第7章直流電機(jī)的基本理論1-4

1、whh 制作 第第 7 章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論7.1 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)7.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)7.4 電流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)電流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)7.5 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析7.6 直流電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩7.7 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析7.8 直流發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩直流發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩7.1 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)7.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)7.4 電

2、流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)電流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)7.5 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析7.6 直流電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩7.7 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析7.8 直流發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩直流發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng)whh 制作 本章基本要求本章基本要求v了解直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理了解直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理v熟悉直流電機(jī)的勵(lì)磁方式熟悉直流電機(jī)的勵(lì)磁方式v理解直流電機(jī)電樞繞組的構(gòu)成及特點(diǎn)理解直流電機(jī)電樞繞組的構(gòu)成及特點(diǎn)v掌握掌握電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算v理解和掌握直流電機(jī)的工作特性和機(jī)械特性理解和掌握直

3、流電機(jī)的工作特性和機(jī)械特性v了解直流電機(jī)的換向了解直流電機(jī)的換向whh 制作 v 直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。v直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī): :用直流電源供電的用直流電源供電的電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。v直流發(fā)電機(jī)：產(chǎn)生（對(duì)外輸出）直流電。直流發(fā)電機(jī)：產(chǎn)生（對(duì)外輸出）直流電。 whh 制作 電源電源勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī)測(cè)速測(cè)速伺服伺服whh 制作 即：即： 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體切割磁力線，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體切割磁力線， 在導(dǎo)體中產(chǎn)生切割電勢(shì)；在導(dǎo)體中產(chǎn)生切割電勢(shì)；交鏈線圈的磁通發(fā)生變化，在線圈中發(fā)生感應(yīng)電交鏈線圈的磁通發(fā)生變化，在線圈中發(fā)生感應(yīng)電勢(shì)。勢(shì)。直流電機(jī)的工作是基于直流電機(jī)的工作是基于電磁感應(yīng)定律電磁

4、感應(yīng)定律7.1 7.1 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理whh 制作 直流電機(jī)的最簡(jiǎn)單的物理模型直流電機(jī)的最簡(jiǎn)單的物理模型電刷電刷換向片換向片whh 制作 電刷電刷轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸換向片換向片直流電機(jī)模型直流電機(jī)模型產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁極磁極半環(huán)形半環(huán)形金屬環(huán)金屬環(huán)支柱支柱線線圈圈NSU一、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理一、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理NS第第7 章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論UNS一、直流一、直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作原理的工作原理NSUU電刷電刷線圈邊切割磁感線會(huì)產(chǎn)生什么線圈邊切割磁感線會(huì)產(chǎn)生什么？換向片換向片iiffeeeeii1800電刷和換向片的作用是什么電刷和換向片的作用是什么？T

5、abcdABdcbaAB將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流電將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流電( (逆變逆變) )，以保持，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。轉(zhuǎn)矩方向不變。反電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì) 外部直流電經(jīng)過(guò)換向器和電刷的外部直流電經(jīng)過(guò)換向器和電刷的逆變作用逆變作用，轉(zhuǎn)化成，轉(zhuǎn)化成電樞電樞內(nèi)內(nèi)部部交變的電壓電流交變的電壓電流。這一過(guò)程成為。這一過(guò)程成為電流的換向。電流的換向。 從空間上看，從空間上看， N極極S極下，電樞電流方向不變。極下，電樞電流方向不變。 N極或極或S極下的導(dǎo)體受力方向不變。極下的導(dǎo)體受力方向不變。 電磁轉(zhuǎn)距電磁轉(zhuǎn)距T與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n方向相同，是方向相同，是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的。的。 電樞電動(dòng)勢(shì)和電樞電流

6、的方向相反，是電樞電動(dòng)勢(shì)和電樞電流的方向相反，是。 結(jié)結(jié) 論論iiiie(1800)iiiie(00)直流直流電流電流交流交流電流電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩(拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩)機(jī)械負(fù)機(jī)械負(fù)載載克克 服服反電反電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)做功做功7.1 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理 電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系換向換向旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)外加電源外加電源電刷和換向器電刷和換向器電樞繞組內(nèi)部電樞繞組內(nèi)部氣隙磁場(chǎng)氣隙磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子NS二、直流二、直流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)的工作原理的工作原理NSE7.1 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理E載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生什么載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生什么？電刷和換向片的作用是什么電刷和換向片的作

7、用是什么？ee-+iiiff1800ee-+iiiabcdABdcbaAB將內(nèi)部的交流電轉(zhuǎn)換成外部直流電將內(nèi)部的交流電轉(zhuǎn)換成外部直流電( (整流整流) )制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩?轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組統(tǒng)稱為電樞轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組統(tǒng)稱為電樞 導(dǎo)體導(dǎo)體ab和和cd中的電樞電流及電樞電勢(shì)是中的電樞電流及電樞電勢(shì)是交變交變的。的。 從空間上看，從空間上看， N極極/S極下，電樞電流方向極下，電樞電流方向不變不變。 電刷間輸出的電勢(shì)極性始終不變（電刷間輸出的電勢(shì)極性始終不變（直流直流電動(dòng)勢(shì)）。電動(dòng)勢(shì)）。 電樞電動(dòng)勢(shì)和電樞電流的方向電樞電動(dòng)勢(shì)和電樞電流的方向相同相同。 電磁轉(zhuǎn)距是電磁轉(zhuǎn)距是阻力（

8、制動(dòng)）阻力（制動(dòng)）性質(zhì)的。性質(zhì)的。結(jié)結(jié) 論論eeiii00 位置位置feeiii1800 位置位置f輸出輸出直流電直流電原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流勢(shì)、電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩（阻轉(zhuǎn)矩）（阻轉(zhuǎn)矩）做功做功 電磁關(guān)系電磁關(guān)系換向換向機(jī)械能機(jī)械能電刷和換向器電刷和換向器電樞繞組內(nèi)部電樞繞組內(nèi)部氣隙磁場(chǎng)氣隙磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的直流電機(jī)的可逆原理可逆原理 一臺(tái)直流電機(jī)原則上一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為既可以作為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行，也可以作為也可以作為發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行，只是只是外界條件外界條件不同而已。不同而已。 如果用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞恒如果用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端速旋轉(zhuǎn)，

9、就可以從電刷端引出直流電動(dòng)勢(shì)而作為直引出直流電動(dòng)勢(shì)而作為直流電源對(duì)負(fù)載供電；流電源對(duì)負(fù)載供電； 如果在電刷端外加直流如果在電刷端外加直流電壓，則電動(dòng)機(jī)就可以帶電壓，則電動(dòng)機(jī)就可以帶動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，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。從而把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。SbNacd主主磁極磁極換向磁極換向磁極電刷電刷裝置裝置機(jī)座機(jī)座端蓋端蓋定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞鐵心電樞繞組電樞繞組換向器換向器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸承軸承氣隙氣隙7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、主要部件一、主要部件1. 定子定子(1) 主磁極主磁極(2) 換向磁極換向磁極(3) 機(jī)座機(jī)座(4) 端蓋等端蓋等第第7 章

10、章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論 直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子 (a) 主磁極主磁極 (b) 機(jī)座機(jī)座 構(gòu)成：構(gòu)成：主磁極鐵心主磁極鐵心和套裝在鐵心上的和套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組。作用：建立主磁場(chǎng)。作用：建立主磁場(chǎng)。定子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖定子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖由永久磁鐵做成。由永久磁鐵做成。磁極上繞線圈，線圈中通過(guò)直流電，磁極上繞線圈，線圈中通過(guò)直流電， 形成電磁鐵。形成電磁鐵。主磁極鐵心用主磁極鐵心用11.5mm厚的鋼板沖片疊壓而成。厚的鋼板沖片疊壓而成。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鐵心一般用整塊鋼換向極鐵心一般用整塊鋼或鋼板板疊片加工而成。或鋼板板疊片加工而成。換向極繞組與

11、電樞繞組串換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。聯(lián)。作用作用：改善換向。改善換向。1.5.1 1.5.1 換向概述換向概述1.5 直流電機(jī)的換向 為了分析方便假定換向片的寬度等于為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。電刷的寬度。 直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷，從一條支路換到另一條直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷，從一條支路換到另一條支路時(shí)支路時(shí), ,元件里的電流方向改變，即元件里的電流方向改變，即換向換向。 電樞移到電刷與換向片電樞移到電刷與換向片2 2接觸時(shí)，元接觸時(shí)，元件件1 1的被短路，電流被分流。的被短路，電流被分流。 電刷與換向片電刷與換向片1 1接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1 中的中的電流方

12、向如圖所示，大小為電流方向如圖所示，大小為 。aii 電刷僅與換向片電刷僅與換向片2 2接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1 中中的電流方向如圖所示，大小為的電流方向如圖所示，大小為aii元件1av1 2iiai 2aiai2i1iaiiaii ai 2aiai2i1iaiiaiiai 2aiai2i1i 換向問(wèn)題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生換向問(wèn)題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機(jī)不能正常工作。使電機(jī)不能正常工作。 產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原產(chǎn)生火花

13、的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原因。此外換向過(guò)程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。因。此外換向過(guò)程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。 元件從開(kāi)始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為元件從開(kāi)始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周換向周期期。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電樞繞組每個(gè)元件在經(jīng)過(guò)電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過(guò)程。樞繞組每個(gè)元件在經(jīng)過(guò)電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過(guò)程。1.5.2 1.5.2 換向的電磁理論換向的電磁理論換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：自感自感電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) 和互感電動(dòng)勢(shì)和互感電動(dòng)勢(shì) ：換向元件（線圈）在換向過(guò)：換向元件（

14、線圈）在換向過(guò)程中電流改變而產(chǎn)生的。程中電流改變而產(chǎn)生的。LeMe切割電動(dòng)勢(shì)切割電動(dòng)勢(shì) ：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電樞反應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動(dòng)勢(shì)。樞反應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動(dòng)勢(shì)。ae換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：kaMLeeeee 根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)總根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)總是阻礙換向的。是阻礙換向的。換向電動(dòng)勢(shì)換向電動(dòng)勢(shì) ：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場(chǎng)中感應(yīng)：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場(chǎng)中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。的電動(dòng)勢(shì)。換向電動(dòng)勢(shì)

15、是幫助換向的換向電動(dòng)勢(shì)是幫助換向的。ke換向元件中的電流：換向元件中的電流：11kbkbRi(RR)i(RR)ie 設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是 和和 ，元件，元件自身的電阻為自身的電阻為 , ,流過(guò)的電流為流過(guò)的電流為 , ,元件與換向片間的連線電阻元件與換向片間的連線電阻為為 , ,元件在換向時(shí)的回路方程：元件在換向時(shí)的回路方程：1bR2bRRikR 忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與換向片的接觸總電阻為換向片的接觸總電阻為 ，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變，則可推導(dǎo)出換向元件中

16、的電流變化規(guī)律為化規(guī)律為bR2kalkkkkbkeTtiiiiTTTR ()tTt一、直線換向0e當(dāng)當(dāng) 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。線性變化。0e當(dāng)當(dāng) 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。二、延遲換向0e當(dāng)當(dāng) 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間再時(shí)換向元件電流隨時(shí)間再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。三、超越換向ai直線換向直線換向aikTt0延遲換向延遲換向超越換向超越換向1.5.3 改善換向的方法改善換向的方法 除了直線換向外，延遲和超越換向時(shí)的合成電動(dòng)勢(shì)不為零，除了直線換向外，延遲和超越

17、換向時(shí)的合成電動(dòng)勢(shì)不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會(huì)在電換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會(huì)在電刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。產(chǎn)生火花。 改善換向一般采用以下方法：改善換向一般采用以下方法：選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻裝設(shè)換向磁極裝設(shè)換向磁極位于幾何中性線處裝換向磁位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)

18、磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)大型直流電機(jī)在主磁極大型直流電機(jī)在主磁極極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)的磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子裝配圖裝配圖 直流電機(jī)的定子直流電機(jī)的定子 構(gòu)成：構(gòu)成：用厚鋼板或鑄鋼件制成。用厚鋼板或鑄鋼件制成。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。 端蓋：裝在電機(jī)機(jī)座兩側(cè)端蓋：裝在電機(jī)機(jī)座兩側(cè)的端面上，保護(hù)電機(jī)內(nèi)部的端面上，保護(hù)電機(jī)內(nèi)部免受外界的侵害并保護(hù)工免受外界的侵害并保護(hù)工作人員的安全，防止觸電。作人員的安全

19、，防止觸電。構(gòu)成：電刷、刷盒、構(gòu)成：電刷、刷盒、刷桿和連線等。刷桿和連線等。電刷的電刷的作用：作用：把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的外電路相連接，繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。流或逆變器的作用。2. 轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子（電樞）(1) 電樞鐵心電樞鐵心(2) 電樞繞組電樞繞組7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(3) 換向器換向器(4) 轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子 (a) 轉(zhuǎn)子主體轉(zhuǎn)子主體 (b) 電樞鋼片電樞鋼片 （1）電樞鐵心電樞鐵心作用：作用： v 一是作為電機(jī)主磁路的主要部分；一是作為電機(jī)主磁

20、路的主要部分；v 二是嵌放電樞繞組。二是嵌放電樞繞組。 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，電樞鐵心通常用磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。作用：直流電機(jī)的電路部分，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。作用：直流電機(jī)的電路部分，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 構(gòu)成：用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成。構(gòu)成：用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成。電樞鐵心和繞組電樞鐵心和繞組 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：構(gòu)成：由許多鴿形尾的換向片排列成

21、一個(gè)圓筒片由許多鴿形尾的換向片排列成一個(gè)圓筒片間間用用V形云母絕緣，兩端再用兩個(gè)形環(huán)夾緊而構(gòu)成。形云母絕緣，兩端再用兩個(gè)形環(huán)夾緊而構(gòu)成。（3）換向器換向器直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子附錄附錄4 直流電機(jī)圖片直流電機(jī)圖片 直流電機(jī)的氣隙直流電機(jī)的氣隙 在靜止的主磁極與電樞之間，有一空氣在靜止的主磁極與電樞之間，有一空氣間隙，由于空氣的磁阻較大，因而它在電機(jī)間隙，由于空氣的磁阻較大，因而它在電機(jī)的磁路中有重要的影響。小型電機(jī)的氣隙約的磁路中有重要的影響。小型電機(jī)的氣隙約為為13mm13mm，大型電機(jī)的約為大型電機(jī)的約為1012mm1012mm。直流電機(jī)模型直流電機(jī)模型7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流

22、電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)電樞電樞直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 電機(jī)裝配圖電機(jī)裝配圖7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)直流電機(jī)小型直流電機(jī)小型直流電機(jī)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組對(duì)電樞繞組的要求：對(duì)電樞繞組的要求：在通過(guò)在通過(guò)規(guī)定的電流規(guī)定的電流和產(chǎn)生和產(chǎn)生足夠的電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩足夠的電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩前前提下，所消耗的有效材料最省，提下，所消耗的有效材料最省， 強(qiáng)度高（機(jī)械、電強(qiáng)度高（機(jī)械、電氣、熱），氣、熱）， 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。 電樞繞組：

23、電樞繞組：直流電機(jī)的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一直流電機(jī)的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一, , 是直流電機(jī)的電路部分，亦是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的是直流電機(jī)的電路部分，亦是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。樞紐。直流電樞繞組基本知識(shí)直流電樞繞組基本知識(shí)元件元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。電樞繞組：電樞繞組：結(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)形狀相同的線圈，按照一定的規(guī)律連接而成。相同的線圈，按照一定的規(guī)律連接而成。上上層層邊邊下下層層邊邊端接部分端接部分實(shí)際電機(jī)模型實(shí)際電機(jī)模型NSn電樞繞組展開(kāi)圖電樞繞組展開(kāi)圖ABA圖圖 等值電路等值電路 NSnAB 直流電樞繞組直流電樞繞組A

24、B12345678A B1 2 3 48 7 6 57 6 5 48 1 2 3AB結(jié)論：結(jié)論：整個(gè)電樞繞組通過(guò)換向片連成一個(gè)閉合回路。整個(gè)電樞繞組通過(guò)換向片連成一個(gè)閉合回路。7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)A B12345678 直流電樞繞組直流電樞繞組電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)兩匝元件兩匝元件7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)e e e ee e e eEA1 2 3 48 7 6 5BIa e e e ee e e e1 2 3 48 7 6 5ABIa E疊繞組疊繞組波繞組波繞組NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9

25、11 12A1 B1 A2 B2 單疊繞組的展開(kāi)圖單疊繞組的展開(kāi)圖 并聯(lián)支路對(duì)數(shù)：并聯(lián)支路對(duì)數(shù)：a = 2=p。 電刷的中心線對(duì)著磁極的中心線。電刷的中心線對(duì)著磁極的中心線。A1A2B1B2n7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3 6 4 7 5 811 8 10 7 9 69 12 10 1 11 25 2 4 1 3 12槽數(shù)槽數(shù)Z=12，p=2，雙層整距繞組，雙層整距繞組線圈節(jié)距線圈節(jié)距y= 單疊繞組的展開(kāi)圖單疊繞組的展開(kāi)圖NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12A1 B1 A2 B2n 電刷的中心線對(duì)電刷的中心線對(duì) 著磁

26、極的中心線：著磁極的中心線： 電刷之間的電動(dòng)電刷之間的電動(dòng) 勢(shì)最大。勢(shì)最大。 被電刷短接的元被電刷短接的元 件電動(dòng)勢(shì)為零。件電動(dòng)勢(shì)為零。 習(xí)慣稱習(xí)慣稱 “電刷放在電刷放在 幾何中心線位置幾何中心線位置”。磁極中心線磁極中心線幾何中心線幾何中心線7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、勵(lì)磁方式二、勵(lì)磁方式+Ua+Uf他他勵(lì)勵(lì)并并勵(lì)勵(lì)串串勵(lì)勵(lì)復(fù)復(fù)勵(lì)勵(lì)1. 直流直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類按勵(lì)磁方式分類7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)MIfIaM+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI 供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱為供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱為勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式。分為分為他勵(lì)他勵(lì)和和

27、自勵(lì)自勵(lì)兩大類，自勵(lì)方式又分兩大類，自勵(lì)方式又分并勵(lì)并勵(lì)、串勵(lì)串勵(lì)和和復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)三種方式。三種方式。aIIafI = I = IfaIII2. 直流直流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類按勵(lì)磁方式分類自自勵(lì)勵(lì)7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)他他勵(lì)勵(lì)串串勵(lì)勵(lì)復(fù)復(fù)勵(lì)勵(lì)并并勵(lì)勵(lì)GIf+UfIa+UaGIa+UIfIG+UIfIIaGIfIa+UIfaIIIafI = I = IaII電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三、額定值三、額定值1. 額定電壓額定電壓 UN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 UN ：指輸出電壓的額定值：指輸出電壓的額定值。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 UN ：指輸入電壓的額定值：指輸入電壓的額定值。2.

28、額定電流額定電流 IN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 IN ：指輸出電流的額定值：指輸出電流的額定值。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 IN ：指輸入電流的額定值：指輸入電流的額定值。3. 額定功率額定功率 PN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 PN ：指輸出電功率的額定值：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的 PN ：指輸出機(jī)械功率的額定值：指輸出機(jī)械功率的額定值 (UN INN ) 。7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN5. 額定勵(lì)磁電壓額定勵(lì)磁電壓 UfN6. 額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流 IfN 額定狀態(tài)額定狀態(tài) ： 指指 U、I、P、n 均為額定值的狀態(tài)。均為額定值的狀

29、態(tài)。 滿載狀態(tài)滿載狀態(tài) ： 指指 I = IN 的狀態(tài)。的狀態(tài)。7.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)NNNNNNNnPnPPT55. 96022 電動(dòng)機(jī)軸上輸出電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：的額定轉(zhuǎn)矩：直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定條件下電機(jī)額定條件下電機(jī)所能提供的功率所能提供的功率NP額定功率額定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發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)指軸上輸出指軸上輸出的機(jī)械功率的機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓出線端的平均電壓NU額定電壓額定

30、電壓在額定電壓下，運(yùn)行于在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流NI額額定定電電流流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速.Nn額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速fNI額額定定勵(lì)勵(lì)磁磁電電流流對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。期、出廠編號(hào)等。直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢(shì)主磁極磁動(dòng)勢(shì)，電樞電流，電樞電流產(chǎn)生產(chǎn)生電樞磁動(dòng)

31、勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)的影響稱為。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)的影響稱為 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 7.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)四極四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。主磁通主磁通：同時(shí)與同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞組勵(lì)磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。漏磁通：漏磁通：僅交鏈僅交鏈勵(lì)磁繞組本勵(lì)磁繞組本身，不能在電樞繞組中感身，不能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。一、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)一、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)xB氣隙磁密分布?xì)庀洞琶芊植计巾敳ㄆ巾敳◣缀沃行跃€幾

32、何中性線極靴極靴極身極身（a）氣隙形狀氣隙形狀 磁極中心及附近磁極中心及附近：氣隙：氣隙小且均勻，磁通密度較大小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)；且基本為常數(shù)；靠近極尖處靠近極尖處，氣隙逐漸變，氣隙逐漸變大，磁通密度減?。淮?，磁通密度減小；極尖以外極尖以外：氣隙明顯增大，：氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少；磁通密度顯著減少；幾何中性線處幾何中性線處：氣隙磁通：氣隙磁通密度為零。密度為零。 空載時(shí)的氣隙磁通密度的波形空載時(shí)的氣隙磁通密度的波形二、二、 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場(chǎng)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場(chǎng) 直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)

33、生的磁動(dòng)勢(shì)稱為的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì)。電。電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場(chǎng)樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)生變化。發(fā)生變化。 假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見(jiàn)電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)樞電流。由圖可見(jiàn)電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)在空間的分布情況，生的氣隙磁場(chǎng)在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。NS幾何幾何中心線中心線 N S勵(lì)磁磁場(chǎng)勵(lì)磁磁場(chǎng)（空載磁場(chǎng)）（空載磁場(chǎng)）物理物理中心線中心線電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)合成磁場(chǎng)合成磁場(chǎng)（負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)）（負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)）物理物理中心線中心線 電樞反應(yīng)：電樞反應(yīng)：電樞磁通勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響。電樞磁通勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響。第第7

34、 章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論減少減少增加增加減少減少增加增加 電樞反應(yīng)的影響電樞反應(yīng)的影響 總磁場(chǎng)被扭歪了總磁場(chǎng)被扭歪了 幾何中心線與物理中心線分開(kāi)了幾何中心線與物理中心線分開(kāi)了, 電刷位置處的元件的電刷位置處的元件的 e0，增加換向困難。，增加換向困難。 一半磁極的磁通增加，一半磁極的磁通減少，一半磁極的磁通增加，一半磁極的磁通減少， 磁路不飽和時(shí)，每極磁通不變；磁路不飽和時(shí)，每極磁通不變； 磁路飽和時(shí)，磁路飽和時(shí)，每極磁通減少，每極磁通減少，e 和和T 相應(yīng)減少。相應(yīng)減少。fNI0fF0fIfFfIA0N 0 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)

35、額定運(yùn)行時(shí)，額定一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通磁通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中A點(diǎn)，即在磁點(diǎn)，即在磁化特性曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的位化特性曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。置。N 7.4 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)一、電磁轉(zhuǎn)矩一、電磁轉(zhuǎn)矩1. 產(chǎn)生產(chǎn)生 電樞電流電樞電流 i 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) F T 2. 大小大小 電磁力：電磁力： F = B l i 平均磁密：平均磁密： 第第7 章章 直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)的基本理論BlB = l極距極距7.4 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)勢(shì)一、電磁轉(zhuǎn)矩一、電磁轉(zhuǎn)矩1. 產(chǎn)生產(chǎn)生 電樞電流電樞電流 i 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) F T 2. 大小大小l 電磁力：