電機(jī)與電器-直流電機(jī)

電機(jī)與電器——直流電機(jī)第一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)一、直流發(fā)電機(jī)二、直流電動(dòng)機(jī)三、直流電機(jī)的可逆性

在不同的外界條件下，一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，這在電機(jī)理論中稱(chēng)為可逆原理。第二頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)第三頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)第四頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1、主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。主磁極由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組兩部分組成。鐵心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，第五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)2、換向極換向極的作用是改善換向，減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩個(gè)相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成，數(shù)目與主磁極相等。第六頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)3、電刷裝置電刷裝置是用來(lái)引入或引出直流電壓和直流電流的，如圖1.7所示。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。第七頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)4、電樞鐵心電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開(kāi)有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。第八頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)5、換向器在直流電動(dòng)機(jī)中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動(dòng)勢(shì)。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣第九頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成換向磁極：改善換向。電刷裝置：與換向器配合,完成直流與交流的互換機(jī)座和端蓋：起支撐和固定作用，機(jī)座也是電機(jī)中磁路的一部分。定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。

是能量轉(zhuǎn)換的中樞。換向器：與電刷裝置配合,完成直流與交流的互換轉(zhuǎn)軸軸承第十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的工作原理簡(jiǎn)單模型簡(jiǎn)介：N，S——靜止磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁通（定子主磁極）電樞繞組——線圈abcd換向器—固定在轉(zhuǎn)軸上且與轉(zhuǎn)軸絕緣的兩個(gè)銅質(zhì)的半圓環(huán)電刷——與換向片滑動(dòng)接觸，是旋轉(zhuǎn)的線圈與外界靜止的電路相連接。第十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一第十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的工作原理1、直流發(fā)電機(jī)的工作原理

在圖示瞬間，導(dǎo)體ab、cd的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向分別由b指向a和由d指向c。這時(shí)電刷A呈正極性,電刷B呈負(fù)極性。第十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的工作原理

當(dāng)線圈逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)180°時(shí)，這時(shí)導(dǎo)體cd位于N極下，導(dǎo)體ab位于S極下，各導(dǎo)體中電動(dòng)勢(shì)都分別改變了方向。第十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的工作原理

從圖看出，和電刷A接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于N極下，同樣，和電刷B接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于S極下。直流發(fā)電機(jī)電樞線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是交變的，而通過(guò)換向器和電刷的整流作用，在電刷A、B上輸出的電動(dòng)勢(shì)是極性不變的直流電動(dòng)勢(shì)。因此，電刷A始終有正極性，電刷B始終有負(fù)極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動(dòng)勢(shì)。如果電樞上線圈數(shù)增多，并按照一定的規(guī)律把它們連接起來(lái)，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。這就是直流發(fā)電機(jī)的工作原理。

第十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的工作原理2、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理在圖示瞬間，導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，稱(chēng)為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较?，使電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。第十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的工作原理

當(dāng)電樞轉(zhuǎn)了180°后，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下時(shí)，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷A流入，經(jīng)導(dǎo)體cd、ab后，從電刷B流出。這時(shí)導(dǎo)體cd受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，?dǎo)體ab受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針?lè)较?。第十七?yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的工作原理由此可見(jiàn)，加于直流電動(dòng)機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動(dòng)機(jī)電樞線圈中流過(guò)的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動(dòng)機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。第十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的工作原理一臺(tái)直流電機(jī)原則上可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，取決于外界不同的條件。將直流電源加于電刷，輸入電能，電機(jī)能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，電機(jī)能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能，從電刷上引出直流電動(dòng)勢(shì)，作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同一臺(tái)電機(jī)，既能作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，稱(chēng)為電機(jī)的可逆原理。第十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定容量PN：輸出功率額定電壓UN：額定狀態(tài)下出線端電壓；額定電流IN：額定狀態(tài)下出線端電流；額定轉(zhuǎn)速n：額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速直流發(fā)電機(jī)：PN＝UN·IN直流電動(dòng)機(jī)：PN＝UN·IN·★第二十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的繞組繞組：直流電機(jī)的線圈，實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件；為直流電機(jī)的主要電路。在電機(jī)中按一定規(guī)律連接起來(lái)，構(gòu)成直流電機(jī)的電樞繞組。要求有：1，產(chǎn)生足夠的電動(dòng)勢(shì)；

2，盡可能節(jié)省材料；

3，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。第二十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一簡(jiǎn)單的繞組

單一線圈是不能產(chǎn)生足夠的電動(dòng)勢(shì)或電磁轉(zhuǎn)矩，必須將多個(gè)線圈連接成繞組（稱(chēng)為電樞繞組）第二十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一簡(jiǎn)單的繞組 第二十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一簡(jiǎn)單的繞組

第二十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一簡(jiǎn)單的繞組

第二十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一簡(jiǎn)單的繞組

第二十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一簡(jiǎn)單的繞組

第二十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一簡(jiǎn)單的繞組

結(jié)論：位于對(duì)稱(chēng)位置的電刷將閉合的六個(gè)線圈分為兩個(gè)并聯(lián)的支路第二十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一繞組相關(guān)概念

元件（線圈）：繞組中每個(gè)線圈的兩個(gè)端子各接到一個(gè)換向片上，為繞組的一個(gè)單元。直流電機(jī)電樞繞組構(gòu)成原則：將繞組通過(guò)換向片連接起來(lái)構(gòu)成閉合繞組。極軸線：磁極的中心線；幾何中性線：磁極之間的平分線，P:極對(duì)數(shù)；極距t：在電樞鐵心表面上，一個(gè)極所占的距離?？捎貌蹟?shù)表示，t=Z/2P槽），式中Z為電樞總槽數(shù)；第三十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一繞組相關(guān)概念 第一節(jié)距（元件節(jié)距y1）：同一個(gè)元件兩個(gè)元件邊之間的距離。換向節(jié)距（yc）：上層元件邊與下層元件邊所連接的兩個(gè)換向片之間的距離。以換向片數(shù)目表示。第二節(jié)距(合成節(jié)距y2)：連至同一個(gè)換向片的兩個(gè)元件邊之間的距離。Y2=y1－ycy1=Q/2p±ε=整數(shù)（Q為電樞的槽數(shù)，p為磁極對(duì)數(shù)）ε是使y1成為整數(shù)的一個(gè)分?jǐn)?shù)第三十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一123ycy1y2第三十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一繞組相關(guān)概念基本形式有兩種：

1.單疊繞組：元件兩個(gè)端子連接于相鄰的兩個(gè)換熱片上。

2.單波繞組：把元件相隔大約兩個(gè)極距連接起來(lái)。第三十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一舉例：極對(duì)數(shù)p=2，槽數(shù)Q=16，元件數(shù)S=16，換向片數(shù)K=16，即Q=S=K=16，畫(huà)繞組展開(kāi)圖。解：1、計(jì)算數(shù)據(jù)：y1=Q/2p=4，對(duì)于疊繞組yc=1，

y2=y1－yc=32、畫(huà)展開(kāi)圖單疊繞組展開(kāi)圖第三十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一（1）先畫(huà)16根等長(zhǎng)、等距的實(shí)線，代表各槽上層元件邊，再畫(huà)16根等長(zhǎng)等距的虛線，代表各槽下層元件邊。（2）根據(jù)第一節(jié)距，畫(huà)出第一個(gè)元件的上下層邊（1～5槽），令上層邊所在的槽號(hào)為元件號(hào)；（3）接上換向片，1、2片之間對(duì)準(zhǔn)元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號(hào)；單疊繞組展開(kāi)圖12345678910111213141615第三十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一（4）畫(huà)出第二個(gè)元件，上層邊在第2槽，與第一個(gè)元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6槽與3號(hào)換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把16個(gè)元件全部聯(lián)起來(lái)。（5）放磁極：磁極寬度約為均勻分布在圓周上，N極磁力線垂直向里（進(jìn)入紙面），S極向外（從紙面穿出）；（6）放電刷：對(duì)準(zhǔn)在磁極軸線下，畫(huà)一個(gè)換向片寬（實(shí)際上K很多，電刷寬＝2～3片寬）。并把相同極性下的電刷并聯(lián)起來(lái)。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電刷是靜止不動(dòng)的，電樞在旋轉(zhuǎn)。單疊繞組展開(kāi)圖第三十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一單疊繞組展開(kāi)圖第三十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一單疊繞組展開(kāi)圖第三十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一單疊繞組展開(kāi)圖第三十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一單疊繞組展開(kāi)圖第四十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一單疊繞組展開(kāi)圖第四十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一單疊繞組的電路圖元件1被電刷A1短路，元件2、3、4的電流方向一致，構(gòu)成一條支路且與換向片5相連，同理8、7、6的電流方向一致，構(gòu)成另1條支路且與換向片6相連，而5、6換向片又被電刷B1短接，故2、3、4、6、7、8的電流從B1流出。構(gòu)成一對(duì)支路同理其他元件構(gòu)成另2條支路。故一共有4條并聯(lián)支路，兩對(duì)支路。第四十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一單疊繞組的電路圖

用a表示支路對(duì)數(shù)，且有a＝p(p為磁極對(duì)數(shù)）第四十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一（1）元件的兩個(gè)出線端聯(lián)接于相鄰兩個(gè)換向片上；（2）并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，2a=2p；（4）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；（5）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；（6）由正負(fù)電刷引出的電樞電流為各支路電流之和。單疊繞組的特點(diǎn)第四十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一單波繞組(1)單波繞組：把元件相隔大約兩個(gè)極距連接起來(lái)。(2)元件兩出線端所連的換向片相隔較遠(yuǎn)相串連的兩元件也相隔較遠(yuǎn)，這樣連接起來(lái)的元件形式猶如波浪一樣向前延伸。(3)支路對(duì)數(shù)永遠(yuǎn)等于1對(duì)比：電流較大電壓較低的電機(jī)多采用疊繞組電壓較大電流較小的電機(jī)多采用波繞組第四十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的勵(lì)磁方式按勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為4種：

1、他勵(lì)直流電機(jī)2.并勵(lì)直流電機(jī)3.串勵(lì)直流電機(jī)4.復(fù)勵(lì)直流電機(jī)直流電機(jī)的運(yùn)行特性隨著勵(lì)磁方式的不同有很大的差別。他勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)復(fù)勵(lì)永磁材料勵(lì)磁I＝IaI＝Ia＝IfI=Ia+IfI=Ia第四十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)是指電樞電流等于零(電動(dòng)機(jī)不帶負(fù)載）因此，直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)是指由主磁極單獨(dú)建立的磁場(chǎng)。絕大部分磁通經(jīng)由主磁極及氣隙而通過(guò)電樞鐵心，稱(chēng)為主磁通－ф0，另一部分不與電樞繞組相交鏈，稱(chēng)為漏磁通－фσ漏磁通的數(shù)量比主磁通的數(shù)量小得多，在直流電機(jī)中里，一般忽略不計(jì)。第四十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)第四十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)第四十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一由于電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)，氣隙磁場(chǎng)將會(huì)發(fā)生變化。主極磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)合成磁場(chǎng)第五十頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過(guò)，該電流建立的磁場(chǎng)簡(jiǎn)稱(chēng)電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響就稱(chēng)為電樞反應(yīng)。具體表現(xiàn)：(1)使氣隙磁場(chǎng)分布發(fā)生畸變；(2)去磁作用，使磁場(chǎng)總磁通減弱。直流電機(jī)的電樞反應(yīng)第五十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)電樞