電機(jī)及拖動(直流電機(jī)原理及結(jié)構(gòu))

1、第二節(jié)第二節(jié) 直流電機(jī)直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)及主要系列銘牌數(shù)據(jù)及主要系列第三節(jié)第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞直流電機(jī)的電樞繞組繞組 本章主要學(xué)習(xí)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，了解直流電本章主要學(xué)習(xí)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，了解直流電機(jī)的磁場分布、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向機(jī)的磁場分布、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法，從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，掌握及改善換向方法，從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，掌握直流電動機(jī)的工作特性及常見故障處理方法。直流電動機(jī)的工作特性及常見故障處理方法。第四節(jié)第四節(jié) 直流電機(jī)的直流電機(jī)的磁場磁場第五節(jié)第五節(jié) 直流電機(jī)的直流電機(jī)

2、的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢的計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢的計(jì)算第六節(jié)第六節(jié) 直流電機(jī)直流電機(jī)的換向的換向第七節(jié)第七節(jié) 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)第一章第一章 直流電機(jī)直流電機(jī)第八節(jié)第八節(jié) 直流電動機(jī)直流電動機(jī)第九節(jié)第九節(jié) 常常見故障及解決方法見故障及解決方法第一節(jié)第一節(jié) 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子主磁極主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成換向磁極換向磁極：改善換向。：改善換向。電刷裝置電刷裝置：與換向片配合：與換

3、向片配合, ,完成直流與交流的互換完成直流與交流的互換. .機(jī)座和端蓋機(jī)座和端蓋：起支撐和固定作用。：起支撐和固定作用。電樞鐵心電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。：主磁路的一部分，放置電樞繞組。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。：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。換向器換向器： 與電刷裝置配合與電刷裝置配合, ,完成直流與交流的互換完成直流與交流的互換. .轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸承軸承NSNS 直流電機(jī)由定直流電機(jī)由定子子(磁極磁極)、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子(電樞電樞)和機(jī)座等和機(jī)座等部分構(gòu)成。部分構(gòu)成。5直流電機(jī)的靜止部分直流電機(jī)的靜止部分1、主磁極、主磁極2、換向極、換向極1主磁極鐵心

4、主磁極鐵心2勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組3機(jī)座機(jī)座1換向極鐵心換向極鐵心2換向極繞組換向極繞組3、機(jī)座、機(jī)座用來固定主磁極、換向極和端蓋；用來固定主磁極、換向極和端蓋； 另外，又作為磁路的一部分。另外，又作為磁路的一部分。 6直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分4、電刷裝置、電刷裝置1刷握刷握2電刷電刷3壓緊彈簧壓緊彈簧4銅絲辮銅絲辮1、電樞鐵心、電樞鐵心a)電樞鐵心電樞鐵心 沖片沖片b)電樞鐵心電樞鐵心72、電樞繞組、電樞繞組由許多按由許多按一定規(guī)律連接的線圈組成。一定規(guī)律連接的線圈組成。1槽楔槽楔2線圈絕緣線圈絕緣3導(dǎo)體導(dǎo)體4層間絕緣層間絕緣5槽絕緣槽絕緣6槽底絕緣槽底絕緣電樞槽內(nèi)的絕緣電樞槽內(nèi)的絕緣

5、3、換向器、換向器由許多換由許多換向片組成，換向片之間用云向片組成，換向片之間用云母絕緣。母絕緣。1換向片換向片2連接片連接片二、直流電機(jī)的工作原理二、直流電機(jī)的工作原理（一）直流發(fā)電機(jī)工作原理（一）直流發(fā)電機(jī)工作原理直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，型，N N、S S為定子磁極，為定子磁極，abcdabcd是固是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a a、d d

6、連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進(jìn)行的。向片上固定不動的電刷進(jìn)行的。 當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)同，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)同，線圈線圈abcdabcd將感應(yīng)電動勢。將感應(yīng)電動勢。如右圖，導(dǎo)體如右圖，導(dǎo)體abab在在N N極下，極下，a a點(diǎn)高電位，點(diǎn)高電位，b b點(diǎn)低電位；點(diǎn)低電位；導(dǎo)體導(dǎo)體cdcd在在S S極下，極下，c c點(diǎn)高點(diǎn)高電位，電位，d d點(diǎn)低電位；電刷點(diǎn)低電位；電刷A A極性為正，電刷極性為正，電刷B B極性極

7、性為負(fù)。為負(fù)。 當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 后，如右圖后，如右圖。0180 導(dǎo)體導(dǎo)體abab在在S S極下，極下，a a點(diǎn)低電位，點(diǎn)低電位，b b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cdcd在在N N極下，極下，c c點(diǎn)點(diǎn)低電位，低電位，d d點(diǎn)高電位；電刷點(diǎn)高電位；電刷A A極性極性仍為正，電刷仍為正，電刷B B極性仍為負(fù)。極性仍為負(fù)。 與電刷與電刷A A接觸的導(dǎo)體總是位于接觸的導(dǎo)體總是位于N N極下，與電刷極下，與電刷B B接觸的導(dǎo)體總是位接觸的導(dǎo)體總是位于于S S極下極下, ,電刷電刷A A的極性總是正的，的極性總是正的，電刷電刷B B的極性總是負(fù)的，在電刷的極

8、性總是負(fù)的，在電刷A A、B B兩端可獲得直流電動勢。兩端可獲得直流電動勢。 實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)線圈。線圈分實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N N、S S極交替旋轉(zhuǎn)多對。極交替旋轉(zhuǎn)多對。（二）直流電動機(jī)工作原理（二）直流電動機(jī)工作原理 直流電動機(jī)直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 把電刷把電刷A A、B B接到直流電源上，接到直流電源上，電

9、刷電刷A A接正極，電刷接正極，電刷B B接負(fù)極。此接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過。時(shí)電樞線圈中將電流流過。 在磁場作用下，在磁場作用下，N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體abab受力方向從右向左，受力方向從右向左，S S 極下導(dǎo)極下導(dǎo)體體cdcd受力方向從左向右。該電磁受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí)當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí) 原原N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體abab轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到S S極下，極下，受力方向從左向右，原受力方向從左向右，

10、原S S 極下導(dǎo)極下導(dǎo)體體cdcd轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到N N極下，受力方向從右極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時(shí)針方向向左。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。方向旋轉(zhuǎn)。 與直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動機(jī)的電樞并非單一線圈，與直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。磁極也并非一對。直流電直流電動機(jī)的動機(jī)的工作原工作原理示意理示意圖圖:（三）直流電機(jī)的可逆原理（三）直流電機(jī)的可逆原理 一臺電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動機(jī)運(yùn)行，這一臺電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可

11、作為電動機(jī)運(yùn)行，這就是直流電機(jī)的可逆原理。就是直流電機(jī)的可逆原理。 從上述直流電機(jī)的工作原理來看，一臺直流電機(jī)若在電刷從上述直流電機(jī)的工作原理來看，一臺直流電機(jī)若在電刷兩端加上直流電壓，輸入電能，即可拖動生產(chǎn)機(jī)械，將電能變?yōu)閮啥思由现绷麟妷?，輸入電能，即可拖動生產(chǎn)機(jī)械，將電能變?yōu)闄C(jī)械能而成為電動機(jī)；反之若用原動機(jī)帶動電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械機(jī)械能而成為電動機(jī)；反之若用原動機(jī)帶動電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，就可在電刷兩端得到一個(gè)直流電動勢作為電源，將機(jī)械能變能，就可在電刷兩端得到一個(gè)直流電動勢作為電源，將機(jī)械能變?yōu)殡娔芏蔀榘l(fā)電機(jī)。為電能而成為發(fā)電機(jī)。第二節(jié)第二節(jié) 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列直流電機(jī)的銘牌

12、數(shù)據(jù)及主要系列一、直流電機(jī)的一、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)銘牌數(shù)據(jù)額定條件下電機(jī)額定條件下電機(jī)所能提供的功率所能提供的功率NP額定功率額定功率指電刷間輸出的指電刷間輸出的額定電功率額定電功率發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)指軸上輸出指軸上輸出的機(jī)械功率的機(jī)械功率電動機(jī)電動機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動機(jī)：是指輸入額定電壓。電動機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓出線端的平均電壓NU額定電壓額定電壓在額定電壓下，運(yùn)行于在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對應(yīng)的電流額定功率時(shí)對應(yīng)的電流NI額額定定電電流流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功

13、率時(shí)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。行于額定功率時(shí)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。Nn額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速fNI額額定定勵(lì)勵(lì)磁磁電電流流對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額對應(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)磁電流定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號等。期、出廠編號等。 電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行于額定電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流欠載運(yùn)行；運(yùn)行電流大欠載運(yùn)行；運(yùn)行電流大于額定電流于額定電流過載運(yùn)行。長期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長過載運(yùn)行。長

14、期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長期過載運(yùn)行會縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或期過載運(yùn)行會縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。額定狀態(tài)附近，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。二、直流電機(jī)系列二、直流電機(jī)系列 所謂系列電機(jī)就是在應(yīng)用范圍、結(jié)構(gòu)形式、性能水平和生產(chǎn)所謂系列電機(jī)就是在應(yīng)用范圍、結(jié)構(gòu)形式、性能水平和生產(chǎn)工藝等方面有共同性，功率按一定比例遞增，并成批生產(chǎn)的一系工藝等方面有共同性，功率按一定比例遞增，并成批生產(chǎn)的一系列電機(jī)。我國目前生產(chǎn)的直流電機(jī)的主要系列有：列電機(jī)。我國目前生產(chǎn)的直流電機(jī)的主要系列有：Z3系列系列為一

15、般用途的小型直流電機(jī)系列。為一般用途的小型直流電機(jī)系列。ZF和和ZD系列系列為一般用途的中型直流電機(jī)系列。為一般用途的中型直流電機(jī)系列。ZZJ系列系列為起重、冶金用直流電動機(jī)系列。為起重、冶金用直流電動機(jī)系列。 此外還有此外還有ZQZQ直流牽引電動機(jī)系列及直流牽引電動機(jī)系列及Z-HZ-H和和ZF-HZF-H船用電動機(jī)和船用電動機(jī)和發(fā)電機(jī)系列等。發(fā)電機(jī)系列等。第三節(jié)第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組一、直流電機(jī)電樞繞組的一般介紹一、直流電機(jī)電樞繞組的一般介紹元件元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端元件的首末端：每

16、一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。一根稱為首端，另一根稱為末端。極距極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用 表示。表示。Dt =2 p疊繞組疊繞組：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。波繞組波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。聯(lián)起來，象波浪式的前

17、進(jìn)。第一節(jié)距第一節(jié)距 ：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。1y第二節(jié)距第二節(jié)距 ：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。2y合成節(jié)距合成節(jié)距 ：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對應(yīng)邊之間的距離。連接同一換向片上的兩個(gè)元件對應(yīng)邊之間的距離。y21yyy單疊繞組單疊繞組21yyy單波繞組單波繞組換向節(jié)距換向節(jié)距 ：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。同一元件首末端連接的換向片之間的距離。ky二、直流電機(jī)電樞繞組的基本形式二、直流電機(jī)電樞繞組

18、的基本形式（一）（一） 單疊繞組單疊繞組 單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件( (線圈線圈) )相互疊壓相互疊壓, ,合成節(jié)距與換向合成節(jié)距與換向節(jié)距均為節(jié)距均為1,1,即：即： 。1kyy 單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對位置關(guān)系。電刷間的相對位置關(guān)系。單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的

19、并聯(lián)支路電路圖:單疊繞組的的特點(diǎn)單疊繞組的的特點(diǎn)：1 1）同一主磁極下的元件）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。數(shù)與支路數(shù)相同。2 2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。并聯(lián)支路電動勢。3 3）電樞電流等于各支路）電樞電流等于各支路電流之和。電流之和。（二）（二） 單波繞組單波繞組 單波繞組的特點(diǎn)是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等，展開圖如下圖單波繞組的特點(diǎn)是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等，展開圖如下圖所示。所示。 兩個(gè)串聯(lián)元件放兩個(gè)串聯(lián)元件放在同極磁極下，

20、空間在同極磁極下，空間位置相距約兩個(gè)極距；位置相距約兩個(gè)極距；沿圓周向一個(gè)方向繞沿圓周向一個(gè)方向繞一周后，其末尾所邊一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。的換向片相鄰的位置。單波繞組的并聯(lián)支路圖單波繞組的并聯(lián)支路圖:單波繞組的特點(diǎn)單波繞組的特點(diǎn)1 1）同極下各元件串）同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，聯(lián)起來組成一條支路，支路對數(shù)為支路對數(shù)為1 1，與磁，與磁極對數(shù)無關(guān)；極對數(shù)無關(guān)；2 2）當(dāng)元件的幾何形）當(dāng)元件的幾何形狀對稱時(shí)，電刷在狀對稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動勢最線，支路電動勢最大；大；3 3

21、）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；4 4）電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；）電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；5 5）電樞電流等于兩條支路電流之和。）電樞電流等于兩條支路電流之和。第四節(jié)第四節(jié) 直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場 直流電機(jī)中除主極磁場外，當(dāng)電樞繞組中有電流流過時(shí)，直流電機(jī)中除主極磁場外，當(dāng)電樞繞組中有電流流過時(shí)，還將會產(chǎn)生電樞磁場。電樞磁場與主磁場的合成便形成了電機(jī)還將會產(chǎn)生電樞磁場。電樞磁場與主磁場的合成便形成了電機(jī)中的氣隙磁場，它直接影響電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的大小。要中的氣隙磁場，它直接影響電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的大小。要了解氣隙磁場的情況，就要先分析清楚主磁場和電樞磁場的特了解氣

22、隙磁場的情況，就要先分析清楚主磁場和電樞磁場的特性。性。 一、直流電機(jī)的空載磁場一、直流電機(jī)的空載磁場 直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者很小，電樞磁動直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者很小，電樞磁動勢也很小，且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)無負(fù)勢也很小，且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)無負(fù)載，發(fā)電機(jī)不輸出電功率，電動機(jī)不輸出機(jī)械功率。載，發(fā)電機(jī)不輸出電功率，電動機(jī)不輸出機(jī)械功率。 所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場可認(rèn)為就是主磁場，即由所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場可認(rèn)為就是主磁場，即由勵(lì)磁磁動勢單獨(dú)建立的磁場。勵(lì)磁磁動勢單獨(dú)建立的磁場。 當(dāng)勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流，各主磁極極性依次

23、呈現(xiàn)為當(dāng)勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為 N N 極極和和 S S 極，由于電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對稱，不論極數(shù)多少，每對極的磁極，由于電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對稱，不論極數(shù)多少，每對極的磁路是相同的，因此只要分析一對極的磁路情況就可以了。路是相同的，因此只要分析一對極的磁路情況就可以了。圖圖1-23 1-23 直流電機(jī)空載時(shí)的磁場分布示意圖直流電機(jī)空載時(shí)的磁場分布示意圖 從圖中看出，由從圖中看出，由N N極出來的磁通，大部分極出來的磁通，大部分經(jīng)過氣隙和電樞齒經(jīng)過氣隙和電樞齒, ,再再經(jīng)過電樞磁軛到另一部經(jīng)過電樞磁軛到另一部分的電樞齒分的電樞齒, ,又通過氣又通過氣隙進(jìn)入隙進(jìn)入S S極，再經(jīng)過定極，再

24、經(jīng)過定子磁軛回到原來出發(fā)的子磁軛回到原來出發(fā)的N N極，成為閉合回路。極，成為閉合回路。 圖圖1-231-23是一臺四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場分布示意圖是一臺四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場分布示意圖（一對極的情形）。（一對極的情形）。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，或者產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，或者產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，把這部分磁通稱為把這部分磁通稱為主磁通主磁通，用，用表示。表示。 此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過相鄰的磁極或此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過相鄰的磁極或定子磁軛形成閉合回路，這部分磁通僅與勵(lì)磁繞組相匝鏈，稱為定子磁軛形成閉合回路，這部分磁通僅與

25、勵(lì)磁繞組相匝鏈，稱為漏磁通漏磁通，用，用表示。表示。 NS這部分磁通同時(shí)匝鏈著這部分磁通同時(shí)匝鏈著勵(lì)磁繞組和電樞繞組，勵(lì)磁繞組和電樞繞組， 主磁通磁路的氣隙較小，磁導(dǎo)較大，漏磁通磁路的氣隙較主磁通磁路的氣隙較小，磁導(dǎo)較大，漏磁通磁路的氣隙較大，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路的磁動勢是相同的。大，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路的磁動勢是相同的。 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)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通不與電樞繞組相匝鏈，漏磁通不與電樞繞組相匝鏈，沒有這個(gè)作沒有這個(gè)作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。用，它

26、只是增加主磁極磁路的飽和程度。因此，可只分析主磁通。因此，可只分析主磁通。當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為為 ，流過電流，流過電流 ，每，每極的勵(lì)磁磁動勢為：極的勵(lì)磁磁動勢為：fNfIfffNIF 所以漏磁通在數(shù)量上比主磁通要小得多，大約是主磁通的所以漏磁通在數(shù)量上比主磁通要小得多，大約是主磁通的（15152020）% %左右。左右。 空載時(shí)，勵(lì)磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的空載時(shí)，勵(lì)磁磁動勢主要消耗在氣隙上。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。狀。 若不考慮鐵磁材料和齒槽的影

27、響，在極靴下，氣隙小且均勻，若不考慮鐵磁材料和齒槽的影響，在極靴下，氣隙小且均勻，氣隙中沿電樞表面上各點(diǎn)磁通密度較大且基本為常數(shù)；在極靴范氣隙中沿電樞表面上各點(diǎn)磁通密度較大且基本為常數(shù)；在極靴范圍外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減小，在磁極之間的幾何中圍外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減小，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。性線處，氣隙磁通密度為零。 如圖如圖1-241-24（a a）所示，）所示，幾何中性線幾何中性線極靴極靴極身極身氣隙形狀氣隙形狀圖圖1-241-24（a a） 空載時(shí)的氣隙磁通密度為一空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如圖平頂波，如圖1-24(b) 1-24(b) 所示

28、。所示。 空載時(shí)主磁極磁通的分布空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如圖情況，如圖1-24(c) 1-24(c) 所示。所示。圖圖1-241-24（b b）圖圖1-241-24（c c） 在直流電機(jī)中，為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，氣隙里要在直流電機(jī)中，為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，氣隙里要有一定數(shù)量的主磁通有一定數(shù)量的主磁通，也就是需要有一定的勵(lì)磁磁動勢，也就是需要有一定的勵(lì)磁磁動勢FfFf。勵(lì)。勵(lì)磁磁動勢變化時(shí)，主磁通也隨之改變。我們把空載時(shí)主磁通磁磁動勢變化時(shí)，主磁通也隨之改變。我們把空載時(shí)主磁通與與勵(lì)磁磁動勢勵(lì)磁磁動勢F Ff f或勵(lì)磁電流或勵(lì)磁電流I If f的關(guān)系曲線稱為的關(guān)系曲線稱為直流

29、電機(jī)的磁化曲線直流電機(jī)的磁化曲線，如圖如圖1-251-25所示，它表明了電機(jī)磁路的特性。所示，它表明了電機(jī)磁路的特性。圖圖1-251-25 直流電機(jī)的磁化曲線直流電機(jī)的磁化曲線 當(dāng)磁通較小時(shí)，鐵磁部分沒有飽和，當(dāng)磁通較小時(shí)，鐵磁部分沒有飽和，磁壓降很小，整個(gè)磁路的磁動勢幾乎全磁壓降很小，整個(gè)磁路的磁動勢幾乎全部消耗在氣隙上，而氣隙的導(dǎo)磁系數(shù)是部消耗在氣隙上，而氣隙的導(dǎo)磁系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，因此曲線近似為一直線（圖一個(gè)常數(shù)，因此曲線近似為一直線（圖中中0A0A段）；當(dāng)磁通增大時(shí)，曲線逐漸彎段）；當(dāng)磁通增大時(shí)，曲線逐漸彎曲，很大時(shí)，呈飽和特性。曲，很大時(shí)，呈飽和特性。fNI0fF0fIINfIA0N0

30、 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，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)，額定磁一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中A A點(diǎn)（膝部）點(diǎn)（膝部），即，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。位置。N 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)生的磁動勢稱為磁動勢稱為電樞磁動勢電樞磁動勢。它的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。它的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。 圖圖1-261-26（a a）為一臺電刷放在幾何中性）為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布情況。線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布

31、情況。 假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢交軸磁動勢。二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場及電樞反應(yīng)二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場及電樞反應(yīng) 從對電樞繞組的分析可知，不論什從對電樞繞組的分析可知，不論什么型式的繞組，其各支路中的電流是通么型式的繞組，其各支路中的電流是通過電刷引入或引出的。在同一支路內(nèi)元過電刷引入或引出的。在同一支路內(nèi)元件中電流方向是相同的，而在同一電刷件中電流方向是相同的，而在同一電刷兩側(cè)的元件中，電流方向總是相反的。兩側(cè)的元件中，

32、電流方向總是相反的。因此，電刷是電樞表面導(dǎo)體中電流方向因此，電刷是電樞表面導(dǎo)體中電流方向的分界線。的分界線。 圖圖1-261-26（a a）電樞磁場）電樞磁場 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則有無窮多整距元件分布，則電電樞磁動勢樞磁動勢在氣隙圓周方向空間在氣隙圓周方向空間分布呈分布呈三角波三角波，如右圖，如右圖 所所示。示。axF 由于主磁極下氣隙長度基由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的為對稱的馬鞍型馬鞍型，

33、如圖中，如圖中 所示。所示。axBaxFaxB圖圖1-261-26（b b）電樞磁動勢和磁場的分布）電樞磁動勢和磁場的分布 當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中就電樞繞組中就有電流流過，它將產(chǎn)生一個(gè)電樞磁動勢。因此，氣隙中的磁場是有電流流過，它將產(chǎn)生一個(gè)電樞磁動勢。因此，氣隙中的磁場是勵(lì)磁磁動勢和電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。通常把負(fù)載時(shí)電樞磁勵(lì)磁磁動勢和電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。通常把負(fù)載時(shí)電樞磁動勢對主磁場的影響稱為動勢對主磁場的影響稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)，電樞反應(yīng)對直流電機(jī)的運(yùn)行，電樞反應(yīng)對直流電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。性能影響很大。 顯然，

34、電樞反應(yīng)將與電刷的位置有關(guān)，下面將以直流發(fā)電機(jī)顯然，電樞反應(yīng)將與電刷的位置有關(guān)，下面將以直流發(fā)電機(jī)為例，分別討論不同電刷位置時(shí)的電樞反應(yīng)。為例，分別討論不同電刷位置時(shí)的電樞反應(yīng)。1 1、電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)、電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng) 在電樞磁動勢的作用下，當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主在電樞磁動勢的作用下，當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況。如圖情況。如圖1-271-27（a a）所示。）所示。圖圖1-271-27（a a） 交軸電樞反應(yīng)磁場分布交軸電樞反應(yīng)磁場分布 若電樞上

35、半部分電流方向若電樞上半部分電流方向?yàn)榱鞒黾埫?，則電樞下半部分為流出紙面，則電樞下半部分電流方向?yàn)榱魅爰埫?，其電樞電流方向?yàn)榱魅爰埫妫潆姌写艌龃帕€分布如圖示。磁場磁力線分布如圖示。 此時(shí)電樞磁場的軸線與電此時(shí)電樞磁場的軸線與電刷軸線重合，并與主極軸線垂刷軸線重合，并與主極軸線垂直，這時(shí)的電樞磁動勢稱為直，這時(shí)的電樞磁動勢稱為交交軸電樞磁動勢軸電樞磁動勢，它對主磁場的，它對主磁場的影響稱為影響稱為交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)。 如果主極極性如圖所示，如果主極極性如圖所示， 把主磁場與電樞磁場合成，將合成把主磁場與電樞磁場合成，將合成磁場與主磁場比較，可看出電樞磁動勢將對主磁場產(chǎn)生很大的影磁場與主

36、磁場比較，可看出電樞磁動勢將對主磁場產(chǎn)生很大的影響，即電樞反應(yīng)。響，即電樞反應(yīng)。 NSxB0axBxB電樞磁場磁通電樞磁場磁通密度分布曲線密度分布曲線Bax x主磁場的主磁場的磁通密度磁通密度分布曲線分布曲線Box ox兩條曲線逐點(diǎn)疊加后兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場的磁通密度分布曲線的磁通密度分布曲線Bx圖圖1-271-27（b b）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線下面通過磁通密度分布曲線說明電樞反應(yīng)的作用下面通過磁通密度分布曲線說明電樞反應(yīng)的作用如圖如圖1-271-27（b b）所示）所示: :比較比較Bx x 和和Box ox 兩條曲線，

37、得出電樞反應(yīng)的性質(zhì)：兩條曲線，得出電樞反應(yīng)的性質(zhì)： 磁場為零的位置磁場為零的位置由空載時(shí)在幾何中性由空載時(shí)在幾何中性線逆轉(zhuǎn)向移動了一個(gè)線逆轉(zhuǎn)向移動了一個(gè)角度角度。 說明物理中性線說明物理中性線與幾何中性線不再重與幾何中性線不再重合。合。xB0axBxB圖圖1-271-27（b b）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線 每一磁極下，主每一磁極下，主磁場一半被削弱，另磁場一半被削弱，另一半被加強(qiáng)。一半被加強(qiáng)。幾何中性線幾何中性線物理中性線物理中性線（1）使氣隙磁場發(fā)生畸變 圖圖1-271-27（a a） 交軸電樞反應(yīng)磁場分布交軸電樞反應(yīng)磁場分布 物理中性線是指電機(jī)物理中性線是

38、指電機(jī)中中N N極與極與S S極的分界線，此極的分界線，此處磁場為零。處磁場為零。 幾何中性線是指電氣幾何中性線是指電氣結(jié)構(gòu)上兩磁極的中線。結(jié)構(gòu)上兩磁極的中線。 （2）對主磁場起去磁作用 磁路不飽和時(shí)，主磁磁路不飽和時(shí)，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極下的磁的數(shù)量，因此每極下的磁通量與空載時(shí)相同。但是通量與空載時(shí)相同。但是電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加高，鐵心磁阻增大，增加的磁通會少些，因此負(fù)載的磁通會少些，因此負(fù)載時(shí)時(shí)合成磁場每極磁通比空

39、合成磁場每極磁通比空載時(shí)每極磁通略有減少，載時(shí)每極磁通略有減少，這就是電樞反應(yīng)的去磁作這就是電樞反應(yīng)的去磁作用用。 xB0axBxB圖圖1-271-27（b b）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線2 2、電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)、電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)如圖如圖1-281-28所示，所示，圖圖1-28 1-28 電刷不在幾何中性線上的電樞反應(yīng)電刷不在幾何中性線上的電樞反應(yīng)NS假設(shè)電刷從幾何中性線順電樞轉(zhuǎn)向移動假設(shè)電刷從幾何中性線順電樞轉(zhuǎn)向移動角角 度，因?yàn)殡娝⑹请姌斜砻鎸?dǎo)體度，因?yàn)殡娝⑹请姌斜砻鎸?dǎo)體 電流方向的分界線，故電樞磁電流方向的分界線，故電樞磁 動勢

40、軸線也隨之移動動勢軸線也隨之移動角。角。 這時(shí)電樞磁動勢可分解為這時(shí)電樞磁動勢可分解為兩個(gè)相互垂直的分量：交軸電兩個(gè)相互垂直的分量：交軸電樞磁動勢樞磁動勢F Faqaq和直軸電樞磁動勢和直軸電樞磁動勢F Fadad。FaqFad 交軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)在前交軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)在前面作了分析，直軸電樞反應(yīng)若面作了分析，直軸電樞反應(yīng)若F Fadad和主磁場方向相同，起增磁和主磁場方向相同，起增磁作用；相反則起去磁作用。作用；相反則起去磁作用。n n 必須說明，為了使電樞反應(yīng)能起增磁作用而移動電刷，從換必須說明，為了使電樞反應(yīng)能起增磁作用而移動電刷，從換向的角度看，都是不允許的。向的角度看，都是不允許的。

41、 上述分析是以發(fā)電機(jī)上述分析是以發(fā)電機(jī)為例說明的。對電動機(jī)為例說明的。對電動機(jī)而言，若保持主磁場的而言，若保持主磁場的極性和電樞電流的方向極性和電樞電流的方向不變，則可看出電動機(jī)不變，則可看出電動機(jī)的轉(zhuǎn)向?qū)⑴c發(fā)電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)向?qū)⑴c發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)向相反，其電樞時(shí)的轉(zhuǎn)向相反，其電樞反應(yīng)比較如下：反應(yīng)比較如下：電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)交軸和直軸去磁交軸和直軸去磁交軸和直軸增磁交軸和直軸增磁電動機(jī)電動機(jī)交軸和直軸增磁交軸和直軸增磁交軸和直軸去磁交軸和直軸去磁第五節(jié)第五節(jié) 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢的計(jì)算電動勢的計(jì)算一、電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)

42、算一、電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時(shí)電樞繞組中有電樞電流流過時(shí), ,在磁場內(nèi)受電磁力的作用在磁場內(nèi)受電磁力的作用, ,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。大小大小: :2emaTapNT IC Ia為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中其中apNCT2eTCC9.55 可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通及電樞電可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通及電樞電流成正比。流成正比。性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)制動制動( (與轉(zhuǎn)速方向相反與轉(zhuǎn)速方向相反) )； 電動機(jī)電動機(jī)驅(qū)動驅(qū)動( (與轉(zhuǎn)速方向相同與轉(zhuǎn)速方向相同) )。二、電

43、樞感應(yīng)電動勢的計(jì)算二、電樞感應(yīng)電動勢的計(jì)算產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí), ,主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動勢簡稱為電主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動勢簡稱為電樞電動勢。樞電動勢。大小大小: :60aepNE nC na)(電動勢常數(shù)電動勢常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中其中apNCe60可見可見,直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、每極磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、每極磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源電勢電源電勢( (與電樞電流同方向與電樞電流同方向);); 電動機(jī)電動機(jī)反電勢反電勢( (與電樞電流反方向與電樞電流反方向).).第六節(jié)第六節(jié) 直流電機(jī)的換向直流

44、電機(jī)的換向一、換向概述一、換向概述 直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時(shí)支路時(shí), ,元件里的電流方向改變，即元件里的電流方向改變，即換向換向。 為了分析方便假定換向片的寬度等于為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。電刷的寬度。元件1av1 2 電刷與換向片電刷與換向片1 1接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1 中的中的電流方向如圖所示，大小為電流方向如圖所示，大小為 。aii aiiaiiai 2aiai2i1i 電樞移到電刷與換向片電樞移到電刷與換向片2 2接觸時(shí)，元接觸時(shí)，元件件1 1的被短路，電流被分流。的被短路，電流

45、被分流。iiai 2aiai2i1i 電刷僅與換向片電刷僅與換向片2 2接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1 中中的電流方向如圖所示，大小為的電流方向如圖所示，大小為aiiaiiaii ai 2aiai2i1i 元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周換向周期期。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電。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)過電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過程。樞繞組每個(gè)元件在經(jīng)過電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過程。 換向問題很復(fù)雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生換向問題很復(fù)雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)

46、火花超過一定程度，就會燒壞電刷和換向器，使電火花。當(dāng)火花超過一定程度，就會燒壞電刷和換向器，使電機(jī)不能正常工作。機(jī)不能正常工作。 產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。因。此外換向過程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。二、二、換向的電磁理論換向的電磁理論（一）換向元件中的電動勢：（一）換向元件中的電動勢：1 1、電抗電動勢、電抗電動勢ex 由自感電動勢和互感電動勢合成。由自感電動勢和互感電動勢合成。自感電動勢自感電動勢 和互感電動勢和互感電動勢 ：換向元件（線圈）在換向過：換向元件（線圈）在換向

47、過程中電流改變而產(chǎn)生的。程中電流改變而產(chǎn)生的。LeMe 根據(jù)楞次定律，電抗電動勢的作用是阻止電流變化的，其根據(jù)楞次定律，電抗電動勢的作用是阻止電流變化的，其方向總是阻礙換向的，即與換向前的電流方向相同。方向總是阻礙換向的，即與換向前的電流方向相同。2 2、旋轉(zhuǎn)電動勢、旋轉(zhuǎn)電動勢er是由于換向元件切割換向區(qū)域內(nèi)的磁場而感應(yīng)的電動勢。是由于換向元件切割換向區(qū)域內(nèi)的磁場而感應(yīng)的電動勢。方向取決于換向極磁場的極性，為了改善換向，換向極磁動勢總方向取決于換向極磁場的極性，為了改善換向，換向極磁動勢總是與極下電樞磁動勢的方向相反。是與極下電樞磁動勢的方向相反。因此換向元件中的總電動勢為因此換向元件中的總電

48、動勢為e=ex+er。（二）換向元件中的電流變化規(guī)律：（二）換向元件中的電流變化規(guī)律： 設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是 和和 ，元件，元件自身的電阻為自身的電阻為 , ,流過的電流為流過的電流為 , ,元件與換向片間的連線電阻元件與換向片間的連線電阻為為 , ,元件在換向時(shí)的回路方程：元件在換向時(shí)的回路方程：1bR2bRRikR11kbkbRi (RR)i (RR)ie 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，則可推

49、導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律為化規(guī)律為bR2kalkkkkbkeTtiiiiTTTR ()tTt1 1、直線換向、直線換向當(dāng)當(dāng)e=0=0時(shí)，電流時(shí)，電流i與時(shí)間與時(shí)間t t呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。ai直線換向直線換向aikTt02 2、延遲換向、延遲換向當(dāng)當(dāng)e0 0時(shí)，換向元件電流時(shí)，換向元件電流隨時(shí)間不是線性變化，出現(xiàn)隨時(shí)間不是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。電流延遲現(xiàn)象。延遲換向延遲換向3 3、超越換向、超越換向當(dāng)當(dāng)e0 0時(shí)，換向元件電流時(shí)，換向元件電流隨時(shí)間不是線性變化，出現(xiàn)隨時(shí)間不是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。電流超前現(xiàn)象。超越換向超越換向三、改善三、改善換向的方法換向的方法 除了直線換

50、向外，延遲和超越換向時(shí)的合成電動勢不為零，除了直線換向外，延遲和超越換向時(shí)的合成電動勢不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會在電換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會在電刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。產(chǎn)生火花。 改善換向一般采用以下方法：改善換向一般采用以下方法：選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻裝設(shè)換向磁極裝設(shè)換向磁極位于幾何中性線處裝換向磁位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，

51、在換向元件處產(chǎn)生換向聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢大型直流電機(jī)在主磁極大型直流電機(jī)在主磁極極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢的磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢第七節(jié)第七節(jié) 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)一、直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式一、直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式 供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱為供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱為勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式。分為。分為他勵(lì)他勵(lì)和和自勵(lì)自勵(lì)兩大類，自勵(lì)方式又分兩大類，自勵(lì)方式又分并勵(lì)并勵(lì)、串勵(lì)串勵(lì)和和復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)三種方式。三種方式。1 1、他勵(lì)、他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流：直流電機(jī)的

52、勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。由其它直流電源單獨(dú)供給。aIIGUfUfIaII 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：和負(fù)載電流相同，即：2 2、并勵(lì)、并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足樞繞組并聯(lián)。且滿足afI = I+ IUIaEaIfI3 3、串勵(lì)、串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足滿足afI = I= IUIaIfIaE4 4、復(fù)勵(lì)：、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)。組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一

53、個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。IaEUaI1fI2fIUaEIaI1fI2fI二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式如圖規(guī)定各物理量的參考方向如圖規(guī)定各物理量的參考方向 UaI1T0TemTnaEfIfU（一）電動勢平衡方程式（一）電動勢平衡方程式2aaabaaEUI RUUI R從方程式可見，直流發(fā)電機(jī)滿足從方程式可見，直流發(fā)電機(jī)滿足aEU（二）（二） 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式emT發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動機(jī)輸入給的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動機(jī)輸入給的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 、電磁轉(zhuǎn)、電磁轉(zhuǎn)矩矩 和機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩和機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩 。轉(zhuǎn)矩平衡方程為：。轉(zhuǎn)矩平衡方程

54、為：1T0T10emTTT（三）（三） 功率平衡方程式功率平衡方程式原動機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率原動機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率 1Pmecp機(jī)械摩擦損耗機(jī)械摩擦損耗、鐵損耗鐵損耗Fep、附加損耗附加損耗 adp空載損耗空載損耗 包括：包括：0p電磁功率電磁功率aaememIETPPP01aE 電磁功率電磁功率一方面代表電動勢為一方面代表電動勢為 的電源輸出電流的電源輸出電流 時(shí)發(fā)出時(shí)發(fā)出的電功率，一方面又代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)克服電磁轉(zhuǎn)矩所消耗的機(jī)的電功率，一方面又代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)克服電磁轉(zhuǎn)矩所消耗的機(jī)械功率。械功率。aICuaP電樞回路電阻及電刷與換向器表面接觸電阻上的銅損耗電樞回路電阻及電刷與換向器表

55、面接觸電阻上的銅損耗輸出的電功率輸出的電功率CuaemPPP2cufp自勵(lì)發(fā)電機(jī)中還應(yīng)減去勵(lì)磁損耗自勵(lì)發(fā)電機(jī)中還應(yīng)減去勵(lì)磁損耗三、他勵(lì)發(fā)電機(jī)的特性三、他勵(lì)發(fā)電機(jī)的特性（一）空載特性（一）空載特性1Cn0I)f(IUf定義定義: :當(dāng)當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， 空載時(shí)空載時(shí)aEU)(faIfE 空載特性實(shí)質(zhì)上就是空載特性實(shí)質(zhì)上就是 。所以空載特性曲線的形狀與空載磁所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同?；匦郧€相同?？蛰d特性曲線上升分支空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線平均空載特性曲線UfI 直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線性的的，上升

56、與下降的過程是不相性的的，上升與下降的過程是不相同的。實(shí)際中通常取平均特性曲線同的。實(shí)際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線。作為空載特性曲線。（二）外特性（二）外特性NnnfNfII f(I)U 定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， 他勵(lì)他勵(lì)并勵(lì)U0U0I 由曲線可見，負(fù)載電流增大時(shí)，端由曲線可見，負(fù)載電流增大時(shí)，端電壓有所下降。電壓有所下降。aaeRInCU 根據(jù)根據(jù) 可知可知端電壓下降端電壓下降有兩個(gè)原因：有兩個(gè)原因：1 1)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，使電動勢減少；用使每極磁通量減少，使電動勢減少

57、；2)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。降。（三）調(diào)節(jié)特性（三）調(diào)節(jié)特性1Cn2CU f(I)If定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， fI0I 由曲線可見，在負(fù)載電流變化由曲線可見，在負(fù)載電流變化時(shí)，若保持端電壓不變，必須改變時(shí)，若保持端電壓不變，必須改變勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對對輸出端電壓的影響路電阻壓降對對輸出端電壓的影響. .四、并勵(lì)發(fā)電機(jī)四、并勵(lì)發(fā)電機(jī) 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁是由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供的，而并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁是由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵(lì)磁電流作用

58、下建立的，這一點(diǎn)與他勵(lì)發(fā)電機(jī)不端電壓是在勵(lì)磁電流作用下建立的，這一點(diǎn)與他勵(lì)發(fā)電機(jī)不同。并勵(lì)發(fā)電機(jī)建立電壓的過程稱為自勵(lì)過程，滿足建壓的同。并勵(lì)發(fā)電機(jī)建立電壓的過程稱為自勵(lì)過程，滿足建壓的條件稱為自勵(lì)條件。條件稱為自勵(lì)條件。（一）自勵(lì)過程（一）自勵(lì)過程fI0U10fIA20U 曲線曲線1 1為空載特性曲線為空載特性曲線, ,曲線曲線2 2為勵(lì)磁回路總電阻為勵(lì)磁回路總電阻 特性曲線，特性曲線，也稱場阻線也稱場阻線 。 fffUI R fR 原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果主磁原動機(jī)帶動發(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)電極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動勢。在電動勢作用下勵(lì)磁

59、回路產(chǎn)生動勢。在電動勢作用下勵(lì)磁回路產(chǎn)生 。fIfIffRI 如果勵(lì)磁繞組和電樞繞組連接正確，如果勵(lì)磁繞組和電樞繞組連接正確， 勵(lì)磁電流產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動勢增大，主磁路磁通增加，電動勢增大， 增加。增加。如此不斷增長，直到勵(lì)磁繞組兩端的電壓如此不斷增長，直到勵(lì)磁繞組兩端的電壓與與 相等，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點(diǎn)相等，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點(diǎn)A A。增大增大 , ,場阻線變?yōu)榍€場阻線變?yōu)榍€3 3時(shí)，時(shí)， 稱為臨界電阻稱為臨界電阻 。fRfRcrR3若再增加勵(lì)磁回路電阻，發(fā)電機(jī)將不能自勵(lì)。若再增加勵(lì)磁回路電阻，發(fā)電機(jī)將不能自勵(lì)?？梢姡?/p>

60、勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件有：可見，并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件有：（1）電機(jī)的主磁路有剩磁（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵(lì)磁繞組極性要正確（3）勵(lì)磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻（二）運(yùn)行特性（二）運(yùn)行特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性和調(diào)節(jié)特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)并無多大區(qū)別。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性和調(diào)節(jié)特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)并無多大區(qū)別。下面只分析并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性。下面只分析并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)相似，也是一條下降曲線。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)相似，也是一條下降曲線。 對并勵(lì)發(fā)電機(jī)，除了像他勵(lì)發(fā)電機(jī)存在的電樞反應(yīng)去磁作用對并勵(lì)發(fā)電機(jī)，除了像他勵(lì)發(fā)電機(jī)存在的電樞反應(yīng)去磁作用和電樞回路上的