第二章直流電機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)

1、陶若冰陶若冰1822830660018228306600 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、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組、混合繞組。單疊繞組、單波繞組、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組、混合繞組。 區(qū)別在于電樞繞組的并聯(lián)支路數(shù)不同。區(qū)別在于電樞繞組的并聯(lián)支路數(shù)不同。電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過電流，從而產(chǎn)生電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過電流，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。直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)單疊繞組單波繞組直流電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)主要內(nèi)容直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)u作用：電樞繞組是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件之一，構(gòu)成直流

2、電機(jī)的電路部分，在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換中起著重要的作用，運(yùn)行時(shí)電樞繞組產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，流過電流并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。u電樞繞組的基本要求：(1)能產(chǎn)生盡可能大的電動(dòng)勢(shì)，并有良好的波形。(2)能通過足夠大的電流，以產(chǎn)生并承受所需的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。(3)節(jié)省材料（有色金屬和絕緣材料），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠。(4)便于維護(hù)和檢修。(5)對(duì)直流電機(jī)，應(yīng)保證換向良好。直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)u分類u特點(diǎn)：閉合繞組(1)疊繞組：?jiǎn)委B和復(fù)疊繞組。(2)波繞組：?jiǎn)尾ê蛷?fù)波繞組。(3)蛙繞組：疊繞和波繞混合的繞組。u電樞繞組的演變環(huán)形電樞繞組鼓形電樞繞組eeeeeeeeeeeeee直流電機(jī)電樞 繞組的

3、一般知識(shí)u電樞繞組的演變環(huán)形電樞繞組只有一半的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)體利用率低。環(huán)形繞組2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e直流電機(jī)電樞 繞組的一般知識(shí)u電樞繞組的演變鼓形電樞繞組線圈的兩邊都在電樞鐵芯表面的槽中,兩邊都能切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 鼓形繞組直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)NS電樞繞組展開圖AB+_直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)一、疊繞組和波繞組元件：構(gòu)成繞組的線圈。電樞繞組的基本單元，單匝和多匝直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)一、疊繞組和波繞組雙層繞組1）每個(gè)元件的兩端點(diǎn)分別連接在兩換向片上，每個(gè)換向片連接兩個(gè)元件，各元件依一定規(guī)律依次連接，形成閉合

4、回路。2）一個(gè)元件邊放在槽的上層，另一邊放在另一槽的下層，一個(gè)槽里總有上下層線圈邊。3）線圈的兩個(gè)元件處于不同極性的極面下，線圈的跨距約等于一個(gè)極距，兩個(gè)電勢(shì)相加。直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)一、疊繞組和波繞組疊繞組：一個(gè)元件的兩出線端接在兩相鄰換向片上（單疊繞組），或相隔數(shù)片的換向片上（復(fù)疊繞組）。折疊式前進(jìn)波繞組疊繞組波繞組：一個(gè)元件的兩出線接在相隔約兩個(gè)極距的換向片上，繞它一周后回到與起始片相鄰的換向片上（單波繞組），或相隔數(shù)片的換向片上（復(fù)波繞組）。波浪式前進(jìn)直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)二、實(shí)槽和虛槽為改善電機(jī)的性能，希望用更多的元件組成電樞繞組。由于工藝等原因，電樞鐵心不能開太多的槽，故

5、在每槽的上下層各放置若干元件邊。若每一實(shí)槽中一層并排放置u排元件邊，則一個(gè)實(shí)槽可以看成u個(gè)“虛槽”，每一個(gè)虛槽的上、下層各有一個(gè)元件邊。實(shí)槽與虛槽 u=3直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)二、實(shí)槽和虛槽每一元件有兩個(gè)邊； 每一換向片上接兩個(gè)邊； 每一虛槽內(nèi)放置有兩個(gè)邊； 元件數(shù)S等于換向片數(shù)K，等于虛槽數(shù) 每線圈有Nc匝，則總導(dǎo)體數(shù)為N 直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)三、節(jié)距第一節(jié)距y1：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。 極距 ：在電樞鐵心表面上，一個(gè)極所占的距離。2Dpp=為湊整分?jǐn)?shù)111整距繞組 短距繞組 長(zhǎng)距繞組 短距繞組端部接線短、省銅，且利于換向，故常用第一節(jié)距y1換向器節(jié)距yk：每元

6、件的兩端所連接的換向片之間在換向器表面的跨距，用換向片數(shù)表示。 yK y直流電機(jī)電樞繞組的一般知識(shí)三、節(jié)距第二節(jié)距y2：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。合成節(jié)距y第二節(jié)距y2換向器節(jié)距yk合成節(jié)距y：連接同一換向片的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊在電樞表面的跨距。 y y1 y2單疊繞組l元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片上，第一個(gè)元件的下層邊（虛線）連接著第二個(gè)元件的上層邊，它放在第一元件上層邊相鄰的第二個(gè)槽內(nèi)。l相鄰元件(線圈)相互疊壓,后一元件的端部緊疊在前一元件的端部（疊）；首末端相聯(lián)的兩換向片相隔一個(gè)換向片的寬度，合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1（單），

7、即 yK y1l槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片數(shù)K三者相同單疊繞組單疊繞組元件 右行 左行 l單疊左行繞組和單疊右行繞組單疊繞組l舉例： 2p4， u=1，Z Z eSK16，單疊右行整距繞組一、 節(jié)距計(jì)算yyk1節(jié)距計(jì)算 y, y1, y2畫繞組展開圖安放電刷和磁極e12116042221 43Zypyyye=mm展開圖展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對(duì)位置關(guān)系單疊繞組1單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖1.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極

8、、電刷NSNSA+B+單疊繞組單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖1123456789101112131416152345678910111213141615NSNSA+B+單疊繞組單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖單疊繞組單疊繞組l極軸線：磁極的中心線l磁極的放置：磁極寬度約為 ,均勻分布，N、S極交替排列0.7l幾何中性線：相鄰兩個(gè)主磁極之間的中心線l電刷的放置原則空載時(shí)，正、負(fù)電刷間的電動(dòng)勢(shì)最大；被電刷短路的元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小或等于零。l換向器的幾何中性線：線圈軸線與主磁極軸線重合時(shí)，該線圈所接兩換向片的分界線l電刷的位置：換向器的幾何中性線，簡(jiǎn)稱幾何中性線單疊繞組l同一極下導(dǎo)體電流方向相同（同一槽

9、中上下層邊不屬于同一線圈，但電流的方向一致）；N、S極下導(dǎo)體電流方向相反。l直流電機(jī)示意圖單疊繞組l電路圖單疊繞組l 單疊繞組的特點(diǎn)（1）元件的兩個(gè)出線端連接于相鄰的兩個(gè)換向片上；（2）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（3）整個(gè)電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的總和為零，繞組內(nèi)部無“環(huán)流”；（4）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷數(shù)等于主磁極數(shù)； （5）電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，正負(fù)電刷之間引出的電動(dòng)勢(shì)即為每一支路的電動(dòng)勢(shì)，電樞電壓等于支路電壓； Ea=ea（6）由正負(fù)電刷引出的電樞電流為各支路電流之和，即Ia=2aia（式中 ia為每一條支路的電流，即繞

10、組元件中流過的電流）。 單波繞組l首末端所連的兩換向片相隔很遠(yuǎn)， 兩個(gè)元件串聯(lián)后形似波浪。l兩個(gè)串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個(gè)極距；沿圓周向一個(gè)方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。l合成節(jié)距與換向節(jié)距相等yK y1kkyyp=m整數(shù)1kp yk =m單波繞組l單波左行繞組和單波右行繞組單波繞組元件 右行 K1Kyyp左行K1Kyyp右行單波繞組l舉例： 2p4， u=1，Z Z eSK15，左行短距單波繞組一、 節(jié)距計(jì)算節(jié)距計(jì)算 y, y1, y2畫繞組展開圖安放電刷和磁極11533 (244eZype=-=-=短距)11517()2kKyyp-=左行21

11、734yyy=-=-=單波繞組l元件、換向片的放置：1元件上層邊1槽，下層邊4槽;首末端所連的換向片相距yk7；為了端部對(duì)稱， 首末端所連的兩換向片之間的中心線與1元件的軸線重合。 1元件上層邊所連的換向片定為1。 依次聯(lián)接。 l磁極放置： N、S極磁極均勻交替的排列。l電刷的放置：放在與主磁極軸線重合的換向片上。即幾何中心線上。 單波繞組單波繞組展開圖3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512NSSN槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷單波繞組單波繞組展開圖單波繞組展開圖單波繞組單波繞組元件連接順序圖從繞組展開圖可以看出，

12、 全部15個(gè)元件串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)閉合回路的順序是：1815 714 6 13 5 124 11 310 291用聯(lián)接順序圖表示為：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上層邊下層邊單波繞組單波繞組l電路圖單波繞組l單波繞組的特點(diǎn)1）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，即a1，與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)；2）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；3）電刷數(shù)原則上等于2，為降低電刷電流密度，可用2p只電刷，即電刷數(shù)等于磁極數(shù)（采用全額電刷）；5）電樞電流等于兩條支路電流之和

13、。即Ia=2ia4）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；因只有兩條支路，元件一定時(shí)，可得到較高的電壓；單疊繞組和單波繞組的主要區(qū)別l單疊繞組：各個(gè)極面下上層的繞組元件構(gòu)成一支路，并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)，每增加一對(duì)主極就增加一對(duì)支路。 2a2p。相同元件數(shù)時(shí)，疊繞組并聯(lián)的支路數(shù)多， 每條支路中串聯(lián)元件數(shù)少，稱并聯(lián)繞組，適應(yīng)于較大電流、較低電壓的電機(jī)。 l單波繞組：全部上元件邊在相同極性下的元件相連，形成一條支路，即N極下上層的繞組元件串聯(lián)為一支路，S極下的串聯(lián)為另一支路，并連支路數(shù)恒等于2 ， 整個(gè)繞組只有一對(duì)支路， 極數(shù)的增減與支路數(shù)無關(guān)。 2a2。相同元件數(shù)時(shí)，波繞組并聯(lián)的支路數(shù)少， 每條支路中串聯(lián)元

14、件數(shù)多，稱串聯(lián)繞組，適用于較高電壓、較小電流的電機(jī)。l大容量的電機(jī)，可以采用混合繞組。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。可以是單匝或多匝的。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，首、末端分別與有首端和末端，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，稱為上層邊；另一線圈邊層，稱為上層邊；另一線圈邊放在另一槽的下層，稱為下層放在另一槽的下層，稱為下層邊。邊。直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組w

15、 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 用虛槽來描述，如果每個(gè)實(shí)槽用虛槽來描述，如果每個(gè)實(shí)槽中有中有u個(gè)虛槽，則虛槽數(shù)與實(shí)個(gè)虛槽，則虛槽數(shù)與實(shí)槽數(shù)的關(guān)系為槽數(shù)的關(guān)系為QuuQ 。直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組w 線圈間通過換向片相互聯(lián)結(jié)，線圈間通過換向片相互聯(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

16、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：表示相關(guān)的兩個(gè)線圈邊之間的距離，用虛槽節(jié)距：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)或換向片數(shù)表示。直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組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的距離。面上跨過的距離。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直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組w 第二節(jié)距第二節(jié)距

17、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。 12yyy單疊繞組單疊繞組單波繞組單波繞組（代數(shù)和）（代數(shù)和）直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組w 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的距離，用換向片數(shù)表示。面跨過的距離，用換向片數(shù)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 單疊繞組的

18、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)441621pQyuK1yy312yyy 合成節(jié)距合成節(jié)距 y 為正表示右行，負(fù)表示左行。為正表示右行，負(fù)表示左行。 繞組可用右行，也可用左行，通常采用右行。繞組可用右行，也可用左行，通常采用右行。單疊繞組單疊繞組w 繞組展開圖繞組展開圖 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

19、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)的極等于電機(jī)的極數(shù)，即數(shù)，即 電刷數(shù)應(yīng)與極數(shù)相同，稱為全額電刷。電刷數(shù)應(yīng)與極數(shù)相同，稱為全額電刷。pa 單疊繞組自成一單疊繞組自成一個(gè)閉合回路。個(gè)閉合回路。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)過經(jīng)過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、號(hào)分別表示右、左行。左行端部稍短，常被采用。號(hào)分別表示右、左行。左行端部稍短，常被采用。 y1 接近極距接近極距p 。K1Kyp整數(shù)單波繞組單波

20、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)44141521pQyuK7yy34712yyy采用左行繞組。采用左行繞組。K115 172Kyp整數(shù)單波繞組單波繞組w 繞組展開圖繞組展開圖單波繞組單波繞組w 并聯(lián)支路圖并聯(lián)支路圖 電刷數(shù)通常與極數(shù)相同（全額電刷）。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)2a2，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。1. 1. 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 大多數(shù)直流電機(jī)都采用勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電大多數(shù)直流電機(jī)都采用勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流

21、的方式來建立氣隙磁場(chǎng)（此外還有采用永磁體流的方式來建立氣隙磁場(chǎng)（此外還有采用永磁體建立氣隙磁場(chǎng)的永磁直流電機(jī)）。建立氣隙磁場(chǎng)的永磁直流電機(jī)）。 勵(lì)磁繞組的供電方式稱為勵(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)在不同的勵(lì)磁方式下，運(yùn)行特性會(huì)有明直流電機(jī)在不同的勵(lì)磁方式下，運(yùn)行特性會(huì)有明顯的差別。顯的差別。 按勵(lì)磁方式分類是直流電機(jī)的一種主要分類方法。按勵(lì)磁方式分類是直流電機(jī)的一種主要分類方法。 以直流電動(dòng)機(jī)為例。以直流電動(dòng)機(jī)為例。faIIIfaIII并faIII串faII 串faIII串fII 他勵(lì)他勵(lì)I(lǐng)a I并勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)I(lǐng)IaIfIIaIa ：電樞電流，：電樞電流， I

22、：輸入電流輸入電流IIaIf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) 主要分析電樞繞組流過負(fù)載電流時(shí)產(chǎn)生的主要分析電樞繞組流過負(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，稱為生影響，稱為電樞反應(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。“電刷位于幾何中性線電刷位

23、于幾何中性線” 通過換向片被電刷短路的整通過換向片被電刷短路的整距線圈的線圈邊位于幾何中距線圈的線圈邊位于幾何中性線處。性線處。 畫示意圖時(shí)，通常省略換向畫示意圖時(shí)，通常省略換向片，把電刷直接畫在幾何中片，把電刷直接畫在幾何中性線處，與被短路的線圈邊性線處，與被短路的線圈邊直接接觸。直接接觸。 通常將這種情況稱為通常將這種情況稱為“電刷電刷位于幾何中性線位于幾何中性線”。此時(shí)電刷的實(shí)際位此時(shí)電刷的實(shí)際位置仍在主極中心線置仍在主極中心線 w電刷是電樞電流的分電刷是電樞電流的分界線。界線。w以主極中心線為直軸以主極中心線為直軸（d 軸），以幾何中軸），以幾何中性線為交軸（性線為交軸（q 軸）。軸）

24、。電樞磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa及其產(chǎn)生的磁場(chǎng)的及其產(chǎn)生的磁場(chǎng)的空間位置不動(dòng)，軸線在交軸處。空間位置不動(dòng)，軸線在交軸處。交軸交軸（q 軸）軸）直軸直軸（d 軸）軸）l電刷位于幾何中心線時(shí)電刷位于幾何中心線時(shí)l電刷位于幾何中心線時(shí)電刷位于幾何中心線時(shí)規(guī)定磁動(dòng)勢(shì)及磁通密度的參考規(guī)定磁動(dòng)勢(shì)及磁通密度的參考方向：出電樞、進(jìn)磁極為正。方向：出電樞、進(jìn)磁極為正。每極下導(dǎo)體數(shù)為每極下導(dǎo)體數(shù)為 z /2p ，導(dǎo)體電流為導(dǎo)體電流為 iaIa /2a 。電負(fù)荷電負(fù)荷A ：電樞圓周單位長(zhǎng)度：電樞圓周單位長(zhǎng)度上的安培導(dǎo)體數(shù)，上的安培導(dǎo)體數(shù)，ap2ziApl電刷位于幾何中心線時(shí)電刷位于幾何中心線時(shí) 每極電樞磁動(dòng)每極電樞磁動(dòng)勢(shì)

25、最大值為勢(shì)最大值為ap12FA 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。l電刷不位于幾何中心線時(shí)電刷不位于幾何中心線時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)可分解為兩個(gè)分量：直軸、交軸磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)可分解為兩個(gè)分量：直軸、交軸磁動(dòng)勢(shì)。paapp2()2qbFFAbaap2dbFFAbl交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(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)，氣隙每不飽和時(shí)，氣隙每極磁通量不變。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。l直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)w有增磁或去磁

26、作用。有增磁或去磁作用。直流電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，構(gòu)成電樞繞組的各線圈，依直流電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，構(gòu)成電樞繞組的各線圈，依次從一條支路經(jīng)由電刷短路后轉(zhuǎn)入電流方向相反的次從一條支路經(jīng)由電刷短路后轉(zhuǎn)入電流方向相反的另一條支路。這種電流方向的改變稱為換向。另一條支路。這種電流方向的改變稱為換向。 開始換向開始換向換向過程中換向過程中換向結(jié)束換向結(jié)束w 換向性能是直流電機(jī)運(yùn)行品質(zhì)的重要指標(biāo)。換向性能是直流電機(jī)運(yùn)行品質(zhì)的重要指標(biāo)。w 換向不好會(huì)在電刷與換向片間產(chǎn)生有害的火花。換向不好會(huì)在電刷與換向片間產(chǎn)生有害的火花。w 當(dāng)火花超過一定限度時(shí)，會(huì)加劇電刷和換向器的當(dāng)火花超過一定限度時(shí)，會(huì)加劇電刷和換向器的磨損，可能

27、損壞電刷和換向器表面，甚至產(chǎn)生環(huán)磨損，可能損壞電刷和換向器表面，甚至產(chǎn)生環(huán)火，使電機(jī)不能正常運(yùn)行甚至損壞。火，使電機(jī)不能正常運(yùn)行甚至損壞。w 產(chǎn)生換向火花的原因有多方面，受電磁、機(jī)械、產(chǎn)生換向火花的原因有多方面，受電磁、機(jī)械、電刷材質(zhì)、電化學(xué)、電熱以及環(huán)境等多種因素影電刷材質(zhì)、電化學(xué)、電熱以及環(huán)境等多種因素影響。響。 w改善換向的方法改善換向的方法 在幾何中性線處在幾何中性線處安裝換向極（最安裝換向極（最有效的方法）。有效的方法）。 采用補(bǔ)償繞組。采用補(bǔ)償繞組。 選用合適的電刷。選用合適的電刷。換向極換向極l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)為了簡(jiǎn)單，假定：為了簡(jiǎn)單，假定： 電樞表面光滑

28、無槽；電樞表面光滑無槽； 電樞繞組導(dǎo)體數(shù)目無窮多，且均勻分布；電樞繞組導(dǎo)體數(shù)目無窮多，且均勻分布； 繞組采用整距線圈；繞組采用整距線圈； 電刷位于幾何中性線（實(shí)際位置在磁極中心電刷位于幾何中性線（實(shí)際位置在磁極中心線）。線）。 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)Ea ，簡(jiǎn)稱電樞電動(dòng)勢(shì)，是，簡(jiǎn)稱電樞電動(dòng)勢(shì)，是指正、負(fù)極性電刷間的電動(dòng)勢(shì)。指正、負(fù)極性電刷間的電動(dòng)勢(shì)。 Ea 就是電樞繞組任一條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢(shì)，等于就是電樞繞組任一條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢(shì)，等于一條并聯(lián)支路串聯(lián)的所有導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)之和。一條并聯(lián)支路串聯(lián)的所有導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)之和。 電樞繞組有效導(dǎo)體總數(shù)為電樞繞組有效導(dǎo)體總數(shù)為 z2SNk（S

29、為線圈數(shù)，為線圈數(shù)，Nk為線圈匝數(shù)），則為線圈匝數(shù)），則/ 2a1zaiiEe設(shè)氣隙磁通密度平均值為設(shè)氣隙磁通密度平均值為Bav ，則氣隙每極磁通量，則氣隙每極磁通量Bav lep ，一根導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為，一根導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為電樞電動(dòng)勢(shì)為電樞電動(dòng)勢(shì)為pavav eav e226060pnpneB l vB l為簡(jiǎn)單起見，用平均值來推導(dǎo)。為簡(jiǎn)單起見，用平均值來推導(dǎo)。aav2226060ezzpnpzEenCnaaa為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。60epzCa（le為有效長(zhǎng)度）為有效長(zhǎng)度）w 電樞電動(dòng)勢(shì)電樞電動(dòng)勢(shì) 如果線圈不是整距，而是短距的，則如果線圈不是整距，而是短距的，則Ea會(huì)

30、略有降會(huì)略有降低。但實(shí)際電機(jī)不允許短距太大，所以可不計(jì)其低。但實(shí)際電機(jī)不允許短距太大，所以可不計(jì)其影響。影響。aeECn 如果電刷不位于幾何中性線，如果電刷不位于幾何中性線，Ea 將會(huì)減小。將會(huì)減小。 電樞電動(dòng)勢(shì)電樞電動(dòng)勢(shì)Ea 與每極磁通量與每極磁通量 、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n成正比。成正比。 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ce 與極對(duì)數(shù)與極對(duì)數(shù) p 、導(dǎo)體總數(shù)、導(dǎo)體總數(shù) z 、并聯(lián)支、并聯(lián)支路對(duì)數(shù)路對(duì)數(shù)a有關(guān)。有關(guān)。電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩 T 為電樞所有導(dǎo)體上產(chǎn)生的電為電樞所有導(dǎo)體上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩之和。磁轉(zhuǎn)矩之和。 電樞電流為電樞電流為Ia時(shí)，一根導(dǎo)體中的電流為時(shí)，一根導(dǎo)體中的電流為 Ia / /

31、2a 每根導(dǎo)體產(chǎn)生的平均電磁力為每根導(dǎo)體產(chǎn)生的平均電磁力為avav e a/2fB l Ia 電磁轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩為paravav eaa22222aTpIdpzTzfzB lICIa（dr 為電樞直徑）為電樞直徑）設(shè)線圈為整距，電刷位于幾何中性線，則一個(gè)主極下設(shè)線圈為整距，電刷位于幾何中性線，則一個(gè)主極下各導(dǎo)體的電流方向相同，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向相同。各導(dǎo)體的電流方向相同，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向相同。w 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩6022TepzCCaaTTCI，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 如果線圈不是整距的，則總的電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)減小；如果線圈不是整距的，則總的電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)減?。灰?yàn)橥ǔ６叹嗖淮?，所以不考慮此影

32、響。因?yàn)橥ǔ６叹嗖淮螅圆豢紤]此影響。 電刷不位于幾何中性線時(shí)，電刷不位于幾何中性線時(shí)，T 的增減與電樞反應(yīng)的增減與電樞反應(yīng)性質(zhì)有關(guān)。性質(zhì)有關(guān)。 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T 與每極磁通量與每極磁通量 、電樞電流、電樞電流Ia成正比。成正比。w 直流電機(jī)的基本方程式描述電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)直流電機(jī)的基本方程式描述電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)通過電磁感應(yīng)作用而實(shí)現(xiàn)的機(jī)電能行時(shí)通過電磁感應(yīng)作用而實(shí)現(xiàn)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程。量轉(zhuǎn)換過程。w 直流電機(jī)的基本方程式包括：電動(dòng)勢(shì)平直流電機(jī)的基本方程式包括：電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式和功率平衡衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式和功率平衡方程式等。方程式等。l參考方向參考方向以并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)為例。以

33、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)為例。按發(fā)電機(jī)慣例規(guī)定參考方向。按發(fā)電機(jī)慣例規(guī)定參考方向。 向負(fù)載側(cè)看，向負(fù)載側(cè)看，U與輸出電流與輸出電流 I 同向。同向。 EaU，Ea 與與Ia 同向。同向。 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 If 與勵(lì)磁電壓與勵(lì)磁電壓Uf 的參考的參考方向相同。方向相同。 原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T1 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速 n 同向。同向。 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 T 與與 n 反向，為制動(dòng)性。反向，為制動(dòng)性。l電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式Ra 為為電樞回路總電阻（包括電樞回路總電阻（包括 ra 和電刷接觸電阻），和電刷接觸電阻）， 在一定范圍內(nèi)可視為常數(shù)。在一定范圍內(nèi)可視為常數(shù)。aaaEI RUaa ab2

34、EUI rU w電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式w常用形式：常用形式：ra 為電樞回路各繞組的總電阻；為電樞回路各繞組的總電阻；2Ub 為為一對(duì)電刷接觸電阻的壓降。一對(duì)電刷接觸電阻的壓降。l電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式Rf 為為勵(lì)磁回路總電阻。勵(lì)磁回路總電阻。 （包括勵(lì)磁繞組電阻和串入的附加電阻）（包括勵(lì)磁繞組電阻和串入的附加電阻）afIIIw電流關(guān)系電流關(guān)系w勵(lì)磁回路勵(lì)磁回路If 為為勵(lì)磁電流；勵(lì)磁電流；I 為為輸出電流。輸出電流。fffUI Rl轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式10TTTT0 為為空載轉(zhuǎn)矩（由電機(jī)的機(jī)械摩擦和鐵耗等引起，空載轉(zhuǎn)矩（由電機(jī)的機(jī)械摩擦和鐵耗等

35、引起， 總是制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩）?？偸侵苿?dòng)性轉(zhuǎn)矩）。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡。轉(zhuǎn)矩相平衡。 按照轉(zhuǎn)矩的參考方向，可得按照轉(zhuǎn)矩的參考方向，可得l功率平衡方程式功率平衡方程式 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，等于電磁功率磁功率Pem。 TTT011em0PPp 空載損耗空載損耗p0包括機(jī)械損耗包括機(jī)械損耗 pm 、鐵耗、鐵耗 pFe 和附加損和附加損耗耗 pad 。1100em,PT pT PT10TTTl功率平衡方程式功率平衡方程式emaa a2260pznPTIE Ia 說明原動(dòng)機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩說明原動(dòng)機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩T所提供的機(jī)械功率所提供的機(jī)械功率T ，轉(zhuǎn)換成了電樞回路的電功率轉(zhuǎn)換成了電樞回路的電功率EaIa ，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸入機(jī)械功率，電樞繞組輸出電功率。輸入機(jī)械功率，電樞繞組輸出電功率。 電磁功率電磁功率Pem是電磁轉(zhuǎn)矩是電磁轉(zhuǎn)矩 T 吸收吸收的機(jī)械功率，也是電樞回路獲的機(jī)械功率，也是電樞回路獲得的電功率。得的電功率