電機(jī)學(xué)第一章 直流電機(jī)基本知識(shí)

1、電 機(jī) 學(xué)電力機(jī)車電機(jī)機(jī)車車輛系 1第一章 直流電機(jī)基本知識(shí)第一節(jié) 直流電機(jī)基本工作原理第二節(jié) 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組第四節(jié) 直流電機(jī)的磁場(chǎng)第五節(jié) 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩第六節(jié) 直流電機(jī)的基本方程第七節(jié) 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性2第一節(jié) 直流電機(jī)基本工作原理直流電機(jī)直流發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能輸出。直流電動(dòng)機(jī)：將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出。直流電機(jī)具有可逆性，既可作直流電動(dòng)機(jī)使用，也可作直流發(fā)電機(jī)使用。 直流電機(jī)是電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之一，是直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的總稱。3一、直流電機(jī)的模型結(jié)構(gòu)4 直流電機(jī)模型圖如上圖 磁場(chǎng)：圖中 N和 S是一對(duì)靜止的主

2、磁極，用以產(chǎn)生磁場(chǎng)。主磁極可以采用永久磁鐵，也可以采用電磁鐵。 勵(lì)磁繞組：容量較小的發(fā)電機(jī)用永久磁鐵做磁極的。容量較大的發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)是由直流電流通過繞在磁極鐵心上的繞組產(chǎn)生的。用來形成N極和S極的繞組稱為勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組中的電流稱為勵(lì)磁電流If。 電樞繞組：在N極和 S極之間，有一個(gè)能繞軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形鐵心，其上緊繞著一個(gè)線圈稱為電樞繞組(圖中abcd)，電樞繞組中的電流稱為電樞電流Ia。 換向器：電樞繞組兩端分別接在兩個(gè)相互絕緣而和繞組同軸旋轉(zhuǎn)的半圓形銅片-換向片上，組成一個(gè)換向器。換向器上壓著固定不動(dòng)的炭質(zhì)電刷。 電樞：鐵心、電樞繞組和換向器所組成的旋轉(zhuǎn)部分稱為電樞。 在定子上裝有兩個(gè)電刷

3、A和B，接通電樞電路和外電路。5二、直流發(fā)電機(jī)的工作原理1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生1）如右圖，直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組以恒定轉(zhuǎn)速n逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，線圈有效邊ab和cd將切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。由右手定則可確定，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)閎a，dc。若接通外電路，電流流向?yàn)椋杭t換向片A負(fù)載B綠換向片。負(fù)載ee62）當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過90時(shí)，如圖，線圈有效邊ab和cd轉(zhuǎn)到N、S極的幾何中心線上，此處磁密Bx為零，故這一瞬間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為零。73）當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過180時(shí)，導(dǎo)體ab和cd及紅綠換向片位置互換，如右圖所示。由右手定則可確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向分別為ab，cd。此時(shí)，電動(dòng)勢(shì)方向剛好與開始瞬時(shí)方向相反。外電路中電流方向?yàn)椋壕G換

4、向片A負(fù)載B紅換向片。由此可見，電刷A始終與N極下的有效邊所連接的換向片接觸，故電刷的極性不變。82.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形根據(jù)電磁感應(yīng)定律，每根導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：e=BxLvBx導(dǎo)體所在位置的磁通密度 （T）；L 導(dǎo)體切割磁力線的有效長(zhǎng)度（m）；V 導(dǎo)體切割磁力線的線速度（m/s）。1）導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律與磁通密度的分布規(guī)律相同。在電機(jī)中L一定，先假定電樞以恒轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，則v也恒定，即v=常數(shù)。那么eBx。9若以線圈位置為橫坐標(biāo)，線圈所在位置的磁通密度為縱坐標(biāo)，繪制出Bx分布曲線如右圖。由于eBx，電動(dòng)勢(shì)波形和磁密波形變化趨勢(shì)一樣，如右圖。磁通密度變化波形線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化波形10

5、2）通過電刷和換向器的作用，線圈內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成電刷兩端的直流電動(dòng)勢(shì)。電樞繞組內(nèi)雖是一交流電，但由于換向器的作用，使得電刷 A總是接觸 N極下的導(dǎo)線，而電刷B總是接觸S極下的導(dǎo)線，故電流由A流出 B流回，方向不變，從而將交流電變換成直流電，做直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，如右圖。但它的大小仍然是脈動(dòng)的。欲獲得在方向和量值上均為恒定的電動(dòng)勢(shì)，則應(yīng)把電樞鐵心上的槽數(shù)和線圈匝數(shù)增多，同時(shí)換向器上的換向片數(shù)也要相應(yīng)地增加。電刷兩端電動(dòng)勢(shì)波形113）增加導(dǎo)體數(shù)可以減少感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的脈沖。實(shí)際應(yīng)用中，電極電樞由許多線圈組成電樞繞組，線圈均勻的分布在電樞表面，并按一定規(guī)律連接起來。多個(gè)線圈電刷兩端的電動(dòng)勢(shì)波形實(shí)踐證明，

6、當(dāng)每極下線圈邊數(shù)大于8，電動(dòng)勢(shì)脈動(dòng)的幅值將小于1%。123.直流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 直流發(fā)電機(jī)電刷兩端獲得直流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)后，若接通電外路負(fù)載，線圈內(nèi)便產(chǎn)生一電流，電流i方向與電動(dòng)勢(shì)e方向相同。同時(shí)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生一電磁力f，形成以電磁轉(zhuǎn)矩T，T的方向由左手定則判斷可知，T與線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。即電磁轉(zhuǎn)矩將阻礙線圈的旋轉(zhuǎn)，稱為阻轉(zhuǎn)矩。ff13三.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與直流發(fā)電機(jī)相同，在A、B電刷之間外接一直流電源，如下圖。直流電機(jī)工作原理圖ff14電流方向?yàn)椋篈換向片abcd換向片B。根據(jù)電磁力定律，通電導(dǎo)體ab、cd將受到電磁力f的作用，大小為： f=BxLii導(dǎo)體中流過

7、的電流（A）電磁力方向有左手定則確定，方向如圖所示。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成一電磁轉(zhuǎn)矩T，在T的作用下，電樞軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)起來。15當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過90，電刷不與換向片接觸，此時(shí)線圈中沒有電流，i=0，T=0。但由于機(jī)械慣性的作用，電樞仍能轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。A、B線圈分別與兩個(gè)換向片相接觸，位置互換。線圈中又有電流i流過，此時(shí)，導(dǎo)體ab、cd中電流方向?yàn)閎a，dc，導(dǎo)體所受電磁力由左手定則判定，方向如圖所示。ff因此，線圈仍受到同一方向的電磁轉(zhuǎn)矩的作用，電樞保持同一方向旋轉(zhuǎn)。16 在直流電動(dòng)機(jī)中，通過電刷和換向器的作用，將外電源直流電轉(zhuǎn)換成線圈內(nèi)部的交流電。產(chǎn)生單方向的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，電樞在轉(zhuǎn)動(dòng)

8、時(shí)，線圈又會(huì)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)(用右手定則判定)的方向與電樞電流Ia和外加電壓U的方向總是相反的，稱為反電動(dòng)勢(shì)Ea。直流電動(dòng)機(jī)若要維持繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，外加電壓就必須高于反電動(dòng)勢(shì)，才能不斷克服反電動(dòng)勢(shì)而流入電流，正是這種不斷克服，實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。由此可見，直流電機(jī)具有可逆性，即一臺(tái)直流電機(jī)既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。例如電力機(jī)車牽引電機(jī)，在牽引工況時(shí)，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，產(chǎn)生牽引力；在制動(dòng)工況時(shí)，牽引電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。17 本次課要點(diǎn)（作業(yè)）： 1、直流電機(jī)的概念及其分類。 2、電磁感應(yīng)定律、公式。 3、直流發(fā)電機(jī)的工作原理，阻轉(zhuǎn)矩概念。 4、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，反電

9、動(dòng)勢(shì)概念。18第二節(jié) 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)19一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子：機(jī)座、主磁極、換向極、電刷裝置等轉(zhuǎn)子（電樞）：轉(zhuǎn)軸、電樞鐵芯、電樞繞組、換向器等。氣隙：定子與轉(zhuǎn)自之間的間隙。1-風(fēng)扇2-機(jī)座3-電樞4-主磁極5-換向器6-刷架7-接線板8-出線盒9-換向磁極10-端蓋11-轉(zhuǎn)軸20直流電機(jī)定子勵(lì)磁繞組和串換向極后的電樞繞組出線定子機(jī)座換向極鐵心換向極繞組主磁極鐵心 主磁極繞組（勵(lì)磁繞組）換向極繞組與電樞繞組的串聯(lián)接線211.定子 定子：產(chǎn)生磁場(chǎng)和機(jī)械支撐（1）機(jī)座：兼起機(jī)械支撐和導(dǎo)磁磁路兩個(gè)作用。通常為鑄鋼件，也有采用鋼板焊接而成，對(duì)于換向要求較高的電機(jī)，可以采用疊片結(jié)構(gòu)的機(jī)座。22（

10、2）主磁極 :產(chǎn)生電機(jī)的主磁場(chǎng)。由主極鐵芯和主極線圈組成。用螺栓固定在機(jī)座內(nèi)壁。勵(lì)磁繞組用絕緣銅線繞制并進(jìn)行絕緣處理后套在主磁極極身上主磁極的鐵芯由1 1.5mm厚鋼板沖片疊壓后再用鉚釘鉚緊而成23（3）換向極：又稱附加極，用來改善直流電機(jī)的換向。 由換向極鐵芯和換向極繞組構(gòu)成，同樣用螺栓固定在機(jī)座內(nèi)壁。換向極繞組用絕緣銅線繞制并進(jìn)行絕緣處理后套在換向磁極鐵芯上主磁極的鐵芯一般由整塊鋼，也可用疊片結(jié)構(gòu)24（4）電刷裝置：通過電刷與換向器表面的滑動(dòng)接觸，把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與外電路相連。1刷桿座2彈簧3刷桿4電刷5刷握6絕緣件。25刷辮電刷刷握匯流條26轉(zhuǎn)軸端蓋電樞鐵心電樞繞組和槽碶電樞繞組端部換向

11、器軸承直流電機(jī)轉(zhuǎn)子2.轉(zhuǎn)子27（1）轉(zhuǎn)軸：用來傳遞轉(zhuǎn)矩，一般用合金鋼鍛壓而成。（2）電樞鐵芯：電機(jī)磁路的一部分，承受電磁力作用的部件；嵌放電樞繞組。均勻開槽電樞鐵心沖片 (0.350.5mm厚) （硅鋼片）涂絕緣漆沖片疊壓而成，減小磁滯和渦流損耗28（3）電樞繞組：切割磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。電樞繞組通常用圓形或者矩形截面的的導(dǎo)線繞制而成，再按一定規(guī)律嵌放在電樞槽內(nèi)，上下層之間以及電樞繞組與鐵芯之間都要妥善的絕緣。為了防止離心力將繞組甩出槽外，槽口處需用槽楔將繞組壓緊，伸出槽外的繞組端接部分用無緯玻璃絲帶綁緊。繞組端頭則按一定規(guī)律嵌放在換向器銅片的升高片槽內(nèi)

12、，并用錫焊或氬弧焊焊牢。29（3）換向器：機(jī)械整流和逆變。即在直流電動(dòng)機(jī)中，將外加直流電流逆變成電樞繞組內(nèi)的交流電流 ；直流發(fā)電機(jī)中，將電樞繞組內(nèi)的交流電動(dòng)勢(shì)整流成電刷兩端的直流電動(dòng)勢(shì)。3031直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)總結(jié)主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成直流電機(jī)定子轉(zhuǎn)子機(jī)座換向極主磁極電刷裝置電樞鐵心軸承換向器風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸電樞繞組32二、直流電機(jī)的額定值銘牌值33電動(dòng)機(jī)銘牌34 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和要求設(shè)計(jì)和試驗(yàn)所得的一組反映電機(jī)性能的主要數(shù)據(jù)，稱為電機(jī)的額定值 1.額定功率PN 指電機(jī)按固定的工作方式運(yùn)行時(shí)，所能提供的輸出功率。發(fā)電機(jī)：電樞兩出線端輸出的電功率；電動(dòng)機(jī)：指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。單位為千瓦（kW

13、）。 發(fā)電機(jī)： 電動(dòng)機(jī)： 2.額定電壓UN 指電機(jī)安全工作時(shí)，電樞繞組允許輸出的最高電壓或外加電壓，單位為伏（V）。 353.額定電流IN 指電機(jī)按照規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)，電樞繞組允許流過的最大安全電流，單位為安（A）。4.額定轉(zhuǎn)速nN 指電機(jī)在額定電壓、額定電流和額定輸出功率時(shí)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，單位為 轉(zhuǎn)/分（r/min）。 此外，還有工作方式、勵(lì)磁方式、額定勵(lì)磁電壓、額定溫升、額定效率N等。 額定值是選用或使用電機(jī)的主要依據(jù)，一般希望電機(jī)按額定值運(yùn)行。實(shí)際上，電機(jī)運(yùn)行時(shí)的各種數(shù)據(jù)可能與額定值不同，它們由負(fù)載的大小來確定。36本次課要點(diǎn)1.直流電機(jī)的組成及各部件的作用。2.直流發(fā)電機(jī)和直流電

14、動(dòng)的額定功率有何不同，額定功率、額定電壓和額定電流的關(guān)系是什么？37第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組是電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的樞紐 研究直流電機(jī)電樞繞組，主要是找出電樞繞組的線圈之間及線圈與換向器之間的連接規(guī)律。不同類型的電樞繞組，具有不同的連接規(guī)律。 直流電機(jī)的電樞繞組分為單疊繞組、復(fù)疊繞組、單波繞組、復(fù)波繞組等幾種類型。對(duì)電樞繞組的要求：在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩前提下，所消耗的有效材料最省，強(qiáng)度高（機(jī)械、電氣、熱），運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。 38構(gòu)成 直流電機(jī)電樞繞組的基本單元為元件； 一個(gè)元件兩個(gè)有效邊，其中一個(gè)有效邊嵌放在某個(gè)槽的上層（上元件邊），另一個(gè)有效嵌放在另一

15、個(gè)槽的下層（下元件邊）,元件的首末端分別接于兩個(gè)換向片上。元件在鐵芯槽內(nèi)部分稱為有效部分，槽外部分僅起連接作用，稱端接部分。1、電樞繞組元件一、電樞繞組概述392、元件數(shù)S、換向片數(shù)K、虛槽數(shù)Zu之間的關(guān)系 每個(gè)線圈單元有兩個(gè)出線端，每個(gè)換向片又與兩個(gè)不同線圈單元的兩個(gè)出線端相連接，因而線圈元件數(shù)等于換向片數(shù)，即 每個(gè)實(shí)槽內(nèi)嵌放上、下兩個(gè)有效邊，成為一個(gè)單元槽或一個(gè)虛槽。但有些電機(jī)一個(gè)實(shí)槽上、下層常并列嵌放多個(gè)元件邊，如圖，這時(shí)總的虛槽數(shù)為Z電樞鐵芯實(shí)槽數(shù)；u一個(gè)實(shí)槽內(nèi)所包含的虛槽數(shù)。由此可得S、K、 Zu之間的關(guān)系為404.極距 以虛槽表示為電樞表面圓周上相鄰兩主磁極之間的距離，以長(zhǎng)度表示為

16、Da：電樞外徑 P：主磁極對(duì)數(shù)415.繞組節(jié)距 指被連接起來的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，通常用虛槽數(shù)或換向片數(shù)表示。(1)線圈節(jié)距y1： 同一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。一般取“-”, y1,為短矩繞組，有利于電機(jī)換向。42(2)后節(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。(3)合成節(jié)距y 連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。 (4)換向器節(jié)距yK 同一元件首末端連接的換向片之間的距離。4344第四節(jié) 直流電機(jī)的磁場(chǎng)一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 指直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方式，分為他勵(lì)、串勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)4種，不同勵(lì)磁方式的直

17、流電機(jī)特性差異很大。45461. 他勵(lì)電機(jī) 他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)相互獨(dú)立的電源供電，勵(lì)磁電流If 的大小僅決定于勵(lì)磁電源的電壓和勵(lì)磁回路的電阻，而與電機(jī)的電樞電壓及負(fù)載基本無關(guān)。2. 并勵(lì)電機(jī) 并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一電源供電，勵(lì)磁電流一般為額定電流的5%，要產(chǎn)生足夠大的磁通需要有較多的匝數(shù)，所以并勵(lì)繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線較細(xì)。并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)一般用于恒壓系統(tǒng)。中小型直流電動(dòng)機(jī)多為并勵(lì)式。47 3. 串勵(lì)電機(jī) 串勵(lì)式直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵(lì)磁電流與電樞電流相同，數(shù)值較大，因此，串勵(lì)繞組匝數(shù)很少，導(dǎo)線較粗。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)具有很大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

18、，但其機(jī)械特性很軟，且空載時(shí)有極高的轉(zhuǎn)速。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)不準(zhǔn)空載或輕載運(yùn)行。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大且轉(zhuǎn)速允許有較大變化的負(fù)載等。484. 復(fù)勵(lì)電機(jī) 復(fù)勵(lì)電機(jī)的主磁極由兩個(gè)勵(lì)磁繞組組成:一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組；另一個(gè)為他磁（或并勵(lì)）繞組，通常他磁（或并勵(lì)）繞組起主要作用，串勵(lì)繞組起輔助作用。若串勵(lì)繞組和他勵(lì)（或并勵(lì)）繞組的磁動(dòng)勢(shì)方向相同，稱為積復(fù)勵(lì)。若串勵(lì)繞組和并勵(lì)（或他勵(lì)）繞組的磁動(dòng)勢(shì)方向相反，稱為差復(fù)勵(lì)。49繞組名稱電樞繞組換向極繞組補(bǔ)償繞組串勵(lì)繞組并勵(lì)繞組他勵(lì)繞組線端符號(hào)A1、A2B1、B2C1、C2D1、D2E1、E2F1、F2IEC國際標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定各繞組線端的

19、符號(hào)見表50二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 直流電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，電樞電流為零。這時(shí)的氣隙磁場(chǎng)是由勵(lì)磁電流If通過勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)Ff所建立。所以，直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)又稱勵(lì)磁磁場(chǎng)。511. 空載磁場(chǎng)的分布 以四極電機(jī)為例，當(dāng)勵(lì)磁繞組流過勵(lì)磁電流If時(shí)，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為建立的空載磁場(chǎng)的分布如圖所示。其中絕大部分的磁通是從N極出來，經(jīng)過氣隙進(jìn)入電樞的齒槽，再經(jīng)過電樞的鐵軛到電樞的另一邊齒槽，又通過氣隙進(jìn)入S極，通過定子鐵軛回到N極。這部分磁通同時(shí)交鏈勵(lì)磁繞組和電樞繞組，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通。另外，還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞鐵芯，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉

20、合回路，這部分稱為漏磁通。漏磁通只是增加主磁極磁路的飽和程度，使電機(jī)的損耗加大，效率降低。一般情況下，漏磁通為主磁通的15% 20%。52四極電機(jī)空載磁場(chǎng)示意圖532.電機(jī)的磁化曲線電機(jī)的磁化曲線是指電機(jī)主磁通 與勵(lì)磁磁勢(shì) 的關(guān)系曲線。543.氣隙磁密分布曲線55三、電樞磁場(chǎng) 直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組中通過電流，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)稱為電樞磁場(chǎng)。 如圖，電刷在幾何中心線上時(shí)，電樞磁場(chǎng)分布。56 電樞反應(yīng)：電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。四、電樞反應(yīng)57電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)： 2) 對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用1) 使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 58課堂小結(jié)1.電樞繞組的類型。2.電

21、樞繞組的繞組元件、極距、節(jié)距等概念。3.直流電機(jī)的勵(lì)磁方式。4.電樞反應(yīng)概念及交軸電樞反應(yīng)的影響。59第五節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩一、直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生：電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),電樞繞組在主磁場(chǎng)中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱為電樞電動(dòng)勢(shì)。設(shè)電樞繞組線圈數(shù)為S，一個(gè)線圈的匝數(shù)為Na，則電樞導(dǎo)體總數(shù)N為每一支路中串聯(lián)的導(dǎo)體數(shù)為60則平均氣隙密度：設(shè)主極極距為 ，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的軸向長(zhǎng)度為 ，每極磁通為 ，每根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)：則電樞表面線速度：v為電樞表面線速度，若電機(jī)轉(zhuǎn)速為n ，電樞直徑為Da，主極數(shù)為2P，電樞表面周長(zhǎng) ，61支路電動(dòng)勢(shì)即電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：電機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)， ；電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；

22、每極磁通（Wb）。621）直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，僅與電刷間磁通的大小，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，僅和磁通的大小有關(guān)，而和磁密的分布無關(guān)。3）性質(zhì)：發(fā)電機(jī)電源電勢(shì)（與電樞電流同方向） 電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)（與電樞電流反向）63二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生：電樞繞組通過電流時(shí)，在磁場(chǎng)中將受到電磁力的作用，電磁力在電樞軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩。設(shè)電樞繞組的支路電流為 ，由電磁力定律可得，作用在任一根導(dǎo)體上的的平均電磁力為導(dǎo)體產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩為：64電樞受到的總電磁轉(zhuǎn)矩：電樞電流， (A) ；電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)， 。65對(duì)于同一臺(tái)直流電機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) 和轉(zhuǎn)矩常數(shù) 之間有一定的關(guān)系。66第六節(jié) 直

23、流電機(jī)的基本方程電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，即電機(jī)的負(fù)載、勵(lì)磁電流以及轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，各種電壓、轉(zhuǎn)矩和功率之間存在著一定的平衡關(guān)系，它們可表達(dá)為相應(yīng)的平衡方程式，稱為電機(jī)的平衡方程式。67一、電勢(shì)平衡方程式感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： ，方向用右手定則判定。發(fā)電機(jī)：電樞繞組接負(fù)載后，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)驅(qū)動(dòng)電流流動(dòng)，所以電樞電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同方向。電動(dòng)機(jī)：電樞繞組經(jīng)電刷接外電源，外加電壓是驅(qū)動(dòng)電流流動(dòng)的原因，所以電樞電流與電源電壓方向相同，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電樞電流方向相反，稱為反電勢(shì)。68設(shè)U為直流電機(jī)的端電壓，取U、Ea、Ia的實(shí)際方向作為正方向，可得電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)：Ra為電樞回路總電阻，包括電樞回路中

24、各串聯(lián)繞組的電阻和電刷與換向器之間的接觸電阻。直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)69由上可知，發(fā)電機(jī)： ，電樞電流Ia的方向與電樞電動(dòng)勢(shì)Ea的方向一致；電動(dòng)機(jī)： ，電樞電流Ia的方向與U的方向一致，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea表現(xiàn)為反電動(dòng)勢(shì)。發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)：70二、轉(zhuǎn)矩平衡方程電磁轉(zhuǎn)矩為 ，方向由左手定則判定。發(fā)電機(jī)，外加轉(zhuǎn)矩T1為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩使電樞旋轉(zhuǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)向相反為阻轉(zhuǎn)矩，同時(shí)還存在電機(jī)的空載阻力轉(zhuǎn)矩T0。電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩T使電樞轉(zhuǎn)動(dòng)為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同，此時(shí)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2和T0均為阻力轉(zhuǎn)矩。直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)71電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，加在電機(jī)軸上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)為與阻力轉(zhuǎn)矩相等，所得轉(zhuǎn)矩平衡方程式為發(fā)電機(jī)

25、：電動(dòng)機(jī)：由上可知，發(fā)電機(jī)， ，作為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的是外轉(zhuǎn)矩T1的方向，電磁轉(zhuǎn)矩T是阻力轉(zhuǎn)矩，起平衡外轉(zhuǎn)矩的作用；電動(dòng)機(jī)， ，作為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的是電磁轉(zhuǎn)矩T，電機(jī)的轉(zhuǎn)向取決于T的 方向，電磁轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到平衡。72三、功率平衡方程電機(jī)運(yùn)行過程中，存在輸入功率、輸出功率和各種損耗，他們之間滿足能量守恒定律。 機(jī)械系統(tǒng)為原動(dòng)機(jī)或機(jī)械負(fù)載，電系統(tǒng)為電源或電負(fù)載，由耦合磁場(chǎng)產(chǎn)生T和Ea實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。 機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械功率等于轉(zhuǎn)矩乘以旋轉(zhuǎn)角速度；電系統(tǒng)的電功率等于電壓乘以電流；經(jīng)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的功率稱為電磁功率。731.電機(jī)的損耗（1）銅耗 ：由于電機(jī)的各種繞組中有電流流過時(shí)產(chǎn)生的電阻損耗，銅耗隨負(fù)載而變化，又稱可變損耗。（2）鐵耗 ：鐵芯中的磁滯、渦流而產(chǎn)生的損耗。（3）機(jī)械損耗 ：由于各種機(jī)械摩擦、通風(fēng)而產(chǎn)生的損耗。（4）附加損耗 ：電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)畸變而引起鐵耗的增加；電樞表面電流分布不均而引起銅耗的增加；均壓電流造成的損耗等?？蛰d損耗，742.功率平衡方程式