電機(jī)第1章教材

電機(jī)原理及拖動(dòng)河北工程大學(xué)

信息與電氣工程學(xué)院

劉增環(huán)3/26/20241第一章直流電機(jī)原理1.直流電機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)、基本工作原理2.直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)3.直流電機(jī)的電樞繞組4.直流電機(jī)的電樞反應(yīng)5.直流電機(jī)電樞電勢(shì)與電磁力矩6.直流發(fā)電機(jī)7.直流電動(dòng)機(jī)8.直流電機(jī)換向3/26/20242直流電機(jī)的用途電源勵(lì)磁機(jī)測(cè)速伺服3/26/20243直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)（P6圖1-4）3/26/20244直流電機(jī)截面圖（P6圖1-4）3/26/20245直流電機(jī)主磁極3/26/20246換向極換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個(gè)小磁極，它的作用是改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有害的火花。3/26/20247電刷裝置（P7圖1-6）電刷裝置——電刷裝置是電樞電路的引出（或引入）裝置3/26/20248換向器在直流發(fā)電機(jī)中，換向器起整流作用，在直流電動(dòng)機(jī)中，換向器起逆變作用3/26/20249直流電機(jī)電樞截面3/26/202410電樞繞組是直流電機(jī)的電路部分，也是感生電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部分槽楔3/26/202411直流電機(jī)主要結(jié)構(gòu)主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承結(jié)構(gòu)視頻3/26/202412直流電機(jī)基本工作原理3/26/202413直流發(fā)電機(jī)原理原理視頻3/26/202414發(fā)電機(jī)電勢(shì)波形3/26/202415把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過(guò)，如圖。在磁場(chǎng)作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)原理原理視頻3/26/202416直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

3/26/202417直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定條件下電機(jī)所能提供的功率指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機(jī)指軸上輸出的機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓是指輸出額定電壓發(fā)電機(jī)是指輸入額定電壓電動(dòng)機(jī)3/26/202418直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。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)磁電流指直流電機(jī)的勵(lì)磁線圈與電樞線圈的連接方式勵(lì)磁方式3/26/2024191-2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)空載：直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)是由流過(guò)勵(lì)磁繞組的電流If產(chǎn)生的，它是直流電機(jī)中的主要磁場(chǎng)。3/26/2024202極電機(jī)磁路中的磁通分布極軸線：磁極平分線幾何中性線：相臨兩磁極極軸線的平分線。物理中性線：氣隙磁密由正到負(fù)過(guò)零的分界線。主磁通：走主磁路的磁通漏磁通：走漏磁路的磁通3/26/2024214極電機(jī)磁路中的磁通分布NSSN幾何中性線極軸線極距主磁通漏磁通3/26/2024221.直流電機(jī)磁路N極鐵芯－氣隙－電樞齒－電樞軛－相鄰S極電樞齒－氣隙－S極鐵芯－定子軛－回到N極.構(gòu)成閉合路徑3/26/202423分析主磁路主磁路的分段：全電流定律簡(jiǎn)化：（1-1）（1-2）3/26/202424分析主磁路氣隙電樞齒電樞軛主磁極定子軛封閉回路中包含Nf匝線圈的2倍（1-3）前面圖中封閉回路總磁勢(shì)各段磁壓降為：即3/26/202425分析主磁路這個(gè)關(guān)系即直流電機(jī)的磁化曲線121.11~1.35飽和系數(shù)：

：氣隙磁勢(shì)

ac：總磁勢(shì)

：鐵心飽和引起磁勢(shì)增加

3/26/2024262.氣隙磁通密度分布波形當(dāng)勵(lì)磁電流不變時(shí)：平均磁通密度

：極距

：鐵心長(zhǎng)度每極磁通與平均磁密的關(guān)系：3/26/202427線圈電勢(shì)與刷間電勢(shì)e，Bπ2πωtαeπ2πωt氣隙磁密與線圈電勢(shì)刷間電勢(shì)空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波3/26/2024281-3直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組: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)換的樞紐。因?yàn)橹匾?，故稱(chēng)為電樞繞組。電樞繞組的構(gòu)成，應(yīng)能產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并允許通過(guò)一定量的電樞電流，從而產(chǎn)生所需的電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率。此外還要節(jié)省有色金屬和絕緣材料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。3/26/202429電樞繞組形式直流電機(jī)繞組電樞繞組3/26/2024301.相關(guān)技術(shù)術(shù)語(yǔ)及繞組元件極軸線，幾何中線極距：相鄰極軸線沿電樞表面的圓弧距離，通常用槽數(shù)表示，如：極距＝電樞槽數(shù)/極數(shù)3/26/202431繞組元件元件：構(gòu)成繞組的線圈稱(chēng)為繞組元件，分單匝和多匝兩種。單匝多匝有效邊3/26/202432元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱(chēng)為首端，另一根稱(chēng)為末端。首端末端3/26/202433繞組節(jié)距y=y1-y2＝1第一節(jié)距y1第二節(jié)距y2合成節(jié)距y：換向節(jié)距yk：yk＝y(tǒng)＝13/26/202434第一節(jié)距y1必須是整數(shù)3/26/2024352.單疊繞組單迭：?jiǎn)委B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，后面元件的首端緊迭在前一元件的末端。特點(diǎn)：槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片數(shù)K三者相同y=yk=13/26/202436單迭繞組展開(kāi)圖例：一臺(tái)電機(jī)P＝2，Z＝S＝K＝16合成節(jié)距＝換向節(jié)距y＝y(tǒng)k＝1第一元件末端與第二元件的首端連接第一節(jié)距：3/26/202437單迭繞組展開(kāi)圖1123456789101112131416152345678910111213141615+－++－－運(yùn)動(dòng)方向NSNSττττ159.13在幾何中線上同一磁極元件串聯(lián)3/26/202438繞組的并聯(lián)支路電路圖a＝p＝b單疊繞組輸出電勢(shì)：一條支路電勢(shì)輸出電流：2a條支路電流和3/26/202439繞組小結(jié)直流電機(jī)的電樞繞組形成閉合回路。回路中合成電勢(shì)為零、環(huán)流為零。并聯(lián)支路成對(duì)出現(xiàn)，并聯(lián)支路對(duì)數(shù)=極對(duì)數(shù)。電樞電勢(shì)（即刷間電勢(shì)）=支路電勢(shì)。電樞電流=各支路電流之和。即：。電刷成對(duì)出現(xiàn)（單疊繞組中，刷對(duì)數(shù)=極對(duì)數(shù)）。為了得到最大的直流電勢(shì)，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接3/26/2024401-4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)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)。

當(dāng)電機(jī)帶上負(fù)載后，電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)由主磁場(chǎng)和電樞兩個(gè)磁場(chǎng)共同決定。電樞磁場(chǎng)的出現(xiàn)，使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，即電樞反應(yīng)。各支路電流都是通過(guò)電刷引入或引出，因此電刷是電樞表面上電流分布的分界線。電樞磁勢(shì)的軸線總是與電刷軸線相重合。3/26/202441電樞磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁場(chǎng)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，只有電樞電流。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，電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。電樞NS分界線磁勢(shì)為零3/26/202442交軸磁動(dòng)勢(shì)在空間的分布引入電樞線負(fù)荷的概念：導(dǎo)體總數(shù)N；導(dǎo)體電流ia；電樞直徑為D，則線負(fù)荷在原點(diǎn)O左右x處取磁力線閉合回路，應(yīng)用全電流定律有整個(gè)回路的磁壓降近似為兩個(gè)氣隙上磁勢(shì)：電樞磁動(dòng)勢(shì)為零3/26/202443電樞磁動(dòng)勢(shì)、磁通密度空間分布沿電樞徑向展開(kāi)3/26/202444直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)主極磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)合成磁場(chǎng)3/26/2024451、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，得到的負(fù)載電機(jī)磁場(chǎng)分布情況如圖。3/26/202446合成磁勢(shì)曲線主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線不飽和兩條曲線逐點(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物理中性線偏離幾何中性線飽和時(shí)磁阻不為常數(shù)不能簡(jiǎn)單疊加3/26/202447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。2.當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)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)角，如圖(a)(b)所示。3/26/202448交軸磁勢(shì)和直軸磁勢(shì)3/26/202449分析直流電動(dòng)機(jī)電刷移位NN逆向移刷順向移刷3/26/202450電刷偏移對(duì)主磁場(chǎng)的作用電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)交軸和直軸去磁直軸助磁電動(dòng)機(jī)直軸助磁交軸和直軸去磁3/26/202451以直流電機(jī)為例思考電樞反應(yīng)什么時(shí)候只有交軸電樞反應(yīng)？什么時(shí)候既有交軸又有直軸電樞反應(yīng)？什么情況下直軸電樞反應(yīng)是去（助）磁的？3/26/2024521-5.電樞電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩電樞電勢(shì)：電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),主磁場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱(chēng)為電樞電動(dòng)勢(shì)。其值為直流電機(jī)正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電勢(shì)，即每個(gè)支路里的感應(yīng)電勢(shì)。計(jì)算：求出一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割氣隙磁密的平均感應(yīng)電勢(shì)，乘上一個(gè)支路里總的導(dǎo)體數(shù)。3/26/202453電樞電勢(shì)一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)平均感應(yīng)電勢(shì)：Bav：平均磁密；l：導(dǎo)體長(zhǎng)度；v：電樞旋轉(zhuǎn)線速度n：電樞旋轉(zhuǎn)速度（r/min)：每極磁通3/26/202454電樞電勢(shì))(電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中每條支路導(dǎo)體數(shù)（每極下導(dǎo)體數(shù)），總導(dǎo)體數(shù)N常數(shù)3/26/202455電樞電勢(shì)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)——反電勢(shì)(與電樞電流反方向).（1-18）NN3/26/202456電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組中有電樞電流流過(guò)時(shí),在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱(chēng)為電磁轉(zhuǎn)矩。一根導(dǎo)體的平均電磁力：作用在電樞上的總電磁力：3/26/202457大小:為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)其中電磁轉(zhuǎn)矩（1-20）3/26/202458電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT取決于電機(jī)結(jié)構(gòu)。它們的關(guān)系為：電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì):發(fā)電機(jī)——制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反)；電動(dòng)機(jī)——驅(qū)動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)。（1-21)3/26/202459電磁功率直流電機(jī)中機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能或電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的那部分功率，是由于電和磁的相互作用產(chǎn)生的。3/26/202460電磁功率直流發(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)克服電磁轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)作用所做的機(jī)械功率等于通過(guò)電磁感應(yīng)作用在電樞回路所得到的電功率。直流電動(dòng)機(jī)：從電源吸收的電功率，通過(guò)電磁感應(yīng)作用，轉(zhuǎn)換成軸上的機(jī)械功率；從發(fā)電機(jī)的角度看：電磁功率是轉(zhuǎn)換成電功率的那部分輸入機(jī)械功率從電動(dòng)機(jī)的角度看：電磁功率是轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的那部分輸入電功率。3/26/2024611-6直流發(fā)電機(jī)他勵(lì)：勵(lì)磁電源由其他獨(dú)立直流電源提供按勵(lì)磁方式分類(lèi)并勵(lì)發(fā)電機(jī)串勵(lì)發(fā)電機(jī)復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)自勵(lì)：用發(fā)電機(jī)本身發(fā)出的電給勵(lì)磁繞組供電供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱(chēng)為勵(lì)磁方式。分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類(lèi)，自勵(lì)方式又分并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種方式。3/26/2024621-6直流發(fā)電機(jī)1、他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。如圖所示。他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：3/26/2024632、并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。3、串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足。3/26/2024644、復(fù)勵(lì)：并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。長(zhǎng)分接法短分接法3/26/2024652直流發(fā)電機(jī)的基本方程規(guī)定各物理量的參考方向如圖（一）電壓平衡方程式為電樞回路總電阻，為正負(fù)電刷與換向器表面的接觸壓降。則電動(dòng)勢(shì)平衡方程為：電樞電動(dòng)勢(shì)：從方程式可見(jiàn)，直流發(fā)電機(jī)（1-22)＋－3/26/202466直流發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動(dòng)機(jī)輸入的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（二）電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡方程電磁轉(zhuǎn)矩：SN（1-23）機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩平衡方程為：3/26/202467原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率電磁功率是轉(zhuǎn)換成電功率的那部分機(jī)械功率機(jī)械摩擦損耗鐵損耗附加損耗?？蛰d損耗包括：輸入直流發(fā)電機(jī)后扣除空載損耗，其余為電磁功率將（1-23）式兩邊同乘旋轉(zhuǎn)角速度：（三）功率平衡方程式3/26/202468（三）功率平衡方程式將（1-22）式兩邊同乘電樞電流：電磁功率是轉(zhuǎn)換出的總功率，他與輸出功率之間還差電樞回路的電阻銅損耗。3/26/202469如果是自勵(lì)發(fā)電機(jī)，還應(yīng)減去勵(lì)磁功率他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)功率流程圖3/26/2024703.直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)的四個(gè)基本物理量：U、I、If、n。（n由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，保持不變）運(yùn)行特性：在U、I、If之間，保證其中一個(gè)量不變，另外兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系。（他勵(lì)電機(jī)負(fù)載電流＝電樞電流）（1）n＝常數(shù)，I＝0，Uo＝f（If）；空載特性（2）n＝常數(shù)，If＝常數(shù)，U＝f（I）；外特性（3）n＝常數(shù)，U＝常數(shù)，If＝f（I）；調(diào)節(jié)特性3/26/202471一、空載特性定義：當(dāng)、時(shí)，

直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線性的的，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特性曲線?？蛰d時(shí)，。由于，因此空載特性實(shí)質(zhì)上就是。由于正比于，所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。3/26/202472空載特性Uo＝f（If）空載特性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的手段得到。UfGAVr平均空載特性曲線3/26/202473定義：當(dāng)、時(shí)，

外特性曲線由曲線可見(jiàn)，負(fù)載電流增大時(shí)，端電壓有所下降。他勵(lì)并勵(lì)二、外特性3/26/202474二、外特性根據(jù)以下公式可知，發(fā)電機(jī)端電壓下降有兩個(gè)原因：一是在勵(lì)磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通量減少，使電動(dòng)勢(shì)減少；另一個(gè)原因是電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓下降。3/26/202475電壓調(diào)整率（電壓變化率）從空載到負(fù)載，電壓下降的程度由電壓變化率來(lái)表示。U0是空載時(shí)的端電壓，一般他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為5％～10%。3/26/202476IIf三、調(diào)節(jié)特性轉(zhuǎn)速一定，負(fù)載電流變化時(shí)，為維持他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的端電壓不變，需要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。負(fù)載電流增大，勵(lì)磁電流也增大。INIfN定義：當(dāng)、時(shí)，

特性曲線如圖所示3/26/202477并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)4.并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在電動(dòng)勢(shì)作用下勵(lì)磁回路產(chǎn)生。如果勵(lì)磁繞組和電樞繞組連接正確，產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動(dòng)勢(shì)增大，增加。如此不斷增長(zhǎng)，直到勵(lì)磁繞組兩端電壓與相等時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點(diǎn)A。3/26/202478自勵(lì)過(guò)程曲線1為空載特性曲線，曲線2為勵(lì)磁回路總電阻特性曲線，也稱(chēng)場(chǎng)阻線。它的斜率就是增大，場(chǎng)阻線變?yōu)榍€4時(shí)，稱(chēng)為臨界電阻，與空載特性直線部分重合電機(jī)沒(méi)有穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。若再增加勵(lì)磁回路電阻，場(chǎng)阻線變?yōu)榍€3時(shí)，它可以在很低的穩(wěn)定點(diǎn)上運(yùn)行（見(jiàn)書(shū)上B點(diǎn)），不能建立正常輸出電壓，發(fā)電機(jī)將不能自勵(lì)。在建立正常電壓過(guò)程中勵(lì)磁電流在上升：3423/26/202479IfU并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)自勵(lì)的特征發(fā)電機(jī)自勵(lì)時(shí)的穩(wěn)定點(diǎn)為勵(lì)磁回路場(chǎng)阻線與空載特性的交點(diǎn)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，空載特性曲線改變，穩(wěn)定工作點(diǎn)也改變。不同的轉(zhuǎn)速，具有不同的臨界電阻3/26/202480并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)自勵(lì)的條件（1）電機(jī)的主磁路有剩磁，可通過(guò)“充磁”獲得（3）勵(lì)磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵(lì)磁繞組極性要正確，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與剩磁方向一致3/26/202481并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性與一般電機(jī)的空載特性一樣，也是磁化曲線。但是由于勵(lì)磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線只在第一象限。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性3/26/202482外特性和調(diào)整特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性U=f(I)與他勵(lì)相比，下降更快。因?yàn)槌擞兴麆?lì)電機(jī)的兩個(gè)下降因素外，還因?yàn)殡妷合陆禃?huì)導(dǎo)致勵(lì)磁電流的降低，在電壓下降較大時(shí)勵(lì)磁電流明顯減小磁路退出飽和，外特性出現(xiàn)“拐點(diǎn)”（見(jiàn)書(shū)圖中1-27）所以并勵(lì)電機(jī)外特性有以下特點(diǎn)：(1)負(fù)載增大時(shí)，端電壓下降較快；(2)外特性有拐彎現(xiàn)象;調(diào)整特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)相似。3/26/202483直流發(fā)電機(jī)的小結(jié)（1）三個(gè)平衡式，以及E>U的發(fā)電狀態(tài)判據(jù)。（2）發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式：（3）不同勵(lì)磁方式對(duì)工作特性的影響。3/26/202484直流電動(dòng)機(jī)完成的是電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。與直流發(fā)電機(jī)相同，直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可以是他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。本節(jié)以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例，推導(dǎo)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式。1-7直流電動(dòng)機(jī)3/26/202485一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是直流電機(jī)的可逆原理。以他勵(lì)電機(jī)為例，一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運(yùn)行，保持不變，減少原動(dòng)機(jī)的輸出功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)下降到一定程度時(shí)，使得，此時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電功率，原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率僅僅用來(lái)補(bǔ)償電機(jī)的空載損耗po

。1、直流電機(jī)的可逆原理3/26/202486保持發(fā)電機(jī)的不變，繼續(xù)降低原動(dòng)機(jī)的，將有，反向，這時(shí)電網(wǎng)向電機(jī)輸入電功率，電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行。同理，上述的物理過(guò)程也可以反過(guò)來(lái)，使電機(jī)從電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機(jī)狀態(tài)。3/26/202487TEa>UEa=UEa<U電動(dòng)機(jī)3/26/202488T1Ea>UEa=UEa<U3/26/202489第1章直流電機(jī)2直流電動(dòng)機(jī)的基本方程按電動(dòng)機(jī)慣例規(guī)定各物理量的參考方向如圖。在外加電壓作用下，電樞順電壓U的方向流過(guò)電流，電流在磁場(chǎng)中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)體切割主磁場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)與電流方向相反的電動(dòng)勢(shì)電壓平衡方程式：(1-31)T23/26/202490電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式直流電機(jī)通電后，電樞電流磁場(chǎng)中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩在克服了機(jī)組摩檫阻轉(zhuǎn)矩T0后，轉(zhuǎn)換為輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩T2拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械作功。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)矩T2相等時(shí)，電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定平衡有：（1-32）3/26/202491功率平衡方程式將式（1-31）兩邊同乘Ia：將式（1-32）兩邊同乘角速度：3/26/202492直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖3/26/2024933、直流電動(dòng)機(jī)的特性工作特性，是指在U＝UN，If＝IfN時(shí)，轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率隨輸出功率P2而變化的關(guān)系。運(yùn)行特性轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)矩特性效率特性機(jī)械特性電壓、勵(lì)磁、轉(zhuǎn)子電樞回路總電阻均為常數(shù)的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線。分為自然機(jī)械特性和人工機(jī)械特性。3/26/202494

直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1、轉(zhuǎn)速特性定義：當(dāng)、時(shí)，由電壓平衡方程式可得：

忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化。如圖紅線所示。3/26/202495

直流電動(dòng)機(jī)的工作特性2、轉(zhuǎn)矩特性定義：當(dāng)、時(shí)，轉(zhuǎn)矩表達(dá)式

考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。如圖所示。3/26/2024963、效率特性定義：當(dāng)、時(shí)，由方程式可得空載損耗為不變損耗，不隨負(fù)載電流變化，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負(fù)載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流增大到一定程度時(shí)銅損快速增大此時(shí)效率又變小。如圖所示。3/26/202497四、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組是串聯(lián)的，因此勵(lì)磁電流隨著負(fù)載變化。這是串勵(lì)電機(jī)的主要特點(diǎn)。串勵(lì)電機(jī)的機(jī)械特性很軟，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，電機(jī)磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵(lì)磁電流呈線性關(guān)系。即：關(guān)系式3/26/202498轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，磁路飽和，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同。曲線如圖所示。當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于無(wú)窮大，所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不宜輕載或空載運(yùn)行。3/26/202499串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)磁路不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)矩與電流平方成正比；當(dāng)磁路飽和時(shí)的機(jī)械特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性曲線一致。因此串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與轉(zhuǎn)速特性有相同的形狀。3/26/2024100復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性介于并勵(lì)和串勵(lì)的機(jī)械特性曲線之間，兼有并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。串勵(lì)復(fù)勵(lì)并勵(lì)3/26/2024101直流電動(dòng)機(jī)的小結(jié)（1）三個(gè)平衡式，以U>E和T與n方向一致為的電動(dòng)狀態(tài)判據(jù)。（2）不同勵(lì)磁方式對(duì)工作特性的影響（特性軟硬度不同）。（3）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式3/26/20241028.直流電機(jī)換向直流電機(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。元件從開(kāi)始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱(chēng)為換向周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。假定換向片的寬度等于電刷的寬度換向周期Tk：3/26/2024103電樞移到電刷與換向片1、2接觸面積相同時(shí)，元件1的被短路沒(méi)有電流。電刷僅與換向片1接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示。電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示。一、換向過(guò)程元件112a2iaiaiai3/26/2024104二、換向的電磁理論自感電動(dòng)勢(shì)和互感電動(dòng)勢(shì)：換向元件在換向過(guò)程中電流改變而產(chǎn)生的電抗電勢(shì)根據(jù)楞次定律，電抗電勢(shì)的方向阻止換向電流的變化，因此的方向必與換向前的元件電流的方向一致。(1)換向元件中的電動(dòng)勢(shì)3/26/2024105(1)換向元件中的電動(dòng)勢(shì)切割電動(dòng)勢(shì)：（旋轉(zhuǎn)電勢(shì)）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)。NSner

據(jù)右手定則，的方向總是與換向前元件中的電流方向相同，與

方向一致，也是阻礙換向的。Φaea3/26/2024106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)的電動(dòng)勢(shì)。換向電動(dòng)勢(shì)是幫助換向的。換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)是阻礙換向的。(1)換向元件中的電動(dòng)勢(shì)3/26/2024107（2）換向元件中的電流設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是和，元件自身的電阻為，流過(guò)元件的電流為，元件與換向片間的連線電阻，元件在換向時(shí)的回路方程：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，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律二、換向的電磁理論3/26/2024108三、直線換向、延遲換向與超越換向1.直線換向當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。2.延遲換