直流電機(jī)的建模與特性

關(guān)于直流電機(jī)的建模與特性內(nèi)容簡(jiǎn)介

直流電機(jī)的基本運(yùn)行原理→結(jié)構(gòu)→電磁關(guān)系→數(shù)學(xué)模型（即基本方程式和等效電路）→直流電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性的分析與計(jì)算。第2頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天直流電機(jī)的圖片第3頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天第4頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1直流電機(jī)的基本運(yùn)行原理與結(jié)構(gòu)A、直流電機(jī)的基本運(yùn)行原理圖2.1通電導(dǎo)體和線圈在磁場(chǎng)下的受力分析結(jié)論：要產(chǎn)生有效的電磁轉(zhuǎn)矩，必須確保N極下的導(dǎo)體中電流方向總是流入，S極下的導(dǎo)體中電流方向總是流出。在直流電動(dòng)機(jī)中，上述任務(wù)是由機(jī)械式換向器和電刷來(lái)完成的。第5頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖2.2直流電機(jī)的運(yùn)行原理示意圖第6頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

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，使電流從電刷B1流出，從電刷B2流入，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。第7頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2直流發(fā)電機(jī)的工作原理

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(chēng)為電樞鐵心），線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱(chēng)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)放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷B1和B2進(jìn)行的。第8頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天根據(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x→A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(jiàn)，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“－”。圖1-1第9頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天有了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?？芍?，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)椤?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(kāi)，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。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。第10頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖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)電機(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與B2之間得到一個(gè)方向不變電動(dòng)勢(shì)。第11頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天請(qǐng)畫(huà)出直流電機(jī)電樞單個(gè)導(dǎo)體Ab中感應(yīng)電勢(shì)曲線eAb，eAb是交流電還是直流電？請(qǐng)畫(huà)出通過(guò)電刷引出的感應(yīng)電勢(shì)eAB,eAB是交流電還是直流電？第12頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化曲線電刷之間的電動(dòng)勢(shì)直流發(fā)電機(jī)如何得到幅值較為恒定的直流電勢(shì)？

直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交流電動(dòng)勢(shì)，而由于換向器配合電刷的作用才使交流電動(dòng)勢(shì)“換向”成為直流電動(dòng)勢(shì)。第13頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天兩串聯(lián)線圈中換向后的合成電勢(shì)

為了得到穩(wěn)定的直流電勢(shì)，直流電機(jī)的電樞圓周上一般有多個(gè)線圈分布在不同的位置，并通過(guò)多個(gè)換向片聯(lián)接成電樞繞組。第14頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天增加導(dǎo)體減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)脈動(dòng)。當(dāng)每極下導(dǎo)體數(shù)大于8時(shí)，脈動(dòng)可小于1%。第15頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天結(jié)論：（1）直流電機(jī)電樞繞組內(nèi)部的感應(yīng)電勢(shì)和電流為交流，而電刷外部的電壓和電流為直流；（2）對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言，電刷和換向器起到了由外部電源直流到內(nèi)部繞組交流的轉(zhuǎn)換作用，即相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械式逆變器；（3）對(duì)直流發(fā)電機(jī)而言，電刷和換向器起到了由內(nèi)部繞組交流到外部電源直流的轉(zhuǎn)換作用，即相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械式整流器。（4）雖然電樞線圈是旋轉(zhuǎn)的且電樞線圈中的電流是交變的，但從空間上看，N極與S極下的電樞電流的方向是不變的。因此，由電樞電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)從空間上看也是一個(gè)恒定不變的磁場(chǎng)。(5)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)性的(電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向是相同的)，對(duì)直流發(fā)電機(jī)而言電磁轉(zhuǎn)矩是制動(dòng)性的。(6)當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞導(dǎo)體切割磁力線也會(huì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其方向與電樞電流的方向始終相反，故稱(chēng)之為反電勢(shì)。第16頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

從直流電機(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(chēng)為電機(jī)的可逆原理。

直流電機(jī)的可逆性第17頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋電樞繞組電樞鐵心換向器轉(zhuǎn)軸磁極鐵心勵(lì)磁繞組電刷刷握絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置定子轉(zhuǎn)子直流電機(jī)（產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)）（產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩）第18頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天B、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖2.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1-機(jī)座2-主磁極3-勵(lì)磁繞組4-風(fēng)扇5-軸承6-軸7-端蓋8-換向極9-換向極繞組10-端蓋11-電刷裝置12-換向器13-電樞繞組14-電樞鐵心第19頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1．定子部分（1）機(jī)座機(jī)座既可以固定主磁極、換向極、端蓋等，又是電機(jī)磁路的一部分（稱(chēng)為定子磁軛）。機(jī)座一般用鑄鋼或厚鋼板焊接而成，具有良好的導(dǎo)磁性能和機(jī)械強(qiáng)度。（2）主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，由主磁極鐵心和主磁極繞組（勵(lì)磁繞組）構(gòu)成。主磁極鐵心一般由1.0mm～1.5mm厚的低碳鋼板沖片疊壓而成，包括極身和極靴兩部分。極靴做成圓弧形，以使磁極下氣隙磁通較均勻。極身上面套有勵(lì)磁繞組，繞組中通入直流電流。整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。第20頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天主磁極勵(lì)磁繞組主磁極鋼板沖片（1-1.5mm厚）主磁極由鋼板沖片疊壓而成勵(lì)磁繞組套在主磁極極身上第21頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（3）換向極換向極用來(lái)改善換向，由鐵心和套在鐵心上的繞組構(gòu)成。換向極鐵心一般用整塊鋼制成，如換向要求較高，則用1.0mm～1.5mm厚的鋼板疊壓而成，其繞組中流過(guò)的是電樞電流。換向極裝在相鄰兩主極之間，用螺釘固定在機(jī)座上。

（4）電刷裝置電刷與換向器配合可以把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與外電路連接并把電樞繞組中的交流量轉(zhuǎn)變成電刷端的直流量。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、刷桿架、彈簧、銅辮構(gòu)成。電刷組的個(gè)數(shù)，一般等于主磁極的個(gè)數(shù)。第22頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．轉(zhuǎn)子部分

（1）電樞鐵心電樞鐵心的作用是磁的通路和嵌放電樞繞組。電樞鐵心一般用0.5mm厚、兩邊涂有絕緣漆的硅鋼片沖片疊壓而成。電樞鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心較長(zhǎng)時(shí)，為加強(qiáng)冷卻，可把電樞鐵心沿軸向分成數(shù)段，段與段之間留有通風(fēng)孔。第23頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（2）電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)的主要組成部分，其作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、通過(guò)電樞電流，它是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。通常用絕緣導(dǎo)線繞成的線圈（或稱(chēng)元件），按一定規(guī)律連接而成。第24頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天電樞鐵心電樞繞組電樞鐵心沖片(0.35-0.5mm厚)（硅鋼片）涂絕緣漆沖片疊壓而成均勻開(kāi)槽第25頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）換向器換向器的作用是將線圈中的交流電動(dòng)勢(shì)用機(jī)械換向的方式變換為電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)。它是由多個(gè)緊壓在一起的梯形銅片構(gòu)成的一個(gè)圓筒，片與片之間用一層薄云母絕緣，電樞繞組各元件的始端和末端與換向片按一定規(guī)律連接。換向器與轉(zhuǎn)軸固定在一起。第26頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天換向器第27頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）額定功率：定義為額定狀態(tài)下的輸出功率，用表示；2.2直流電機(jī)的額定數(shù)據(jù)

對(duì)于電動(dòng)機(jī)，額定功率是指轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率；對(duì)于發(fā)電機(jī)，額定功率則是指定子側(cè)繞組輸出的電功率。（2）額定電壓：定義為額定狀態(tài)下的電壓，用表示；（3）額定電流：定義為額定狀態(tài)下的電流，用表示。（4）額定轉(zhuǎn)速：定義為額定狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速，用表示；（5）額定效率：

定義為額定條件下電機(jī)的輸出功率與輸入功率之比，用表示。此外在銘牌上還標(biāo)有電機(jī)的型號(hào)、勵(lì)磁方式等。還有一些額定值如額定效率、額定轉(zhuǎn)矩和額定溫升等不一定都標(biāo)在銘牌上。第28頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天額定數(shù)據(jù)之間存在如下關(guān)系：對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)：對(duì)于直流發(fā)電機(jī)：（2-2）（2-1）對(duì)于電動(dòng)機(jī)，PN表示軸上輸出的機(jī)械功率；而UNIN表示輸入的電功率。對(duì)于發(fā)電機(jī)，PN表示輸出的電功率，而輸入的機(jī)械功率為T(mén)Ω。如果電機(jī)的電流小于額定電流，稱(chēng)為欠載或輕載；如果電機(jī)的電流大于額定電流，稱(chēng)為過(guò)載或超載；如果電機(jī)的電流等于額定電流，稱(chēng)為滿載。電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，是否處于額定運(yùn)行情況，則要由負(fù)載大小來(lái)決定。一般不允許電機(jī)超過(guò)額定值運(yùn)行，因?yàn)檫@會(huì)降低電機(jī)的使用壽命，甚至損壞電機(jī)，但電機(jī)長(zhǎng)期處于低負(fù)載下工作，則沒(méi)有得到充分利用，效率降低，不經(jīng)濟(jì)，所以應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況合理選用電機(jī)，使電機(jī)接近于額定運(yùn)行情況運(yùn)行，才是經(jīng)濟(jì)合理的。第29頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3直流電機(jī)的電樞繞組———電路構(gòu)成A、對(duì)電樞繞組的要求

正、負(fù)電刷之間所感應(yīng)的電勢(shì)應(yīng)盡可能大；節(jié)省材料、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。直流電機(jī)的用途直流電動(dòng)機(jī)多用于對(duì)調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上。優(yōu)點(diǎn)：⑴調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速；⑵起動(dòng)、制動(dòng)和過(guò)載轉(zhuǎn)矩大；⑶易于控制，可靠性較高。第30頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分。無(wú)論是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)。它們的電樞繞組在電機(jī)的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，都會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電樞繞組中有電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電樞磁通勢(shì)，它與氣隙磁場(chǎng)相互作用，又產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)勢(shì)與電流的乘積就是電磁功率，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)機(jī)械角速度的乘積就是機(jī)械功率。在直流電機(jī)里，可以吸收或發(fā)出電磁功率，也可以輸出或輸入機(jī)械功率．這要根據(jù)電機(jī)的工作狀況來(lái)確定?？梢?jiàn)在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，電樞繞組起著重要的作用。第31頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天B、直流電機(jī)的簡(jiǎn)單繞組圖2.4直流電機(jī)的簡(jiǎn)單繞組圖2.5直流電機(jī)簡(jiǎn)單繞組的電路連接結(jié)論:

電樞繞組為閉合繞組;

直流線圈基本上是整距線圈第32頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天C、直流電樞繞組的基本型式a、幾個(gè)術(shù)語(yǔ)分類(lèi)：圖2.6直流繞組的結(jié)構(gòu)與嵌線

元件：即單個(gè)繞組，它是多匝線圈組成；

極距：相鄰兩主極之間的距離，用表示；

也可用槽數(shù)表示,τ

＝Z/2p第33頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天有關(guān)技術(shù)名詞1.極軸線它是將主磁極平分左右兩部分的直線。極軸線2.極距τ它是相鄰兩主磁極極軸線之間的距離。3.幾何中線n—n它是在相鄰兩極軸線之間，并且與這兩極軸線等距離的直線。τnn.第34頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.電角度定義在空間相鄰兩主磁極之間的角度恒為180°電角度。注意：電角度與幾何角度的區(qū)別：空間一周的幾何角度恒等于360°；空間一周的電角度與磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)，即為p×360°。5.繞組元件繞組元件簡(jiǎn)稱(chēng)元件，又稱(chēng)為線圈。它有兩個(gè)平行邊為有效邊，是放在電樞槽中，切割磁通用。繞組元件可以是單匝，也可以是多匝。單匝多匝..第35頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.繞組所有線圈（元件）按一定規(guī)律連接起來(lái)就構(gòu)成繞組。7.雙層繞組一個(gè)電樞槽分為上下兩層。將一個(gè)線圈的兩個(gè)邊分別放在電樞槽的上層和下層而形成的繞組稱(chēng)為雙層繞組。8.實(shí)槽與虛槽一個(gè)電樞槽的上下兩層共放2個(gè)元件邊稱(chēng)為實(shí)槽。一個(gè)電樞槽的上下兩層可以放4、6、8、…個(gè)元件邊稱(chēng)為虛槽。實(shí)槽虛槽虛槽.第36頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天9.第一節(jié)距y1它是同一元件的第一元件邊(上層邊)和第二元件邊(下層邊)在電樞表面所跨的距離。單位：虛槽數(shù)。y1選取的原則為：應(yīng)使元件產(chǎn)生最大電動(dòng)勢(shì)。故y1=τ。虛槽總數(shù).第一節(jié)距y1第37頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.第二節(jié)距y2它是第一元件的下層邊與緊相串聯(lián)的第二元件的上層邊在電樞表面所跨的距離。11.合成節(jié)距y它是第一元件的上層邊與緊相串聯(lián)的第二元件的上層邊在電樞表面所跨的距離。.第二節(jié)距y2y=y1-y2合成節(jié)距y：第38頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天12.換向器節(jié)距yk它是同一元件的上層邊和下層邊在換向器表面上的跨距，以所跨換向片數(shù)表示。換向器節(jié)距yk：(13)單、雙層繞組:根據(jù)同一槽內(nèi)放置的線圈邊劃分；單層繞組每個(gè)槽內(nèi)僅放置一層元件邊;而雙層繞組每個(gè)槽內(nèi)則放置兩層元件邊。圖2.7單疊繞組的連接特點(diǎn)第39頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天b、單疊繞組聯(lián)結(jié)規(guī)律：（1）同一元件的兩個(gè)出線端分別接至相鄰的換向片上；（2）相鄰的兩個(gè)元件接至相鄰的換向片上。（3）槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片數(shù)K三者相同yk=y=1即任何兩個(gè)相聯(lián)接的元件都是后一個(gè)緊疊在前一個(gè)上面。第40頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天例:已知某直流發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)p=2,槽數(shù)Z元件數(shù)S及換向片數(shù)K為Z=S=K=16,試畫(huà)出單疊繞組展開(kāi)圖。(注意教材p31圖2.8與圖2.9是以直流電動(dòng)機(jī)為例，所以電流的方向是相反的。)計(jì)算數(shù)據(jù)y和y1畫(huà)繞組展開(kāi)圖安放電刷和磁極因?yàn)槭菃委B，所以解：1．計(jì)算繞組數(shù)據(jù)第41頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2畫(huà)繞組展開(kāi)圖:（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)y1，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)；（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)。第42頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天表2-1單疊繞組元件的連接次序第43頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天將展開(kāi)圖簡(jiǎn)化表示為換向片上層邊下層邊5′6′7′4′5′3′8′121163154123161154第44頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天4極電機(jī)，Z=Zi=S=K=16單疊右行整距繞組單疊繞組第45頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）放磁極：磁極寬度約0.7τ,均勻分布，N、S極交替安排。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）；（2）放電刷：電刷安裝位置的原則：使正負(fù)電刷引出的電動(dòng)勢(shì)最大被電刷短路的元件電動(dòng)勢(shì)最小(或等于0)

3安放磁極和電刷第46頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

放置磁極：在繞組展開(kāi)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，因此在整個(gè)閉合回路內(nèi)互相抵銷(xiāo)，總電動(dòng)勢(shì)為零，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。第47頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天單疊繞組的展開(kāi)圖第48頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天第49頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天第50頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天第51頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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(chēng)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)的方向都是相同的第52頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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)，但是被電刷所短路的元件，永遠(yuǎn)都是處于電機(jī)的幾何中性線，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是接近零的。在元件端接線對(duì)稱(chēng)的情況下，電刷的實(shí)際位置應(yīng)在磁極中性線下，所以習(xí)慣上稱(chēng)為“電刷放在幾何中性線位置”第53頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天線圈是通過(guò)換向片串聯(lián)起來(lái)的，使整個(gè)單迭繞組在電樞上形成一個(gè)閉合電路。注意：換向片與換向片是互不相通的。第54頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁極中心線幾何中心線※

電刷的中心線對(duì)磁極的中心線：①電刷之間的電動(dòng)勢(shì)最大。②被電刷短接的元件電動(dòng)勢(shì)為零?！?xí)慣稱(chēng)“電刷放在幾何中心線位置”。第55頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天單疊繞組的并聯(lián)支路圖單疊繞組并聯(lián)支路對(duì)數(shù)等于電機(jī)的極對(duì)數(shù)，即：注意：是發(fā)電機(jī)第56頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天在某一瞬間，每個(gè)線圈均有電動(dòng)勢(shì)，只不過(guò)有的大，有的小，有的等于零；有的為正，有的為負(fù)。而∑e=e1+e2+e3+e4+e5+e6+e7+e8+e9+e10+……+e15+e16=0正負(fù)電刷之間應(yīng)獲得最大電動(dòng)勢(shì)和最大電流，故電刷應(yīng)該安放在被電刷所短路的、元件電動(dòng)勢(shì)為零的位置。電刷應(yīng)安裝在每個(gè)主磁極的極軸線處，且固定在空間不動(dòng)。.有幾個(gè)主磁極就應(yīng)該安裝幾個(gè)電刷。相同極性的主磁極下的電刷用導(dǎo)線并聯(lián)起來(lái)。線圈：電刷：第57頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天元件的兩個(gè)出線端連接于相鄰兩個(gè)換向片上。并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，2a=2p;整個(gè)電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的總和為零，繞組內(nèi)部無(wú)換流；每條支路由不相同的電刷引出，電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù);正負(fù)電刷引出的電動(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;由正負(fù)電刷引出的電樞電流Ia為各支路電流之和，即單迭繞組的特點(diǎn)

直流電機(jī)電樞繞組的一個(gè)重要特征是相鄰元件的頭和尾通過(guò)換向片相聯(lián)，最后構(gòu)成一閉合繞組。在閉路繞組內(nèi)部電動(dòng)勢(shì)向量和為零，故不產(chǎn)生環(huán)流。第58頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天結(jié)論:電刷是電流的分界線;

單疊繞組的支路數(shù)等于極數(shù)，即。圖2.10直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組的電路圖第59頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天有一臺(tái)四極單疊繞組的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，試回答下列問(wèn)題：（1）去掉相鄰的兩只電刷(如右圖去掉電刷A1、B1)，端電壓有何變化？端電流如何變？容量如何變？（2）若有一元件斷開(kāi)，端電壓有何變化？容量有何變化？（3）若只用相對(duì)的兩只電刷（電刷A1、A2)）對(duì)電機(jī)有何影響？（4）若有一主極勵(lì)磁繞組開(kāi)路將會(huì)有什么后果？第60頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）第61頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天答：（1）單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)。取消相鄰的兩只電刷后，電樞繞組由原來(lái)的四條并聯(lián)支路變成兩條支路：其中一條支路和原來(lái)一樣，另一條支路（簡(jiǎn)稱(chēng)“新支路”）是原來(lái)的三條相鄰支路串聯(lián)而成。構(gòu)成新支路的三條“舊支路”中，有兩條支路的電動(dòng)勢(shì)方向相同，另一條相反，所以新支路的電動(dòng)勢(shì)和一條舊支路的電動(dòng)勢(shì)相等，因此電機(jī)端電壓不變。假設(shè)原來(lái)每條支路的電流為ia，從而原來(lái)電樞電流為4ia。由于新支路的串聯(lián)元件數(shù)和支路電阻都是舊支路的3倍，取消相鄰的兩只電刷后為了不使任何一條支路電流過(guò)載，則流過(guò)另一條支路的電流應(yīng)保持為ia，這時(shí)流過(guò)新支路的電流為ia/3，從而新的電樞電流為4ia/3，可見(jiàn)電樞電流（也即端電流）為原來(lái)的1/3。因此容量也變第62頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）第63頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）第64頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天c、單波繞組*1.單波繞組的節(jié)距y=yk

；y1+y2=y2.展開(kāi)圖設(shè)一電機(jī)的S=K=Zu=15，2p=44槽(長(zhǎng)距繞組)3槽(短距繞組)一般地，y1取3，若y1取4，則浪費(fèi)材料和有效電勢(shì)。今取y1=3（1----4）.兩個(gè)繞組緊相串聯(lián)后形似波浪，故稱(chēng)之為“波”繞組。第65頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天將展開(kāi)圖簡(jiǎn)化表示為換向片上層邊下層邊4′11′10′6′5′7′9′8′8712635411514109111312下層邊12′4′3′14′13′15′2′1′上層邊11591014111312換向片87621354第66頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天聯(lián)結(jié)規(guī)律：把上層邊同一類(lèi)型磁極下（N極或S極）的元件通過(guò)換向片依次相連構(gòu)成支路。c、單波繞組*圖2.11單波繞組的連接示意圖第67頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天它也是一個(gè)閉合回路。單波繞組的特點(diǎn)：將所有N極下的元件串聯(lián)起來(lái)；將所有S極下的元件串聯(lián)起來(lái)。3.基本性質(zhì)⑴.電樞繞組的并聯(lián)支路數(shù)：不論主磁極數(shù)目是多少，單波繞組的并聯(lián)支路數(shù)恒等于2。2a=2⑵.電刷數(shù)目：一般地，2b=2p（即全額電刷）.電刷位置：電刷也應(yīng)安裝在極軸線處，且固定在空間不動(dòng)。第68頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖2.12單波繞組的展開(kāi)圖圖2.13單波繞組的電路圖結(jié)論:

單波繞組的支路數(shù)等于2，即。一般結(jié)論:

（1）單疊繞組適用于低電壓、大電流的直流電機(jī)；（2）單波繞組適用于高電壓、小電流的直流電機(jī)。第69頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天以電動(dòng)機(jī)為例第70頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天電樞繞組小結(jié)⒉電樞繞組本身一定是交流的。⒊不管是什么繞組，均構(gòu)成一個(gè)閉合回路。⒋全額電刷，且位于極軸線處。⒈在能通過(guò)規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電磁轉(zhuǎn)矩的前提下，所消耗的有效材料（包括導(dǎo)線和絕緣）最??；強(qiáng)度（機(jī)械、電氣和熱的強(qiáng)度）高；運(yùn)行可靠；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；下線方便等。.第71頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天單迭繞組單波繞組總元件數(shù)極數(shù)并聯(lián)支路數(shù)每條支路中的元件數(shù)電壓電流電阻適用范圍SS2p2p2p2EaRpEap2R低壓、大電流電機(jī)容量為幾百千瓦高壓、小電流電機(jī)容量為幾十千瓦以下.單迭繞組與單波繞組比較：第72頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天例：今有S=100個(gè)線圈（元件），每個(gè)線圈的平均電勢(shì)eav=10V，每個(gè)線圈的電阻R=0.01Ω，每個(gè)線圈的電流ia=10A，電機(jī)的主磁極數(shù)2p=4，試分別求出單迭繞組和單波繞組的電樞電勢(shì)

Ea=？電樞電流Ia=？總電阻R=？解：對(duì)于單迭繞組對(duì)于單波繞組.第73頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.4直流電機(jī)的各種勵(lì)磁方式與磁場(chǎng)2.4.1直流電機(jī)的各種勵(lì)磁方式圖2.14各種勵(lì)磁方式下的直流電機(jī)接線圖分類(lèi):第74頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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，分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類(lèi)。

他勵(lì)——?jiǎng)?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)——?jiǎng)?lì)磁電流由發(fā)電機(jī)本身供給。自勵(lì)電機(jī)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)三種第75頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

4)復(fù)勵(lì):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(chēng)為積復(fù)勵(lì)），也可以相反（稱(chēng)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)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3)串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足。2)并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。滿足。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)生很大的差異第76頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、他勵(lì)直流電機(jī)——?jiǎng)?lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)聯(lián)接關(guān)系，而是由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電。2、并勵(lì)直流電機(jī)——?jiǎng)?lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。3、串勵(lì)直流電機(jī)——?jiǎng)?lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。4、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)——兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)，另一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)。第77頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.4.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)空載：直流電機(jī)的空載是指電樞電流(或輸出功率)為零的運(yùn)行狀態(tài)。主磁場(chǎng)：僅由定子勵(lì)磁磁勢(shì)（或安匝）單獨(dú)產(chǎn)生的磁場(chǎng)稱(chēng)為主磁場(chǎng)，亦即空載時(shí)的總磁場(chǎng)（或氣隙磁場(chǎng)）；A、空載主磁場(chǎng)的分布圖2.15四極直流電機(jī)的磁路與空載主磁場(chǎng)示意圖電機(jī)的磁路①主磁極②空氣隙③電樞齒④電樞磁軛⑤定子磁軛第78頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天第79頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

直流電機(jī)中，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)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒(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15%-20%。磁力線由N極出來(lái)，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁路磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過(guò)氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁路第80頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.氣隙磁密Bδ的分布?xì)庀洞琶苁侵复┻^(guò)氣隙進(jìn)入電樞表面或由電樞表面出來(lái)的磁通密度?？蛰d時(shí)，僅由主磁極磁勢(shì)產(chǎn)生。負(fù)載時(shí)，由主磁極磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)共同產(chǎn)生。氣隙磁密規(guī)定：穿出電樞表面進(jìn)入磁極者為正，反之為負(fù)。..提問(wèn)：主磁通既鏈著電樞繞組又鏈著勵(lì)磁繞組，為什么卻只在電樞繞組里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？第81頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流時(shí)，每極的勵(lì)磁磁勢(shì)為：（2-4）式中，為每一磁極上勵(lì)磁繞組的總匝數(shù)。在圖2.15中，勵(lì)磁磁勢(shì)Ff分別產(chǎn)生主磁通和主極漏磁通。根據(jù)安培環(huán)路定律，有：（2-5）忽略鐵心飽和，則有：（2-6）于是得氣隙磁密為：（2-7）將非線性問(wèn)題線性化。第82頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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，磁通密度減小；極尖以外，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)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第83頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖2.16空載時(shí)直流電機(jī)的氣隙磁密分布B、直流電機(jī)的空載磁化曲線直流電機(jī)的空載磁化曲線：定義為空載勵(lì)磁磁勢(shì)（或勵(lì)磁電流）與每極磁通之間的關(guān)系曲線,見(jiàn)下圖。空載時(shí)的氣隙磁密為平頂波。第84頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖2.17直流電機(jī)的空載磁化曲線1-磁路飽和時(shí)2-磁路未飽和時(shí)結(jié)論:

由于磁路飽和，主磁通與勵(lì)磁電流之間呈非線性關(guān)系。

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(chēng)為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖2.17所示。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(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。主磁通

0的大小決定于勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff、磁路各段幾何尺寸和選用的材料性質(zhì)。第85頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)勵(lì)磁電流產(chǎn)生主極磁場(chǎng)電樞電流產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)負(fù)載磁場(chǎng)兩個(gè)磁場(chǎng)共同作用形成合成磁場(chǎng)。.不僅勵(lì)磁繞組中有電流，而且電樞繞組中也有電流的磁場(chǎng)，稱(chēng)為負(fù)載磁場(chǎng)。設(shè)主極磁場(chǎng)為垂直方向，且為均勻磁場(chǎng)；則電樞磁場(chǎng)為水平方向。它不是均勻磁場(chǎng)。第86頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.4.3直流電機(jī)負(fù)載后的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)A、電樞反應(yīng)與電樞反應(yīng)磁勢(shì)的性質(zhì)電樞磁勢(shì)：直流電機(jī)負(fù)載后的電樞電流所產(chǎn)生的磁勢(shì)（或安匝數(shù)），稱(chēng)為電樞磁勢(shì)。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(chēng)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，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)。圖2.18電樞磁勢(shì)單獨(dú)作用所產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)分布圖第87頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天電樞反應(yīng)：電樞磁勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱(chēng)為電樞反應(yīng)，相應(yīng)的電樞磁勢(shì)又稱(chēng)為電樞反應(yīng)磁勢(shì)。圖2.18電樞磁勢(shì)單獨(dú)作用所產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)分布圖直流電樞磁勢(shì)的特點(diǎn)：電樞磁勢(shì)與定子直流勵(lì)磁磁勢(shì)相互垂直；電樞磁勢(shì)與定子勵(lì)磁磁勢(shì)一樣相對(duì)定子靜止不動(dòng)。第88頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天B、電樞磁勢(shì)和電樞反應(yīng)磁場(chǎng)沿電樞表面的空間分布a、單個(gè)元件所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)圖2.19單個(gè)元件所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)分布結(jié)論：寬度為1個(gè)極距的元件所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)在空間的分布為一個(gè)以兩個(gè)極距為周期，幅值為1/2NyIa的矩形波。直流電機(jī)的電樞磁勢(shì)是幅值固定的空間分布波，只是空間的函數(shù)

交流電機(jī)的電樞磁勢(shì)是幅值隨時(shí)間按正弦規(guī)律脈動(dòng)的空間分布波

如沿電樞分布的線圈無(wú)限增多，則級(jí)波形將趨近于三角形波

第89頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天一個(gè)元件的電樞磁勢(shì)三個(gè)元件的電樞磁勢(shì).×.×.×.×xx電樞第90頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天第91頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天B、電樞磁勢(shì)和電樞反應(yīng)磁場(chǎng)沿電樞表面的空間分布b、多個(gè)元件所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)圖2.20直流電機(jī)電樞反應(yīng)磁勢(shì)的分布(4個(gè)元件)（2-8）如果電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)為p，元件數(shù)為S，單個(gè)線圈有兩個(gè)邊（兩個(gè)導(dǎo)體），電樞繞組的總導(dǎo)線數(shù)為N=2SNy，均勻分布在2p磁極下，每個(gè)磁極下導(dǎo)體為N/2P，則階梯級(jí)數(shù)為S/p，階梯波的幅值為：為線負(fù)荷。第92頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天在三角波電樞磁勢(shì)作用下，電樞反應(yīng)磁場(chǎng)的波形可根據(jù)下式求出：（2-9）見(jiàn)下圖：圖2.21直流電機(jī)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)的分布2.4.4直流電機(jī)負(fù)載后的氣隙磁場(chǎng)

直流電機(jī)負(fù)載后的氣隙磁勢(shì)為：。當(dāng)不考慮磁路飽和時(shí)，則根據(jù)疊加原理得合成氣隙磁場(chǎng)為：，由此得氣隙磁場(chǎng)的的空間分布如下圖所示：電樞磁密沿電樞圓周分布規(guī)律為一馬鞍形磁密波。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(chēng)的馬鞍型。第93頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖2.22直流電機(jī)負(fù)載后的合成氣隙磁場(chǎng)(a)磁力線分布(b)氣隙磁密的空間分布結(jié)論：（1）氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變并使電樞表面磁密等于零處離開(kāi)了幾何中性線；（2）飽和后電樞磁場(chǎng)呈去磁作用，導(dǎo)致每極磁通減小。第94頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天

交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響概述如下：

電刷在幾何中性線上時(shí)，電樞磁場(chǎng)只有交軸分量，電機(jī)磁場(chǎng)由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和交軸磁動(dòng)勢(shì)共同建立。使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，半個(gè)極下磁場(chǎng)消弱，半個(gè)極下磁場(chǎng)增強(qiáng)。對(duì)發(fā)電機(jī)，是前極端(電樞進(jìn)入端)的磁場(chǎng)消弱，是后極端(電樞離開(kāi)端)的磁場(chǎng)增強(qiáng)；對(duì)電動(dòng)機(jī)，則于此相反。氣隙磁場(chǎng)的畸變使物理中心線偏離幾何中心線。對(duì)發(fā)電機(jī)，是順旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)；對(duì)電動(dòng)機(jī)是逆旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)。(2)不計(jì)飽和影響，此時(shí)每個(gè)主極下的磁場(chǎng)．一半被削弱，但另一半被加強(qiáng)，總的磁通不變。第95頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天(3)磁路飽和時(shí)，有去磁作用。因?yàn)榇怕凤柡蜁r(shí)，半個(gè)極下增加的磁通小于半個(gè)極下減少的磁通，使每個(gè)極下總的磁通有所減少。 ②直軸反應(yīng)

當(dāng)電刷不在幾何中性線時(shí)，電樞磁通勢(shì)除有交軸電樞磁通勢(shì)分量外還有直軸電樞磁通勢(shì)分量。由于直軸電樞磁場(chǎng)軸線與主極軸線重合，因此其作用應(yīng)該只是影響每極磁通大小。 若電機(jī)為發(fā)電機(jī)，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)β角，對(duì)主磁極磁場(chǎng)而言直軸電樞磁通勢(shì)及其電樞反應(yīng)將是去磁的；若電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)β角，直軸電樞反應(yīng)將是增磁的。若電機(jī)為電動(dòng)機(jī)，其直軸電樞反應(yīng)情況與發(fā)電機(jī)恰好相反。第96頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天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)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)直軸去磁直軸助磁電動(dòng)機(jī)直軸助磁直軸去磁第97頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天電動(dòng)機(jī)電刷位置安裝出錯(cuò)，對(duì)電動(dòng)機(jī)性能有何影響？（不考慮電樞反應(yīng)）第98頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)小結(jié)：電樞反應(yīng)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生了畸變,電樞磁場(chǎng)使主磁場(chǎng)一半削弱，另一半加強(qiáng),并使電樞表面磁密等于零處離開(kāi)了幾何中性線；電樞反應(yīng)的另一個(gè)結(jié)果是電樞反應(yīng)具有去磁作用，使得電機(jī)負(fù)載情況下每極磁通有所下降。

當(dāng)電刷處于幾何中性線時(shí)，電樞磁勢(shì)與磁極軸線互相垂直；第99頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.5直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩與電磁功率A、正負(fù)電刷之間感應(yīng)電勢(shì)的計(jì)算圖2.23每極下氣隙磁場(chǎng)的分布和相應(yīng)的導(dǎo)體電勢(shì)情況根據(jù)圖2.23，每根導(dǎo)體的瞬時(shí)電勢(shì)為：(2-10)導(dǎo)體沿圓周的線速度為：(2-11)第100頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天每根導(dǎo)體的平均電勢(shì)為：(2-12)每條支路即正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電勢(shì)為：(2-13)式中，為電勢(shì)常數(shù)，為每極下的磁通。結(jié)論：直流電機(jī)正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電勢(shì)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及每極的磁通成正比。第101頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天直流電機(jī)中的電樞電勢(shì)是指正、負(fù)電刷之間的電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)的總和，也就是每條支路上感應(yīng)電勢(shì)之和。設(shè)導(dǎo)體在電樞表面均勻分布，氣隙磁密的平均值為Bav，電樞表面的線速度為v，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的軸向長(zhǎng)度為l，則每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值eav為若電樞總導(dǎo)體數(shù)為N，并聯(lián)支路數(shù)為2a，那么一條支路的總電動(dòng)勢(shì)，即電樞電勢(shì)Ea為則每條支路中串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為N/2a，電動(dòng)勢(shì)常數(shù).電樞電動(dòng)勢(shì).第102頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān)？若一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下、額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為230V，試問(wèn)下列情況下電動(dòng)勢(shì)變?yōu)槎嗌?？?）磁通減小10%；（2）勵(lì)磁電流減小10%；（3）轉(zhuǎn)速增加10%；（4）磁通減小10%同時(shí)轉(zhuǎn)速增加10%。第103頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天B、電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算圖2.24每極下氣隙磁場(chǎng)的分布和相應(yīng)根據(jù)圖2.24，每根導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩分別為：(2-14)(2-15)微元dx上的導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為：每極下的電磁轉(zhuǎn)矩為：第104頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天總電磁轉(zhuǎn)矩為：(2-16)式中，為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。它與電勢(shì)常數(shù)之間存在如下關(guān)系：(2-17)結(jié)論：直流電機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流以及每極的磁通成正比。忽略磁路飽和，則有：(2-18)則正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電勢(shì)為：(2-19)電磁轉(zhuǎn)矩為：(2-20)第105頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天電磁轉(zhuǎn)矩設(shè)電樞電流為Ia，流過(guò)每根導(dǎo)體的電流為ia，并聯(lián)支路數(shù)為2a，則每根導(dǎo)體所受到的平均電磁力fav為fav=Bavlia產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩Tav為電樞表面共有N根導(dǎo)體，且ia=Ia/2a則總的電磁轉(zhuǎn)矩T為轉(zhuǎn)矩常數(shù)..第106頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天C、直流電機(jī)的電磁功率定義：電磁功率定義為電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子角速度的乘積，它反映了直流電機(jī)經(jīng)過(guò)氣隙所傳遞的功率。根據(jù)式（2-13）與式（2-16）可求得電磁功率為：（2-21）上式的物理意義：對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言，從電源所吸收的電功率全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率輸出；對(duì)直流發(fā)電機(jī)而言，從原動(dòng)機(jī)所吸收的機(jī)械功率全部轉(zhuǎn)化為電功率輸出。第107頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天.電勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)都決定于電機(jī)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。對(duì)于一臺(tái)已制成的電機(jī)，電勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)都是恒定不變的常數(shù)，且兩者之間有一固定的關(guān)系，即：在電動(dòng)機(jī)中，電樞電勢(shì)要抵消外加電壓的影響，且電磁轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。在發(fā)電機(jī)中，電樞電勢(shì)向外輸出電能，而電磁轉(zhuǎn)矩是制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。...第108頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.6

直流電機(jī)的電磁關(guān)系、基本方程式和功率流程圖A、他勵(lì)直流電機(jī)的基本電磁關(guān)系根據(jù)前幾節(jié)的分析，對(duì)直流電機(jī)的基本電磁關(guān)系可總結(jié)如下：對(duì)勵(lì)磁繞組：對(duì)電樞繞組：B、直流電機(jī)的基本方程式和等效電路1、當(dāng)直流電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行：第109頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖2.25直流電動(dòng)機(jī)的電路和機(jī)械聯(lián)結(jié)示意圖

根據(jù)圖2.25中各物理量的假定正方向（即電動(dòng)機(jī)慣例），得暫（動(dòng)）態(tài)電壓平衡方程式為：（2-22）一旦電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，則可獲得直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)電壓平衡方程式為：（2-23）a、電壓平衡方程式Ra電樞回路總電阻(包括電刷接觸電阻)第110頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天電樞電阻電刷壓降第111頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天b、轉(zhuǎn)矩平衡方程式

根據(jù)牛頓第二定律和圖2.25假定的正方向，得直流電動(dòng)機(jī)暫態(tài)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程式為：(2-28)穩(wěn)態(tài)時(shí)，機(jī)械角速度=常數(shù)，則穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程式變?yōu)椋?2-29)2、當(dāng)直流電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)：圖2.26直流發(fā)電機(jī)的電路和機(jī)械聯(lián)結(jié)示意圖第112頁(yè),共125頁(yè)，2024年2月25日，星期天a、電壓平衡方程式