電機(jī)拖動(dòng)-直流電機(jī)(1)

1、目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)及機(jī)械特性仿真電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)及機(jī)械特性仿真 第第1章章 直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出本章主要研究直流電機(jī)的工作原理，直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，各部件的本章主要研究直流電機(jī)的工作原理，直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，各部件的作用等；分析直流電機(jī)的電路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng)、運(yùn)行時(shí)的電磁反應(yīng)，作用等；分析直流電機(jī)的電路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng)、運(yùn)行時(shí)的電磁反應(yīng)，并對(duì)直流電機(jī)的換向及換向不良介紹；分析直流電機(jī)電動(dòng)勢(shì)、功率及并對(duì)直流電機(jī)的換向及換向不良介紹；分析直流電機(jī)電動(dòng)勢(shì)、功率及轉(zhuǎn)矩方程式等。轉(zhuǎn)矩方程式等。 1.1 1.1 直流電機(jī)

2、的工作原理直流電機(jī)的工作原理 1.2 1.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、銘牌及主要系列直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、銘牌及主要系列 1.3 1.3 直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 1.4 1.4 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 1.5 1.5 直流電機(jī)的平衡方程式直流電機(jī)的平衡方程式目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 右圖表示一臺(tái)最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)的模型。N、S為定子磁極，由A和x兩根導(dǎo)體連成的一個(gè)電樞線圈是放置在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上（稱為電樞鐵心），線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首端和末端分別連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片1和2上。電樞線圈與外電路的連接是通過(guò)放置在換向片上固

3、定不動(dòng)的電刷B1和B2進(jìn)行的。圖1-1目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=BxLV 。 則整個(gè)線圈從xA的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eXA=2BxLV。由于轉(zhuǎn)速n是恒定的，故V為一定值；對(duì)于已制成的電機(jī)，L也是一定的，所以電動(dòng)勢(shì)eXA與磁通密度BX成正比，這說(shuō)明線圈電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律與氣隙磁場(chǎng)沿圓周的分布規(guī)律相同。 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子以恒定的轉(zhuǎn)速n逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) ，設(shè)在圖1-1所示瞬間，如右圖。根據(jù)右手定則，可以判定導(dǎo)體A的電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)榇┏黾埫?，用表示；?dǎo)體x的電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)檫M(jìn)入紙面，用 表示。圖1-1由圖可見，此時(shí)電刷B1與導(dǎo)體A所連的換向片1相接觸；而電刷B2則

4、與導(dǎo)體x所連的換向片2相接觸，因此電刷B1的極性為“”，電刷B2的極性為“”。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 有了BX的分布曲線以后，因?yàn)閑XA BX，所以只要改變坐標(biāo)刻度，曲線也可以表示為線圈電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律。可以看出，線圈電動(dòng)勢(shì)是交變的。 當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過(guò)180后，導(dǎo)體x到了原來(lái)導(dǎo)體A的位置，導(dǎo)體A則到了原來(lái)導(dǎo)體x的位置。根據(jù)右手定則，此時(shí)導(dǎo)體x的電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)?導(dǎo)體A的電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)閳D1-1圖1-2 知道了BX的分布曲線，也就可以知道線圈電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律。 為此可以假想把電樞從外圓上某點(diǎn)切開，把圓周拉成一直線作為橫坐標(biāo)，并以磁通密度BX為縱坐標(biāo)，而繪出BX的分布曲線，如圖1-2所示

5、。一般假定以N極下的磁通密度為負(fù)值，S極下的磁通密度為正值。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出圖1-1圖1-2 若在B1、B2之間接上一個(gè)負(fù)載，負(fù)載上就會(huì)流過(guò)一個(gè)方向不變的電流，這就是直流發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。 顯然在一個(gè)線圈的情況下，電刷B1與B2之間的電動(dòng)勢(shì)的方向雖然不變，但在數(shù)值上卻是變化的，因此在實(shí)際電機(jī)中，電樞繞組是由許多線圈按照一定規(guī)律連接起來(lái)而構(gòu)成的，這就使電刷間電動(dòng)勢(shì)的脈動(dòng)程度大大降低，實(shí)用時(shí)可以認(rèn)為產(chǎn)生的是一個(gè)恒定直流。 由于電刷在空間是固定不動(dòng)的，這時(shí)電刷B1與換向片2相接觸，電刷B2與換向片1相接觸。，所以電刷B1的極性仍為“”，電刷B2的極性仍為“”，這樣就在電刷B1

6、與B2之間得到一個(gè)方向不變電動(dòng)勢(shì)。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 如果不用原動(dòng)機(jī)去帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，而是由外電源從電刷B1、B2輸入直流電流，使電流從正電刷B1流入，從負(fù)電刷B2流出，則此時(shí)N極下的線圈電流總是由首端流向末端。S極下的線圈電流總是由末端流向首端，所以N極下和S極下的線圈受到的電磁力的方向是始終不變的，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向也就不變。這個(gè)轉(zhuǎn)矩使電樞始終沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，就把電能變換成機(jī)械能，使之成為一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)而帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械工作。圖1-1目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 從上述直流電機(jī)的工作原理來(lái)看，一臺(tái)直流電機(jī)若在電刷兩端加上直流電壓，輸入電能，即可拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，將

7、電能變?yōu)闄C(jī)械能而成為電動(dòng)機(jī)；反之若用原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，就可在電刷兩端得到一個(gè)直流電動(dòng)勢(shì)作為電源，將機(jī)械能變?yōu)殡娔芏蔀榘l(fā)電機(jī)。這種一臺(tái)電機(jī)既能作電動(dòng)機(jī)又能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為電機(jī)的可逆原理電機(jī)的可逆原理。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸風(fēng)扇主磁極轉(zhuǎn)子定子1-換向器 2-電刷裝置 3-機(jī)座4-主磁極5-換向極6-端蓋7-風(fēng)扇8-電樞繞組9-電樞鐵心直流電機(jī)剖面圖目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 組成電樞繞組的基本組成電樞繞組的基本單元稱為單元稱為“元件元件”，一個(gè)元件由兩條元件一個(gè)元件由兩條元件邊和端

8、接線組成。邊和端接線組成。 繞組元件可以是一匝繞組元件可以是一匝或多匝，匝數(shù)的多少或多匝，匝數(shù)的多少也就等于每一元件邊也就等于每一元件邊所包含的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)。所包含的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)。繞組元件在槽中的位置1-上元件邊 2-后端接線 3-下元件邊 4-前端接線目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 因?yàn)槊恳粋€(gè)元件有兩個(gè)元件邊，而每一換向片連接一個(gè)元件的始端和另一個(gè)元件的末端；又因?yàn)槊恳粋€(gè)虛槽包含著兩個(gè)元件邊，所以繞組的元件數(shù)繞組的元件數(shù)S S、換、換向片數(shù)向片數(shù)K K和虛槽數(shù)和虛槽數(shù)Z Zi i三者應(yīng)相等，三者應(yīng)相等，即即S=K=ZS=K=Zi i=uZ =uZ 為了確切地說(shuō)明每個(gè)元件邊所處的具體位置

9、，引入“虛槽”的概念。 設(shè)槽內(nèi)每層有u個(gè)元件邊，則把每個(gè)實(shí)際槽看作包含有u個(gè)“虛槽”，每個(gè)虛槽的上、下層各有一個(gè)元件邊，如圖表示u=3時(shí)，元件邊的布置情況。 若實(shí)槽數(shù)為Z，虛槽數(shù)為Zi，則Zi=uZ 目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出2aDp12Ziyp整數(shù)2iZp一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊之間的距離稱為第一節(jié)距或后節(jié)距，用虛槽數(shù)表示。在電機(jī)中，若沿電樞圓周表面相鄰兩磁極的距離稱為極距 ,則為了獲得較大的線圈電動(dòng)勢(shì)，第一節(jié)距y1應(yīng)等于或接近于一個(gè)極距，極距按下式計(jì)算： 式中 Da電樞外徑；P磁極對(duì)數(shù)。若極距用虛槽數(shù)表示，則 由于Zi不一定能被極數(shù)2P整除，而y1又必須為整數(shù)，所以應(yīng)使 若=0，

10、則y1= ，稱為整距繞組；若0，則y1時(shí)，稱為長(zhǎng)距繞組，y1 時(shí)，稱為短距繞組。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 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)元件的上層邊之間的距離稱為第二節(jié)距或前節(jié)距，用虛槽數(shù)表示。 相串聯(lián)的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊之間的距離稱為合成節(jié)距，用虛槽數(shù)表示。 合成節(jié)距表示每串聯(lián)一個(gè)元件后，繞組在電樞表面前進(jìn)或后退了多少個(gè)虛槽，它是反映不同形式繞組的一個(gè)重要標(biāo)志。 單疊繞組單疊繞組 y=y1-y2 單波繞組單波繞組 y=y1+y2 目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 單疊繞組的特點(diǎn)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 y =

11、 y k=1。下面通過(guò)例子說(shuō)明單疊繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn)。（2）畫出展開圖 如下圖所示。作圖步驟如下：設(shè)2P=4，S=K=Zi=16，單疊右行繞組。（1）計(jì)算節(jié)距 ，采用整矩繞組，因?yàn)閱委B右行，故y=yk=1，所以y2=y1-y=4-1=3。 1160 424iZyp 目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 先畫16個(gè)槽和16個(gè)換向片，并將元件、槽和換向片按順序編號(hào)。編號(hào)時(shí)把元件號(hào)碼、元件上層邊所在槽的號(hào)碼以及與元件上層邊相聯(lián)接的換向片號(hào)碼編得一致，即1 1號(hào)元件的上層邊放在號(hào)元件的上層邊放在1 1號(hào)槽內(nèi)并與號(hào)槽內(nèi)并與1 1號(hào)換向片相連接。號(hào)換向片相連接。因?yàn)閥1=4,則1 1號(hào)元件的下層邊應(yīng)

12、放在第號(hào)元件的下層邊應(yīng)放在第5 5號(hào)槽（號(hào)槽（1+y1+y1 1=5=5）的）的下層下層，下層邊用虛線表示，編號(hào)為編號(hào)為5 5目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 將2號(hào)元件的上層邊放入2號(hào)槽的上層（1+y=2），下層邊放在6號(hào)槽的下層（2+y1=6），2號(hào)元件的上層邊聯(lián)在2號(hào)換向片上，下層邊聯(lián)在3號(hào)換向片上。依次類推，最后第16號(hào)元件的下層邊與1號(hào)換向片相聯(lián)，整個(gè)繞組形成一個(gè)閉合回路，繞組聯(lián)接完畢。繞組元件的聯(lián)接順序如下。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 15 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4上層下層 因

13、y=yk=1，故1號(hào)元件的末端應(yīng)聯(lián)接在2號(hào)換向片上（1+yk=2）一般應(yīng)使元件左右對(duì)稱，這樣1號(hào)換向片與2號(hào)換向片的分界線正好與元件的中心線相重合。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 放置磁極：在繞組展開圖上均勻放置4個(gè)磁極（2p=4）。假定N極的磁通是進(jìn)入紙面，S極的磁通是從紙面穿出，電樞自右向左運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則就可判定各元件邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。 在圖示這一瞬間，1、5、9、13四個(gè)元件正處于磁極幾何中性線上，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，這四個(gè)元件把整個(gè)繞組分成四段，每段有三個(gè)電動(dòng)勢(shì)方向相同的元件相串聯(lián)。由于每段電路中對(duì)應(yīng)元件所處的磁場(chǎng)位置相同，所以每段電路的電動(dòng)勢(shì)大小相等，但方向兩兩相反，因

14、此在整個(gè)閉合回路內(nèi)互相抵銷，總電動(dòng)勢(shì)為零，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 綜上所述：綜上所述：要使電刷間的電動(dòng)勢(shì)為最大，電刷必須和位于幾何中性線（磁極之間的平分線）的元件相連接，在電機(jī)中把這種情況稱為“電刷在幾何中性線”。 放置電刷 ：為了引出最大電動(dòng)勢(shì)，必須在換向片1和2、5和6、9和10、13和14之間，也就是在磁極軸線位置，放置4組電刷A1、B1、A2、B2，因?yàn)檫@時(shí)A、B電刷之間所包含的元件，其電動(dòng)勢(shì)的方向都是相同的目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 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。數(shù)

15、相同。 若以若以a a表示支路對(duì)數(shù)，表示支路對(duì)數(shù)，P P表示極對(duì)數(shù)表示極對(duì)數(shù) 則則2a=2p 2a=2p 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)。電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)。 電樞電流等于各支路電流之和。電樞電流等于各支路電流之和。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出1kKyyP 整 數(shù) 單波繞組的特點(diǎn)是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。 所謂單波繞組就是指當(dāng)聯(lián)接了p個(gè)元件后，第p個(gè)元件的末端應(yīng)落在與起始換向片相鄰的換向片上，即： pyk=k1 若取pyk=K+1，表示繞完一周后，落在起始換向片右邊的換向片上

16、，稱為單波右行，這時(shí)端接部分交叉，一般不采用。反之，若取pyk=K-1，表示繞完一周后，落在超始換向片左邊的換向片上，稱為單波左行。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出下面通過(guò)例子說(shuō)明單波繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn)。217 3 4yy y 繞組展開圖設(shè)2p=4，Zi=S=K=15，單波左行繞組。計(jì)算繞組節(jié)距 （為一短距繞組）153344115172kKyyp1Ziy =2p作圖的過(guò)程與單疊繞組的相仿，畫出15個(gè)槽和換向片，并進(jìn)行編號(hào)。將1號(hào)元件的上層邊放在1號(hào)槽內(nèi)（實(shí)線）并與1號(hào)換向片相聯(lián)，1號(hào)元件的下層邊放在第4（1+y1=4）號(hào)槽內(nèi)（虛線）并與第8號(hào)（1+yk=8）換向片相連，作圖時(shí)目目 錄

17、錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 同樣應(yīng)使元件左右對(duì)稱。與1號(hào)元件相聯(lián)的元件的上層邊應(yīng)在第8號(hào)（1+y=8）槽內(nèi)，與8號(hào)換向片相連，下層邊在第11號(hào)（8+y1=11）槽內(nèi)，并與第15號(hào)（8+y=15）換向片相連，因?yàn)閜=2，所以繞了兩個(gè)元件后就沿電樞前進(jìn)了約一周，回到起始換向片左邊的換向片上，依次類推，最后聯(lián)接成一閉路，如圖右圖所示。 目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出下面通過(guò)例子說(shuō)明單波繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn)。217 3 4yy y 繞組展開圖設(shè)2p=4，Zi=S=K=15，單波左行繞組。計(jì)算繞組節(jié)距 （為一短距繞組）153344115172kKyyp1Ziy =2p作圖的過(guò)程與單疊繞組

18、的相仿，畫出15個(gè)槽和換向片，并進(jìn)行編號(hào)。將1號(hào)元件的上層邊放在1號(hào)槽內(nèi)（實(shí)線）并與1號(hào)換向片相聯(lián)，1號(hào)元件的下層邊放在第4（1+y1=4）號(hào)槽內(nèi)（虛線）并與第8號(hào)（1+yk=8）換向片相連，作圖時(shí)目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 同樣應(yīng)使元件左右對(duì)稱。與1號(hào)元件相聯(lián)的元件的上層邊應(yīng)在第8號(hào)（1+y=8）槽內(nèi)，與8號(hào)換向片相連，下層邊在第11號(hào)（8+y1=11）槽內(nèi)，并與第15號(hào)（8+y=15）換向片相連，因?yàn)閜=2，所以繞了兩個(gè)元件后就沿電樞前進(jìn)了約一周，回到起始換向片左邊的換向片上，依次類推，最后聯(lián)接成一閉路，如圖右圖所示。 目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出1kKyyP 整

19、 數(shù) 單波繞組的特點(diǎn)是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。 所謂單波繞組就是指當(dāng)聯(lián)接了p個(gè)元件后，第p個(gè)元件的末端應(yīng)落在與起始換向片相鄰的換向片上，即： pyk=k1 若取pyk=K+1，表示繞完一周后，落在起始換向片右邊的換向片上，稱為單波右行，這時(shí)端接部分交叉，一般不采用。反之，若取pyk=K-1，表示繞完一周后，落在超始換向片左邊的換向片上，稱為單波左行。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 繞組元件的聯(lián)接順序見表繞組元件的聯(lián)接順序見表 放置磁極和電刷 因2P=4，將4個(gè)磁極均勻分布，當(dāng)采用對(duì)稱元件時(shí)，電刷位置應(yīng)在磁極軸線上，依次為A1、B1、A2、B2。 1 8 15 7 14 6 13 5

20、12 4 11 3 10 2 9 14 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12 上層下層目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 把圖1-20所示瞬間的各元件聯(lián)接情況與電刷的關(guān)系整理、排列，可畫出圖1-21的電路圖。圖1-20圖1-21目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 同極下各元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為1即a=1,與磁極對(duì)數(shù)P無(wú)關(guān)； 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； 電刷數(shù)等于磁極數(shù)（采用全額電刷）； 電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； 電樞電流等于兩條支路電流之和。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退

21、出出 單迭繞組：先串聯(lián)所有上元件邊在同一極下的元件， 形成一條支路。 每增加一對(duì)主極就增加一對(duì)支路。 2a2p。 迭繞組并聯(lián)的支路數(shù)多， 每條支路中串聯(lián)元件數(shù)少，適應(yīng)于較大電流、較低電壓的電機(jī)。 單波繞組：把全部上元件邊在相同極性下的元件相連，形成一條支路。 整個(gè)繞組只有一對(duì)支路， 極數(shù)的增減與支路數(shù)無(wú)關(guān)。 2a2。波繞組并聯(lián)的支路數(shù)少， 每條支路中串聯(lián)元件數(shù)多， 適用于較高電壓、較小電流的電機(jī)。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出復(fù)疊繞組復(fù)疊繞組圖1-22構(gòu)成兩個(gè)“單疊繞組”，然后通過(guò)電刷把它們并聯(lián)起來(lái)。顯然雙疊繞組的支路數(shù)是單疊繞組的兩倍，一般來(lái)說(shuō)，復(fù)疊繞組的支路數(shù)為：2a=2mp 它

22、的聯(lián)接方式與單疊繞組相似，只是y=yk=m，其中m為大于1的整數(shù)，m=2稱為雙疊繞組，m=3稱為三疊繞組，。采用最多的是雙疊繞組，它的聯(lián)接示意圖見圖1-22。雙疊繞組實(shí)際上可以看成是由單號(hào)元件和雙號(hào)元件分別目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式是指電機(jī)勵(lì)磁電流的供給方式，分為他他勵(lì)和自勵(lì)勵(lì)和自勵(lì)兩大類。他勵(lì)他勵(lì)勵(lì)磁電流由另外的電源供給。勵(lì)磁電路與電樞無(wú)電的聯(lián)系。自勵(lì)自勵(lì)勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)本身供給。自勵(lì)電動(dòng)按勵(lì)磁繞組與電樞的聯(lián)接方式不同，又可分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)實(shí)線接法稱為短復(fù)勵(lì)虛線接法稱為長(zhǎng)復(fù)勵(lì)目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 4)4)復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì):

23、 :發(fā)電機(jī)既有并勵(lì)繞組，它們套在同一主極鐵心上。串勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)可以與并勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)方向相同（稱為積復(fù)勵(lì)），也可以相反（稱為差復(fù)勵(lì)）。并勵(lì)繞組與電樞并聯(lián)，流過(guò)的電流小，故并勵(lì)繞組匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)；串勵(lì)繞組與電樞串聯(lián)，流過(guò)的電流大，故串勵(lì)繞組匝數(shù)少、導(dǎo)線粗。1 1) )他勵(lì)：他勵(lì)：他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同aII3 3) )串勵(lì)：串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足 。afII I 2)2)并勵(lì)：并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。滿足 。afIII 通常If 僅為電視額定電流IN的1%-5%。不同的勵(lì)磁方式，將使電機(jī)的運(yùn)行性能發(fā)生很大的差異目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 1

24、1）額定容量（額定功率）額定容量（額定功率）P PN N 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 “W” 為量綱單位。 電機(jī)制造廠按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)電機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)定了電機(jī)的正常運(yùn)行狀態(tài)和條件，通常稱之為額定運(yùn)行情額定運(yùn)行情況況。凡表征電機(jī)額定運(yùn)行情況的各種數(shù)據(jù)，稱為額定值。額定值一般都標(biāo)注在電機(jī)的銘牌上，所以也稱為銘牌數(shù)據(jù)，它是正確合理使用電機(jī)的依據(jù)。直流電機(jī)的額定值主要有下列四項(xiàng)：目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出2 2）額定電壓）額定電壓U UN N 指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 “V” 為單位。 3 3）額定電流）額定電流I IN N 指電機(jī)在額定電壓

25、、額定功率時(shí)的電樞電流值，以 “A” 為單位。 4 4）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r/min為單位。 對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，PNUNINN 對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。 PNUNIN 目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出fNfffFI N當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過(guò)電流為 ，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：fI下圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。下圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 直流電機(jī)中，主磁通主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁

26、轉(zhuǎn)矩，而漏磁通漏磁通沒(méi)有這個(gè)作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。磁力線由磁力線由N極出來(lái)，經(jīng)氣隙、極出來(lái)，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入電樞齒部、氣隙進(jìn)入S極，極，再經(jīng)定子鐵軛回到再經(jīng)定子鐵軛回到N極極主磁通主磁通主磁路磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過(guò)氣隙、相鄰磁極直接經(jīng)過(guò)氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁通漏磁路目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁

27、通密度減?。粯O尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。 空載時(shí)空載時(shí)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。 氣隙形狀幾何中性線極靴極身目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出圖 1-17圖1-18 為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通 ，空載時(shí)，氣隙磁通 與空載磁動(dòng)勢(shì) 或空載勵(lì)磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖1-18所示。000fF0fI 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通 設(shè)定在圖中a點(diǎn)，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入

28、飽和區(qū)的位置。N 空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如圖 1-17 所示。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無(wú)窮多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中 所示。axF 由于主磁極下氣隙長(zhǎng)度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長(zhǎng)度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的馬鞍型，如圖中 所示。axBaxF目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 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)生的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)生變化 右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)分布情況。 假設(shè)勵(lì)磁電流為零

29、，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)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)。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場(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。電樞電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為磁場(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)。 當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場(chǎng)分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況，如圖（a）所示。 目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出兩條曲線逐點(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axB主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線xB0 xB由圖可知

30、，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出磁路不飽和時(shí)，主磁場(chǎng)被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)交軸去磁性質(zhì)?？蛰d時(shí)電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，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。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出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)

31、 角，如圖(a)(b)所示。這時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)可以分解為兩個(gè)垂直分量：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì) 和直軸電樞磁動(dòng)勢(shì) 。如圖(a)(b)所示。adFaqF電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)可用下列表格說(shuō)明電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)可用下列表格說(shuō)明電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(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目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 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),元件里的電流方向改變，即換向。 為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。 電樞移到電刷與換向片2接觸時(shí)，元件1的被短路，電流被分流。如b圖所示。

32、 電刷與換向片1接觸時(shí)，元件1 中的電流方向如a圖所示，大小為 。aii 電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件1 中的電流方向如c圖所示，大小為 。aii 目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 元件從開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。 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，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。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出

33、出axrd ieLd t 自感電動(dòng)勢(shì) 和互感電動(dòng)勢(shì) ：換向元件（線圈）在換向過(guò)程中電流改變而產(chǎn)生。MeLe式中 Lr換向元件的等效合成漏電感。 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)re根據(jù)楞次定律，電抗電動(dòng)勢(shì)的作用是阻止電流變化的，因此 的方向是與換向前的電流方向相同。xexe 電抗電動(dòng)勢(shì)電抗電動(dòng)勢(shì)目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 由于換向元件切割換向區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。換向區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)可能由下列三種磁動(dòng)勢(shì)的作用而建立，即主極磁動(dòng)勢(shì)、電樞交軸磁動(dòng)勢(shì)和換向極磁動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí)，該處的主磁場(chǎng)為零，換向區(qū)域的磁場(chǎng)僅由電樞交軸磁動(dòng)勢(shì)和換向極磁動(dòng)勢(shì)所建立，下面對(duì)這兩種磁動(dòng)勢(shì)的作用分別進(jìn)行考

34、慮。 根據(jù)楞次定律，換向元件切割電樞交軸磁場(chǎng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向總是與元件換向前的電流方向相同，即與 同方向。而換向元件切割換向極磁場(chǎng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向取決于換向極磁場(chǎng)的極性，為了改善換向，換向極磁動(dòng)勢(shì)總是與極下電樞電動(dòng)勢(shì)的方向相反而換向元件中的總電勢(shì)為e=e= ，假定e的方向與元件換向前的電流同向時(shí)為正，反向時(shí)為負(fù)，則在換向元件中可能出現(xiàn)三種情況三種情況， e= 0、 e0、 e 0，下面將分別進(jìn)行討論。xreexe目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 由于換向元件切割換向區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。換向區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)可能由下列三種磁動(dòng)勢(shì)的作用而建立，即主極磁動(dòng)勢(shì)、電樞交軸磁動(dòng)勢(shì)和換向極

35、磁動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí)，該處的主磁場(chǎng)為零，換向區(qū)域的磁場(chǎng)僅由電樞交軸磁動(dòng)勢(shì)和換向極磁動(dòng)勢(shì)所建立，下面對(duì)這兩種磁動(dòng)勢(shì)的作用分別進(jìn)行考慮。 根據(jù)楞次定律，換向元件切割電樞交軸磁場(chǎng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) , 稱為電抗電動(dòng)勢(shì)，其方向總是與元件換向前的電流方向相反。其次，電機(jī)旋轉(zhuǎn)之后也會(huì)在電磁繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì) ， 其方向總是與元件換向前的電流方向相反。這就是兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)。為了改善換向，換向極磁動(dòng)勢(shì)總是與極下電樞電動(dòng)勢(shì)的方向相反而換向元件中的總電勢(shì)為e=e= + ，假定e的方向與元件換向前的電流同向時(shí)為正，反向時(shí)為負(fù)，則在換向元件中可能出現(xiàn)三種情況， e= 0、 e0、 e 0，下面將分別進(jìn)行討論

36、。xreexe目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 為了清楚起見，將圖1-21中的換向元件1單獨(dú)畫出，如圖1-23所示。圖中i表示換向電流，i1、i2表示元件出線端和1和2中的電流，Rs1和Rs2表示電刷與換向片1和2的接觸電阻，元件電阻略去不計(jì)，于是以圖所示的電流和電動(dòng)勢(shì)的正方向?yàn)閰⒖挤较?，可以列出元?回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方電動(dòng)勢(shì)平衡方程式程式 i i1 1R Rs1s1-i-i2 2R Rs2s2= e= e 圖1-21圖1-23目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出接觸電阻Rs1和Rs2許多因素有關(guān)，其變化規(guī)律不能用一簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式表示。其次，電抗電動(dòng)勢(shì)ex與電流的變化規(guī)律有關(guān)，而使

37、e 的值隨時(shí)間的變化而變化。為了便于分析，假定： 1）每一換向片與電刷接觸表面上的電流分布是均勻的。 2）電刷與換向片每單位面積上的接觸電阻為一常數(shù)，即接觸電阻與接觸面積成反比。 3）換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)e 在換向過(guò)程中保持不變，即取e 的平均值。 令S、Rs為換向片與電刷完全接觸時(shí)的接觸面積和接觸電阻，以換向開始時(shí)的瞬間作為時(shí)間的起點(diǎn)，t=0；S1、S2分別表示時(shí)間為t時(shí)，換向片1和2與電刷的接觸面積，RS1和RS2表示相應(yīng)的接觸電阻，則1221aLKKSSteiiiiTRR式中， 稱為換向電流換向電流； 稱為附加電流附加電流。21LaKtiiT12KSSeiRR目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上

38、頁(yè)頁(yè)退退 出出直線換向直線換向直線換向時(shí)，換向電流的變化規(guī)律僅由換向片的和電刷間的接觸電阻的變化所決定，故也稱為電阻換向。e=0，電動(dòng)勢(shì)方程為i1Rs1+i2Rs2= 0，從數(shù)值來(lái)看說(shuō)明說(shuō)明: :電刷與換向片1接觸部分的電流密度始終等于電刷與換向片2接觸部分的電流密度，當(dāng)換向結(jié)束時(shí)S1為零，i1也為零，電刷下不會(huì)產(chǎn)生火花，所以直線換向是一種最理想的換向情況。當(dāng) 時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。0e 211212SSRiSiRS1212iiss即目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出延遲換向延遲換向超越換向超越換向當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。0e 時(shí)時(shí)換向元件電

39、流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。0eik不為零，而且ik為正,由于ik的存在，使電刷滑出換向片的一邊（后刷邊）的電流密度大于電刷進(jìn)入換向片的一邊（前刷邊）的電流密度，它使后刷邊的發(fā)熱加劇，并且當(dāng)電刷離開換向片1的瞬間，因i1=ik0，在后刷邊產(chǎn)生火花，這將對(duì)換向產(chǎn)生不良影響。電刷前刷邊的電流密度大于后刷邊的電流密度，當(dāng)發(fā)生過(guò)份的超越換向時(shí)，前刷邊因發(fā)熱過(guò)甚，也會(huì)發(fā)生火花。通常希望電機(jī)在換向時(shí)能略微超越。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 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，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

40、素也能引起換向不良產(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裝設(shè)換向磁極位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串聯(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)大型直流電機(jī)在主磁極極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出1)1)、正確使用電刷、正確使用電刷合理選用電刷是一個(gè)重要的問(wèn)題。根據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，負(fù)載均勻，電壓在80-120V的中小型電機(jī)通常采用石墨電刷；一般正常使用的中小型電機(jī)和電壓在220V以上或換向較困難的電機(jī)采用電化石墨電刷；而對(duì)于低壓

41、大電流的電機(jī)則采用金屬石墨電刷。 增加電刷接觸電阻可以減少附加電流ik。電刷的接觸電阻主要電刷的接觸電阻主要與電刷材料有關(guān)與電刷材料有關(guān)目前常用的電刷有石墨電刷、電化石墨電刷和金屬石墨電刷石墨電刷、電化石墨電刷和金屬石墨電刷等。石墨電刷的接觸電阻較大，金屬石墨電刷的接觸電阻最小。從改善換向的角度來(lái)看似乎應(yīng)該采用接觸電阻大的電刷，但接觸電阻大，則接觸壓降也增大，使能量損耗和換向器發(fā)熱加劇，對(duì)換向也不利。強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào):在更換電機(jī)的電刷時(shí)，必須選用同一牌或特性盡量接近的電刷，以免造成換向不良。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出2)2)、正確移動(dòng)電刷、正確移動(dòng)電刷移動(dòng)電刷改善換向時(shí)：直流發(fā)電機(jī)要順著

42、電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)電刷；直流電動(dòng)機(jī)要逆著電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)電刷。不足之處：電刷的位置必須隨著負(fù)載的改變而改變不足之處：電刷的位置必須隨著負(fù)載的改變而改變。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出3)3)、裝置換向極、裝置換向極對(duì)發(fā)電機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)，順電樞轉(zhuǎn)向，換向極極性應(yīng)與下一個(gè)主極極性相同，其排列順序?yàn)镹、SK、S、NK（NK、SK為換向極極性）。對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)，順電樞轉(zhuǎn)向，換向極極性應(yīng)與下一個(gè)主極極性相反，其排列順序?yàn)镹、NK、S、SK。為了使負(fù)載變化時(shí)，換向極磁動(dòng)勢(shì)也能作相應(yīng)變動(dòng)，使在任何負(fù)載時(shí)換向元件中的e始終為零，就要求換向極繞組必須和電樞串聯(lián)，并保證換向極磁路不飽和。欲使e=0，就要

43、求換向極磁場(chǎng)的極性與元件換向前所處的主極磁場(chǎng)的極性相反。換向極的極性布置和換向極繞組的聯(lián)接示意圖目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出4 4）補(bǔ)償繞組）補(bǔ)償繞組嵌放在主極極靴上專門沖出的槽內(nèi)，如圖所示。補(bǔ)償繞組應(yīng)與電樞串聯(lián)，并使補(bǔ)償繞組磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)相反，這就保證在任何負(fù)載下，電樞磁動(dòng)勢(shì)都能被抵消，從而減少了因電樞反應(yīng)而引起的氣隙磁場(chǎng)的畸變，也就減少了產(chǎn)生電位差火花和環(huán)火的可能性。裝置補(bǔ)償繞組使電機(jī)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，成本增加，因此只在負(fù)載變動(dòng)大的大、中型電機(jī)中采用。環(huán)火的發(fā)生除了上述的電氣原因外，因換向器外圓不圓，表面不干凈也可能形成環(huán)火，因此加強(qiáng)對(duì)電機(jī)的維護(hù)工作，對(duì)防止環(huán)火的發(fā)生有著重要作

44、用。補(bǔ)償繞組目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 環(huán)火環(huán)火: :因某些換向片的片間電壓過(guò)高而發(fā)生所謂電位差火花。差火花連成一片，在換向器上形成一條長(zhǎng)電弧，將正、負(fù)電刷連通這種現(xiàn)象稱為“環(huán)火”以單疊繞組為例說(shuō)明電位差火花的以單疊繞組為例說(shuō)明電位差火花的形成形成環(huán)火不僅會(huì)燒壞電刷和換向器，而且將使電樞繞組受到嚴(yán)重?fù)p害。任意相鄰兩換向片間的電壓Ukx等于聯(lián)接到該兩換向片的元件內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在一定的電樞轉(zhuǎn)速下，Ukx與元件邊所處位置的BX成正比。空載時(shí)由于氣隙磁場(chǎng)分布較均勻，片間電壓的分布較均勻環(huán)火圖片間電壓空載時(shí)片間電壓分布曲線目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 1.5.1 電樞電動(dòng)勢(shì)和

45、電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)電機(jī)空載時(shí)發(fā)電機(jī)空載時(shí)，電樞電流Ia很?。▽?duì)他勵(lì)發(fā)電機(jī)Ia =0），電樞電動(dòng)勢(shì)Ea等于端電壓U。負(fù)載時(shí)負(fù)載時(shí)，在Ea作用下，電樞有電流Ia流過(guò)，若以Ea、U、Ia的實(shí)實(shí)際方向?yàn)檎较螂H方向?yàn)檎较颍瑒t電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式: : Ea=U+IEa=U+Ia aR Ra a+2+2U Ub b式中Ra為電樞的總電阻，2Ub為一對(duì)電刷的接觸壓降，一般為0.6-1.2V。大?。?目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出歸納換向的電磁理論：歸納換向的電磁理論： 一個(gè)電流（附加換向電流）；一個(gè)電流（附加換向電流）； 二個(gè)電動(dòng)勢(shì)（電抗電動(dòng)勢(shì)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)）；二個(gè)電動(dòng)勢(shì)（電抗電動(dòng)勢(shì)和旋轉(zhuǎn)電

46、動(dòng)勢(shì)）； 三種換向（直線換向、延遲換向和超越換向）；三種換向（直線換向、延遲換向和超越換向）； 四種改善換向的方法（選擇適當(dāng)電刷，增加電刷四種改善換向的方法（選擇適當(dāng)電刷，增加電刷與換向片間的接觸電阻、正確移動(dòng)電刷改善換向、與換向片間的接觸電阻、正確移動(dòng)電刷改善換向、裝置換向極、裝置補(bǔ)償繞組）；裝置換向極、裝置補(bǔ)償繞組）； 五種火花等級(jí)（五種火花等級(jí)（1、11/2、11/4、2、3）。）。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出電動(dòng)勢(shì)平衡方程式 在直流電動(dòng)機(jī)中，電樞電流與電樞電動(dòng)勢(shì)方向相反，電源電壓U與電樞電勢(shì).和電樞壓降相平衡，因此電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為： 或：式中電樞電阻()。：性質(zhì)性質(zhì): :

47、 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) EaU; EaU; 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) EaU EaU公式：U=Ea+IaRa或 Ea=U-IaRaaaaRIEU目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出2、功率平衡關(guān)系式 將電動(dòng)勢(shì)平衡方程式兩邊乘以得： 式中P1輸入電動(dòng)機(jī)的電功率(W)； Pem為電動(dòng)機(jī)的電磁功率(W)； Pcu為電樞回路上的銅損耗(W)。 對(duì)于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，勵(lì)磁回路上所消耗的功率也是來(lái)自于輸入電流。因此，直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡式為： （1-7） 由于電樞旋轉(zhuǎn)，從電磁功率轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龉β是斑€有一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械損耗和鐵損耗，這兩部分損耗無(wú)論直流電動(dòng)機(jī)是否帶有負(fù)載都是存在的，稱為空載損耗，以表示，即：aaaaaRIIEUI2

48、目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 (2)功率平衡式電磁功率pem除去電樞回路電阻上的損耗pcua=I2aRa和電刷接觸損耗pcua= 2UbIa外，其余的便是對(duì)負(fù)載輸出的功率p2和勵(lì)磁回路的損耗pcuf（對(duì)他勵(lì)機(jī)， pcuf 不包括在電磁功率中）。E Ea aI Ia a=UI=UIa a+UI+UIf f+ I+ I2 2a aR Ra a+2I+2Ia a U Ub b =U =U（I Ia a+I+If f）+I+I2 2a aR Ra a+2I+2Ia a U Ub b 2) 2) 空載功率空載功率P Po o Po主要包括機(jī)械損耗功率P和鐵耗功率PFe，空載功率也稱作空載損耗

49、。機(jī)械損耗包括軸承摩擦損耗、電刷摩擦損耗、定子與轉(zhuǎn)子和空氣的摩擦損耗（也稱為通風(fēng)損耗）等部分。鐵耗PFe是由于電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主磁通在電樞鐵心內(nèi)交變而引起的機(jī)械損耗和鐵耗與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，電機(jī)空載時(shí)即存在，而且在運(yùn)行過(guò)程中數(shù)值幾乎不變，所以空載損耗也稱作不變損耗?？蛰d功率也可表示空載功率也可表示P Po o=T=To o ,T ,To o為空載轉(zhuǎn)矩為空載轉(zhuǎn)矩目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出3) 3) 附加損耗附加損耗PsPs 附加損耗又稱做雜散損耗包括：附加損耗又稱做雜散損耗包括：結(jié)構(gòu)部件在磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的損耗；因電樞齒槽影響，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣隙磁通發(fā)生脈動(dòng)而在主極鐵心中和電樞鐵心中產(chǎn)生的

50、脈動(dòng)損耗;因電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)畸變而在電樞鐵心中產(chǎn)生的損耗；由于電流分布不均勻而增加的電刷接觸損耗；換向電流所產(chǎn)生的損耗。產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，也很難精確計(jì)算，通常采用估算的辦法確定。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定直流電機(jī)的附加損耗為額定功率的規(guī)定直流電機(jī)的附加損耗為額定功率的0.5%-1%。綜合上述分析，可寫出功率平衡方程式，即綜合上述分析，可寫出功率平衡方程式，即p1=pem+po =（P2+pcua+pcub+pcuf）+（p+pFe）+ps 目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出功率平衡可用圖1-26功率平衡圖（能量圖）表示目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出直流發(fā)電機(jī)的功率圖若是他勵(lì)電機(jī)，則勵(lì)磁回路功率

51、由外電源供若是他勵(lì)電機(jī)，則勵(lì)磁回路功率由外電源供給，而不包括在輸入的機(jī)械功率之中。給，而不包括在輸入的機(jī)械功率之中。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式：直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式： P1=P P1=Pcuacua+P+Pcubcub+P+Pcufcuf+P+Pemem =P =Pcuacua+P+Pcubcub+P+PCufCuf+P+P+P+PFeFe+P+Ps s+P+P2 2 =P+P =P+P2 2 直流電動(dòng)機(jī)的功率圖目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出定義：定義：當(dāng)n=nN 、 I=0 時(shí)，U=f（If）的關(guān)系曲線 特性曲線可用試驗(yàn)方法求得試驗(yàn)方法

52、及接線圖如下試驗(yàn)方法及接線圖如下發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，保持轉(zhuǎn)速n=nN，開關(guān)S1打開，勵(lì)磁回路外加電壓Uf，合上開關(guān)S2并調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路中的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻Rpf，使勵(lì)磁電流If從零開始逐漸增大，直到 U0=（1.1-1.3）UN為止；再逐步減小If，則UO也隨之減小，當(dāng)If=0時(shí)，UO并不等于零，此電壓稱為剩磁電壓，其值約為UN的（2-5）%；然后改變勵(lì)磁電流的方向，并逐漸增大，則空載電壓由剩磁電壓減小到零后，又逐漸升高，但極性其反，直到負(fù)的U0為額定電壓的（1.1-1.3）倍為止。接著又把If減小到零。這樣就可以測(cè)得一系列If值和對(duì)應(yīng)的U0值，繪出U0=f(If)的曲線。曲線成一磁滯回線目目 錄錄

53、下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支U平均空載特性曲線fI 直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線性的，上升與下降的過(guò)程是不相同的。實(shí)際中通常取平均特性曲線作為空載平均特性曲線作為空載特性曲線。特性曲線。 空載特性曲線的形狀與電機(jī)的空載特性曲線的形狀與電機(jī)的磁化曲線形狀相似磁化曲線形狀相似，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)公式，對(duì)于已制成的電機(jī)，Ce為一常數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，Ea。而勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff If，所以改變磁化曲線的坐標(biāo)，就可以得到空載特性。要點(diǎn)要點(diǎn):電機(jī)的磁化曲線是表示電機(jī)磁路情況的一條特性曲線，每一臺(tái)電機(jī)只有一條磁化曲線，而空載特性曲線是對(duì)應(yīng)于某一轉(zhuǎn)速的升降而成正比的上升或下移目目 錄

54、錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出定義：定義：當(dāng)n=nN、If=IfN時(shí)U=f（I）的關(guān)系曲線 特性曲線可用試驗(yàn)方法求得試驗(yàn)方法及接線圖如下試驗(yàn)方法及接線圖如下 按右圖接線，并將開關(guān)S1合上，保持n=nN，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻R和磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻Rpf,使U=UN時(shí)I=IN，此時(shí)的勵(lì)磁電流即為額定勵(lì)磁電流IfN。在試驗(yàn)過(guò)程中，保持If=IfN值不變，此后逐步增大負(fù)載電阻R，負(fù)載電流I就逐步減小，電樞電壓則逐步增加，直到I=0，測(cè)得一系列I和對(duì)應(yīng)的U值，即得到發(fā)電機(jī)的外特性曲線目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出外特性曲線如圖外特性曲線如圖: :他勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性是條略微下垂的曲線，即隨

55、著負(fù)載的增加，電機(jī)的端電壓將有所下降。引起端電壓下降的因素有兩個(gè)： 1）電機(jī)有負(fù)載后，電樞反應(yīng)的去磁作用，使電樞電動(dòng)勢(shì)Ea比空載時(shí)小。 2）電區(qū)回路的壓降IaRa。這兩個(gè)因素都隨負(fù)載的增加而增大，由電動(dòng)勢(shì)方程U=Ea-IaRa可知，端電壓就隨負(fù)載的增大而減小。當(dāng)負(fù)載電阻R=0，即發(fā)電機(jī)短路時(shí)，短路電流很大 ，其值可達(dá)額定電流的數(shù)十倍，這樣大的電流將使電機(jī)損壞。aKaEIR目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: :他勵(lì)發(fā)電機(jī)的額定電壓調(diào)整率是指在n=nN，If=IfN時(shí)發(fā)電機(jī)從額定負(fù)載過(guò)渡到空載時(shí)，端電壓升高的數(shù)值與端電壓升高的數(shù)值與額定電壓的百分比額定電壓的百分比

56、。即100%ONNNUUUU一般他勵(lì)發(fā)電機(jī)的U約為（5-10）%，可認(rèn)為它是一個(gè)恒壓電源。定義：定義：調(diào)節(jié)特性是在n=nN、U=UN時(shí)If= f（I）的關(guān)系曲線。 從外特性可知，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，端電壓下降，若要維持U=UN不變，則隨著負(fù)載的增大，必須增大勵(lì)磁電流，所以他勵(lì)發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性是一條上升的曲線調(diào)節(jié)特性曲線目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 定義：定義：在n=nN、U=UN時(shí)發(fā)電機(jī)的效率與負(fù)載的關(guān)系曲線（實(shí)際上電壓U將隨負(fù)載變化而變化，因變化不大，可近似認(rèn)為U=UN） 式中p為全部損耗，其中有一部分是不隨負(fù)載變化的，稱為不變損耗不變損耗，如PFe、P、Ps中也有一部分是不變損耗；有

57、一部分是隨負(fù)載變化而變化的，稱為可變損耗可變損耗，如Pcua、Pcub和一部分附加損耗，一般與負(fù)載電流的二次方成正比。效率是指輸出功率與效率是指輸出功率與輸入功率之比輸入功率之比:21100%PP2222122FeCuaCubSFeCuaCubSpppppppppppppUIppppp根據(jù)他勵(lì)發(fā)電機(jī)的功率關(guān)系，可得將式對(duì)I求導(dǎo)而得效率特性關(guān)系式:0dndI令即可目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)，P2=0，所以=0。 當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，由于可變損耗小，總損耗中以不變損耗為主，此時(shí)增加負(fù)載，總損耗增加不多，輸出P2=UI則與電流成正比增加，所以效率隨負(fù)載增加而上升很快。繼續(xù)增加

58、負(fù)載，當(dāng)可變損耗與不變損耗相等時(shí)，效率達(dá)到最大值。若再繼續(xù)增加負(fù)載，則因可變損耗在總損耗中占主要地位，且與Ia的二次方成正比，而輸出功率僅與I成正比，因此效率反而下降。通常在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，需要將各種損耗作適當(dāng)?shù)姆峙洌棺畲笮食霈F(xiàn)在（3/4-1）PN范圍內(nèi)，這樣電機(jī)在實(shí)際使用時(shí)，能夠處在較高的效率下運(yùn)行，比較經(jīng)濟(jì)。這種要求同樣適用于其它各種類型電機(jī)（包括交流電機(jī)和變壓器）目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出 并勵(lì)發(fā)電機(jī)并勵(lì)發(fā)電機(jī)是一種自勵(lì)電機(jī)，它的勵(lì)磁電流不需要由外電源供給，而是取自發(fā)電機(jī)本身，所以稱“自勵(lì)”。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組是與電樞并聯(lián)的，要產(chǎn)生勵(lì)磁電流If，電樞兩端必須要有電壓，而在

59、電壓建立起來(lái)之前，If=0,沒(méi)有勵(lì)磁電流，電樞兩端又不可能建立起電壓，因此有必要在分析并勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性前，先討論一下它的電壓建立過(guò)程，也稱為“自勵(lì)過(guò)程自勵(lì)過(guò)程”。設(shè)發(fā)電機(jī)已由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，由于電機(jī)磁路中有一定的剩磁，在發(fā)電機(jī)的端點(diǎn)將會(huì)有一個(gè)不大的剩磁電壓。這時(shí)把并勵(lì)繞組并接到電樞上去，便有電流流過(guò)勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生一個(gè)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與剩磁同方向，使電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)得到加強(qiáng)，從而使電機(jī)的端電壓升高。在這一較高端電壓的作用下，勵(lì)磁電流又進(jìn)一步升高，如此反復(fù)作用，發(fā)電機(jī)的端電壓便“自勵(lì)”起來(lái)。目目 錄錄下下 頁(yè)頁(yè)上上 頁(yè)頁(yè)退退 出出由于并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流以If僅為額定電流IN

60、的（1-5）%，因此發(fā)電機(jī)空載時(shí)的電壓UO可近似看作等于Ea，所以從電樞回路來(lái)看，If與UO的關(guān)系也可以用空載特性表示。另一方面，若從勵(lì)磁回路來(lái)看，If與UO的關(guān)系又必須滿足歐姆定律，即OffUIR式中 Rf勵(lì)磁回路總電阻 從物理過(guò)程來(lái)看，在自勵(lì)過(guò)程中勵(lì)磁電流是變化的，這時(shí)勵(lì)磁回路的電動(dòng)勢(shì)方程電動(dòng)勢(shì)方程： fffffdiUi RLdt式中 Lf勵(lì)磁繞組的電感。發(fā)電機(jī)的電壓能否穩(wěn)定在某一數(shù)值，需作進(jìn)一步的分析。發(fā)電機(jī)的電壓能否穩(wěn)定在某一數(shù)值，需作進(jìn)一步的分析。 當(dāng)Rf一定時(shí)，If與UO成線性關(guān)系，該直線的斜率為 故稱直線2為磁場(chǎng)電阻線，簡(jiǎn)稱場(chǎng)阻線場(chǎng)阻線。OffUaRI可見，If與UO的關(guān)系既要滿