補第五章直流電機

1、第五章第五章 直流電機直流電機51直流電機的構(gòu)造及勵磁方式直流電機的構(gòu)造及勵磁方式52直流電機的基本工作原理直流電機的基本工作原理53直流發(fā)電機直流發(fā)電機54直流電動機直流電動機5- -1.直流電機的構(gòu)造及勵磁方式直流電機的構(gòu)造及勵磁方式 本節(jié)的主要內(nèi)容有三部分本節(jié)的主要內(nèi)容有三部分：l 構(gòu)造構(gòu)造： 主要點：主要組成及作用，如換向器等。主要點：主要組成及作用，如換向器等。l 銘牌數(shù)據(jù)銘牌數(shù)據(jù)： 參數(shù)個數(shù)、數(shù)據(jù)含義。參數(shù)個數(shù)、數(shù)據(jù)含義。l 勵磁方式勵磁方式： 種類。種類?；緲?gòu)造：基本構(gòu)造： 定、轉(zhuǎn)子定、轉(zhuǎn)子 。電刷、換向器作用：電刷、換向器作用： 起機械起機械整流器作用整流器作用 。后續(xù)基本原

2、理中進(jìn)一。后續(xù)基本原理中進(jìn)一步介紹（元件交流，電刷兩端直步介紹（元件交流，電刷兩端直流）。流）。注意：注意：各部件的作用各部件的作用。一、構(gòu)造一、構(gòu)造結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)細(xì)說細(xì)說注：注：書書P.62. 圖圖5-1-1的電機的電機是較大型的電機，其電樞繞是較大型的電機，其電樞繞組中間開有通風(fēng)槽。組中間開有通風(fēng)槽。 電樞繞組電樞繞組另外一半電樞繞組也構(gòu)成另外一條支路。另外一半電樞繞組也構(gòu)成另外一條支路。不管電樞如何轉(zhuǎn)動，一條支路中繞組感不管電樞如何轉(zhuǎn)動，一條支路中繞組感應(yīng)的總電勢大小基本不變（微小脈動）。應(yīng)的總電勢大小基本不變（微小脈動）。二、主要銘牌數(shù)據(jù)二、主要銘牌數(shù)據(jù)銘牌數(shù)據(jù)：銘牌數(shù)據(jù)： 額定容量、電壓、

3、電流、轉(zhuǎn)速、勵額定容量、電壓、電流、轉(zhuǎn)速、勵磁（電壓、電流）等。磁（電壓、電流）等。 書書P.64。額定容量：額定容量：都是指輸出都是指輸出。 發(fā)電機：電樞繞組輸出的電功率；發(fā)電機：電樞繞組輸出的電功率； 電動機：轉(zhuǎn)子軸上輸出的機械功率。電動機：轉(zhuǎn)子軸上輸出的機械功率。 額定勵磁電流：額定勵磁電流： 額定負(fù)載時勵磁繞組通過額定負(fù)載時勵磁繞組通過的勵磁電流。通常由勵磁回路串聯(lián)的變阻器調(diào)節(jié)。的勵磁電流。通常由勵磁回路串聯(lián)的變阻器調(diào)節(jié)。 通常還標(biāo)明勵磁電壓通常還標(biāo)明勵磁電壓以備采用與電樞電壓以備采用與電樞電壓不同等級時參考。不同等級時參考。 勵磁方式：勵磁方式：他勵、并勵、串勵他勵、并勵、串勵和復(fù)勵

4、和復(fù)勵4 種。種。 復(fù)勵：復(fù)勵：（從磁通疊加效果看）（從磁通疊加效果看）積復(fù)勵、差復(fù)勵；積復(fù)勵、差復(fù)勵；（從繞組連接情（從繞組連接情況看）況看）長復(fù)勵、短復(fù)勵。長復(fù)勵、短復(fù)勵。 積復(fù)勵：積復(fù)勵：平復(fù)勵、過復(fù)勵、欠平復(fù)勵、過復(fù)勵、欠復(fù)勵。復(fù)勵。直流電動機不能采用差復(fù)勵，直流電動機不能采用差復(fù)勵，直流發(fā)電機不能采用串勵。直流發(fā)電機不能采用串勵。第一節(jié)要點第一節(jié)要點：基本結(jié)構(gòu)（電刷、換向器作用）；銘：基本結(jié)構(gòu)（電刷、換向器作用）；銘牌數(shù)據(jù)；勵磁方式。牌數(shù)據(jù)；勵磁方式。 三、勵磁方式三、勵磁方式5- -2.直流電機的基本工作原理直流電機的基本工作原理 本節(jié)的主要內(nèi)容有三部分本節(jié)的主要內(nèi)容有三部分：l

5、基本工作原理基本工作原理 ： 主要點：注意元件和電刷兩端電量的性質(zhì)；注意：主要點：注意元件和電刷兩端電量的性質(zhì)；注意：“電刷電刷”、“換向器換向器”的作用。的作用。 l 電勢和轉(zhuǎn)矩電勢和轉(zhuǎn)矩 ： 掌握電勢和轉(zhuǎn)矩的計算公式。掌握電勢和轉(zhuǎn)矩的計算公式。P.66.式（式（5-2-1）、）、（5-2-2）。）。l 電刷位置電刷位置 ： 注意分清：注意分清：“實際空間位置實際空間位置”和和“短接元件邊位短接元件邊位置置”。一、工作原理一、工作原理 電刷電刷A總是與處于正電位的換向片接觸，總是與處于正電位的換向片接觸，而電刷而電刷B總是與處于負(fù)電位的換向片接觸。雖總是與處于負(fù)電位的換向片接觸。雖然然bc和

6、和de感應(yīng)的電勢是交變的，但電刷感應(yīng)的電勢是交變的，但電刷AB兩兩端的電壓卻是直流的。端的電壓卻是直流的。 實際直流電機的換向片較多，實際直流電機的換向片較多，電刷和換電刷和換向器配合起機械整流器的作用向器配合起機械整流器的作用。電刷和換向器配合：電刷和換向器配合：每個繞組元件每個繞組元件內(nèi)部內(nèi)部感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢是交流的是交流的，但，一對電刷之間電勢等于一個支路中各繞組電勢之和，因但，一對電刷之間電勢等于一個支路中各繞組電勢之和，因此，此，電刷間的電勢電刷間的電勢為合成電勢，是一個脈動的為合成電勢，是一個脈動的直流電勢直流電勢。二、恒定的電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩二、恒定的電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 并聯(lián)支路圖說

7、明，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后電并聯(lián)支路圖說明，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后電樞繞組所有元件被兩個電刷所平分為樞繞組所有元件被兩個電刷所平分為2 個支路（個支路（1 對極），當(dāng)對極），當(dāng)n或或Ia不變，不變，電刷之間串接的繞組電勢或產(chǎn)生電磁電刷之間串接的繞組電勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩不變（書轉(zhuǎn)矩不變（書P.66.公式）。公式）。電勢公式電勢公式：E=Ken，式（式（5-2-1）轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式：T=KTIa ，式（式（5-2-2） Ke與與KT關(guān)系是關(guān)系是常數(shù)常數(shù)：K Ke e=pN/60a=pN/60a；K KT T=pN/2a=pN/2a。KKe e/K/KT T=/301/9.55=/301/9.55。 N N：總有效導(dǎo)體數(shù)，：

8、總有效導(dǎo)體數(shù)，a a：并聯(lián)支路對數(shù)，：并聯(lián)支路對數(shù)，p p：極對數(shù)。：極對數(shù)。電刷放置的原則：電刷放置的原則： 為了感應(yīng)最大電勢或產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩，電刷所為了感應(yīng)最大電勢或產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩，電刷所短接的（換向）元件的兩個邊應(yīng)處于磁通最弱（幾何短接的（換向）元件的兩個邊應(yīng)處于磁通最弱（幾何中性線）的位置上。中性線）的位置上。電刷的位置：電刷的位置： 1. 實際位置：磁極的實際位置：磁極的正中（說明不了原理等問正中（說明不了原理等問題）。題）。 2. 示意圖位置：直接示意圖位置：直接放在幾中線的元件上。放在幾中線的元件上。三、電刷的正確位置三、電刷的正確位置展開圖上位置展開圖上位置原理圖上位置原理

9、圖上位置電刷與磁極的相對位置不變電刷與磁極的相對位置不變 換向定義：換向定義：從一條支路換到另一條支路，元件內(nèi)的電流從一條支路換到另一條支路，元件內(nèi)的電流改變方向。元件必須經(jīng)過電刷短接后才能進(jìn)入另一條支路，改變方向。元件必須經(jīng)過電刷短接后才能進(jìn)入另一條支路，換向元件中若存在電勢則短接時會產(chǎn)生火花換向元件中若存在電勢則短接時會產(chǎn)生火花 電磁原因電磁原因（還有機械、電化學(xué)等原因）。（還有機械、電化學(xué)等原因）。 換向火花危害：換向火花危害：燒壞換向器、繞組，過熱、引爆引燃。燒壞換向器、繞組，過熱、引爆引燃。 換向火花克服：換向火花克服：（通過磁極尖增、去磁電樞反應(yīng)的情況（通過磁極尖增、去磁電樞反應(yīng)的

10、情況說明）：說明）：1. 換向極換向極；2. 移動電刷移動電刷（與轉(zhuǎn)向有關(guān)，發(fā)電機和（與轉(zhuǎn)向有關(guān)，發(fā)電機和電動機正好相反）。電動機正好相反）。 見書見書P.67 圖圖5-2-4，注意：發(fā)電機，注意：發(fā)電機和電動機的電流與轉(zhuǎn)向的關(guān)系正好相反。和電動機的電流與轉(zhuǎn)向的關(guān)系正好相反。 克服火花應(yīng)克服火花應(yīng)移動的方向移動的方向（助記）：（助記）： “順發(fā)、逆動順發(fā)、逆動”。 第二節(jié)要點第二節(jié)要點 ：原理（：原理（AC / DC轉(zhuǎn)換）；電勢、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換）；電勢、轉(zhuǎn)矩計算；電刷位置；換向定義。計算；電刷位置；換向定義。 換向及換向火花換向及換向火花5- -3.直流發(fā)電機直流發(fā)電機 本節(jié)的主要內(nèi)容有四部分本節(jié)的

11、主要內(nèi)容有四部分：l 空載特性空載特性 ：掌握空載特性的實質(zhì)。掌握空載特性的實質(zhì)。 l 自勵起壓過程自勵起壓過程 ： 掌握自勵起壓的條件及起壓過程分析。掌握自勵起壓的條件及起壓過程分析。l 外特性外特性 ：定義、電壓變化率。定義、電壓變化率。l 轉(zhuǎn)矩和功率的平衡：轉(zhuǎn)矩和功率的平衡：注意平衡關(guān)系。注意平衡關(guān)系。一、空載特性一、空載特性條件：條件：I=0I=0，n=nn=nN N。特性：特性：E=fE=f（I If f） 或或 U U0 0 = f= f（I If f）實質(zhì)：實質(zhì)： 磁化曲線。與磁化曲線。與同步發(fā)電機相似，也是電同步發(fā)電機相似，也是電機磁路的磁化曲線。機磁路的磁化曲線。實驗測量時注

12、意：實驗測量時注意：也應(yīng)該單方向調(diào)節(jié)勵磁電流，否也應(yīng)該單方向調(diào)節(jié)勵磁電流，否則磁滯的影響，將使結(jié)果出現(xiàn)偏差。則磁滯的影響，將使結(jié)果出現(xiàn)偏差。紅色的曲線紅色的曲線為空載特性為空載特性過程：過程：發(fā)電機轉(zhuǎn)動，依靠剩磁可產(chǎn)生很小發(fā)電機轉(zhuǎn)動，依靠剩磁可產(chǎn)生很小的剩磁電壓，如果接線正確，流過勵磁繞的剩磁電壓，如果接線正確，流過勵磁繞組的微小勵磁產(chǎn)生的磁通方向與剩磁磁通組的微小勵磁產(chǎn)生的磁通方向與剩磁磁通方向相同，電樞繞組感應(yīng)的電勢增強，于方向相同，電樞繞組感應(yīng)的電勢增強，于是出現(xiàn)正反饋，如果勵磁回路電阻足夠小，是出現(xiàn)正反饋，如果勵磁回路電阻足夠小，正反饋的作用將繼續(xù)下去，直到磁路飽和，正反饋的作用將繼續(xù)

13、下去，直到磁路飽和，電勢穩(wěn)定在一個確定的數(shù)值上。電勢穩(wěn)定在一個確定的數(shù)值上。條件：條件：1. 有剩磁有剩磁（若無，應(yīng)可充磁）；（若無，應(yīng)可充磁）； 2. 接線正確接線正確（勵磁與剩磁同向）；（勵磁與剩磁同向）； 3. 場阻線與空載特性有一個確定的場阻線與空載特性有一個確定的交點交點（勵磁電路電阻適當(dāng)）。（勵磁電路電阻適當(dāng)）。二、自勵起壓二、自勵起壓三、外特性三、外特性勵磁方式：勵磁方式：他勵、并勵和復(fù)勵（前面他勵、并勵和復(fù)勵（前面已講）已講） P.69 圖圖5-3-3。 外特性與勵磁方式有關(guān)，以并勵外特性與勵磁方式有關(guān)，以并勵發(fā)電機為主進(jìn)行說明，注意發(fā)電機為主進(jìn)行說明，注意“條件條件”。 關(guān)系

14、式關(guān)系式 P.69 式（式（5-3-2）。）。他勵：他勵：勵磁電壓不受影響，只有內(nèi)阻勵磁電壓不受影響，只有內(nèi)阻壓降。壓降。 比并勵較硬。比并勵較硬。并勵：并勵：內(nèi)阻壓降使端電壓略有下降，內(nèi)阻壓降使端電壓略有下降，勵磁相對減少。勵磁相對減少。 注意：注意：電壓變化電壓變化率的計算和區(qū)別率的計算和區(qū)別（P.69）重新解釋：重新解釋： 直流發(fā)電機不用串勵的原因。直流發(fā)電機不用串勵的原因。轉(zhuǎn)矩平衡方程：轉(zhuǎn)矩平衡方程： T T1 1=T+T=T+T0 0， T T電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩，T T1 1輸入轉(zhuǎn)矩，輸入轉(zhuǎn)矩，T T0 0空載空載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩。功率和效率公式：功率和效率公式：書書P.70.式（式（5-

15、3-6）、（）、（5-3-7）。）。功率平衡：功率平衡：由轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系及電壓平衡方程得到功率由轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系及電壓平衡方程得到功率的平衡關(guān)系。并由此引出效率的計算公式。的平衡關(guān)系。并由此引出效率的計算公式。 第三節(jié)要點第三節(jié)要點 ：空載特性；自勵起壓過程、條件；：空載特性；自勵起壓過程、條件；外特性（各種勵磁對應(yīng)曲線形狀）。外特性（各種勵磁對應(yīng)曲線形狀）。 四、轉(zhuǎn)矩和功率平衡四、轉(zhuǎn)矩和功率平衡5- -4.直流電動機直流電動機 本節(jié)的主要內(nèi)容有三大部分本節(jié)的主要內(nèi)容有三大部分：l 機械特性機械特性 ： 主要點：轉(zhuǎn)動原理、影響特性的因素、特性表達(dá)式主要點：轉(zhuǎn)動原理、影響特性的因素、特性表達(dá)式和形狀。

16、和形狀。l 轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性 ： 了解不同勵磁所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩特性了解不同勵磁所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩特性 形狀。形狀。l 起動與反轉(zhuǎn)起動與反轉(zhuǎn) ： 主要點：起動的特點和方法（注意起動時勵磁的作主要點：起動的特點和方法（注意起動時勵磁的作用）；反轉(zhuǎn)的方法。用）；反轉(zhuǎn)的方法。 直流電動機說明直流電動機說明原理：原理：結(jié)構(gòu)上保證在相同極性磁極下，電流方向相同。結(jié)構(gòu)上保證在相同極性磁極下，電流方向相同。因此就能產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩。因此就能產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩。電壓平衡方程式：電壓平衡方程式： U = E + IU = E + Ia a（ R Ra a + R + R ）勵磁方式：勵磁方式： 并、串、復(fù)勵磁，書并、串、復(fù)勵磁，書P

17、.71. 圖圖5-4-1。 電流之間的關(guān)系與勵磁方式有關(guān)：電流之間的關(guān)系與勵磁方式有關(guān)：書書P.71.圖圖5-4-1。注意：注意：不用差復(fù)勵。不用差復(fù)勵。轉(zhuǎn)動原理：轉(zhuǎn)動原理：電樞通電，在勵磁繞組產(chǎn)生的磁場下，受電樞通電，在勵磁繞組產(chǎn)生的磁場下，受力起動。電刷和換向器保證每個磁極下導(dǎo)體電流方向力起動。電刷和換向器保證每個磁極下導(dǎo)體電流方向始終不變。始終不變。電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩： 書書P.71.式（式（5-4-3）與發(fā)電機相同。）與發(fā)電機相同。一、機械特性一、機械特性機械特性方程式：機械特性方程式：利用利用E0 = Ken、T=KTIa 和電壓和電壓平衡方程可得：平衡方程可得：n = U/ KeR

18、a/Ke KT2 = n0- kn。特點：特點：并（他）勵特性，并（他）勵特性， 直線、硬特性；串勵，直線、硬特性；串勵，空空載時載時0，無理想空載轉(zhuǎn)速，注意無理想空載轉(zhuǎn)速，注意“飛車飛車”；（積）；（積）復(fù)勵，介于并勵和串勵之間。復(fù)勵，介于并勵和串勵之間。自然機械特性：自然機械特性：又稱為又稱為“固有機固有機械特性械特性”（不人為改變參數(shù)）；（不人為改變參數(shù)）；人工機械特性：人工機械特性：是人為改變參數(shù)是人為改變參數(shù)（弱磁、降壓、串電阻）。（弱磁、降壓、串電阻）。二、轉(zhuǎn)矩特性二、轉(zhuǎn)矩特性 轉(zhuǎn)矩特性是指：轉(zhuǎn)矩特性是指：電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 T T 和電樞和電樞電流電流I Ia a的關(guān)系曲線，的關(guān)系

19、曲線，實際就是電磁轉(zhuǎn)矩實際就是電磁轉(zhuǎn)矩的計算公式的計算公式。 不同的勵磁方不同的勵磁方式，轉(zhuǎn)矩特性的形式，轉(zhuǎn)矩特性的形狀不同。狀不同。 因為起動時，轉(zhuǎn)速為零，電樞感應(yīng)的電勢為零，根據(jù)電因為起動時，轉(zhuǎn)速為零，電樞感應(yīng)的電勢為零，根據(jù)電壓平衡方程，起動時電樞電流壓平衡方程，起動時電樞電流Ia = （U - Ea）/ Ra = U/ Ra 。而而電樞電阻通常很小，所以起動電流很大（電樞電阻通常很小，所以起動電流很大（1020倍的額倍的額定電流）。定電流）。0.5kW以上的以上的直流電動機不能直接起動直流電動機不能直接起動，否則，否則Ia、T沖擊很大，火花很大。沖擊很大，火花很大。 起動方法：在保持起

20、動方法：在保持最大勵磁電流最大勵磁電流情況下，情況下，1.電樞回路串電阻起動；電樞回路串電阻起動；2.降壓起動。起動電降壓起動。起動電流控制在流控制在1.52.0I In n。 注：注：1 .起動時，勵磁磁場通常應(yīng)該最大，起動時，勵磁磁場通常應(yīng)該最大，才能減少起動電流，并增加起動轉(zhuǎn)矩；才能減少起動電流，并增加起動轉(zhuǎn)矩；2 .電電樞繞組串聯(lián)的起動電阻不能采用滑動變阻器，樞繞組串聯(lián)的起動電阻不能采用滑動變阻器，應(yīng)采用分段切除的變阻器（應(yīng)采用分段切除的變阻器（大電流）。大電流）。三、起動和反轉(zhuǎn)三、起動和反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)方法：方法：1.改變電樞電流方向，勵磁電流方向不變；改變電樞電流方向，勵磁電流方向不

21、變； 2.改變勵磁電流方向，電樞電流方向不變。改變勵磁電流方向，電樞電流方向不變。即：單獨改變電樞繞組或單獨改變勵磁繞組的接線（將兩個即：單獨改變電樞繞組或單獨改變勵磁繞組的接線（將兩個接線端反接）。接線端反接）。注意：注意：反轉(zhuǎn)時電樞電流更大，應(yīng)該采取措施反轉(zhuǎn)時電樞電流更大，應(yīng)該采取措施限流限流。 同時改變電樞和勵磁繞組的接線，則電樞電流和勵磁電同時改變電樞和勵磁繞組的接線，則電樞電流和勵磁電流的方向?qū)⑼瑫r改變，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，電動流的方向?qū)⑼瑫r改變，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，電動機的轉(zhuǎn)速也不變。機的轉(zhuǎn)速也不變。交、直流兩用電動機交、直流兩用電動機的工作原理就是以此的工作原理就是以此為依據(jù)的。交、直流兩用電動機實際上是一臺直流電動機，為依據(jù)的。交、直流兩用電動機實際上是一臺直流電動機，使用時若電源為交流電，則轉(zhuǎn)向仍然不會發(fā)生變化。使用時若電源為交流電，則轉(zhuǎn)向仍然不會發(fā)生變化。 第四節(jié)要點第四節(jié)要點 ：機械特性（各種勵磁）；轉(zhuǎn)矩特性；：機械特性（各種勵磁）；轉(zhuǎn)矩特性；起動、反轉(zhuǎn)（方法）。起動、反轉(zhuǎn)（方法）。 第五章