直流電機(jī)講座課件

§1-3

直流電機(jī)的電樞繞組§1-4直流電機(jī)的磁場(chǎng)§1-5直流電動(dòng)機(jī)§1-6

直流發(fā)電機(jī)§1-7直流電機(jī)的換向§1-3直流電機(jī)的電樞繞組繞組型式單疊繞組單波繞組電樞：轉(zhuǎn)子——機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐繞組是由許多線圈(下稱元件)按一定規(guī)律連接而成1.電樞繞組元件——線圈(1).2個(gè)元件邊：嵌在槽中的部分(2).前端接部分、后端接部分(3).上層元件邊、下層元件邊(4).首(出線)端、末(出線)端

上層元件邊、下層元件邊處在不同極性的磁極下，即同一元件的上層元件邊、下層元件邊的距離約為一個(gè)磁極的距離。一、元件與節(jié)距2.節(jié)距：用來(lái)表征元件本身和元件之間連接規(guī)律的參數(shù)節(jié)距第一節(jié)距y1第二節(jié)距y2合成節(jié)距y換向節(jié)距yk第一節(jié)距y1——必須是整數(shù)用槽數(shù)來(lái)表示同一元件的2個(gè)元件邊在圓周上的距離。

極距τ：2個(gè)相鄰磁極在圓周上的距離。用槽數(shù)來(lái)表示p為極對(duì)數(shù)第一節(jié)距y1=整數(shù)≈τy1=τ±ε=整數(shù)，ε為＜1的正分?jǐn)?shù)整距繞組：y1=τ短距繞組：y1＜τ長(zhǎng)距繞組：y1＞τ(2)第二節(jié)距y2——必須是整數(shù)用槽數(shù)來(lái)表示第一個(gè)元件的下層元件邊與直接相連的第二個(gè)元件的上層元件邊之間在圓周上的距離。(3)合成節(jié)距y——必須是整數(shù)用槽數(shù)來(lái)表示直接相連的2個(gè)元件的對(duì)應(yīng)元件邊之間在圓周上的距離。(4)換向節(jié)距yk——必須是整數(shù)每個(gè)元件的首、末2端所接的換向片在圓周上的距離。用換向片數(shù)來(lái)表示。yk=y2.畫繞組展開圖(1).畫Z個(gè)槽yk=y=1y1=4y2=3(2).畫一個(gè)元件：對(duì)稱(3).畫換向片(4).畫其他元件(5).換向片編號(hào)(6).畫磁極，一般認(rèn)為在繞組的上方,寬度≈0.75τ(7).畫電刷：均布，與磁極同中心3.單疊繞組連接順序表yk=y=1y1=4y2=3下層上層1234567894.單疊繞組的并聯(lián)支路圖5.單疊繞組的特點(diǎn)(1).同一磁極下各元件串聯(lián)成1支路；共2p條支路，并聯(lián)a=p(2).當(dāng)元件左右對(duì)稱、電刷的中心線在換向器表面的位置對(duì)準(zhǔn)磁極的中心線時(shí)，正負(fù)電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，被電刷短路的元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。(3).電刷的對(duì)數(shù)必須=極對(duì)數(shù)；電刷刷桿數(shù)=極數(shù)三、單波繞組

單波繞組：合成節(jié)距(換向節(jié)距)≈2個(gè)極距、前后2元件串聯(lián)起來(lái)像波浪形。

單波繞組的條件：pyk=K-12.畫繞組展開圖(1).畫Z個(gè)槽(2).畫一個(gè)元件(3).畫換向片(4).畫其他元件(5).換向片編號(hào)(6).畫磁極(7).畫電刷3.單波繞組連接順序表?yè)Q向片上層邊下層邊11′10′9′5′4′6′8′7′8712635411514109111312下層邊4′3′2′13′12′14′1′15′上層邊11591014111312換向片876213545.單波繞組的特點(diǎn)(1).上層邊在同一極性磁極下所有元件串聯(lián)成1支路；共2條支路，并聯(lián)

a=1(2).當(dāng)元件左右對(duì)稱、電刷的中心線在換向器表面的位置對(duì)準(zhǔn)磁極的中心線時(shí)，正負(fù)電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，被電刷短路的元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。(3).電刷的對(duì)數(shù)=1；電刷刷桿數(shù)=2；可采用全額電刷，即用P對(duì)電刷電樞電流Ia=2aia其中ia為每條支路的電流，共2a條支路單疊繞組和單波繞組的區(qū)別：并聯(lián)支路對(duì)數(shù)的多少**單疊繞組：低電壓、大電流**單波繞組：高電壓、小電流§1-4直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的勵(lì)磁方式他勵(lì)直流電機(jī)并勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)2.并勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)勵(lì)磁電壓=電樞端電壓If只有額定電流的5%以內(nèi)3.串勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)勵(lì)磁電流=電樞電流=大4.復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有2個(gè)勵(lì)磁繞組1個(gè)與電樞繞組并聯(lián)——并勵(lì)繞組1個(gè)與電樞繞組串聯(lián)——串勵(lì)繞組1.主磁通和漏磁通磁通：由勵(lì)磁繞組通電產(chǎn)生**主磁通Φ0與電樞繞組匝鏈的磁通;**主磁路主磁極、氣隙、電樞齒、軛、定子軛**漏磁通Φs只與勵(lì)磁繞組匝鏈的磁通；運(yùn)用磁路歐姆定理，可以求得：考慮到氣隙磁阻的主導(dǎo)地位，實(shí)際應(yīng)用中，我們可以忽略氣隙以外其他磁路的影響，所以有：電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩

直流電機(jī)工作時(shí)，由于轉(zhuǎn)子（電樞）繞組中通有電流，必然就會(huì)受到電磁力的作用，同時(shí)，電樞繞組在磁場(chǎng)中運(yùn)轉(zhuǎn)，肯定要做切割磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生切割電動(dòng)勢(shì)，所以在分析電樞部件的性能的時(shí)候有必要定量分析這兩方面的情況：一、電樞電動(dòng)勢(shì)：電樞電動(dòng)勢(shì)是指直流電機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。所以，我們可以先求一根導(dǎo)體的在一個(gè)極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)，再求一條支路的。一個(gè)磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用表示，極距為，電樞的軸向有效長(zhǎng)度為，每極磁通為Ф，則一根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)為：又因?yàn)椋核裕阂驗(yàn)橐粭l支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)（N為電樞總導(dǎo)體數(shù)），于是，電樞電動(dòng)勢(shì)為：式中，是一個(gè)常數(shù)，稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。

例：已知一臺(tái)10KW、4極、2850r/min的直流發(fā)電機(jī)，電樞繞組是單疊繞組，整個(gè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為：372。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電動(dòng)勢(shì)為：Ea=250V時(shí)，求這時(shí)氣隙每極磁通量是多少：2.直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)**分析僅由電樞繞組的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。用右手螺旋定則可以電樞磁動(dòng)勢(shì)的方向。**電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa三.電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)指正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因：元件邊(導(dǎo)體)切割氣隙合成磁場(chǎng)氣隙合成磁場(chǎng)的分布是不均勻，每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是不同的。假設(shè)磁密是均勻的假設(shè)磁密是均勻的，取1個(gè)極下的平均值每個(gè)極下的1根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小相等

電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)四.電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩公式§1-5直流電動(dòng)機(jī)一、直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的基本關(guān)系式電壓平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式功率平衡方程式電動(dòng)機(jī)慣例反電動(dòng)勢(shì)Ea與U方向相反勵(lì)磁繞組與電樞繞組是并聯(lián)的1.電壓平衡方程式并勵(lì)電動(dòng)機(jī)2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式電磁轉(zhuǎn)矩T，與n同方向——拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩空載損耗轉(zhuǎn)矩T0，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩軸輸出的轉(zhuǎn)矩T2，帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)，通常是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3.功率平衡方程式電磁功率Pem在電磁感應(yīng)作用下，由電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的這部分功率稱為電磁功率。用Pem表示。體現(xiàn)了能量的互相轉(zhuǎn)換作用。功率平衡方程式他勵(lì)電動(dòng)機(jī)二、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1.轉(zhuǎn)速特性2.轉(zhuǎn)矩特性3.效率特性

當(dāng)可變損耗pcu等于不變損耗時(shí)，效率η達(dá)到最大值。三、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性特點(diǎn)：反電動(dòng)勢(shì)Ea與U方向相反勵(lì)磁繞組與電樞繞組是串聯(lián)的總電阻反電勢(shì)串勵(lì)繞組電阻串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1.轉(zhuǎn)速特性串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性2.轉(zhuǎn)矩特性起動(dòng)時(shí)，n=0,Ia很大四、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性

工作特性由起主要作用的勵(lì)磁繞組決定；一般在并勵(lì)與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性之間。積復(fù)勵(lì)有較高的啟動(dòng)能力、過(guò)載能力，可空載輕載運(yùn)行。§1-6直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)一、直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的基本方程式他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)慣例：1.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式空載損耗轉(zhuǎn)矩由機(jī)械損耗、鐵耗引起拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩方向同n方向-n方向-n3.功率平衡方程式

發(fā)電機(jī)的輸入功率P1，除小部分損耗外，大部分轉(zhuǎn)換為電磁功率，由機(jī)械功率電功率3.功率平衡方程式

電磁功率，除去電樞回路的銅損耗外，其余部分輸出電功率發(fā)電機(jī)的輸出功率電樞回路的銅損耗3.功率平衡方程式他勵(lì)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的總損耗由輸入機(jī)械功率或其他電源提供發(fā)電機(jī)的效率二、他勵(lì)直流電發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性4個(gè)主要物理量：電樞端電壓U勵(lì)磁電流If負(fù)載電流I=Ia轉(zhuǎn)速n——一般保持為額定值不變運(yùn)行特性即：3個(gè)量，其中1個(gè)不變，其余2個(gè)物理量之間的關(guān)系。1.空載特性空載磁化特性飽和曲線空載特性磁滯現(xiàn)象、平均空載特性、剩磁電壓飽和現(xiàn)象、設(shè)計(jì)時(shí)工作點(diǎn)的選擇如果轉(zhuǎn)速不是額定值，則空載特性按比例變化2.外特性負(fù)載試驗(yàn)方法：1.IfIfN保持2.nnN保持3.I從0調(diào)節(jié)1.2IN2.外特性

由于電樞反應(yīng)使磁通減小，使端電壓與電流的關(guān)系不是一條直線。

發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載電流的增大而減小的程度電壓調(diào)整率重要性能指標(biāo)3.調(diào)節(jié)特性負(fù)載電流的增大端電壓下降，原因？調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流達(dá)到保持端電壓不變?nèi)?、并?lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過(guò)程和自勵(lì)條件發(fā)電的條件機(jī)械拖動(dòng)n要有氣隙磁場(chǎng)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過(guò)程和自勵(lì)條件并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)自勵(lì)的三個(gè)條件1電機(jī)必須有剩磁2勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞的極性必須正確3勵(lì)磁回路中電阻小于Rcr(稱為臨界電阻)四、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性空載特性該接成他勵(lì)方式后，測(cè)量得到空載特性，方法和特性曲線與他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)相同。并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性2.外特性同一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，分別接成并勵(lì)方式、他勵(lì)方式，得到外特性分別如圖1、2曲線。3.并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性五、復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性并勵(lì)繞組：電壓高線細(xì)、匝多串勵(lì)繞組：電流大線粗、匝少串勵(lì)繞組起輔助作用，并勵(lì)繞組起主要作用。積復(fù)勵(lì):過(guò)復(fù)勵(lì)、平復(fù)勵(lì)、欠復(fù)勵(lì)§1-7直流電機(jī)的換向以單疊繞組為例，一個(gè)元件被電刷短路前的電流是+ia，被短路一下，之后的電流是-ia，這種電流方向的改變，就稱為換向。換向火花換向周期Tk換向條件不好則會(huì)在電刷與換向器之間產(chǎn)生火花。超過(guò)一定限度，會(huì)燒壞電刷和換向器。正常工作時(shí)，火花等級(jí)不超過(guò)1.5級(jí)；短時(shí)過(guò)載時(shí)，火花等級(jí)不超過(guò)2級(jí)。1.直線換向(電阻換向)**只考慮接觸電阻，它與接觸面積成反比。**接觸電阻是均勻變化的。**換向元件的電流是由ia均勻變化到-ia直線換向的特點(diǎn)：電刷下的電流密度為常數(shù)，不產(chǎn)生火花?！硐霌Q向2.延遲換向自感電勢(shì)互感電勢(shì)切割電勢(shì)電抗電勢(shì)①元件從+ia→

-ia產(chǎn)生電抗電勢(shì)er，er的方向與換向前的電流方向一致；②電樞反應(yīng)使幾何中線處B≠0，產(chǎn)生切割電勢(shì)ea，它的方向也與換向前電流方向一致。er和eA的存在，使換向延遲了。在電刷中的電流密度分布不均勻，產(chǎn)生附加換向電流ik延遲換向

換向結(jié)束瞬間，附加換向電流ikT≠0，換向元件儲(chǔ)存能量LrikT2，釋放出火花改善換向的方法：二、產(chǎn)生火花的其他原因機(jī)械原因——裝配因素化學(xué)原因——環(huán)境因素三、改善換向的方法2.裝設(shè)換向極換向