeTTT011T0T 為電磁轉(zhuǎn)矩。為電磁轉(zhuǎn)矩。1 1、發(fā)電機(jī)情況下、發(fā)電機(jī)情況下原動(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，有三、電磁功

37、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 neaaaaTIapZIE2eTaaIEaaIEeT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，得直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖 并勵(lì)時(shí)并勵(lì)時(shí)電樞得到的電磁功率電樞得到的電磁功率 Pem 扣除電樞銅耗扣除電樞銅耗 pCu 和勵(lì)磁銅耗和勵(lì)磁銅耗 pCuf ，等，等于輸出功率于輸出功率P2 。 軸上輸入的機(jī)械功率軸上輸入的機(jī)械功率P1扣除空載損耗扣除空載損耗 p0 ，等于電磁功率，等于電磁功率Pem。 空載

38、損耗空載損耗p0包括機(jī)械損耗包括機(jī)械損耗 pm 、鐵耗、鐵耗 pFe 和附加損耗和附加損耗 pad （或雜散損耗）。（或雜散損耗）。他勵(lì)時(shí)，他勵(lì)時(shí)，功率平衡方功率平衡方程式中不計(jì)程式中不計(jì)勵(lì)磁銅耗勵(lì)磁銅耗 pCuf =0。 空載損耗空載損耗p0w 機(jī)械損耗機(jī)械損耗 pm ：軸承摩擦、電刷與換向器軸承摩擦、電刷與換向器表面摩擦、電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分與空氣的摩擦、表面摩擦、電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分與空氣的摩擦、風(fēng)扇消耗功率等。與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。風(fēng)扇消耗功率等。與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。w 鐵耗鐵耗 pFe ：電樞鐵心中的渦流與磁滯損耗，電樞鐵心中的渦流與磁滯損耗，與鐵心中磁通密度的大小和交變頻率有與鐵心中磁通密度的大小和交變頻率

39、有關(guān)。關(guān)。w 附加損耗附加損耗 pad：產(chǎn)生原因復(fù)雜，且較小，產(chǎn)生原因復(fù)雜，且較小，一般按（一般按（0.5%1%）PN估算。估算。直流電動(dòng)機(jī)的功率流程圖直流電動(dòng)機(jī)的功率流程圖 并勵(lì)時(shí)，輸入功率并勵(lì)時(shí)，輸入功率P1扣除電樞銅耗扣除電樞銅耗 pCu 和勵(lì)磁銅和勵(lì)磁銅耗耗 pCuf ，等于電磁功率，等于電磁功率 Pem 。 他勵(lì)時(shí)，功率平衡方程式中不計(jì)勵(lì)磁銅耗他勵(lì)時(shí)，功率平衡方程式中不計(jì)勵(lì)磁銅耗 pCuf 。 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)

40、、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?；娟P(guān)系式基本關(guān)系式w 每極磁通量；每極磁通量；aeTTCIaeECn1.他勵(lì)發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行他勵(lì)發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行w 原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組接到勵(lì)磁電源，使端電壓達(dá)到繞組接到勵(lì)磁電源，使端電壓達(dá)到UNw 機(jī)械方面：負(fù)載后轉(zhuǎn)速下降，需增加機(jī)械方面：負(fù)載后轉(zhuǎn)速下降，需增加T1恢復(fù)至額定轉(zhuǎn)速恢復(fù)至額定轉(zhuǎn)速w 電磁方面，電樞反應(yīng)使得端電壓下降，電磁方面，電樞反應(yīng)使得端電壓下降，需調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，恢復(fù)至需調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，恢復(fù)至UNw P2=UI，正常運(yùn)行時(shí)保持，正常運(yùn)行時(shí)保持UN， P2與與I成正成正比，滿載

41、（比，滿載（I=IN）、半載（）、半載（I=0.5IN） 、空載（空載（I=0）eTTT01I 、U、 If 這3個(gè)主要變量之間的關(guān)系發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式不同，特性也不一樣。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式不同，特性也不一樣。w 負(fù)載特性負(fù)載特性：負(fù)載電流：負(fù)載電流 I =Const時(shí)，時(shí)，Uf ( If )。w 空載特性：空載特性：I0時(shí)，時(shí)，Uf ( If )。w 外特性外特性： If =Const，Uf ( I)w 調(diào)整特性調(diào)整特性： U =Const， If f ( I) 保持轉(zhuǎn)速保持轉(zhuǎn)速 n 為常數(shù)，一般為額定轉(zhuǎn)速。為常數(shù)，一般為額定轉(zhuǎn)速。Ia Il空載特性空載特性 E0f ( If )原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以恒原

42、動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以恒速旋轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)(nN)，電樞繞，電樞繞組開(kāi)路（組開(kāi)路（Ia0），改），改變勵(lì)磁電流變勵(lì)磁電流 If ，端電，端電壓壓 U0（E0）與與If 的關(guān)的關(guān)系。系。aaaEI RUU=Ea=E0f ( If )l空載特性空載特性 E0f ( If )有磁滯、剩磁、飽和有磁滯、剩磁、飽和現(xiàn)象?，F(xiàn)象。If=0時(shí)時(shí)Er ：剩磁電動(dòng)勢(shì)：剩磁電動(dòng)勢(shì) Er=2%4%UN各種直流電機(jī)的空載特性都在他勵(lì)方式下測(cè)定。各種直流電機(jī)的空載特性都在他勵(lì)方式下測(cè)定。aeECnl外特性外特性 Uf ( I )通常指轉(zhuǎn)速通常指轉(zhuǎn)速nnN ，If為額為額定值時(shí)，定值時(shí)，U 與與 I 的關(guān)系。的關(guān)系。w U隨隨I 的增大

43、而降低，是一條下的增大而降低，是一條下垂的曲線。原因：垂的曲線。原因：IaRa，電樞，電樞反應(yīng)的去磁作用。反應(yīng)的去磁作用。w 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率 uN。w 額定勵(lì)磁下不允許持續(xù)短路，額定勵(lì)磁下不允許持續(xù)短路，原因：原因：Ra很小，很小，Ik很大很大。0NN100%NUUuU他勵(lì)發(fā)電機(jī)的他勵(lì)發(fā)電機(jī)的 U約為約為5%1010%，變化不大，特性比較硬。變化不大，特性比較硬。U0為為IfIfN時(shí)的時(shí)的空載端電壓?？蛰d端電壓。aaaaaeUEI RC nI Rl調(diào)整特性調(diào)整特性 Iff ( I )nnN，保持，保持U =UN恒定時(shí)，恒定時(shí)， If 與與I 的關(guān)系。的關(guān)系。w If一定時(shí)，一定時(shí)，U 會(huì)

44、隨會(huì)隨 I 變。變。原因：原因：IaRa，電樞反應(yīng)的，電樞反應(yīng)的去磁作用。去磁作用。w 為保持為保持U不變，需調(diào)節(jié)不變，需調(diào)節(jié)If 。負(fù)載增加時(shí)，負(fù)載增加時(shí)， U下降，若下降，若維持維持U不變，必須增加不變，必須增加 If 。w I= IN，U =UN時(shí)時(shí)， If = IfNaaaaaeUEI RC nI R3. 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)和外特性l并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)建壓并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)建壓w 并勵(lì)發(fā)電機(jī)要有一個(gè)自行建并勵(lì)發(fā)電機(jī)要有一個(gè)自行建立勵(lì)磁和端電壓的過(guò)程，稱(chēng)立勵(lì)磁和端電壓的過(guò)程，稱(chēng)為建壓。為建壓。 w 空載時(shí)，空載時(shí)，I0，IaIf 0。但。但 If 較小，故可近似認(rèn)為較小，故可近似認(rèn)為Ia0，利

45、用空載特性來(lái)分析電壓建利用空載特性來(lái)分析電壓建立過(guò)程。立過(guò)程。l建壓建壓1 空載特性曲線；空載特性曲線；2 勵(lì)磁回路的勵(lì)磁回路的 伏安特性曲線；伏安特性曲線； 勵(lì)磁電阻線勵(lì)磁電阻線3 臨界電阻線臨界電阻線 （空載特性直線段）；（空載特性直線段）； 建壓臨界電阻建壓臨界電阻Rcr =Rf+Rfs。（1）電機(jī)主磁路必須有剩磁；）電機(jī)主磁路必須有剩磁；（2）勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞繞組）勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞繞組兩端的極性正確，即勵(lì)磁磁動(dòng)兩端的極性正確，即勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與剩磁磁場(chǎng)方向必須相同；勢(shì)與剩磁磁場(chǎng)方向必須相同；（3）勵(lì)磁回路總電阻必須小于）勵(lì)磁回路總電阻必須小于建壓臨界電阻建壓臨界電阻w 自勵(lì)建壓條件自勵(lì)

46、建壓條件l外特性外特性w 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率U比他勵(lì)的大比他勵(lì)的大，約為約為20%30% （因（因If 還隨還隨U下降而減?。?。下降而減?。?。 w 負(fù)載電流有負(fù)載電流有“拐彎拐彎”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。w 穩(wěn)態(tài)短路電流穩(wěn)態(tài)短路電流Ik0Er/Ra并不很大，常小于并不很大，常小于IN（因（因Er數(shù)值很?。?。數(shù)值很?。?。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速nnN，勵(lì)磁回路總勵(lì)磁回路總電阻不變時(shí)，電阻不變時(shí)，U 與與 I 的關(guān)的關(guān)系系Uf ( I ) 。w 積復(fù)勵(lì)積復(fù)勵(lì):串、并勵(lì)繞組的勵(lì)磁串、并勵(lì)繞組的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)方向相同。磁動(dòng)勢(shì)方向相同。 w 差復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì):串、并勵(lì)繞組的勵(lì)磁串、并勵(lì)繞組的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)方向相反。磁動(dòng)勢(shì)方向相反。w 復(fù)勵(lì)發(fā)

47、電機(jī)通常采用復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)通常采用積復(fù)勵(lì)積復(fù)勵(lì) 并勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)為主，空載時(shí)能達(dá)并勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)為主，空載時(shí)能達(dá)到額定電壓。到額定電壓。 串勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)主要補(bǔ)償負(fù)載時(shí)電串勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)主要補(bǔ)償負(fù)載時(shí)電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞電路樞反應(yīng)的去磁作用和電樞電路的電阻壓降。的電阻壓降。4. 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性 按照串勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)按照串勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償作用的強(qiáng)弱，可補(bǔ)償作用的強(qiáng)弱，可分為三類(lèi)：分為三類(lèi)： 平復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì) 過(guò)復(fù)勵(lì)過(guò)復(fù)勵(lì) 欠復(fù)勵(lì)欠復(fù)勵(lì)w 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行w 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 工作特性（重點(diǎn)掌握轉(zhuǎn)速特性）工作特性（重點(diǎn)掌握轉(zhuǎn)速特性） 機(jī)械特性機(jī)械特性w 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性串

48、勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 工作特性工作特性 機(jī)械特性機(jī)械特性w 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)w 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性1. 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行有關(guān)方程式：nCEeaaaaRIEUaTeICT L0aaeeenEITTTTT電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載后，克服和 。負(fù)載越大， 也越大。2. 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性UUN，IfIfN時(shí)，時(shí)，n、Te、 與與 Ia （或（或 P2）關(guān)系）關(guān)系。 w轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 nf ( Ia )aaeeI RUnCC轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速公式公式 n變化變化很小很小nf(Ia)為硬特性。為硬特性。 w工作特性工作特性%1000N

49、Nnnnn轉(zhuǎn)速調(diào)整率轉(zhuǎn)速調(diào)整率n： 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整率很小，約為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整率很小，約為3%8%。 注意：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，勵(lì)磁繞組絕對(duì)不能斷開(kāi)。注意：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，勵(lì)磁繞組絕對(duì)不能斷開(kāi)。否則，否則，If=0，主磁通迅速下降為剩磁，主磁通迅速下降為剩磁，電樞電流迅速增大，電樞電流迅速增大，輕載時(shí)，輕載時(shí)，n迅速上升，造成迅速上升，造成“飛車(chē)飛車(chē)”；重載時(shí)，重載時(shí)，Te小于小于TL，可能停轉(zhuǎn)，電樞電流增至啟動(dòng)電流，燒毀電機(jī)，可能停轉(zhuǎn)，電樞電流增至啟動(dòng)電流，燒毀電機(jī)w轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性 Tf ( Ia ) Te 近似與近似與 Ia 成正比成正比。 （電樞反應(yīng)的去磁作用）（電樞反應(yīng)

50、的去磁作用）w效率特性效率特性 f ( Ia )可變損耗等于不變損耗時(shí)，可變損耗等于不變損耗時(shí)， 最高最高。 p0基本不隨基本不隨Ia變化變化不變損耗；不變損耗；pCu隨隨Ia變化變化可變損耗?？勺儞p耗。aTeICT 機(jī)械特性機(jī)械特性eeTaeTCCRCUn2Tnn0a2eTRC C0eUnC ，機(jī)械特性的斜率，機(jī)械特性的斜率，理想空載轉(zhuǎn)速，理想空載轉(zhuǎn)速 aaeeI RUnCCUUN ，RfConst，n=f(Te)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是一條略有下降的直線，特性是一條略有下降的直線，是硬特性（是硬特性（ 很小很小）。）。固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性：UUN ，電樞回

51、路不串任何，電樞回路不串任何電阻時(shí)的機(jī)械特性。電阻時(shí)的機(jī)械特性。5. 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性 處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，由于處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，由于受到某種擾動(dòng)受到某種擾動(dòng)（如電源電壓波動(dòng)，或負(fù)載轉(zhuǎn)矩波（如電源電壓波動(dòng)，或負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)），導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開(kāi)原來(lái)的平動(dòng)），導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開(kāi)原來(lái)的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的平衡新的平衡狀態(tài)狀態(tài)，或者當(dāng)擾動(dòng)消失后系統(tǒng)，或者當(dāng)擾動(dòng)消失后系統(tǒng)回到原來(lái)的轉(zhuǎn)速回到原來(lái)的轉(zhuǎn)速下下繼續(xù)運(yùn)行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定繼續(xù)運(yùn)行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，

52、否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。的。機(jī)械特性下降機(jī)械特性下降A(chǔ)點(diǎn)點(diǎn)：拖動(dòng)系統(tǒng)的平衡點(diǎn)。拖動(dòng)系統(tǒng)的平衡點(diǎn)。若擾動(dòng)使若擾動(dòng)使n，Te，TL，則，則， Te TL增量增量 n 造成造成“飛車(chē)飛車(chē)”。擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速無(wú)法擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速無(wú)法恢復(fù)至原來(lái)轉(zhuǎn)速，恢復(fù)至原來(lái)轉(zhuǎn)速，A點(diǎn)不穩(wěn)點(diǎn)不穩(wěn)定定aaeEInT、 、 和w一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)原運(yùn)行于某一一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)原運(yùn)行于某一 值下，設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，試分析電機(jī)將發(fā)生怎樣值下，設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，試分析電機(jī)將發(fā)生怎樣的過(guò)渡過(guò)程，并將最后穩(wěn)定的的過(guò)渡過(guò)程，并將最后穩(wěn)定的 數(shù)值數(shù)值和原值進(jìn)行比較。和原值進(jìn)行比較。 aaeEInT、 、 和w 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)

53、的啟動(dòng) 直接啟動(dòng)直接啟動(dòng) 電樞回來(lái)串電阻啟動(dòng)電樞回來(lái)串電阻啟動(dòng) 降壓?jiǎn)?dòng)降壓?jiǎn)?dòng)w 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) 他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)w 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 能耗制動(dòng)能耗制動(dòng) 反接制動(dòng)反接制動(dòng) 回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)1. 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)w 起動(dòng)要求起動(dòng)要求 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 起動(dòng)沖擊電流小起動(dòng)沖擊電流小 能量損耗小能量損耗小 簡(jiǎn)單，便于控制簡(jiǎn)單，便于控制w 起動(dòng)方法起動(dòng)方法 直接啟動(dòng)（全壓起動(dòng)）直接啟動(dòng)（全壓起動(dòng)） 電樞串接電阻起動(dòng)電樞串接電阻起動(dòng) 降壓起動(dòng)降壓起動(dòng) 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程。速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程。 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流分別為：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流分別為：aNststTstRUIICT 起動(dòng)時(shí)由于轉(zhuǎn)速起動(dòng)時(shí)由于轉(zhuǎn)速 n=0，電樞電動(dòng)勢(shì)，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea=0 ，而且電樞，而且電樞電阻電阻Ra很小，所以起動(dòng)電流將達(dá)很大值（很小，所以起動(dòng)電流將達(dá)很大值（1020）IN。 一一般直流電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。般直流電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。