chap2-第1章直流電機(jī)工作原理與特性

1、第第1章章 直流電機(jī)直流電機(jī)原理及運(yùn)行特性原理及運(yùn)行特性1.1.1 直流發(fā)電機(jī)的工作原理：如圖2.4所示：1）N 、S為一對(duì)固定的磁極；2) abcd是裝在可以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱體表面上的一個(gè)線圈,將該裝有線圈的可轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱體稱為電樞。線圈兩端各接一銅質(zhì)換向片，并用絕緣材料隔開；3）電刷A、B與換向片相接觸并固定不動(dòng)，這就是最簡單的換向器。當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞以恒速n逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，線圈邊（即導(dǎo)體）ab和cd中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。 且e=Blv 方向：右手定則確定，如圖2.4 ，A高電位，B低電位；4）當(dāng)線圈逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)180度時(shí)，由于換向片隨著線圈一同旋轉(zhuǎn)，仍有 A高電位，B低電位

2、。 1. 1 1. 1 直流電機(jī)的工作原理：直流電機(jī)的工作原理：直流發(fā)電機(jī)原理模型返回線圈逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)180度 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，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。 從以上分析可以看出，線圈中的電動(dòng)勢(shì)及電流的方向是交變的，只是經(jīng)過電刷和換向片的整流作用，才使外電路得到方向不變的直流電。直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)。1.1.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理：如圖2.3所示：n線圈不被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)；電刷A、B 接上直流電源。于是在線圈 abcd中有電流流過，電流的方向如圖2.3

3、所示。根據(jù)電磁力定律可知，載流導(dǎo)體ab、cd上受到的電磁力為：f=Bli。n導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定，導(dǎo)體ab的受力方向是從右向左，導(dǎo)體cd的受力方向是從左向右，如圖2.3所示。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向，企圖使電樞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來。 n當(dāng)電樞轉(zhuǎn)了180后，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)針方向。 n因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用，保證了

4、每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。 1. 1 1. 1 直流電機(jī)的工作原理：直流電機(jī)的工作原理：直流電動(dòng)機(jī)原理模型電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)180度n1.1.3、直流電機(jī)的可逆性：、直流電機(jī)的可逆性： 一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，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，只是外界條件不同而已。也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是外界條件不同而已。 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)：用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞恒速旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能：用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞恒速旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能 從電機(jī)軸上輸入，就可以從電刷端引出直流電動(dòng)從電機(jī)軸上輸入，就可以從電

5、刷端引出直流電動(dòng)勢(shì)而作為直流電源對(duì)負(fù)載供電，輸出電能勢(shì)而作為直流電源對(duì)負(fù)載供電，輸出電能 ； 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)：在電刷端外加直流電壓，將電能輸入電樞，：在電刷端外加直流電壓，將電能輸入電樞，則電動(dòng)機(jī)就可以帶動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而則電動(dòng)機(jī)就可以帶動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。這種同一臺(tái)電機(jī)能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的這種同一臺(tái)電機(jī)能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理可逆原理。1.1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：原理模型直流電機(jī)的原理模型直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)由靜止的直流電機(jī)由靜止的定子定子部分和部分和旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子部分

6、兩大部分構(gòu)成：部分兩大部分構(gòu)成：1、定子部分：、定子部分：包括主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等。1）主磁極：）主磁極：在大多數(shù)直流電機(jī)中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用11.5mm厚的低碳鋼板疊壓緊固而成，勵(lì)磁繞組套在主極鐵心外面。整個(gè)磁極再用螺釘固定在機(jī)座上。 主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場磁場,使電樞繞組在此磁場的作用下感應(yīng)電使電樞繞組在此磁場的作用下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.返回主磁極主磁極1主磁極鐵心主磁極鐵心2勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組3機(jī)座機(jī)座直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)2）換向極：）換向極：換向極又稱附加極或間

7、極,其作用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。3）機(jī)座：一是）機(jī)座：一是起導(dǎo)磁的作用，作為電機(jī)磁路系統(tǒng)中的一部分，叫定子磁軛。二是二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機(jī)械支承的作用。因此要求機(jī)座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度。機(jī)座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。4）電刷裝置：）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，把直流電壓、直流電流引入或引出。2、轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等。電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等。1）電樞鐵心）電樞鐵心：作為電機(jī)主

8、磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的。為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。2）電樞繞組：）電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈（亦稱元件，有兩個(gè)出線端）組成，是通過電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。3）換向器：直流發(fā)電機(jī)）換向器：直流發(fā)電機(jī)中作用：是將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢(shì)；直流電直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)中作用：將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。換向器安裝在轉(zhuǎn)軸上，主要由許多換向片組成，片與片之間用云母絕緣。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1.2 直流電機(jī)的額定值直流電機(jī)的額定

9、值 電機(jī)廠家根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及電機(jī)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)每臺(tái)電機(jī)電機(jī)廠家根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及電機(jī)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)每臺(tái)電機(jī)在運(yùn)行中規(guī)定的保證值稱為電機(jī)的額定值。在運(yùn)行中規(guī)定的保證值稱為電機(jī)的額定值。 1額定容量（功率）額定容量（功率） （kW）：）： 對(duì)直流發(fā)電機(jī)來說，是指出線端輸出的電功率：對(duì)直流發(fā)電機(jī)來說，是指出線端輸出的電功率： 對(duì)直流電動(dòng)機(jī)來說，是指軸上輸出的機(jī)械功率：對(duì)直流電動(dòng)機(jī)來說，是指軸上輸出的機(jī)械功率： 2額定電壓額定電壓 （V）：）： 正常工作時(shí)，電機(jī)出線端的電壓值；正常工作時(shí)，電機(jī)出線端的電壓值； 3額定電流額定電流 （A）：）： 對(duì)應(yīng)于額定電壓，額定功率時(shí)，電機(jī)的電流值；對(duì)應(yīng)于額定電壓，額定功

10、率時(shí)，電機(jī)的電流值； 4額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 （rmin）；）； 額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)于額定電壓，額定電流，額定額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)于額定電壓，額定電流，額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速；功率時(shí)的轉(zhuǎn)速；NNNIUP NPNUNINnNNNNIUP5.勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流 (A)： 額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，主磁極勵(lì)磁繞組流過的電流。額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，主磁極勵(lì)磁繞組流過的電流。6.電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩： 此式不僅適用于直流電動(dòng)機(jī)，也適用于交流電動(dòng)此式不僅適用于直流電動(dòng)機(jī)，也適用于交流電動(dòng)機(jī)。機(jī)。fNINNNNNN2Nn)Kw(P9550n)w(P55. 9PT1.3 直流電

11、機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分，在電機(jī)的機(jī)電能電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分，在電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。因此，電樞繞組須滿足以因此，電樞繞組須滿足以下要求：下要求：n在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動(dòng)勢(shì)前提下，生足夠的電動(dòng)勢(shì)前提下，盡可能節(jié)省有色金屬和絕盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料，緣材料，n并且要結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可并且要結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠等?？康取ｋ姌欣@組電樞繞組是由許多個(gè)形狀完全一樣的單匝元件（當(dāng)然是由許多個(gè)形狀完全一樣的單匝元件（當(dāng)然也可以是多匝元件）以一定規(guī)律排列和聯(lián)接起來的，也可以是多匝元件）

12、以一定規(guī)律排列和聯(lián)接起來的，用用S表示元件數(shù)。表示元件數(shù)。元件元件：單匝元件，就是每個(gè)元件的元件邊里僅有一根：單匝元件，就是每個(gè)元件的元件邊里僅有一根導(dǎo)體，對(duì)多匝元件來說，一個(gè)元件邊里就不止一根導(dǎo)導(dǎo)體，對(duì)多匝元件來說，一個(gè)元件邊里就不止一根導(dǎo)體。元件的匝數(shù)體。元件的匝數(shù) ：Ny無論單無論單/雙匝元件雙匝元件出線端出線端只有兩根：首端和末端。同只有兩根：首端和末端。同一個(gè)元件的首端和末端分別接到不同的換向片上，而一個(gè)元件的首端和末端分別接到不同的換向片上，而各個(gè)元件之間又是通過換向片彼此聯(lián)接起來的。則必各個(gè)元件之間又是通過換向片彼此聯(lián)接起來的。則必須在同一個(gè)換向片上，既聯(lián)有一個(gè)元件的首端，又聯(lián)須

13、在同一個(gè)換向片上，既聯(lián)有一個(gè)元件的首端，又聯(lián)有另一元件的末端。有另一元件的末端。元件數(shù)元件數(shù)=換向片數(shù)（換向片數(shù)（S=K）1.3.0 1.3.0 基本概念介紹基本概念介紹n直流電機(jī)繞組一般都是直流電機(jī)繞組一般都是雙層繞組，雙層繞組，電樞上的電樞上的槽數(shù)槽數(shù)等于元件數(shù)。等于元件數(shù)。n為了改善電機(jī)性能，需要采用較多的元件來構(gòu)成為了改善電機(jī)性能，需要采用較多的元件來構(gòu)成電樞繞組，而電樞鐵心開的槽數(shù)不能太多，這樣電樞繞組，而電樞鐵心開的槽數(shù)不能太多，這樣就只能在每個(gè)槽的上、下層各放置若干個(gè)元件邊，就只能在每個(gè)槽的上、下層各放置若干個(gè)元件邊，為了說明每個(gè)元件邊所處的具體位置，引入為了說明每個(gè)元件邊所處的

14、具體位置，引入“虛虛槽槽”的概念。設(shè)槽內(nèi)每層有的概念。設(shè)槽內(nèi)每層有u個(gè)元件邊，則視為實(shí)個(gè)元件邊，則視為實(shí)槽（槽（Q）內(nèi)包含有）內(nèi)包含有u個(gè)個(gè)“虛槽虛槽”。Qu =uQ= S=Kn極距：極距：每個(gè)主磁極在電樞圓周上所分得的弧長每個(gè)主磁極在電樞圓周上所分得的弧長（相鄰兩個(gè)主磁極軸線之間的沿電樞表面的?。ㄏ噜弮蓚€(gè)主磁極軸線之間的沿電樞表面的弧長）。長）。 或用虛槽數(shù)表示，在分析電樞繞組結(jié)構(gòu)常用：或用虛槽數(shù)表示，在分析電樞繞組結(jié)構(gòu)常用：Da：電樞外徑；：電樞外徑；P ：極對(duì)數(shù)；：極對(duì)數(shù)；Qu：虛槽數(shù)；：虛槽數(shù)； 下面以直流電機(jī)電樞繞組最基本的兩種型式：單疊和單下面以直流電機(jī)電樞繞組最基本的兩種型式：單

15、疊和單波繞組，分別說明它們的聯(lián)接規(guī)律，以便進(jìn)一步理解直流電波繞組，分別說明它們的聯(lián)接規(guī)律，以便進(jìn)一步理解直流電機(jī)電樞電路的組成情況。機(jī)電樞電路的組成情況。2pDauQ2p節(jié)距節(jié)距：是指被聯(lián)接起來的兩個(gè)元件邊或換向片之間的：是指被聯(lián)接起來的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來表距離，以所跨過的元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來表示。示。（1）第一節(jié)距：一個(gè)元件的兩個(gè)元件邊在電樞表面所）第一節(jié)距：一個(gè)元件的兩個(gè)元件邊在電樞表面所跨的距離（即跨距）。為使元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最為跨的距離（即跨距）。為使元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最為有效，有效，y1應(yīng)取等于或接近于一個(gè)極距。應(yīng)取等于或接近于

16、一個(gè)極距。 故：故： 整距繞組；整距繞組； 長距繞組；長距繞組； 短距繞組短距繞組 實(shí)際應(yīng)用中：短距繞組端接短、省銅，且有利于換實(shí)際應(yīng)用中：短距繞組端接短、省銅，且有利于換向，故常用。向，故常用。.1單疊繞組單疊繞組u1Qy2p整數(shù)1y1y1y（2）合成節(jié)距）合成節(jié)距 y和換向器節(jié)距和換向器節(jié)距ycy：元件：元件1和與它相聯(lián)的元件和與它相聯(lián)的元件2對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)邊之間的跨距。邊之間的跨距。yc ：每個(gè)元件首、末端所聯(lián)兩個(gè)：每個(gè)元件首、末端所聯(lián)兩個(gè)換向片之間的跨距換向片之間的跨距。對(duì)單疊繞組對(duì)單疊繞組：元件聯(lián)成繞組時(shí)，聯(lián)接的順序是元件聯(lián)成繞組時(shí)，聯(lián)接的順序是從左向右進(jìn)行，稱為從左向右進(jìn)

17、行，稱為右行繞組右行繞組。（3）第二節(jié)距）第二節(jié)距 y2是元件是元件1的下層元件邊在換向器端的下層元件邊在換向器端經(jīng)過換向片聯(lián)到元件經(jīng)過換向片聯(lián)到元件2的上層元件的上層元件之間的跨距。之間的跨距。cyy121yyy（4 4）單疊繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn)）單疊繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn) 下面通過下面通過直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)說明單疊繞組如何連接，有何特點(diǎn)。說明單疊繞組如何連接，有何特點(diǎn)。n1 1計(jì)算繞組數(shù)據(jù)：同課本，略計(jì)算繞組數(shù)據(jù)：同課本，略n2 2畫畫繞組展開圖繞組展開圖: :1 1）先畫）先畫1616根等長等距的實(shí)線，代表各槽上層元件邊，根等長等距的實(shí)線，代表各槽上層元件邊， 再畫再畫1616根等長等距

18、的虛線，代表各槽下層元件邊；根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊； 由左向右將槽編號(hào)，并令由左向右將槽編號(hào)，并令上層邊所在的槽號(hào)為元件號(hào)上層邊所在的槽號(hào)為元件號(hào)。2 2）放磁極：磁極寬度約為）放磁極：磁極寬度約為 ，且均勻分布在圓周上，且均勻分布在圓周上，并標(biāo)上并標(biāo)上N N、S S極，假定極，假定N N極的磁力線進(jìn)入紙面，極的磁力線進(jìn)入紙面，S S極的磁極的磁力線從紙面穿出。力線從紙面穿出。3 3）畫換向片并編號(hào)：為了能連出形狀對(duì)稱的元件，）畫換向片并編號(hào)：為了能連出形狀對(duì)稱的元件， 1 1、2 2換向片之間對(duì)準(zhǔn)換向片之間對(duì)準(zhǔn)1 1號(hào)元件中心線，之后等分換向器，號(hào)元件中心線，之后等分換向器，并

19、使換向片的寬度等于槽間寬并使換向片的寬度等于槽間寬 ；換向片的編號(hào)應(yīng)與所換向片的編號(hào)應(yīng)與所連元件上層邊編號(hào)一致連元件上層邊編號(hào)一致，由左向右編號(hào)。，由左向右編號(hào)。0.74 4）連繞組：）連繞組：1 1號(hào)元件上層邊與號(hào)元件上層邊與1 1號(hào)換向片相連后，其號(hào)換向片相連后，其下層邊應(yīng)放在第下層邊應(yīng)放在第5 5槽的下層，末端應(yīng)連接在槽的下層，末端應(yīng)連接在2 2號(hào)換號(hào)換向片上，按此規(guī)律，一直把向片上，按此規(guī)律，一直把1616個(gè)元件全部連起來個(gè)元件全部連起來為止為止 ，如圖，如圖1.91.9。返回返回5 5）確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向）確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向 ：由：由右手定則判感應(yīng)

20、電勢(shì)方向，位于磁極中間的元件右手定則判感應(yīng)電勢(shì)方向，位于磁極中間的元件邊（邊（1 1、5 5、9 9、1313）感應(yīng)電勢(shì)為）感應(yīng)電勢(shì)為0 0。6 6）放電刷：電刷組數(shù)既刷桿的數(shù)目與主極的個(gè)數(shù)一）放電刷：電刷組數(shù)既刷桿的數(shù)目與主極的個(gè)數(shù)一樣多。本例為四組電刷，它們均勻地放在換向器樣多。本例為四組電刷，它們均勻地放在換向器表面圓周方向。電刷與換向片寬度相同。表面圓周方向。電刷與換向片寬度相同。 放電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大放電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或被電刷所短路的元件中感應(yīng)電的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或被電刷所短路的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。動(dòng)勢(shì)最小。 如果把電刷的中心

21、線對(duì)準(zhǔn)主極的中心線，就能滿如果把電刷的中心線對(duì)準(zhǔn)主極的中心線，就能滿足上述要求。本例中，被電刷所短路的元件足上述要求。本例中，被電刷所短路的元件1 1、5 5、9 9、1313中的電動(dòng)勢(shì)恰為零。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電刷是靜中的電動(dòng)勢(shì)恰為零。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，被電刷所短路的止不動(dòng)的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是，被電刷所短路的元件邊，永遠(yuǎn)都是處于兩個(gè)主磁極中間的地方，元件邊，永遠(yuǎn)都是處于兩個(gè)主磁極中間的地方，當(dāng)然感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。當(dāng)然感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。（5）單疊繞組元件聯(lián)接次序圖單疊繞組元件聯(lián)接次序圖 繞組元件聯(lián)接順序圖用來表示電樞上所有元件邊的繞組元件聯(lián)接順序圖用來表示電樞上所有元件邊的

22、串聯(lián)次序：如圖所示，串聯(lián)次序：如圖所示，從第從第1 1號(hào)元件開始，繞電樞一號(hào)元件開始，繞電樞一周，把全部元件邊都串聯(lián)起來，之后又回到第周，把全部元件邊都串聯(lián)起來，之后又回到第1 1號(hào)元號(hào)元件的起始點(diǎn)件的起始點(diǎn)1 1?？梢?，整個(gè)繞組是一個(gè)閉合回路?？梢?，整個(gè)繞組是一個(gè)閉合回路。（6）單疊繞組電路圖）單疊繞組電路圖:n為了進(jìn)一步說明單疊繞組各個(gè)元件的連接次序及為了進(jìn)一步說明單疊繞組各個(gè)元件的連接次序及其電動(dòng)勢(shì)分布情況，根據(jù)電刷之間元件連接順序，其電動(dòng)勢(shì)分布情況，根據(jù)電刷之間元件連接順序，可得到如圖所示的繞組電路圖?？傻玫饺鐖D所示的繞組電路圖。n從以上分析可以總結(jié)出，單疊繞組具有以下特點(diǎn)：從以上分析

23、可以總結(jié)出，單疊繞組具有以下特點(diǎn)：被電刷短路，處于換向狀態(tài) N極 N極 S極 S極跳轉(zhuǎn)跳轉(zhuǎn)n1）位于同一個(gè)磁極下的各元件串聯(lián)起來組成了一）位于同一個(gè)磁極下的各元件串聯(lián)起來組成了一條支路，即支路對(duì)數(shù)等于極對(duì)數(shù)，條支路，即支路對(duì)數(shù)等于極對(duì)數(shù)， 。 n2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱，電刷放在換向器表面）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱，電刷放在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線時(shí)，正、負(fù)電刷間感上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線時(shí)，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。動(dòng)勢(shì)最小。 n3）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。n4）正負(fù)電刷之間引出的電動(dòng)勢(shì)即為

24、每一支路的電）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。動(dòng)勢(shì)，電樞電壓等于支路電壓。n5）由正負(fù)電刷引出的電樞電流為各支路電流之和，）由正負(fù)電刷引出的電樞電流為各支路電流之和，即即 （式中（式中 為每一條支路的電流，為每一條支路的電流，即繞組元件中流過的電流）。可見，增加電機(jī)的即繞組元件中流過的電流）?？梢?，增加電機(jī)的主極數(shù)便可增加支路數(shù)，從而可使電樞通過較大主極數(shù)便可增加支路數(shù)，從而可使電樞通過較大的電流。的電流。pa22aaaiI2ai1.3.2單波繞組：單波繞組： （1）、）、如圖，因繞組連接起來后像波浪形，得名。其繞組節(jié)如圖，因繞組連接起來后像波浪形，得名。其

25、繞組節(jié)距定義和單疊繞組的節(jié)距相同。距定義和單疊繞組的節(jié)距相同。c1yKypcycy注：選擇注：選擇 時(shí)，應(yīng)使相串聯(lián)的元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同方時(shí)，應(yīng)使相串聯(lián)的元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同方向。為此，須把兩個(gè)相串聯(lián)的元件放在同極性磁極的向。為此，須把兩個(gè)相串聯(lián)的元件放在同極性磁極的下面，相鄰兩元件相隔近似兩個(gè)極距；如此，連接下面，相鄰兩元件相隔近似兩個(gè)極距；如此，連接p p個(gè)元件后回到出發(fā)元件的附近，相隔一個(gè)槽。個(gè)元件后回到出發(fā)元件的附近，相隔一個(gè)槽。cy1.3.2單波繞組單波繞組以一臺(tái)以一臺(tái) 的直流電機(jī)為例。的直流電機(jī)為例。24,p 15QSKc7yy21734yyy1153(/ 2 )344yQpc115 17

26、2Kyp圖圖2-19 單波繞組展開圖單波繞組展開圖y yc c =8-1=7=8-1=7y y1 14-1=34-1=3單波繞組元件連接順序表單波繞組元件連接順序表 （3 3）繞組電路圖）繞組電路圖 把圖把圖2-192-19所示瞬間的各元件聯(lián)接情況與電刷的關(guān)系所示瞬間的各元件聯(lián)接情況與電刷的關(guān)系整理、排列，可畫出圖整理、排列，可畫出圖2-102-10所示的繞組電路圖。所示的繞組電路圖。aaiI2同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路NS（4 4）單波繞組有以下特點(diǎn)：）單波繞組有以下特點(diǎn)：1 1）同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支）同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條

27、支路，支路對(duì)數(shù)路對(duì)數(shù)a a1 1，與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)；，與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)；2 2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動(dòng)勢(shì)表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動(dòng)勢(shì)最大；最大；3 3）電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）；）電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）；1.4 直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場主（極）磁場主（極）磁場電樞磁場電樞磁場氣隙磁場氣隙磁場1.4.1直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的空載磁場1.直流電機(jī)的空載直流電機(jī)的空載 發(fā)電機(jī)出線端沒有電流輸出，電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)發(fā)電機(jī)出線端沒有電流輸出，電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)載，即電樞電

28、流為零或很小的狀態(tài)。那么，這時(shí)的氣載，即電樞電流為零或很小的狀態(tài)。那么，這時(shí)的氣隙磁場，只由主極的勵(lì)磁電流所建立，所以隙磁場，只由主極的勵(lì)磁電流所建立，所以直流電機(jī)直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場，可以看作主磁場。空載時(shí)的氣隙磁場，可以看作主磁場。 2.直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的空載磁場 即由勵(lì)磁磁通勢(shì)單獨(dú)建立的磁場，以一臺(tái)四極直流電即由勵(lì)磁磁通勢(shì)單獨(dú)建立的磁場，以一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)為例，由勵(lì)磁電流單獨(dú)建立的磁場分布如機(jī)空載時(shí)為例，由勵(lì)磁電流單獨(dú)建立的磁場分布如圖圖2-22所示所示 。圖：圖：2-22直流電機(jī)空載時(shí)的磁場分布圖直流電機(jī)空載時(shí)的磁場分布圖主磁通：主磁通：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及

29、機(jī)座經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機(jī)座構(gòu)成磁回路。它同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞組構(gòu)成磁回路。它同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通 。漏磁通漏磁通：僅交鏈勵(lì)磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵僅交鏈勵(lì)磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組心，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為漏磁中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為漏磁通通 。漏磁通約占主磁通的漏磁通約占主磁通的20%20%。氣隙磁密氣隙磁密 ：000NIBS由上式可見：由上式可見：在一定磁通勢(shì)下氣隙磁密與在一定

30、磁通勢(shì)下氣隙磁密與 氣隙長度成反比。氣隙長度成反比。結(jié)論：結(jié)論：1 1）如果忽略鐵磁材料中的）如果忽略鐵磁材料中的磁壓降，則在氣隙中各處磁壓降，則在氣隙中各處所消耗的磁通勢(shì)均為勵(lì)磁所消耗的磁通勢(shì)均為勵(lì)磁磁通勢(shì)。磁通勢(shì)。2 2）由于極靴下的氣隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)）由于極靴下的氣隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外的氣隙，因小于極靴之外的氣隙，因此：此： 在極靴下，氣隙小，氣隙在極靴下，氣隙小，氣隙中磁密較大，密集；中磁密較大，密集； 在極靴外，氣隙大，氣隙在極靴外，氣隙大，氣隙中磁密顯著減少；中磁密顯著減少； 直流電機(jī)空載磁場的磁直流電機(jī)空載磁場的磁密分布如圖密分布如圖2-232-23。n電機(jī)磁化曲線的形電機(jī)磁化曲線的形狀與所

31、采用的鐵磁材狀與所采用的鐵磁材料的料的B-H曲線相似。曲線相似。 n在額定狀態(tài)下，電在額定狀態(tài)下，電機(jī)往往工作在飽和點(diǎn)機(jī)往往工作在飽和點(diǎn)附近，這樣即可以獲附近，這樣即可以獲得較大的磁通，又不得較大的磁通，又不致需要太大的勵(lì)磁磁致需要太大的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，從而可以節(jié)省動(dòng)勢(shì)，從而可以節(jié)省鐵心和勵(lì)磁繞組的材鐵心和勵(lì)磁繞組的材料。料。圖圖2-24 2-24 電機(jī)的磁化曲線電機(jī)的磁化曲線電機(jī)磁化曲線和磁通額定值電機(jī)磁化曲線和磁通額定值：Ifn.2直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場和電樞反應(yīng)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場和電樞反應(yīng)負(fù)載時(shí)的氣隙磁場負(fù)載時(shí)的氣隙磁場：電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)：電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極氣隙磁場的：電樞磁動(dòng)

32、勢(shì)對(duì)主極氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。影響稱為電樞反應(yīng)。氣隙磁場氣隙磁場勵(lì)磁電流所勵(lì)磁電流所建立的磁場建立的磁場電樞電流所電樞電流所建立的磁場建立的磁場（1）電樞磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁場：）電樞磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁場： 直流電機(jī)在一個(gè)極下元件邊中電直流電機(jī)在一個(gè)極下元件邊中電流方向相同，相鄰的磁極下，元流方向相同，相鄰的磁極下，元件邊中電流方向相反。由于電刷件邊中電流方向相反。由于電刷和換向器的作用，盡管電樞是旋和換向器的作用，盡管電樞是旋轉(zhuǎn)的，但是每極下元件邊中的電轉(zhuǎn)的，但是每極下元件邊中的電流方向總是不變的，流方向總是不變的，因此由電樞因此由電樞電流所產(chǎn)生的電樞磁通勢(shì)及由他電流所產(chǎn)生的電樞磁通勢(shì)及由他建立

33、的電樞磁場是不動(dòng)的。建立的電樞磁場是不動(dòng)的。如圖，省去換向器，如圖，省去換向器，將電刷置于將電刷置于幾何中性線上與元件直接接觸，幾何中性線上與元件直接接觸，不會(huì)改變電機(jī)內(nèi)的電磁過程。不會(huì)改變電機(jī)內(nèi)的電磁過程。電樞磁場的軸線總是與電刷軸線電樞磁場的軸線總是與電刷軸線重合，并與勵(lì)磁磁通勢(shì)產(chǎn)生的主重合，并與勵(lì)磁磁通勢(shì)產(chǎn)生的主磁場軸線相互垂直。磁場軸線相互垂直。 如果沿電樞分布的線如果沿電樞分布的線圈無限增多，則階梯圈無限增多，則階梯形波將趨近于形波將趨近于三角形三角形波。且波。且階梯波的幅值階梯波的幅值為：為：axaySFi N2p 每對(duì)極下元件數(shù)：每對(duì)極下元件數(shù)：Sp 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮

34、多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中 所示。axFaxF由前述空載時(shí)氣隙磁密的推導(dǎo)由前述空載時(shí)氣隙磁密的推導(dǎo)同理可得，電樞磁場的磁密分同理可得，電樞磁場的磁密分布：布：由此可知：電樞磁場的磁密與由此可知：電樞磁場的磁密與氣隙長度成反比，在極靴范圍氣隙長度成反比，在極靴范圍內(nèi)，氣隙均勻，磁密分布沿著內(nèi)，氣隙均勻，磁密分布沿著磁勢(shì)三角波線性變化，為一直磁勢(shì)三角波線性變化，為一直線；在兩極極靴之間空間內(nèi)，線；在兩極極靴之間空間內(nèi)，氣隙長度大為增加，磁密大為氣隙長度大為增加，磁密大為減小，其分布曲線為減小，其分布曲線為馬鞍形馬鞍形。如圖如圖2.28。0axaxFB（2）負(fù)

35、載時(shí)的合成磁場和電樞反應(yīng)）負(fù)載時(shí)的合成磁場和電樞反應(yīng)axBaxF將空載時(shí)主磁場磁密分將空載時(shí)主磁場磁密分布曲線與負(fù)載時(shí)電樞布曲線與負(fù)載時(shí)電樞磁場磁密分布曲線沿電磁場磁密分布曲線沿電樞表面逐點(diǎn)疊加，得到樞表面逐點(diǎn)疊加，得到負(fù)載時(shí)氣隙內(nèi)合成磁場負(fù)載時(shí)氣隙內(nèi)合成磁場磁密分布曲線（圖中實(shí)磁密分布曲線（圖中實(shí)線），將兩者比較可得線），將兩者比較可得電樞反應(yīng)的影響：電樞反應(yīng)的影響：1）使氣隙磁場發(fā)生畸變；）使氣隙磁場發(fā)生畸變；2）對(duì)主磁場起去磁作用。）對(duì)主磁場起去磁作用。（合成磁密如圖虛線）（合成磁密如圖虛線）使物理中心線偏移幾何中心線一個(gè)角度（對(duì)發(fā)電機(jī)：順著旋轉(zhuǎn)方向）由于電機(jī)磁化由于電機(jī)磁化曲線的飽和特

36、曲線的飽和特性，增加的磁性，增加的磁通小于減小的通小于減小的磁通，使合成磁通，使合成后總的磁通減后總的磁通減小。小。對(duì)主磁場起去磁作用的理解對(duì)主磁場起去磁作用的理解1.4.3 1.4.3 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 直流電機(jī)勵(lì)磁方式，即勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方直流電機(jī)勵(lì)磁方式，即勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方式，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行特性有大的影響，有以下幾種類型。式，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行特性有大的影響，有以下幾種類型。n他勵(lì)他勵(lì)勵(lì)磁由另外獨(dú)立的直流電源供給，與電樞繞勵(lì)磁由另外獨(dú)立的直流電源供給，與電樞繞組不相連接。組不相連接。n自勵(lì)自勵(lì)勵(lì)磁繞組與電樞繞組相連接，勵(lì)磁電流由發(fā)勵(lì)磁繞組與電樞繞組相連接，勵(lì)

37、磁電流由發(fā)電機(jī)本身供給，或勵(lì)磁繞組與電樞繞組共用同一電源。電機(jī)本身供給，或勵(lì)磁繞組與電樞繞組共用同一電源。 自勵(lì)的形式：自勵(lì)的形式：1、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： 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)電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。動(dòng)勢(shì)。 所以，我們可以所以，我們可以先求一根導(dǎo)體在先求一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電一個(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。動(dòng)勢(shì)，再求一條支路的。 一個(gè)磁極極距范圍內(nèi)，平均磁一個(gè)磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用密用 表示，極距為表示，極距為 ，電樞的

38、，電樞的軸向有效長度為軸向有效長度為 ，每極磁通為每極磁通為，則則1.5 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩avBln一根導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：一根導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：n電樞表面的線速度（電樞表面的線速度（m/s）：）：n所以：所以：=Sa vBllvBeavavDD2()6 06 02nnvpp602npeav 因?yàn)橐粭l支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)因?yàn)橐粭l支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù) （Z Z為電樞總為電樞總導(dǎo)體數(shù)，導(dǎo)體數(shù)， ），于是一條支路的感應(yīng)電動(dòng)），于是一條支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)既電樞電動(dòng)勢(shì)為：勢(shì)既電樞電動(dòng)勢(shì)為：式中，式中， 是一個(gè)常數(shù)，稱為直流電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。是一個(gè)常數(shù)，

39、稱為直流電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。上式表明：直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)與每極磁通和電上式表明：直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)與每極磁通和電樞轉(zhuǎn)速成正比。樞轉(zhuǎn)速成正比。性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源電勢(shì)電源電勢(shì)( (與電樞電流同方向與電樞電流同方向) ) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)反電勢(shì)( (與電樞電流反方向與電樞電流反方向) )2Za2yZSN2226 06 0aa veZZnEepaap ZnCna6 0ep ZCafafffeIGnIKCnCEea其中；其中； 為機(jī)械角速度：為機(jī)械角速度： 。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式為若不計(jì)飽和影響，有若不計(jì)飽和影響，有ffK I，其中，其中Kf 為比例常數(shù)為比例常數(shù)

40、。602afefTfGC KC K260n 上式表明：如不計(jì)飽和影響，直流電機(jī)的電上式表明：如不計(jì)飽和影響，直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁電流樞電動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁電流If和電樞機(jī)械角速度的和電樞機(jī)械角速度的乘積成正比。乘積成正比。2、電磁轉(zhuǎn)矩：、電磁轉(zhuǎn)矩： 電樞繞組所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向都一電樞繞組所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向都一致，則電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩就是所有導(dǎo)體產(chǎn)致，則電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩就是所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩之和。求解電磁轉(zhuǎn)矩的過程和生的電磁轉(zhuǎn)矩之和。求解電磁轉(zhuǎn)矩的過程和求解電動(dòng)勢(shì)是一樣的：求解電動(dòng)勢(shì)是一樣的：1）先求一個(gè)導(dǎo)體的平均電磁力：）先求一個(gè)導(dǎo)體的平均電磁力：2）平均電磁力乘以電樞的半

41、徑，即得到一根）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導(dǎo)體所受的平均電磁轉(zhuǎn)矩：導(dǎo)體所受的平均電磁轉(zhuǎn)矩：aavavilBfa v2avDTf3）電機(jī)總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：）電機(jī)總的電磁轉(zhuǎn)矩則為： 稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)， 是電樞總電流。是電樞總電流。av2Z22222aaeavaTaIIDpTTZB llZalapZICIa2TpZCaaaaiI2電磁轉(zhuǎn)矩也可以表示為電磁轉(zhuǎn)矩也可以表示為eaffaTG I I其中其中Gaf=CT Kf 從表達(dá)式可以看出，從表達(dá)式可以看出，電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比于電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比于每極磁通和電樞電流；如不計(jì)飽和影響，它與每極磁通和電樞電流；如不計(jì)飽和影響，它與勵(lì)磁電流

42、勵(lì)磁電流If和電樞電流和電樞電流Ia的乘積成正比。的乘積成正比。n對(duì)于電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出對(duì)于電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出機(jī)械能，是拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩；機(jī)械能，是拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩；n對(duì)于發(fā)電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，對(duì)于發(fā)電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，是制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩；是制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩；n 對(duì)于一個(gè)具體的電機(jī)而言，對(duì)于一個(gè)具體的電機(jī)而言， 是一個(gè)常是一個(gè)常數(shù)，并且通過換算，兩者之間有一固定的關(guān)數(shù)，并且通過換算，兩者之間有一固定的關(guān)系系 n 或或eCTC55. 9260eTCCeTCC55. 9aaffeaffaEG ITG I I從電磁角度看：從電磁角度看： 為電動(dòng)機(jī)（或發(fā)電機(jī)）通過電磁為

43、電動(dòng)機(jī)（或發(fā)電機(jī)）通過電磁感應(yīng)作用，從電源吸?。ɑ虬l(fā)出）電磁功率。感應(yīng)作用，從電源吸?。ɑ虬l(fā)出）電磁功率。aaE IaaaffaeE IG I IT 從機(jī)械角度看：從機(jī)械角度看： 為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)械負(fù)載為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)械負(fù)載所作的機(jī)械功率，而在發(fā)電機(jī)中為原動(dòng)機(jī)克服制動(dòng)性所作的機(jī)械功率，而在發(fā)電機(jī)中為原動(dòng)機(jī)克服制動(dòng)性電磁轉(zhuǎn)矩所需輸入電機(jī)的機(jī)械功率。電磁轉(zhuǎn)矩所需輸入電機(jī)的機(jī)械功率。 eT 電機(jī)在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換中滿足能量守恒電機(jī)在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換中滿足能量守恒aaeE IT（電功率）（機(jī)械功率）1.6 1.6 直流電機(jī)的運(yùn)行原理直流電機(jī)的運(yùn)行原理一、直流電機(jī)的基本方程式一、直流電機(jī)的基本方程式

44、（一）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式（一）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)機(jī)情形電動(dòng)機(jī)情形對(duì)于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)對(duì)于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)dtdiLiRiGdtdiLiReuaaafafaaaaadtdiLiRuffffffauu 若電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行若電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行0dtdfffaafafaIRUIRIGU,發(fā)電機(jī)情形發(fā)電機(jī)情形dtidLiRiGdtidLiReuaaafafaaaaa)()()()(dtdiLiRufffff若電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行若電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行fffaaaaIRUIRUE,UaEMaI1T0TeTnfIfUUaEMaIeT0TzTnfIfU（a）發(fā)電機(jī)慣例）發(fā)電機(jī)慣例（b）電動(dòng)機(jī)慣例）電動(dòng)機(jī)慣例aaaEUI R

45、aaaUEI RaEUaEU注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：直流電機(jī)內(nèi)存在兩種電流，兩套繞組，為什么這些繞組之直流電機(jī)內(nèi)存在兩種電流，兩套繞組，為什么這些繞組之間沒有耦合？間沒有耦合？dtdiLdtdiMiRudtdiMdtdiLiReuffafaffafafaaaaaa電樞磁勢(shì)軸線電樞磁勢(shì)軸線勵(lì)磁磁勢(shì)軸線勵(lì)磁磁勢(shì)軸線由于這兩套繞組是互相垂直的，其互感為零由于這兩套繞組是互相垂直的，其互感為零0faafMM因此直流電機(jī)的兩套繞組之間不存在耦合，因此直流電機(jī)的兩套繞組之間不存在耦合，所有參量可以獨(dú)立控制。這是直流電機(jī)易于所有參量可以獨(dú)立控制。這是直流電機(jī)易于控制的根本原因?？刂频母驹?。運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方程

46、式tvmFFzddtJTTzddgGDmJ422單位為kg m2對(duì)于對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式中 m旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量（kg）; G 旋轉(zhuǎn)部分的重量（N）; 慣性半徑（m）; D 慣性直徑（m）。對(duì)于對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)（二）轉(zhuǎn)矩平衡方程式（二）轉(zhuǎn)矩平衡方程式等效折算圖（二）轉(zhuǎn)矩平衡方程式（二）轉(zhuǎn)矩平衡方程式對(duì)于電動(dòng)機(jī)對(duì)于電動(dòng)機(jī)：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)dtdJTTTe0202TTTe對(duì)于發(fā)電機(jī)對(duì)于發(fā)電機(jī)：dtdJTTTe01其中其中T1為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)01TTTe0dtd0dtd電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中任何瞬間必須保證轉(zhuǎn)矩平衡電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中任何瞬間必須保證轉(zhuǎn)

47、矩平衡。其中其中T2為負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，T0為空載損耗轉(zhuǎn)矩，為空載損耗轉(zhuǎn)矩， 為慣性轉(zhuǎn)矩。為慣性轉(zhuǎn)矩。（三）功率平衡關(guān)系（并勵(lì)為例）（三）功率平衡關(guān)系（并勵(lì)為例）輸入輸入電功電功率率P P1 1勵(lì)磁損耗勵(lì)磁損耗P PCufCuf電樞銅耗電樞銅耗P PCuaCua電刷接觸損耗電刷接觸損耗P Pc c電電磁磁功功率率P Pe e機(jī)械損耗機(jī)械損耗P Pmechmech鐵心損耗鐵心損耗P PFeFe機(jī)機(jī)械械功功率率P P2 2電動(dòng)機(jī)情形電動(dòng)機(jī)情形：21PPPPPPPFemechcCuaCuf直流電動(dòng)機(jī)電磁功率直流電動(dòng)機(jī)電磁功率Pe,Pe=EaIaPeTe并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)功率流程并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

48、功率流程圖圖輸入輸入機(jī)械機(jī)械功率功率P P1 1鐵心損耗鐵心損耗P Pe e機(jī)械損耗機(jī)械損耗P Pmechmech電樞銅耗電樞銅耗P PCuCu電電磁磁功功率率P Pe e電刷接觸損耗電刷接觸損耗P Pc c勵(lì)磁損耗勵(lì)磁損耗P PCufCuf電電功功率率P P2 2發(fā)電機(jī)情形發(fā)電機(jī)情形：21PPPPPPPcCuaCufFemech直流發(fā)電機(jī)電磁功率直流發(fā)電機(jī)電磁功率Pe,Pe=EaIaPeTe轉(zhuǎn)矩平衡與功率平衡方程式關(guān)系轉(zhuǎn)矩平衡與功率平衡方程式關(guān)系 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式Te=T2+T0兩邊同乘兩邊同乘以角速度以角速度可得：可得：Te=T2+T0， 則有：則有：Pe=P2+p

49、0 也可表示為：也可表示為： P2=Pe-p0 式中式中P2為輸出機(jī)械功率，為輸出機(jī)械功率，p0為空載損耗：為空載損耗： p0=pFe+pm+pad。 由于電樞電流便于測(cè)量，因此往往將工作特性表示為：由于電樞電流便于測(cè)量，因此往往將工作特性表示為：)(),(),(222PfPfTPfne二、直流電動(dòng)機(jī)工作特性二、直流電動(dòng)機(jī)工作特性條件條件: : U=UN , ,If=IfN, ,電樞回路無外加電阻。電樞回路無外加電阻。特性特性: :轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩Te，效率，效率和輸出功率和輸出功率P2的關(guān)系。的關(guān)系。轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性效率特性效率特性)(),(),(aaeaIfIfTIf

50、n（一）并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性（一）并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1. . 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性aaaaIREUnCEeaaeaeaICRCUnOnaI理想轉(zhuǎn)速特性理想轉(zhuǎn)速特性實(shí)際轉(zhuǎn)速特性實(shí)際轉(zhuǎn)速特性aNI理想轉(zhuǎn)速特性和實(shí)際轉(zhuǎn)理想轉(zhuǎn)速特性和實(shí)際轉(zhuǎn)速特性為什么不一致？速特性為什么不一致？思考思考提示：提示：1、從參數(shù)變化的角度思考？、從參數(shù)變化的角度思考？2、什么原因?qū)е铝?、什么原因?qū)е铝说淖兓?？的變化?n2. . 轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)當(dāng)U=UN , ,If=IfN時(shí)，時(shí)，Te=f(Ia)的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線aTaTeICICTTTCC0TaIeT理想轉(zhuǎn)速特性和實(shí)際轉(zhuǎn)理想轉(zhuǎn)速特性和實(shí)際轉(zhuǎn)速特性為什么不一

51、致？速特性為什么不一致？思考思考提示：提示：1、從參數(shù)變化的角度思考？、從參數(shù)變化的角度思考？2、什么原因?qū)е铝?、什么原因?qū)е铝说淖兓?？的變化？aNI理想轉(zhuǎn)矩特性理想轉(zhuǎn)矩特性實(shí)際轉(zhuǎn)矩特性實(shí)際轉(zhuǎn)矩特性3. . 效率特性效率特性當(dāng)當(dāng)U=UN , ,If=IfN時(shí)，時(shí)，=f(Ia)的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線)(21%100212facaaaCufmecFeIIUUIRIpppPPaIaNI主磁通在電樞鐵磁材料中交變主磁通在電樞鐵磁材料中交變所產(chǎn)生的損耗，分為磁滯損耗所產(chǎn)生的損耗，分為磁滯損耗和渦流損耗。和渦流損耗。當(dāng)電機(jī)主磁通和轉(zhuǎn)速變化不大當(dāng)電機(jī)主磁通和轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，鐵耗近似不變，因此這部時(shí)，鐵耗近似不

52、變，因此這部分損耗也被稱為不變損耗。分損耗也被稱為不變損耗。機(jī)械損耗包括軸承及電刷的摩機(jī)械損耗包括軸承及電刷的摩擦損耗、電機(jī)通風(fēng)散熱引起的擦損耗、電機(jī)通風(fēng)散熱引起的風(fēng)阻損耗。在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，風(fēng)阻損耗。在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，機(jī)械損耗也是大致不變的。機(jī)械損耗也是大致不變的。勵(lì)磁回路銅耗，一般可以忽略勵(lì)磁回路銅耗，一般可以忽略不計(jì)。不計(jì)。電樞繞組銅耗，當(dāng)電樞繞組有電樞繞組銅耗，當(dāng)電樞繞組有電流流過時(shí)，產(chǎn)生的發(fā)熱損耗。電流流過時(shí)，產(chǎn)生的發(fā)熱損耗。這一部分損耗是隨著電樞電流這一部分損耗是隨著電樞電流變化的，或者說輸出功率變化變化的，或者說輸出功率變化的，因此也被稱為可變損耗。的，因此也被稱為可變損耗。電刷

53、接觸損耗。電刷接觸損耗。當(dāng)電機(jī)可變損耗等于不變損耗時(shí)，當(dāng)電機(jī)可變損耗等于不變損耗時(shí)，電機(jī)的效率達(dá)到最高（電機(jī)的效率達(dá)到最高（對(duì)其它電對(duì)其它電機(jī)、變壓器也適用）機(jī)、變壓器也適用）。一般電機(jī)的最高效率點(diǎn)出現(xiàn)在一般電機(jī)的最高效率點(diǎn)出現(xiàn)在80的額定功率附近。的額定功率附近。（二）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性（二）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式)(fcaaeRRInCU電動(dòng)勢(shì)公式電動(dòng)勢(shì)公式nICnCEaeea轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式02TTTem轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式2aTaTemICICT（其中，（其中，Rfc為串勵(lì)繞組電阻，為串勵(lì)繞組電阻，feeKCC ，fTTKCC ）0202

54、260TnPTTTem串勵(lì)直流電機(jī)中，串勵(lì)直流電機(jī)中，IfIa串勵(lì)直流電機(jī)當(dāng)在負(fù)載很小時(shí)，串勵(lì)直流電機(jī)當(dāng)在負(fù)載很小時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速將會(huì)很高，容易導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)速將會(huì)很高，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)機(jī)械損壞，因此串勵(lì)直轉(zhuǎn)子出現(xiàn)機(jī)械損壞，因此串勵(lì)直流電機(jī)不允許輕載運(yùn)行。流電機(jī)不允許輕載運(yùn)行。（三）復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性（三）復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性例例2-1、一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：、一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：VUN750kWPN1325AIN1930min/200rnN電樞繞組的電阻電樞繞組的電阻電刷接觸壓降電刷接觸壓降0161. 0aRVUc22設(shè)電動(dòng)機(jī)原來在額定轉(zhuǎn)速和額定負(fù)設(shè)電動(dòng)機(jī)原來在額

55、定轉(zhuǎn)速和額定負(fù)載下運(yùn)行，在負(fù)載的總制動(dòng)轉(zhuǎn)矩載下運(yùn)行，在負(fù)載的總制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（包括損耗轉(zhuǎn)矩）保持不變的情況（包括損耗轉(zhuǎn)矩）保持不變的情況下，試求下，試求（1）在電樞回路中突然串入電阻）在電樞回路中突然串入電阻R=0.0743, ,求串入電阻最初瞬間求串入電阻最初瞬間和達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的電樞電流和轉(zhuǎn)速分和達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的電樞電流和轉(zhuǎn)速分別是多少？別是多少？（2）減少電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，使）減少電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，使磁通磁通減少減少10%，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的電樞電流和轉(zhuǎn)速分別是多少？電樞電流和轉(zhuǎn)速分別是多少？解：解：（1）電樞回路中突然串入電阻）電樞回路中突然串入電阻R最初瞬間，最初瞬間，電機(jī)轉(zhuǎn)速不發(fā)生變

56、化電機(jī)轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化，但電流發(fā)生變化。但電流發(fā)生變化。nCEVVURIUEeacaaa717)20161. 01930750(2VEa717AARRUEUIacaa3430743. 00161. 027177502進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩未發(fā)生變化負(fù)載轉(zhuǎn)矩未發(fā)生變化，認(rèn)為電磁轉(zhuǎn)矩不發(fā)，認(rèn)為電磁轉(zhuǎn)矩不發(fā)生變化生變化AIICTaaTe1930,VVURRIUEcaaa5742)0743. 00161. 0(19307502)(min/160min/)717574200(rrEEnnaa額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為：額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為：思考：串入電阻前后思考：串入電阻前

57、后（1）電源發(fā)出的功率是否變化？）電源發(fā)出的功率是否變化？（2）電機(jī)發(fā)出的電磁功率是否變化？）電機(jī)發(fā)出的電磁功率是否變化？（3）這兩部分功率的差值到哪里去了？）這兩部分功率的差值到哪里去了？（4）總結(jié)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的第一種方法，請(qǐng)問這種方法有什么缺）總結(jié)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的第一種方法，請(qǐng)問這種方法有什么缺點(diǎn)？點(diǎn)？（2）磁通）磁通減少為原來的減少為原來的0.9AAIa2145)9 . 0/1930(VVURIUEcaaa713)20161. 02145750(2min/221min/9 . 01717713200rrEEnnaa由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電磁轉(zhuǎn)矩不會(huì)發(fā)生變化。由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電磁轉(zhuǎn)矩不會(huì)發(fā)

58、生變化。aTaTeICICTnCEnCETaTa思考：思考：（1）電源發(fā)出的功率是否變化？）電源發(fā)出的功率是否變化？（2）電機(jī)發(fā)出的電磁功率是否變化？）電機(jī)發(fā)出的電磁功率是否變化？（4）總結(jié)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的第二種方法，請(qǐng)問這種方法有什么缺）總結(jié)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的第二種方法，請(qǐng)問這種方法有什么缺點(diǎn)？點(diǎn)？他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī) 并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī) 復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)三、直流發(fā)電機(jī)的工作特性三、直流發(fā)電機(jī)的工作特性（一）空載運(yùn)行（一）空載運(yùn)行空載特性空載特性當(dāng)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，n=nN 時(shí)，勵(lì)磁繞組端加上勵(lì)磁電時(shí)，勵(lì)磁繞組端加上勵(lì)磁電壓

59、壓Uf , ,調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If0 , ,得出空載特性曲線得出空載特性曲線U0=f(I0)。nCETaBHBFefIH 所以他勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性與電機(jī)的所以他勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性與電機(jī)的磁化特性非常一致。磁化特性非常一致。請(qǐng)注意這一點(diǎn)：此時(shí)勵(lì)磁電流為零，但請(qǐng)注意這一點(diǎn)：此時(shí)勵(lì)磁電流為零，但是電機(jī)的端電壓不為零。是電機(jī)的端電壓不為零。請(qǐng)問這一現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？請(qǐng)問這一現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？2 并勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)空載電壓的建立并勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)空載電壓的建立原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。由于電機(jī)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。由于電機(jī)剩磁剩磁的作用，的作用，產(chǎn)生一個(gè)不大的電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生一個(gè)不大的電動(dòng)勢(shì)E E0r

60、0r閉合勵(lì)磁回路，閉合勵(lì)磁回路，E E0r0r產(chǎn)生勵(lì)磁電流，該電流將產(chǎn)生勵(lì)磁電流，該電流將使電機(jī)內(nèi)部的磁場進(jìn)一步增強(qiáng)（可能出現(xiàn)該電使電機(jī)內(nèi)部的磁場進(jìn)一步增強(qiáng)（可能出現(xiàn)該電流產(chǎn)生的磁場與剩磁相反，兩者互相抵消）。流產(chǎn)生的磁場與剩磁相反，兩者互相抵消）。電機(jī)必須有剩磁。電機(jī)必須有剩磁。勵(lì)磁回路電阻應(yīng)小于臨界電阻勵(lì)磁回路電阻應(yīng)小于臨界電阻若勵(lì)磁繞組回路的電阻較大，則建立起的電樞電壓無法產(chǎn)生足夠的若勵(lì)磁繞組回路的電阻較大，則建立起的電樞電壓無法產(chǎn)生足夠的勵(lì)磁電流，因此必須將勵(lì)磁回路電阻限定在一定范圍內(nèi)。勵(lì)磁電流，因此必須將勵(lì)磁回路電阻限定在一定范圍內(nèi)。勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞兩端的極性必須