chap3直流電機(jī)的基本原理和電磁關(guān)系(1401-1402)

1、第第3章章 直流電機(jī)直流電機(jī)DC Machinery Fundamentals基本原理 Principle結(jié)構(gòu) Structure電磁關(guān)系 Electromagnetic 第一節(jié)、第一節(jié)、 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理一、直流電機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理直流電動(dòng)機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)工作原理1. 直流電源通過(guò)電刷、換向片向線圈供電。2. 電刷A總與位于N極下的導(dǎo)體相連，極性為正。3. 電刷B與位于S極下的導(dǎo)體相連，極性為負(fù)。4. 線圈受到的電磁力方向不變，總是沿著同一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。一、直流電機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理一、直流電機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理直流發(fā)電機(jī)工作原理直流發(fā)電機(jī)工作原理1.

2、 由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)線圈切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2. 電刷A總與位于N極下的導(dǎo)體相連，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性為正。3. 電刷B總與位于S極下的導(dǎo)體相連，極性為負(fù)。4. 由電刷引出的電動(dòng)勢(shì)總是單向流動(dòng)的直流電動(dòng)勢(shì)。（電動(dòng)勢(shì)正方向是從負(fù)指向正）一、一、直流電機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理直流電機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理 單線圈導(dǎo)體及電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)單線圈導(dǎo)體及電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)l氣隙磁場(chǎng)、線圈電動(dòng)勢(shì)及電刷兩端的電動(dòng)勢(shì)波形elv Bl電刷、換向片的作用相當(dāng)于整流器；l但單線圈的脈動(dòng)程度很大；線圈電動(dòng)勢(shì)一、一、直流電機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理直流電機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理 多線圈串聯(lián)后電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多線圈串聯(lián)后電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)l 為了使電刷端

3、電動(dòng)勢(shì)的脈動(dòng)程度降低，實(shí)際電機(jī)中的電樞上就不只是敷設(shè)一個(gè)線圈，而是合理設(shè)計(jì)的多個(gè)線圈均勻分布，并按一定規(guī)律連接起來(lái)組成電樞繞組。兩串聯(lián)線圈換向后的電動(dòng)勢(shì)波形某多線圈電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)波形二、二、 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)風(fēng)扇機(jī)座電樞鐵心和繞組主磁極電刷換向器接線板接線盒勵(lì)磁繞組端蓋主磁極主磁極換向磁極換向磁極電刷裝置電刷裝置機(jī)座機(jī)座端蓋端蓋電樞繞組電樞繞組電樞鐵心電樞鐵心換向器換向器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸電刷電刷刷握刷握絕緣支架絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置壓緊力調(diào)整裝置定子定子stator轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子rotor直流電機(jī)產(chǎn)產(chǎn)生生磁磁場(chǎng)場(chǎng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩磁極鐵心磁極鐵心勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組換

4、向極繞組換向極繞組補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組1234電刷電刷 （一）直流電機(jī)的靜止部分（一）直流電機(jī)的靜止部分1 1、主磁極、主磁極2 2、換向極、換向極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1換向極鐵心換向極鐵心2換向極繞組換向極繞組極靴（舊稱(chēng)極掌）極靴（舊稱(chēng)極掌）主磁極用主磁極用1-1.5mm1-1.5mm的沖片疊壓而成。的沖片疊壓而成。（一）直流電機(jī)的靜止部分（一）直流電機(jī)的靜止部分3、機(jī)座、機(jī)座用來(lái)固定主磁極、換向極和端蓋；用來(lái)固定主磁極、換向極和端蓋； 又作為磁路的一部分。又作為磁路的一部分。 材料為厚鋼板，或者鑄鋼件。（小型機(jī)座用鑄鐵件）材料為厚鋼板，或者鑄鋼件。（小型機(jī)座用鑄鐵

5、件）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 4刷辮刷辮（二）直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分（二）直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分1、電樞鐵心、電樞鐵心b)電樞鐵心電樞鐵心a)電樞鐵心沖片電樞鐵心沖片2、電樞繞組、電樞繞組由許多按一定規(guī)律連接的線圈組成。由許多按一定規(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 4層間絕緣層間絕緣5 5槽絕緣槽絕緣6 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3、換向器、換向器由許多換向片組成，換向片之間用云母絕緣。由許多換向片組成，換向片之間用云母絕緣。1換向片換向片2連接片連接片直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式l他勵(lì)、永磁勵(lì)磁la：Arm

6、ature windingl f：Field windingSeparately excitedShunt Series compound 第二節(jié)、第二節(jié)、 直流電樞繞組直流電樞繞組Armature Winding in DC machine Simplex lap windingSimplex wave windingFrog-leg winding單疊繞組單疊繞組單波繞組單波繞組蛙繞組蛙繞組l電樞繞組：電樞繞組是電機(jī)中電流通道的主體，也是電磁力的載體，是實(shí)施機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐實(shí)施機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。 l特點(diǎn)：直流繞組是閉合繞組直流繞組是閉合繞組。l勵(lì)磁繞組：建立磁場(chǎng)。直流繞組是閉合繞組直流

7、繞組是閉合繞組繞組的基本單元：元件元件 (Coil)單匝疊繞組元件 多匝疊繞組元件 單匝波繞組元件 多匝波繞組元件 基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ)(Terminology)雙層繞組雙層繞組(double-layer winding)當(dāng)一線圈的一個(gè)邊在某槽中占有上層位置時(shí)，則該線圈的另一邊必須放在另一槽下層。l同一線圈的兩邊必須處于不同極性的極面下， 線圈的跨距約等于一個(gè)極距線圈的跨距約等于一個(gè)極距。l槽中有雙層繞組。l線圈對(duì)稱(chēng)排列極距極距：相鄰兩個(gè)磁極之間的跨距。若在同一極下，則電磁力/電動(dòng)勢(shì)相互抵消。在大型電機(jī)中、每層可能有N個(gè)并列元件邊。實(shí)槽虛槽eZZ C每個(gè)虛槽的上、下層依然只有一個(gè)元件邊一個(gè)上層邊和

8、對(duì)應(yīng)的一個(gè)下層邊所占的空間，即為虛槽虛槽。 Z，C，Ze分別表示實(shí)槽數(shù)、并聯(lián)元件邊數(shù)、虛槽數(shù)，則：若每個(gè)線圈Nc匝，則電樞總導(dǎo)體數(shù)總導(dǎo)體數(shù)N在說(shuō)明元件的空間布置情況時(shí)，一律采用虛槽編號(hào)，將虛槽數(shù)作為繞組分析時(shí)的計(jì)數(shù)單位。22cceNCN ZN Z每一元件有兩個(gè)元件邊；每一換向片上接有兩個(gè)元件邊；每一虛槽內(nèi)放置有兩個(gè)元件邊；虛槽數(shù)虛槽數(shù)Q、換向片數(shù)、換向片數(shù)K、元件數(shù)、元件數(shù)S之間的關(guān)系之間的關(guān)系？SKQ,S K Q大小關(guān)系？SKQl第一節(jié)距第一節(jié)距y1：元件的寬度， 即兩個(gè)元件邊之間的距離，用虛槽數(shù)表示l第二節(jié)距第二節(jié)距y2：連至同一換向片的兩個(gè)元件邊之間的距離， 即前一個(gè)元件的下層邊到后一個(gè)

9、元件的上層邊距離。l合成節(jié)距合成節(jié)距y：緊相串聯(lián)的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)元件邊在電樞表面的跨距。l換向器節(jié)距換向器節(jié)距yk ：每一元件兩端所連接的換向片之間在換向器表面的跨距，用換向片數(shù)表示12yyykyy12eZpy1y整距整距1y短距短距1y長(zhǎng)距長(zhǎng)距0y 右行右行0y 左行左行l(wèi)每個(gè)元件出線端依次連在相鄰的換向片上，后一個(gè)繞組元件相對(duì)前一個(gè)繞組元件僅移過(guò)一個(gè)槽。右行1kyy1kyy左行1kyy NSNS直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組繞組展開(kāi)圖繞組展開(kāi)圖1123456789101112131416152345678910111213141615槽展開(kāi)槽展開(kāi)繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極

10、、電刷+11642yp1y 211 43yyy 4極，16槽，整距，單疊，雙層，右行，繞組的展開(kāi)圖和等效電路圖。這段距離為？kyy電刷放置法電刷放置法l使電刷間導(dǎo)出的電動(dòng)勢(shì)有最大值；l使與電動(dòng)勢(shì)為零的元件所連接的換向片相短接；1. 當(dāng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)至交軸時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)為零，電刷應(yīng)與處于交軸位置的導(dǎo)體相連；2. 如導(dǎo)體對(duì)稱(chēng)，則磁極的幾何中心線處為電刷位置；3. 換向繞組的繞組軸線、磁極軸線和電刷位置在同一位置上。 N1123456789101112131416152345678910111213141615NSNS+212111234567891011121314161523456789101112131

11、41615NSNS+1A2A2B1BAB4極，16槽，整距，單疊，雙層，右行，繞組的展開(kāi)圖和等效電路圖。單疊繞組并聯(lián)支路對(duì)數(shù)電機(jī)的極對(duì)數(shù)：22ap由電刷引出的電樞電流為各支路電流之和2aaIai 2.4 單波繞組單波繞組為了使緊相串聯(lián)的元件所生的電勢(shì)同向相加， 對(duì)應(yīng)的兩元件邊應(yīng)處于相同磁極極性下， 即合成節(jié)距 2 ,2yy單波繞組-換向片極距yk必須符合1kp yk1kkyCp為了使繞組從某一換向片出發(fā)， 沿電樞鐵心一周后回到原來(lái)出發(fā)點(diǎn)相鄰的一片上， 則可由此再繞下去。 11ekZkyypp11ekZkyypp計(jì)算y,y1,y2畫(huà)繞組展開(kāi)圖安放磁極和電刷1、繞組數(shù)據(jù)計(jì)算12eZyp115 17

12、2kKyyp21734yyy4極，15槽，短距，單波，雙層，左行，繞組的展開(kāi)圖和等效電路圖。153344NSSN2、單波繞組展開(kāi)圖3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512槽展開(kāi)槽展開(kāi)繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷串聯(lián)順序 3-10- 2-9- 1-8-15-7-14-6-13-5-12-4-11-312347kyyyy同極性下的所有線圈串聯(lián)在一起，形成一條支路同極性下的所有線圈串聯(lián)在一起，形成一條支路所以單波繞組只有兩條支路！但一般也采用全額電刷所以單波繞組只有兩條支路！但一般也采用全額電刷單波繞組元件連接順序圖單波繞組元件連接

13、順序圖從繞組展開(kāi)圖可以看出， 全部15個(gè)元件串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)閉合回路的順序是：1815 714 6 13 5 124 11 310 291用連接順序圖表示為：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上層邊下層邊按照合成節(jié)距7遞增串聯(lián)順序 3-10- 2-9- 1-8-15-7-14-6-13-5-12-4-11-3單波繞組電路圖單波繞組電路圖單波繞組把相同極性下的全部元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路。 由于磁極只有N、S之分， 所以單波繞組的支路對(duì)數(shù)a與極對(duì)數(shù)多少無(wú)關(guān)， 永遠(yuǎn)為1，即a1。 單波繞組的特點(diǎn)單波繞組的特點(diǎn)同極

14、性下各元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路，支路對(duì)數(shù) a=1， 與磁極對(duì)數(shù) p 無(wú)關(guān)。當(dāng)元件的幾何尺寸對(duì)稱(chēng)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)最大。電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷，即電刷數(shù)等于磁極數(shù)，理論上可以只用2個(gè)電刷）；電樞電流 Ia = 2 ia 。 單疊繞組和單波繞組的差別單疊繞組和單波繞組的差別l單疊繞組：各個(gè)極面下上層的繞組元件構(gòu)成一支路，并聯(lián)并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)支路數(shù)等于極數(shù)；電樞間電勢(shì)較小，電樞電流較大，也稱(chēng)并聯(lián)繞組；適應(yīng)于較大電流、較低電壓的電機(jī)。l單波繞組：N極下上層的繞組元件串聯(lián)為一支路，S極下的串聯(lián)為另一支路，并聯(lián)支路數(shù)恒等于并聯(lián)支路數(shù)恒等于2 2；電刷間

15、電勢(shì)較大，電樞電流較下，也稱(chēng)串聯(lián)繞組。適用于較高電壓、較小電流的電機(jī)。l此外，還有復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組、混合繞組（蛙繞組）等。第三節(jié)、第三節(jié)、 直流電機(jī)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)Magnetic Field &Armature Reaction3.1、空載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)、空載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)1. 空間上，忽略極面下的齒槽效應(yīng)，沿極面均勻分布。2. 空間上，非正弦分布，在導(dǎo)體中感應(yīng)電勢(shì)將包括有高次諧波。l由磁極的直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生，空氣隙磁場(chǎng)不隨時(shí)間變化，是恒定磁場(chǎng)；l主磁通主磁通 ：產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的有效磁通產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的有效磁通，通過(guò)氣隙，同時(shí)交鏈電樞繞組

16、和勵(lì)磁繞組。（空載時(shí)用0表示）l磁極漏磁通磁極漏磁通：從磁極的側(cè)面逸出，只和勵(lì)磁繞組交鏈。111.151.25K l漏磁系數(shù)漏磁系數(shù)k：0K附：主磁路計(jì)算的基本原理主磁路計(jì)算的基本原理主磁路計(jì)算的目的是：給定勵(lì)磁電流計(jì)算磁通。主磁路計(jì)算的目的是：給定勵(lì)磁電流計(jì)算磁通。1.實(shí)驗(yàn)方法 通過(guò)空載特性或磁化曲線查出。2.計(jì)算方法 磁路計(jì)算。假設(shè)全部磁通集中在一定路徑上流通，則可以用路代替場(chǎng)。一般通過(guò)試探和疊代試探和疊代的方法求解。附附.1 直流電機(jī)的主磁路直流電機(jī)的主磁路l主磁路：磁軛、極芯、極靴、空氣隙、齒和電樞鐵芯；附附.2 主磁通的計(jì)算主磁通的計(jì)算1.由點(diǎn)到線，繪制電機(jī)磁化曲線n設(shè)定一個(gè)主磁通；

17、算出各段的磁通密度；n根據(jù)相應(yīng)材料的磁化曲線查取各段的磁場(chǎng)強(qiáng)度；n計(jì)算各段磁路消耗的磁勢(shì)；n各段磁勢(shì)的總和即為主磁通對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁磁勢(shì)；n繪制磁化曲線。2.If F00查磁化曲線法：查磁化曲線法：BHHlHlF 給定勵(lì)磁電流計(jì)算磁通給定勵(lì)磁電流計(jì)算磁通繪制磁化曲線順序附附.2 主磁通的計(jì)算主磁通的計(jì)算1.實(shí)際上可試探一磁通，由此算出總磁動(dòng)勢(shì)，若與給定磁動(dòng)勢(shì)相等（或在容差范圍之內(nèi)），則滿足要求，否則修改試探值，進(jìn)行疊代求解；疊代計(jì)算法：疊代計(jì)算法：可以參考教材習(xí)題12第2問(wèn)3.2、負(fù)載時(shí)電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)、負(fù)載時(shí)電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)l電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，即電樞磁場(chǎng)電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，即電樞磁場(chǎng)。l基本

18、術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ)磁極中性線（直軸線，磁極中性線（直軸線，d軸線）軸線）幾何中性線（交軸線，幾何中性線（交軸線，q軸線）軸線）物理中性線（氣隙物理中性線（氣隙B = 0處）處）由于靜止的電刷和運(yùn)動(dòng)的換向器的共同作用，電刷間連接的導(dǎo)體時(shí)刻在變化，但電刷間導(dǎo)體電電刷間導(dǎo)體電流產(chǎn)生的磁勢(shì)不變流產(chǎn)生的磁勢(shì)不變。nl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)。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)。l階梯形波。如沿電樞分布的線圈無(wú)限增多，則將趨近于階梯形波。如沿電樞分布的線圈無(wú)限增多，則將趨近于三角形波。三角形波。 xo aFxAx線負(fù)載線負(fù)載A：224aaaaNiNINIAp

19、Dpaa最大的磁動(dòng)勢(shì)點(diǎn)出現(xiàn)在交軸處，其值為：最大的磁動(dòng)勢(shì)點(diǎn)出現(xiàn)在交軸處，其值為：任意點(diǎn)任意點(diǎn)x電樞磁勢(shì)的計(jì)算電樞磁勢(shì)的計(jì)算x點(diǎn)電樞磁勢(shì)點(diǎn)電樞磁勢(shì)28aNIApa ie.電負(fù)荷 electric loadingxo電刷位置對(duì)電樞磁勢(shì)的影響電刷位置對(duì)電樞磁勢(shì)的影響1. 電樞磁勢(shì)幅值的位置恰在導(dǎo)體中的電流改變方向處，亦即在導(dǎo)體通過(guò)電刷處。如電刷移動(dòng)，則電樞磁勢(shì)的軸線也就跟著移動(dòng)。2. 直流電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線永遠(yuǎn)位于導(dǎo)體中的電流改變方向處（電刷位置電刷位置），且在空間是靜止不動(dòng)的。 3.3、交軸電樞反應(yīng)、交軸電樞反應(yīng)當(dāng)電刷位于交軸時(shí)當(dāng)電刷位于交軸時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也在交軸，此時(shí)電樞磁場(chǎng)

20、（交軸電樞磁場(chǎng)）對(duì)主極磁場(chǎng)的影響為交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)。影響之一：使得主磁通發(fā)生了畸變，且有去磁作用影響之一：使得主磁通發(fā)生了畸變，且有去磁作用。1F2FFaF3.3、交軸電樞反應(yīng)、交軸電樞反應(yīng)當(dāng)電刷位于交軸時(shí)當(dāng)電刷位于交軸時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也在交軸，此時(shí)電樞磁場(chǎng)（交軸電樞磁場(chǎng)）對(duì)主極磁場(chǎng)的影響為交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)。影響之二：使得電機(jī)的物理中性線發(fā)生了偏移影響之二：使得電機(jī)的物理中性線發(fā)生了偏移。 發(fā)電機(jī)，順著旋轉(zhuǎn)方向偏移；電動(dòng)機(jī)逆旋轉(zhuǎn)方向偏移；發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)3.3、交軸電樞反應(yīng)、交軸電樞反應(yīng) quadrature-axis armature reaction當(dāng)電刷位于交軸時(shí)當(dāng)電刷位于

21、交軸時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也在交軸，此時(shí)電樞磁場(chǎng)（交軸電樞磁場(chǎng)）對(duì)主極磁場(chǎng)的影響為交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)。電樞進(jìn)入極面處的磁極極尖為前極尖前極尖，離開(kāi)極面處的極尖為后極尖后極尖 。發(fā)電機(jī)后極尖下磁通密度增強(qiáng)，電動(dòng)機(jī)前極尖下磁通密度增強(qiáng)，增增強(qiáng)處可能產(chǎn)生火花強(qiáng)處可能產(chǎn)生火花！l 交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響：3.4、直軸電樞反應(yīng)、直軸電樞反應(yīng) direct-axis armature reactionl如電刷順著或逆著順著或逆著旋轉(zhuǎn)方向移過(guò)一個(gè)角度，則電樞電流的分布隨之改變，電樞磁勢(shì)的軸線也隨著電刷移動(dòng)。 1. 在2范圍內(nèi)的導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁勢(shì)固定作用在直軸，稱(chēng)為直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)。2. 起增磁

22、或去磁作用。3. 在2范圍外的是交軸電樞反應(yīng)；對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，電刷順著旋轉(zhuǎn)方向偏移時(shí)，直對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，電刷順著旋轉(zhuǎn)方向偏移時(shí)，直軸電樞電動(dòng)勢(shì)起軸電樞電動(dòng)勢(shì)起助磁助磁作用。（發(fā)電機(jī)則相反）作用。（發(fā)電機(jī)則相反）由于直軸電樞磁場(chǎng)軸線與主極軸線重合，因此其由于直軸電樞磁場(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的大小。作用應(yīng)該只是影響每極磁通的大小。3.5、削弱電樞反應(yīng)負(fù)作用的措施、削弱電樞反應(yīng)負(fù)作用的措施l交軸電樞反應(yīng)使得兩極尖處極尖處磁密不等，增強(qiáng)處可能產(chǎn)生火花(sparking)；每極磁通變小，可在在電機(jī)中裝置有補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組(compensation winding)，使其產(chǎn)生

23、的磁勢(shì)剛好抵消交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)（磁場(chǎng)） 。l補(bǔ)償繞組的電流分布和電樞繞組各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電流分布大小相等、方向相反；交軸附近的電樞磁勢(shì)將由換換向極向極磁動(dòng)勢(shì)來(lái)補(bǔ)償。補(bǔ)償繞組和換補(bǔ)償繞組和換向極繞組應(yīng)和電樞繞組串聯(lián)向極繞組應(yīng)和電樞繞組串聯(lián) 。補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組l補(bǔ)償繞組不能消除阻礙換向的運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)和 L di/dt。l造成的后果是換向延遲。l因此在交軸處通常安裝上換向極換向極，來(lái)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，抵消運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)和L di/dt的影響，使得正在換向的線圈電動(dòng)勢(shì)為0。l裝上補(bǔ)償繞組的電機(jī)通常也要裝上換向極繞組(commutation )。l小容量的直流電機(jī)，僅僅將電刷偏移一個(gè)角度電刷偏移一個(gè)角度，使得使得正在

24、換向的線圈的電動(dòng)勢(shì)為0，來(lái)消除環(huán)火(flashover across the commutator)。3.5、削弱電樞反應(yīng)負(fù)作用的措施、削弱電樞反應(yīng)負(fù)作用的措施換向極換向極設(shè)電樞磁勢(shì)的每極安匝數(shù)為Fa則直軸電樞磁勢(shì)的幅值為AFFaad2212AFFaaq交軸電樞磁勢(shì)的幅值為3.6、有效勵(lì)磁電流的簡(jiǎn)單分析、有效勵(lì)磁電流的簡(jiǎn)單分析 交軸電樞磁勢(shì)的去磁作用交軸電樞磁勢(shì)的去磁作用，用等效直軸去磁安匝Faqd表示，它與磁路的飽和程度有關(guān)，可近似與電樞電流成正比可近似與電樞電流成正比。設(shè)電樞磁勢(shì)的每極安匝數(shù)為Fa則直軸電樞磁勢(shì)的幅值為3.6、有效勵(lì)磁電流的簡(jiǎn)單分析、有效勵(lì)磁電流的簡(jiǎn)單分析0ffadaqdF

25、FFF有效勵(lì)磁磁勢(shì)為有效勵(lì)磁電流為00fffffIFIIN磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式空載特性曲線上的勵(lì)磁電流相當(dāng)于有效勵(lì)磁電流空載特性曲線上的勵(lì)磁電流相當(dāng)于有效勵(lì)磁電流例例16-1： 分析電樞反應(yīng)的等效去磁電流分析電樞反應(yīng)的等效去磁電流l已知一臺(tái)4極DC Generator，額定勵(lì)磁電流為 2.85A，額定電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為242.5V，空載運(yùn)行時(shí)的空載特性曲線數(shù)據(jù)如下（設(shè)空載時(shí)的轉(zhuǎn)速等于額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速），勵(lì)磁繞組每極900匝，求當(dāng)電刷位于交軸時(shí)等效去磁磁動(dòng)勢(shì) 。aqdFE0210240258If02.02.382.7402.742.382582.38242.52402.43240fIA

26、02.852.430.42AffNfIII900 0.42378AaqdffFNI例例16-1： 分析電樞反應(yīng)的等效去磁電流分析電樞反應(yīng)的等效去磁電流l一臺(tái)4極DG，UN = 230V, IaN = 84.8A,nN = 1500r/min, Ra = 0.147, N = 444, Da= 29.5cm.Nf=900。在額定運(yùn)行情況下勵(lì)磁電流IfN= 2.85A,，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)，測(cè)得的空載特性如下：E0210240258If02.02.382.7402.742.382582.38242.52402.43240fIA02.852.430.42AffNfIII900 0.4237

27、8AaqdffFNI思考題思考題1.為什么說(shuō)直流電機(jī)的空氣隙磁場(chǎng)是恒定磁場(chǎng)？2.設(shè)電刷位于交軸，試默繪直流電機(jī)的空載磁勢(shì)分布曲線B0(x)、空載磁場(chǎng)分布曲線Fa(x)、電樞磁勢(shì)分布曲線Fa(x)、電樞磁場(chǎng)分布曲線Ba(x)和合成磁場(chǎng)分布曲線B(x) 第四節(jié)、第四節(jié)、 電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Electromotive ForceEMF4.1、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)l電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)電機(jī)正、負(fù)電刷之間的電勢(shì)，即每一并聯(lián)支路的電勢(shì)。位于電刷之間固定位置的各個(gè)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和 氣隙磁密和導(dǎo)體的分布4.1、 電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞繞組的感應(yīng)

28、電動(dòng)勢(shì)212NaajavjNEeea226060avavavBlnneB lvpp aeECn60epNCa假設(shè)平均磁密為Bav，導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度為l，電機(jī)轉(zhuǎn)述為n（r/min, revolutions per minute），電樞直徑為Da，極對(duì)數(shù)為p26060annvDp運(yùn)動(dòng)線速度為v (m/s, meters per second)2226060aavNNnpNEepnaaa4.1、 電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)n 直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)與每極磁通量及轉(zhuǎn)速有關(guān)。n 如將每極磁通量保持不變，直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)將和轉(zhuǎn)速成正比。n 如將轉(zhuǎn)速保持不變，直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)將和每極磁通量成正比。n

29、 電刷間的感應(yīng)電勢(shì)僅和極面下的總磁通量有關(guān)，而和極面下磁通密度的分布情況無(wú)關(guān)。eaEnC60constanteCpNa4.1、電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)、電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)n 通常電刷在交軸，如果移動(dòng)電刷位置，則支路中一部分導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)將因方向相反而互相抵消，導(dǎo)致電刷間電勢(shì)Ea的減小。n 使用負(fù)載時(shí)的每極磁通，得負(fù)載時(shí)電刷感應(yīng)電勢(shì)Ea。n 當(dāng)負(fù)載時(shí)，由于電樞回路的電阻電壓降，直流發(fā)電機(jī)電刷間的端電壓U比負(fù)載時(shí)的電刷電勢(shì)Ea小 。4.1、電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)、電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)l一臺(tái)4極直流發(fā)電機(jī)，電樞繞組是單波繞組，電樞繞組的元件數(shù)S=162，每個(gè)元件匝數(shù)Nc=2，每極磁通=0.0051Wb，轉(zhuǎn)速n=

30、1450r/min，求電樞電動(dòng)勢(shì)。 電樞總導(dǎo)體數(shù)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) 電樞電動(dòng)勢(shì) 22 2 162648cNN S a2 64821.66060 1epNCa21.6 0.0051 1450159.73VeECn fR3.5、 直流發(fā)電機(jī)的平衡方程式直流發(fā)電機(jī)的平衡方程式并勵(lì)發(fā)電機(jī)afIIIU每一電刷的接觸壓降電刷接觸電阻隨電流的增大而減小，通常假定為常數(shù)，石墨電刷或碳石墨電刷，取為1V 電流、電壓平衡式2aa aEUI rU aEfIaIIU4.2 直流發(fā)電機(jī)的平衡方程式直流發(fā)電機(jī)的平衡方程式222Maaa aaffabPE IUII rUpUIpIPp 電磁功率附加損耗產(chǎn)生pad的原因電樞存在齒槽，

31、使氣隙磁通發(fā)生脈動(dòng)，在電樞鐵心、主極鐵心和極靴表面中產(chǎn)生脈動(dòng)損耗電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)畸變產(chǎn)生的額外電樞損耗電樞拉緊螺栓在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)引起的鐵耗由換向電流產(chǎn)生的損耗2aa afaIIEUII rU1MmecFeadPPppp輸入功率ra：串接在電樞回路中各種繞組的總電阻，如電樞繞組、串勵(lì)繞組和換向極繞組等。fRaEfIaIIU并勵(lì)發(fā)電機(jī)Fepadpcuapcufpcubpmecp1PMP2P直流發(fā)電機(jī)的功率圖222Maafa aafabPE IUIUII rUIPppp 電磁功率輸入功率1MmecFeadPPppp各下標(biāo)的意義：mec-mechanic losses; Fe-ferro; cu-copp

32、er; ad-additional (stray) a-armature ; b-brush ; f-field; L-load, em-ElectroMagnetic 一般電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩下標(biāo)用em表示，即Pem,Tem.mecFepp不變損耗fabadpppp可變損耗4.3 直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式 電壓平衡式電壓平衡式2aa aEUI rU 電流平衡式電流平衡式（并勵(lì)時(shí)）faIII2aa aUEI rU 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)fRaEfIaIIU4.3 直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式 1222aa aafaaa aaffMabPUIEI rUIIE II rUIU

33、IpPpp 輸入功率2MmecFeadPPppp2aa aafEUI rUIII 輸出功率并勵(lì)電動(dòng)機(jī)fRaEfIaIIU20.5 1 %adpP功率平衡式功率平衡式acupbcupmecpadpFepfcup1PMP2P直流電動(dòng)機(jī)的功率圖輸入功率扣除電樞銅耗電樞銅耗、電刷的電損耗電刷的電損耗、以及勵(lì)勵(lì)磁損耗磁損耗后，才是電樞繞組吸收的電磁功率電磁功率。電磁功率產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。在此過(guò)程中，勢(shì)必要克服因轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的各種損耗（鐵耗鐵耗，機(jī)械損耗機(jī)械損耗，附加損耗附加損耗/雜散損耗雜散損耗），最終在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率機(jī)械功率。空載損耗：機(jī)械損耗+鐵

34、耗負(fù)載損耗：銅耗類(lèi)+附加損耗1MabfPppPp2mecFdeMappPPp空載損耗l例題16-2講解（板書(shū)）第五節(jié)、第五節(jié)、 電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩Electromagnetic TorqueTem5.1、電樞繞組的、電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩TFr電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的一般概念I(lǐng)FlBddqFvBrTF磁力線垂直于電樞圓周，電磁力方向?yàn)殡姌袌A周的切線方向。5.1、電樞繞組的、電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩某根導(dǎo)體j的平均電磁力：2avaaavavIiFBlB la 對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩222aaaavavavDIDTFB la電樞總的電磁轉(zhuǎn)矩 1222222NaaaajavavavjaavIDIDTTNTN B lN B laaIN B la2p2aaaTvB lpNICaI2TpNCa電磁轉(zhuǎn)矩的認(rèn)識(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的認(rèn)識(shí)2aTapNTICIa一臺(tái)制