第五篇直流電機

1、 第第5篇篇 直直 流流 電電 機機第第17章章 直流電機的工原理和主要直流電機的工原理和主要結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n1.1.1直流電機的主要結(jié)構(gòu)：直流電機的主要結(jié)構(gòu)：如圖所示，如圖所示， 直流電機由靜止的部分直流電機由靜止的部分定子定子和旋轉(zhuǎn)的部分和旋轉(zhuǎn)的部分轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成：兩大部分構(gòu)成：1、定子部分：定子包括機座、主磁極、換、定子部分：定子包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。向極和電刷裝置等。1）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用損耗，主磁極鐵心用11.2mm厚的低碳厚的

2、低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。座上。 主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場,使電樞繞祖在此磁場的作用下感應(yīng)電動勢和使電樞繞祖在此磁場的作用下感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.2）、換向極：換向極又稱附加極或間極）、換向極：換向極又稱附加極或間極,其作其作用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。3）、機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，）、機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固定主磁極、換向

3、極及端蓋等，起二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用。因此要求機座有好的導(dǎo)磁機械支承的作用。因此要求機座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機械強度與剛度。機座通常用性能及足夠的機械強度與剛度。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。鑄鋼或厚鋼板焊成。4）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。器相配合，起到整流或逆變器的作用。 2、轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞、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、風(fēng)扇、軸和鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等

4、。軸承等。n1）電樞鐵心：示電機主磁路的一部分，）電樞鐵心：示電機主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋用來嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)時 電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。2）電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律）電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機的主要電路聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機的主要電路部分，也是通過電流和感應(yīng)電動勢，從而實部分，也是通過電流和感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)

5、換的關(guān)鍵性部件?，F(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。1.1.2 直流電機的工作原理：直流電機的工作原理：1、直流發(fā)電機的工作原理：、直流發(fā)電機的工作原理：如圖所示：如圖所示： 從以上分析可以看出，線圈中的電動勢及從以上分析可以看出，線圈中的電動勢及電流的方向是交變的，只是經(jīng)過電刷和換向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)電機實質(zhì)上是帶有換向器的直流電。直流發(fā)電機實質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機。交流發(fā)電機。2、直流電動機的工作原理：、直流電動機的工作原理： 從以上分析可見，在直流電動機中，線圈從以上分析可見，在直

6、流電動機中，線圈中的電流是交變的，但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向中的電流是交變的，但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向是恒定的。是恒定的。 n3、直流電機的可逆性：、直流電機的可逆性： 一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已而已。如果用原動機拖動電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就。如果用原動機拖動電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電源對負(fù)載供電；如果在電刷端外加直流電壓，源對負(fù)載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動機就可以帶動軸上的機械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，則電動機就可以

7、帶動軸上的機械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機械能。從而把電能轉(zhuǎn)變成機械能。這種同一臺電機這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。理論中稱為可逆原理。n1.1.3直流電機的額定值：直流電機的額定值： 為了使電機安全可靠為了使電機安全可靠地工作，且保持優(yōu)良的運行性能，電機廠家根據(jù)地工作，且保持優(yōu)良的運行性能，電機廠家根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及電機的設(shè)計數(shù)據(jù)，對每臺電機在運行國家標(biāo)準(zhǔn)及電機的設(shè)計數(shù)據(jù)，對每臺電機在運行中的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)定了保證值，中的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)定了保證值，這些保證值稱為電機的額定值。直流電機的額定這些

8、保證值稱為電機的額定值。直流電機的額定值有：值有：n 1額定容量額定容量 （功率）（功率）（kW）n 2額定電壓額定電壓 （V）；）；n 3額定電流額定電流 （A）;n 4額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 （rmin）；）；n 5勵磁方式和額定勵磁電流勵磁方式和額定勵磁電流 （A）NPNUNINnfNI注意：額定容量，對直流發(fā)電機來說，是指對直流發(fā)電機來說，是指電刷端輸出的電功率，對直流電動機來說，電刷端輸出的電功率，對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率是指軸上輸出的機械功率。n所以，直流發(fā)電機的額定容量為：所以，直流發(fā)電機的額定容量為：n而直流電動機的額定功率為：而直流電動機的額定功率為：NNNIUPN

9、NNNIUP1.2 直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組n電樞繞組是直流電機的核心部分，在電機電樞繞組是直流電機的核心部分，在電機的機電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。的機電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。 因此，電樞繞組須滿足以下要求：n在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢前提下，盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料，前提下，盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料，n并且要結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠等。并且要結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠等。n n1.2.1 名詞術(shù)語介紹名詞術(shù)語介紹n（1）極軸線：磁極的中心線；）極軸線：磁極的中心線；n（2）幾何中性線：磁極之間的平分線，）幾何中性線：磁極之間的

10、平分線，n（3） ：極對數(shù)；：極對數(shù)；n（4） 極距：在電樞鐵心表面上，一個極距：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離?？捎貌蹟?shù)表示，極所占的距離。可用槽數(shù)表示， （槽），式中（槽），式中Z為電樞總槽數(shù)；為電樞總槽數(shù)；n （5）元件（線圈）：是繞組的一個基本）元件（線圈）：是繞組的一個基本單元，可為單匝，也可為多匝，單元，可為單匝，也可為多匝， ppZ2n（6）元件節(jié)距）元件節(jié)距 （第一節(jié)距）：元件兩（第一節(jié)距）：元件兩條邊的距離，以槽數(shù)計，總是整數(shù)條邊的距離，以槽數(shù)計，總是整數(shù),n 整數(shù)整數(shù) n :是使湊成整數(shù)的分?jǐn)?shù)。是使湊成整數(shù)的分?jǐn)?shù)。n 7）合成節(jié)距）合成節(jié)距 n8）換向器節(jié)距）換向器節(jié)距

11、 通常用換向片數(shù)通常用換向片數(shù)K來來表示。表示。1ypZy21yky1.2.2 單疊繞組單疊繞組 元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片上，換向片上， 第一個元件的下層邊第一個元件的下層邊（虛線）連接著第二個元件的上層邊，它（虛線）連接著第二個元件的上層邊，它放在第一元件上層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。放在第一元件上層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。下面通過例子說明單疊繞組如何連接，有下面通過例子說明單疊繞組如何連接，有何特點。何特點。例例:已知某直流電機的極對數(shù)已知某直流電機的極對數(shù) =2 ,槽數(shù)槽數(shù)件數(shù)件數(shù)S及換向片數(shù)為及換向片數(shù)為 ,試試畫出單疊繞組展開圖。畫出單疊繞

12、組展開圖。1kypZ16KSZn解：解：1計算繞組數(shù)據(jù)計算繞組數(shù)據(jù)因為是單疊，所以因為是單疊，所以 2畫繞組展開圖畫繞組展開圖:（1）先畫）先畫16根等長、等距的實線，代表各根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。代表各槽下層元件邊。 4221621pZy1kyyn（2）根據(jù)）根據(jù) ，畫出第一個元件的上下層，畫出第一個元件的上下層邊（邊（15槽），令上層邊所在的槽號為元槽），令上層邊所在的槽號為元件號；件號；n（3）接上換向片，）接上換向片，1、2片之間對準(zhǔn)元件片之間對準(zhǔn)元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號；

13、中心線，之后等分換向器，定出換向片號；n（4）畫出第二個元件，上層邊在第）畫出第二個元件，上層邊在第2槽，槽，與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6槽與槽與3號換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把號換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把16個元件全部聯(lián)起來。個元件全部聯(lián)起來。1yn（5）放磁極：磁極寬度約為均勻分布在圓周上，）放磁極：磁極寬度約為均勻分布在圓周上，N極磁力極磁力 線垂直向里（進入紙面），線垂直向里（進入紙面），S極向外極向外（從紙面穿出）；（從紙面穿出）；n（6）放電刷：對準(zhǔn)在磁極軸線下，畫一個換向）放電刷：對準(zhǔn)在磁極軸線下，畫一個換向片寬（實際上片寬（實際上K很

14、多，電刷寬很多，電刷寬23片寬）。并片寬）。并把相同極性下的電刷并聯(lián)起來。實際運行時，電把相同極性下的電刷并聯(lián)起來。實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是被電刷所短但是被電刷所短路的元件，永遠(yuǎn)都是處于電機的幾何中性線，其路的元件，永遠(yuǎn)都是處于電機的幾何中性線，其感應(yīng)電動勢是接近零的。為使正、負(fù)電刷間引出感應(yīng)電動勢是接近零的。為使正、負(fù)電刷間引出的電動勢最大，我們已知被電刷所短路的元件電的電動勢最大，我們已知被電刷所短路的元件電動勢為零，在元件端接線對稱的情況下，電刷的動勢為零，在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置應(yīng)在磁極中性線下，所以習(xí)慣上稱為實際位置應(yīng)

15、在磁極中性線下，所以習(xí)慣上稱為“電刷放在幾何中性線位置電刷放在幾何中性線位置”n2.單疊繞組電路圖單疊繞組電路圖:n為了進一步說明單疊繞為了進一步說明單疊繞組各個元件的聯(lián)接次序組各個元件的聯(lián)接次序及其電動勢分布情況，及其電動勢分布情況，按圖將各元件的聯(lián)接順按圖將各元件的聯(lián)接順序，可得到如圖所示的序，可得到如圖所示的繞組電路圖。繞組電路圖。n從以上分析可以總結(jié)出，從以上分析可以總結(jié)出，單疊繞組具有以下特點：單疊繞組具有以下特點：n（1）元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片）元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片 上；上；n（2）并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，）并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)， ； n（3）整個電樞繞

16、組的閉合回路中，感應(yīng)電動勢）整個電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動勢的總和為零，繞組內(nèi)部無的總和為零，繞組內(nèi)部無“環(huán)流環(huán)流”；n（4）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)； n（5）正負(fù)電刷之間引出的電動勢即為每一支路）正負(fù)電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓；的電動勢，電樞電壓等于支路電壓；n（6）由正負(fù)電刷引出的電樞電流）由正負(fù)電刷引出的電樞電流 為各支路電為各支路電流之和，即流之和，即 （式中（式中 為每一條支路為每一條支路的電流，即繞組元件中流過的電流）。的電流，即繞組元件中流

17、過的電流）。 pa22aIaaaiI2ain從上面的分析可知，相同元件數(shù)時，疊繞從上面的分析可知，相同元件數(shù)時，疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(lián)元件數(shù)組并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(lián)元件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的電機。少，適用于較低電壓、較大電流的電機。對于單波繞組，支路對數(shù)永遠(yuǎn)等于對于單波繞組，支路對數(shù)永遠(yuǎn)等于1，每條，每條支路里所包含的元件數(shù)較多，所以這種繞支路里所包含的元件數(shù)較多，所以這種繞組適應(yīng)于較高電壓、較小電流的電機。至組適應(yīng)于較高電壓、較小電流的電機。至于大容量的電機，可以采用混合繞組。于大容量的電機，可以采用混合繞組。第第18章章 直流電機的磁場、電樞直流電機的磁場、電樞

18、 反應(yīng)和電樞繞組反應(yīng)和電樞繞組 18. 1 空載和負(fù)載時直流電機的磁動勢空載和負(fù)載時直流電機的磁動勢 和磁場和磁場 在介紹直流電機的空載磁場之前，我們先來了解一下直流電機是如何建立磁場的。一、直流電機的勵磁方式一、直流電機的勵磁方式：即：我們要看一下直流電機是如何給他的 勵磁繞組通電的。他勵式積復(fù)勵差復(fù)勵1 . 串勵式2 . 并勵式3 . 復(fù)勵式自勵式直流電機的勵磁方式1.他勵式：勵磁電流由其他直流電原單獨供給，勵磁繞組和電樞繞組相互獨立。2.自勵式：顧名思義，勵磁電流由電機自身供給。而根據(jù)自勵方式即電樞繞組和勵磁繞組的連接方式的不同，自勵式又分為串勵式、并勵式和復(fù)勵式：1）串勵式：電樞繞組和

19、勵磁繞組相串聯(lián)，滿足：2）并勵式：電樞繞組和勵磁繞組相并聯(lián)，滿足：faIIIafUUfaIII3）復(fù)勵式：在整個勵磁回路中，有兩套勵）復(fù)勵式：在整個勵磁回路中，有兩套勵磁繞組，一套和電樞繞組相并聯(lián)，一套磁繞組，一套和電樞繞組相并聯(lián)，一套和電樞繞組相串聯(lián)，根據(jù)兩個勵磁繞組和電樞繞組相串聯(lián)，根據(jù)兩個勵磁繞組所產(chǎn)生的磁動勢的關(guān)系，又可分為積復(fù)所產(chǎn)生的磁動勢的關(guān)系，又可分為積復(fù)勵和差復(fù)勵：勵和差復(fù)勵：積復(fù)勵：串勵繞組和并勵繞組所產(chǎn)生的磁積復(fù)勵：串勵繞組和并勵繞組所產(chǎn)生的磁動勢方向一致，互相疊加，反之，叫做動勢方向一致，互相疊加，反之，叫做差復(fù)勵：差復(fù)勵：fSFFFSfFFF二、空載時直流電機的磁場分布

20、：二、空載時直流電機的磁場分布： 空載：空載：發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機軸上不帶機械負(fù)載，軸上不帶機械負(fù)載，即電樞電流為零的狀即電樞電流為零的狀態(tài)。那么態(tài)。那么 ，這時的氣隙磁場，只由主極這時的氣隙磁場，只由主極的勵磁電流所建立，所以直流電機空載時的勵磁電流所建立，所以直流電機空載時的氣隙磁場，又稱勵磁磁場。的氣隙磁場，又稱勵磁磁場。主磁通主磁通：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機座構(gòu)成磁回路。它同時與勵磁繞組及電樞座構(gòu)成磁回路。它同時與勵磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢和繞組交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁

21、轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通， 0漏磁通：漏磁通：僅交鏈勵磁繞組本身，不進入電僅交鏈勵磁繞組本身，不進入電樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞繞組中感應(yīng)電動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為漏磁通，稱為漏磁通， 。特點：特點：1）由同一個磁動勢所產(chǎn)生）由同一個磁動勢所產(chǎn)生2）所走的路徑不同，這就導(dǎo)致了他們對）所走的路徑不同，這就導(dǎo)致了他們對應(yīng)磁路上所產(chǎn)生的磁場的分布規(guī)律不同，應(yīng)磁路上所產(chǎn)生的磁場的分布規(guī)律不同，在這里，氣隙磁場的大小和分布直接關(guān)在這里，氣隙磁場的大小和分布直接關(guān)系到電機的運行性能，所以，這一點將系到電機的

22、運行性能，所以，這一點將是我們主要研究的方向。是我們主要研究的方向。1）、如圖所示， 極靴下氣隙的遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外的氣隙，極靴下氣隙的遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外的氣隙， 顯然，極靴下沿電樞圓周各點的主磁場將明顯顯然，極靴下沿電樞圓周各點的主磁場將明顯大于極靴范圍以外，在兩極之間的幾何中心線大于極靴范圍以外，在兩極之間的幾何中心線處，磁場等于零。對于這一點，我們可以通過處，磁場等于零。對于這一點，我們可以通過數(shù)學(xué)形式來看一下：數(shù)學(xué)形式來看一下： 設(shè)電樞圓周為設(shè)電樞圓周為 軸而磁極軸線處為縱軸，又設(shè)軸而磁極軸線處為縱軸，又設(shè)電樞長度為電樞長度為 ，則離開坐標(biāo)原點為，則離開坐標(biāo)原點為 的的 范圍范圍內(nèi)的氣隙主

23、磁通為：內(nèi)的氣隙主磁通為：xlldxBdxxdxx則空載時每極主磁通為則空載時每極主磁通為： 22220dxBlldxBdxxxlBav 換言之，空載時的每極磁通是隨磁動勢換言之，空載時的每極磁通是隨磁動勢或勵磁電流的變化而變化。或勵磁電流的變化而變化。2）電機的磁化曲線：）電機的磁化曲線： 在額定狀態(tài)下，電機往往工作在飽和點附在額定狀態(tài)下，電機往往工作在飽和點附近，這樣即可以獲得較大的磁通，又不致近，這樣即可以獲得較大的磁通，又不致需要太大的勵磁磁動勢，從而可以節(jié)省鐵需要太大的勵磁磁動勢，從而可以節(jié)省鐵心和勵磁繞組的材料。心和勵磁繞組的材料。三、負(fù)載時的氣隙磁場和電樞磁動勢：三、負(fù)載時的氣隙

24、磁場和電樞磁動勢：1、負(fù)載時的氣隙磁場：、負(fù)載時的氣隙磁場：勵 磁 電 流 所 建 立 的 磁 場電 樞 電 流 所 建 立 的 磁 場氣 隙 磁 場顯然，由于電樞磁動勢的出現(xiàn)，氣隙磁場將會發(fā)生顯然，由于電樞磁動勢的出現(xiàn)，氣隙磁場將會發(fā)生變化，而這個變化的性質(zhì)將是我們下面研究的重變化，而這個變化的性質(zhì)將是我們下面研究的重點點電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)：電樞磁動勢對主極氣隙磁場的影響稱為：電樞磁動勢對主極氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)。而電樞反應(yīng)的性質(zhì)又根據(jù)其反應(yīng)方向的不同，分為而電樞反應(yīng)的性質(zhì)又根據(jù)其反應(yīng)方向的不同，分為交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)，下面我們就來具交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)，下面我們

25、就來具體的看一下他們二者對我們的氣隙磁場的分部到體的看一下他們二者對我們的氣隙磁場的分部到底會有怎樣的影響，而這個影響又和電刷在電機底會有怎樣的影響，而這個影響又和電刷在電機上位置的擺放密切相關(guān)：上位置的擺放密切相關(guān)：一、電刷在幾何中性線上的電樞磁動勢和磁場：一、電刷在幾何中性線上的電樞磁動勢和磁場：如圖可見：如圖可見：此時產(chǎn)生的是交軸磁動勢，對此時的電機此時產(chǎn)生的是交軸磁動勢，對此時的電機進行數(shù)學(xué)分析，我們得到一個有關(guān)磁動進行數(shù)學(xué)分析，我們得到一個有關(guān)磁動勢分布的表達式：勢分布的表達式： 其中，其中，A叫做電樞線負(fù)載，也就是電樞叫做電樞線負(fù)載，也就是電樞表面單位周長上的安培導(dǎo)體數(shù)，表面單位周

26、長上的安培導(dǎo)體數(shù)，x是沿是沿圓周方向的圓周方向的 距離，因此，我們可以得到距離，因此，我們可以得到磁密的空間分布式：磁密的空間分布式：AxFaxAxBaxu0 其中，其中， 為氣為氣 隙計算長度，可見，磁密的隙計算長度，可見，磁密的分布和氣息的大小是成反比關(guān)系的，這就剛分布和氣息的大小是成反比關(guān)系的，這就剛好驗證了上一節(jié)的磁密分布的曲線形式。好驗證了上一節(jié)的磁密分布的曲線形式。 二、電刷不在幾何中性線上的電樞磁動勢：二、電刷不在幾何中性線上的電樞磁動勢： 看圖：引出了直軸電樞磁動勢，看圖：引出了直軸電樞磁動勢， 直軸電樞磁動勢：電樞磁動勢的軸線與主磁極直軸電樞磁動勢：電樞磁動勢的軸線與主磁極軸

27、線重合，稱為直軸電樞磁動勢。軸線重合，稱為直軸電樞磁動勢。 三、交軸、直軸電樞反應(yīng)：三、交軸、直軸電樞反應(yīng)：1）交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞磁動勢對主極磁場）交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞磁動勢對主極磁場的影響。的影響。 在這里，我們?yōu)榱朔治鰡栴}的簡單，在這里，我們?yōu)榱朔治鰡栴}的簡單， 假定（假定（1）磁場是不飽和的，（）磁場是不飽和的，（2）發(fā)電機電）發(fā)電機電樞轉(zhuǎn)向是逆時針，電動機為順時針。這樣，樞轉(zhuǎn)向是逆時針，電動機為順時針。這樣，我們就可以對上圖進行疊加，可知我們就可以對上圖進行疊加，可知A:交軸電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁交軸電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁作用，在另半個極內(nèi)則起增磁作用，引

28、起氣作用，在另半個極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場畸變，使電樞表面磁通密度等于零的隙磁場畸變，使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，新的等于零的我們稱位置偏移幾何中性線，新的等于零的我們稱之為物理中性線。之為物理中性線。B:不計飽和，交軸電樞反應(yīng)即無增磁，亦無去不計飽和，交軸電樞反應(yīng)即無增磁，亦無去磁作用。考慮飽和時，起到去磁作用。磁作用?？紤]飽和時，起到去磁作用。2）直軸電樞反映：當(dāng)電刷不在幾何中性）直軸電樞反映：當(dāng)電刷不在幾何中性線上，出現(xiàn)了直軸電樞反應(yīng)，從圖上可線上，出現(xiàn)了直軸電樞反應(yīng)，從圖上可以看出：以看出：A:若為發(fā)電機，電刷順著旋轉(zhuǎn)的方向移動若為發(fā)電機，電刷順著旋轉(zhuǎn)的方向移動

29、一個夾角，對主極磁場而言，直軸起去一個夾角，對主極磁場而言，直軸起去磁反應(yīng)，若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動一個磁反應(yīng)，若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動一個夾角，則直軸電樞反應(yīng)將是增磁的，夾角，則直軸電樞反應(yīng)將是增磁的，B:若為電動機，剛好相反，這里不在具體若為電動機，剛好相反，這里不在具體分析。分析。18.2 直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組 繞組的重要性我們在這里不在重復(fù)，要注意的是：繞組的重要性我們在這里不在重復(fù)，要注意的是：電樞繞組的連接須滿足在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)電樞繞組的連接須滿足在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢前提下，盡可能的節(jié)省材料，并生足夠的電動勢前提下，盡可能的節(jié)省材料，并且希望結(jié)構(gòu)簡

30、單，運行可靠。且希望結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。一、介紹幾個概念：一、介紹幾個概念： （1 1）極軸線：磁極的中心線；）極軸線：磁極的中心線；（2 2）幾何中性線：磁極之間的平分線，）幾何中性線：磁極之間的平分線，（3 3） ：極對數(shù)；：極對數(shù)；p（4）極距）極距 ：在電樞鐵心表面上，一個：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離?？捎貌蹣O所占的距離?？捎貌蹟?shù)表示，數(shù)表示， （槽），式中（槽），式中Z Z為電樞總槽數(shù)；為電樞總槽數(shù)；（5）元件（線圈）：是繞組的一個基本）元件（線圈）：是繞組的一個基本單元，可為單匝，也可為多匝，元件的單元，可為單匝，也可為多匝，元件的兩個出線端分別接到兩片換向片上，并兩個出線

31、端分別接到兩片換向片上，并與其他元件相連。與其他元件相連。一個元件邊放在槽的一個元件邊放在槽的上層，另一邊放在另一槽的下層，因此，上層，另一邊放在另一槽的下層，因此，一個槽里總有上下層兩個線圈邊，稱為一個槽里總有上下層兩個線圈邊，稱為雙層繞組，見圖所示；雙層繞組，見圖所示；pZ2（6 6）元件節(jié)距（第一節(jié)距）元件節(jié)距（第一節(jié)距） ：元件兩條邊的：元件兩條邊的距離，以槽數(shù)計，總是整數(shù)。距離，以槽數(shù)計，總是整數(shù)。整數(shù)整數(shù)其中：其中： ：湊整分?jǐn)?shù)。：湊整分?jǐn)?shù)。 = 0 = 0， ，繞組稱為整距繞組，繞組稱為整距繞組 取負(fù)值，取負(fù)值， 稱為短距繞組稱為短距繞組 取正號時取正號時 ， 稱長距繞組。短距繞

32、組稱長距繞組。短距繞組端接短、省銅，且有利于換向，故常用；端接短、省銅，且有利于換向，故常用；1ypZy211y1y1y（7 7）合成節(jié)距）合成節(jié)距 ：相串聯(lián)兩個元件的：相串聯(lián)兩個元件的對應(yīng)邊在電樞表面上的距離，稱為合成對應(yīng)邊在電樞表面上的距離，稱為合成節(jié)距，通常也用槽數(shù)來表示節(jié)距，通常也用槽數(shù)來表示（8 8）換向器節(jié)距）換向器節(jié)距 ： 元件兩個出線端元件兩個出線端所接換向片的距離，通常用換向片數(shù)所接換向片的距離，通常用換向片數(shù)K K來表示。來表示。二、單疊繞組：二、單疊繞組：在這里，我們用一個具體的事例來給大家在這里，我們用一個具體的事例來給大家進行分析。進行分析。yky例：已知某直流電機的

33、極對數(shù)例：已知某直流電機的極對數(shù) 2 2，槽數(shù)，槽數(shù) 、元件數(shù)元件數(shù)S S及換向片數(shù)及換向片數(shù)K K為為: : 試畫出單疊繞組展開圖。試畫出單疊繞組展開圖。解：解：1 1計算繞組數(shù)據(jù)計算繞組數(shù)據(jù) 因為是單疊，所以因為是單疊，所以 2 2畫繞組展開圖畫繞組展開圖 為了清晰和直觀起見，工程上都把電機的電為了清晰和直觀起見，工程上都把電機的電樞繞組圖畫成沿電樞軸線切開，展成平面的樞繞組圖畫成沿電樞軸線切開，展成平面的繞組展開圖。繞組展開圖。pZ16KSZ4221621pZy1kyy（1）先畫）先畫16根等長、等距的實線，代表各槽根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫上層元件邊，再畫16根等長等

34、距的虛線，代根等長等距的虛線，代表各槽下層元表各槽下層元件邊。實際上一根實線和一根件邊。實際上一根實線和一根虛線代表一個槽，依次把槽編上號，如圖虛線代表一個槽，依次把槽編上號，如圖18-18-6 6所示；所示；（2 2）根據(jù)）根據(jù) ，畫出第一個元件的上下層邊，畫出第一個元件的上下層邊（1 15 5槽），令上層邊所在的槽號為元件號；槽），令上層邊所在的槽號為元件號；（3 3）接上換向片，）接上換向片，1 1、2 2片之間對準(zhǔn)元件中心線，片之間對準(zhǔn)元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號；之后等分換向器，定出換向片號；（4 4）畫出第二個元件，上層邊在第）畫出第二個元件，上層邊在第2 2槽，與第槽

35、，與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6 6槽與槽與3 3號換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把號換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把1616個元件全個元件全部聯(lián)起來。部聯(lián)起來。 1y5）放磁極：磁極寬度約為）放磁極：磁極寬度約為 均勻分布均勻分布在圓周上，在圓周上，N N極磁力線垂直向里（進入極磁力線垂直向里（進入紙面），紙面），S S極向外（從紙面穿出）；極向外（從紙面穿出）；6）放電刷：對準(zhǔn)在磁極軸線下，畫一個）放電刷：對準(zhǔn)在磁極軸線下，畫一個換向片寬（實際上換向片寬（實際上 K K很多，電刷寬很多，電刷寬 2 23 3片寬）。并把相同極性下的電刷并片寬）。并把相同極性下的電

36、刷并聯(lián)起來。聯(lián)起來。實際運行時，電刷是靜止不動實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是被電刷所短路的的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是被電刷所短路的元件，永遠(yuǎn)都是處于電機的幾何中性線，元件，永遠(yuǎn)都是處于電機的幾何中性線，其感應(yīng)電動勢是接近零的。其感應(yīng)電動勢是接近零的。7 . 0kb可以看出，一個極下導(dǎo)體電流的方向是可以看出，一個極下導(dǎo)體電流的方向是完全一致的（同一槽中上下層邊不屬于完全一致的（同一槽中上下層邊不屬于同一線圈。但電流的方向一致）。而且，同一線圈。但電流的方向一致）。而且，N N、S S極下導(dǎo)體電流的方向相反，所以能極下導(dǎo)體電流的方向相反，所以能產(chǎn)生一個方向固定的轉(zhuǎn)矩。產(chǎn)生一個方向固定的轉(zhuǎn)

37、矩。1.1.單疊繞組元件聯(lián)接次序圖單疊繞組元件聯(lián)接次序圖 從第從第1 1號元件開始，繞電樞一周，把全號元件開始，繞電樞一周，把全部元件邊都串聯(lián)起來，之后又回到第部元件邊都串聯(lián)起來，之后又回到第1 1號元件的起始點號元件的起始點1 1?？梢姡麄€繞組是?？梢姡麄€繞組是一個閉合回路。一個閉合回路。2.2.單疊繞組電路圖：單疊繞組電路圖： 為了進一步說明單疊繞組各個元件的聯(lián)接為了進一步說明單疊繞組各個元件的聯(lián)接次序及其電動勢分布情況，按圖次序及其電動勢分布情況，按圖18-718-7各元各元件的聯(lián)接順序，可得到如圖件的聯(lián)接順序，可得到如圖18-818-8所示的繞所示的繞組電路圖。組電路圖。從圖從圖1

38、8-818-8可以看出，每個極下可以看出，每個極下的元件組成的元件組成 一條支路，這就是說，單疊一條支路，這就是說，單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機的極數(shù)，繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機的極數(shù)，即即 （ 為并聯(lián)為并聯(lián) 支路對數(shù)）。這支路對數(shù)）。這是單疊繞組的重要特點之一。是單疊繞組的重要特點之一。pa22a從以上分析可以總結(jié)出，單疊繞組具有以下從以上分析可以總結(jié)出，單疊繞組具有以下特點：特點：（1 1）元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向）元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片上；片上；（2）并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，）并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)， （3 3）整個電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電）整個電樞繞組的閉

39、合回路中，感應(yīng)電動勢的總和為零，繞組內(nèi)部無動勢的總和為零，繞組內(nèi)部無“環(huán)流環(huán)流”；（4 4）每條支路由不相同的電刷引出，所以）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；（5 5）正負(fù)電刷之間引出的電動勢即為每一）正負(fù)電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓；支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓；（6 6）由正負(fù)電刷引出的電樞電流為各）由正負(fù)電刷引出的電樞電流為各支路電流之和，即支路電流之和，即 （式中（式中 為每為每一一條支路的電流，即繞組元件中流過的條支路的電流，即繞組元件中流過的電流）電流）, ,在元件端接線對稱的情況下

40、，在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置應(yīng)在磁極中心線下，此電刷的實際位置應(yīng)在磁極中心線下，此時，正負(fù)電刷間引出的電動勢亦為最大，時，正負(fù)電刷間引出的電動勢亦為最大，此時電刷的位置，習(xí)慣上稱為此時電刷的位置，習(xí)慣上稱為“電刷放電刷放在幾何中性線位置在幾何中性線位置”aaaiI2ai三、單波繞組：如圖所示，因為繞組連接起來后像三、單波繞組：如圖所示，因為繞組連接起來后像波浪形，所以得名。波浪形，所以得名。 相關(guān)概念：相關(guān)概念：1）節(jié)距：）節(jié)距： 整數(shù)整數(shù) 整數(shù)整數(shù) pZy2112yyypKyk1單波繞組展開圖：單波繞組展開圖：我們以一個具體的例子來看這個問題：我們以一個具體的例子來看這個問題：

41、已知某直流電機極對數(shù)已知某直流電機極對數(shù)p p2 2，槽數(shù)、元件槽數(shù)、元件數(shù)及換向片數(shù)為數(shù)及換向片數(shù)為z=s=kz=s=k1515。要求繞成單要求繞成單波繞組。波繞組。解：解：1 1）計算相關(guān)節(jié)距：）計算相關(guān)節(jié)距： 2 2）連圖：）連圖：2）繞組元件連接次序：）繞組元件連接次序：從繞組展開圖可以后出，全部從繞組展開圖可以后出，全部1515個元件是按下列次個元件是按下列次序串聯(lián)而構(gòu)成一個閉合回路的，即：序串聯(lián)而構(gòu)成一個閉合回路的，即： 1 1815714613512411310291 這樣，我們就可以作出他的次序圖：這樣，我們就可以作出他的次序圖： 4）單波繞組電路圖：）單波繞組電路圖：根據(jù)單波

42、繞組根據(jù)單波繞組1515個元件的串聯(lián)次序及電刷位個元件的串聯(lián)次序及電刷位置，可以畫出本例單波繞組的電路圖如圖所示。置，可以畫出本例單波繞組的電路圖如圖所示。可以看出，元件可以看出，元件1515、7 7、1414、6 6、1313串聯(lián)在一起，串聯(lián)在一起，即處在即處在S S極下的所有元件串聯(lián)在一起構(gòu)成一條支極下的所有元件串聯(lián)在一起構(gòu)成一條支路，各元件的電動勢方向是相同的。元件路，各元件的電動勢方向是相同的。元件4 4、1111、3 3、1010、2 2串聯(lián)在一起，構(gòu)成另一條支路，它們串聯(lián)在一起，構(gòu)成另一條支路，它們的電動勢方向也是相同的。由此可見，單波繞的電動勢方向也是相同的。由此可見，單波繞組是

43、把所有組是把所有N N極下的全部元件串聯(lián)起來組成了一極下的全部元件串聯(lián)起來組成了一條支路，把所有條支路，把所有S S極下的全部元件串聯(lián)起來組成極下的全部元件串聯(lián)起來組成了另一支路。了另一支路。由于磁極只有由于磁極只有N N、S S之分，所以單之分，所以單波繞組的支路波繞組的支路圖圖對數(shù)與極對數(shù)多少無關(guān)，對數(shù)與極對數(shù)多少無關(guān)，永遠(yuǎn)永遠(yuǎn)為為1，即：，即：a a1 . .如圖：如圖：單波繞組有以下特點：單波繞組有以下特點：（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)起來組成一條支路支路對數(shù)，路對數(shù)，1 1，與磁極對數(shù)無關(guān)；，與磁極對數(shù)無關(guān)；（2 2）當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷

44、在換向器）當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動勢表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動勢最大；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）；（4 4）電樞電流）電樞電流 。aaiI2從上面的分析可知，相同元件數(shù)時，疊從上面的分析可知，相同元件數(shù)時，疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(lián)元繞組并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(lián)元件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的電機。對于單波繞組，支路對數(shù)永遠(yuǎn)等電機。對于單波繞組，支路對數(shù)永遠(yuǎn)等于于1 1，每條支路里所包含的元件數(shù)較多，每條支路里所包含的元件

45、數(shù)較多，所以這種繞組適用于較高電壓，較小電所以這種繞組適用于較高電壓，較小電流的電機，至于大容量的電機，可以采流的電機，至于大容量的電機，可以采用混合繞組。用混合繞組。18.3直流電機的電樞電動勢和直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩一、電樞電動勢：一、電樞電動勢：電樞電動勢是指直流電機正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動電樞電動勢是指直流電機正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。所以，我們可以先求一根導(dǎo)體的在一個極距勢。所以，我們可以先求一根導(dǎo)體的在一個極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動勢，再求一條支路的。范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動勢，再求一條

46、支路的。一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用 表示，極距表示，極距為為 ，電樞的軸向有效長度為，電樞的軸向有效長度為 ，每極磁通為每極磁通為，則則avBlln一根導(dǎo)體的平均電動勢為：一根導(dǎo)體的平均電動勢為：n又因為：又因為：n所以：所以：lBavlvBeavav602npv602npeav因為一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)因為一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù) （N N 為電樞總導(dǎo)體數(shù)，為電樞總導(dǎo)體數(shù)， ），于是，），于是，電樞電動勢為：電樞電動勢為：式中，式中， 是一個常數(shù)，稱為電動勢常數(shù)。是一個常數(shù)，稱為電動勢常數(shù)。 aN2ySNN2nCnapNnpaNeaNEeava606022

47、2apNCe60二、電磁轉(zhuǎn)矩：二、電磁轉(zhuǎn)矩： 如果電動勢和發(fā)電機相關(guān)，那么，電磁如果電動勢和發(fā)電機相關(guān)，那么，電磁轉(zhuǎn)矩和電動機可以聯(lián)系在一起，求解電轉(zhuǎn)矩和電動機可以聯(lián)系在一起，求解電磁轉(zhuǎn)矩的過程和求解電動勢是一樣的：磁轉(zhuǎn)矩的過程和求解電動勢是一樣的：1）先求一個導(dǎo)體的平均電磁力：）先求一個導(dǎo)體的平均電磁力：2）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導(dǎo)體所受的平均轉(zhuǎn)矩：一根導(dǎo)體所受的平均轉(zhuǎn)矩：aavavilBf2DfTavx3）電機總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：）電機總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：式中：式中： 是一個常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，是一個常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)， 是電樞總電流，從表達是電

48、樞總電流，從表達式可以看出，電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比與每極磁式可以看出，電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比與每極磁通和電樞電流。通和電樞電流。aTaaaavICIapNpNaIllDNaIlBT222222apNCT2aaaiI2n ， 對于一個具體的電機而言，是對于一個具體的電機而言，是一個常數(shù)，并且通過換算，兩者之間有一個常數(shù)，并且通過換算，兩者之間有一固定的關(guān)系，一固定的關(guān)系， n 或或三、直流電機的電磁功率：三、直流電機的電磁功率：eCTC55. 9260eTCCeTCC55. 9TIapNIapNnICIEPaaaeaaM226060第第19章章 直流電機的基本方程式和直流電機的基本方程式和運行特性運行特

49、性 19.1 直流發(fā)電機的基本方程式直流發(fā)電機的基本方程式 在這里，首先對正方向進行規(guī)定：和交流電機一在這里，首先對正方向進行規(guī)定：和交流電機一樣，我們令對發(fā)電機而言，電流流出為正方向；樣，我們令對發(fā)電機而言，電流流出為正方向；對電動機而言，電流流入為正方向。對電動機而言，電流流入為正方向。一、電動勢平衡方程式：一、電動勢平衡方程式：如圖所示，根據(jù)基爾霍夫第二定律，對任一有源的如圖所示，根據(jù)基爾霍夫第二定律，對任一有源的閉合回路，所有電動勢之和等于所有電壓降和閉合回路，所有電動勢之和等于所有電壓降和（ ），）， 有：有：UE二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式： 直流發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)運行時，電機的

50、轉(zhuǎn)速為直流發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)運行時，電機的轉(zhuǎn)速為n,作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個：一個是原動作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個：一個是原動機輸入給發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩機輸入給發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 ；一；一個是電磁轉(zhuǎn)矩個是電磁轉(zhuǎn)矩T；還有一個是電機的機械摩擦、還有一個是電機的機械摩擦、風(fēng)阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫空載轉(zhuǎn)矩，風(fēng)阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫空載轉(zhuǎn)矩，用表示用表示T T0 0,.空載轉(zhuǎn)矩是一個制動性轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩是一個制動性轉(zhuǎn)矩,永遠(yuǎn)永遠(yuǎn)與轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn) 速速n的方向相反的方向相反 由上圖可的：由上圖可的：ffffaaaRIrrIURIUE)(01TTT1T三、功率平衡方程式：三、功率平衡方程式：從原動機輸入

51、的機械功率可用下式表示從原動機輸入的機械功率可用下式表示 ： 式中電磁功率式中電磁功率PM為轉(zhuǎn)換成電樞回路的為轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：電功率：0011)(PPTTTPMaaaaaaaaMRIUIIRIUIETP2)(cuacufcuafppPpIIU2)(其中，其中，空載損耗空載損耗 為：為：由以上各式可得：由以上各式可得： aacuaRIp20padmFepppp0cuacufadmFepppppPP21pP2如此，則發(fā)電機的效率為：如此，則發(fā)電機的效率為： 額定負(fù)載時，直流發(fā)電機的效率與電機額定負(fù)載時，直流發(fā)電機的效率與電機的容量有關(guān)。的容量有關(guān)。10kW以下的小電機，效以下的小電機，效率

52、 約 為率 約 為 7 5 % 8 8 . 5 % ；1 0 1 0 0 k W 的 ， 效 率 約 為的 ， 效 率 約 為85%90%;1001000kW的電機，的電機，效率約為效率約為88%93%。 pPpPP212119.2直流發(fā)電機的運行特性 所謂運行特性，就是要找出電機在工作的所謂運行特性，就是要找出電機在工作的過程中所展現(xiàn)的某些特性，并將這些特性過程中所展現(xiàn)的某些特性，并將這些特性用曲線的形式進行表示，在直流電機中，用曲線的形式進行表示，在直流電機中，我們要重點掌握的有：我們要重點掌握的有：（1） 負(fù)載特性負(fù)載特性指當(dāng)指當(dāng)n=常數(shù)且常數(shù)且I=常數(shù)時，常數(shù)時，U=f(If)的關(guān)系，

53、的關(guān)系，其中當(dāng)其中當(dāng)I=0時的特性時的特性U0=f(If)稱為發(fā)電機稱為發(fā)電機的空載特性。的空載特性。（2） 外特性外特性指當(dāng)指當(dāng)n=常數(shù)且常數(shù)且If=常數(shù)或常數(shù)或Rf=常數(shù)時，常數(shù)時，U=f(I)的關(guān)系的關(guān)系（3）調(diào)節(jié)特性）調(diào)節(jié)特性 指當(dāng)指當(dāng)n=常數(shù)且常數(shù)且U=常數(shù)時，常數(shù)時，If=f(I)的的關(guān)系。關(guān)系。（4）效率曲線）效率曲線下面進行詳細(xì)的幾種主要特性的介紹：下面進行詳細(xì)的幾種主要特性的介紹：一、一、他勵直流發(fā)電機的空載特性：他勵直流發(fā)電機的空載特性： 實驗條件：如圖所示，實驗條件：如圖所示，)(2Pf 打開閘刀開關(guān)打開閘刀開關(guān)Q，調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)電阻 從而改從而改變勵磁電流變勵磁電流 ，由

54、零開始單調(diào)增長直，由零開始單調(diào)增長直至至 ，然后讓，然后讓 單調(diào)減小至單調(diào)減小至零 再 反 向 單 調(diào) 增 加 直 至 負(fù) 的零 再 反 向 單 調(diào) 增 加 直 至 負(fù) 的 為為 ，然后又使，然后又使 單調(diào)減小單調(diào)減小至零。在調(diào)節(jié)過程中讀取空載端電壓至零。在調(diào)節(jié)過程中讀取空載端電壓 與勵磁電流與勵磁電流 數(shù)組數(shù)據(jù)，即的空載特性，數(shù)組數(shù)據(jù)，即的空載特性，如圖如圖 19所示。所示。fINUU) 3 . 11 . 1 (0fINU)3.11.1(0UfI0UfI分析特性：分析特性：1）由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，使測得的由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，使測得的曲線曲線 是一閉合的回線。是一閉合的回線。2 2）由

55、于電機有剩磁，使得）由于電機有剩磁，使得 時仍有時仍有一個一個很低的電壓，稱之為剩磁電壓，其很低的電壓，稱之為剩磁電壓，其值約為的值約為的%。實際使用時，一。實際使用時，一般取回線的平均值（如圖中的虛線所示）般取回線的平均值（如圖中的虛線所示）作為空載特性。作為空載特性。3）空載特性）空載特性 與電機的磁化曲線與電機的磁化曲線 形狀相似，只差一個比例常數(shù)。形狀相似，只差一個比例常數(shù)。)(0fIfU0fI)(0fIfU )(0fIf4）空載特性與勵磁方式無關(guān)，因此并勵）空載特性與勵磁方式無關(guān)，因此并勵發(fā)電機的空載特性也可以用上述方法求發(fā)電機的空載特性也可以用上述方法求取，他勵直流發(fā)電機的空載特性

56、是直流取，他勵直流發(fā)電機的空載特性是直流電機最基本的特性曲線。電機最基本的特性曲線。二、他勵直流發(fā)電機的外特性：二、他勵直流發(fā)電機的外特性：實驗條件：實驗條件：使發(fā)電機接上負(fù)載，當(dāng)原動機使發(fā)電機接上負(fù)載，當(dāng)原動機保持保持 ，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié) 使之不變，使之不變，然后改變負(fù)載使然后改變負(fù)載使 從零增加到從零增加到 ，讀，讀取取 、 之值，即得到外特性曲之值，即得到外特性曲線線 ，如圖，如圖19所示。電流所示。電流增大時，端電壓下降，其原因有兩個：增大時，端電壓下降，其原因有兩個：Nnn fNfIIINIUI)(IfU 負(fù)載增大時，電樞反映的去磁作用增強，使負(fù)載增大時，電樞反映的去磁作用增強，使每極磁通

57、量減小，從而使電樞電動勢減小每極磁通量減小，從而使電樞電動勢減小電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從而使端電壓下降。從而使端電壓下降。而我們發(fā)現(xiàn)并勵方式下，端電壓下降的更快一而我們發(fā)現(xiàn)并勵方式下，端電壓下降的更快一些：些：負(fù)載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，負(fù)載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每極磁通量減小，這樣不僅影響了電樞電使每極磁通量減小，這樣不僅影響了電樞電動勢，使端電壓下降，同時端電壓的下降進動勢，使端電壓下降，同時端電壓的下降進一不也影響了勵磁電流使之減小，這樣一來，一不也影響了勵磁電流使之減小，這樣一來，又使得的電樞電動勢雙重減小，所以

58、，并勵又使得的電樞電動勢雙重減小，所以，并勵下降的更快一些。下降的更快一些。 電壓變化率：電壓變化率：由空載倒負(fù)載，電壓下降的程度。由空載倒負(fù)載，電壓下降的程度。他勵直流發(fā)電機的電壓變化率約為他勵直流發(fā)電機的電壓變化率約為。三、他勵直流發(fā)電機的效率曲線：三、他勵直流發(fā)電機的效率曲線：不變損耗：電機的鐵損耗和機械損耗等與負(fù)載不變損耗：電機的鐵損耗和機械損耗等與負(fù)載的大小無關(guān)，稱為不變損耗。的大小無關(guān)，稱為不變損耗?？勺儞p耗：負(fù)載運行時電樞繞組的銅損耗與可變損耗：負(fù)載運行時電樞繞組的銅損耗與 成正比，稱為可變損耗。同樣，我們可用實成正比，稱為可變損耗。同樣，我們可用實驗的方法得到效率曲線。如圖：驗

59、的方法得到效率曲線。如圖：%1000NNUUUU2aI 我們發(fā)現(xiàn)效率特性在經(jīng)過一個峰值后開我們發(fā)現(xiàn)效率特性在經(jīng)過一個峰值后開始下降，那么，這是為什么呢？始下降，那么，這是為什么呢？分析：我們知道在負(fù)載較小時，電機內(nèi)的分析：我們知道在負(fù)載較小時，電機內(nèi)的損耗主要以不變損耗為主，隨著負(fù)載的損耗主要以不變損耗為主，隨著負(fù)載的增加，電樞電流也在隨之增加，這樣，增加，電樞電流也在隨之增加，這樣，銅損耗的作用開始顯著，當(dāng)增加到和不銅損耗的作用開始顯著，當(dāng)增加到和不變損耗相等時，出現(xiàn)效率最大點，隨后，變損耗相等時，出現(xiàn)效率最大點，隨后，若繼續(xù)增加負(fù)載，可變損耗將有大量的若繼續(xù)增加負(fù)載，可變損耗將有大量的以熱

60、的形式存在，并且增大的速度比不以熱的形式存在，并且增大的速度比不上銅損耗上銅損耗增加速度，使效率反而隨著輸增加速度，使效率反而隨著輸出的增大而降低出的增大而降低 。2P四、并勵直流發(fā)電機的自勵建壓：四、并勵直流發(fā)電機的自勵建壓： 在前面我們講過直流電機的勵磁方式有兩種：在前面我們講過直流電機的勵磁方式有兩種：他勵式和自勵式，現(xiàn)在，我們就來看看這種他勵式和自勵式，現(xiàn)在，我們就來看看這種自勵過程是如何實現(xiàn)的：如圖所示自勵過程是如何實現(xiàn)的：如圖所示 由于電機磁路中總有一定剩磁，當(dāng)發(fā)電機由由于電機磁路中總有一定剩磁，當(dāng)發(fā)電機由原動機推動至額定轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機兩端將發(fā)原動機推動至額定轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機兩端將發(fā)