直流電動(dòng)機(jī)原理3

1、第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)1第第1 1章直流電動(dòng)機(jī)原章直流電動(dòng)機(jī)原 理理 主講主講 張華曹張華曹 西安理工大學(xué)電子工程系西安理工大學(xué)電子工程系 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)21.1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理1、直流電機(jī)的種類：直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。2、什么樣發(fā)電機(jī)是直流發(fā)電機(jī)？能將機(jī)械能變?yōu)橹绷麟妷弘娏鞯陌l(fā)電機(jī)，也就是輸出電壓為直流的發(fā)電機(jī)就叫做直流發(fā)電機(jī)。3、直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 如圖1-1，1-2所示：它是由磁極；電樞；滑環(huán)；1.1直流電機(jī)的基本工作原理第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)3電刷等組成。 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)44、直流發(fā)電機(jī)工作原理 當(dāng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),線

2、圈ab,Cd邊切割磁力線,在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=BLv.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)5 通過半圓滑環(huán)（換向器）和電刷整流通過半圓滑環(huán)（換向器）和電刷整流,將將ab,cd線圈中線圈中 的交流電動(dòng)勢(shì)變?yōu)榈慕涣麟妱?dòng)勢(shì)變?yōu)橹绷麟妷狠敵鲋绷麟妷狠敵?(若象圖若象圖1-1那樣用兩個(gè)圓形環(huán)輸出那樣用兩個(gè)圓形環(huán)輸出,將獲得交流電壓將獲得交流電壓,就稱為交流發(fā)電機(jī)就稱為交流發(fā)電機(jī))直流發(fā)電機(jī)發(fā)出電壓的高低和蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速直流發(fā)電機(jī)發(fā)出電壓的高低和蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速n有關(guān)，轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速n越高電壓越高。越高電壓越高。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，電樞線圈的長(zhǎng)度當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，電樞線圈的長(zhǎng)度L越長(zhǎng)發(fā)出的電壓越高。越長(zhǎng)發(fā)出的

3、電壓越高。1。1。2直流電動(dòng)機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。它也是由磁極、電樞、換向器和電刷所示。它也是由磁極、電樞、換向器和電刷組成，組成，當(dāng)電刷上加上直流電壓時(shí)，通過換向器將直流電流送電樞線圈，帶電流當(dāng)電刷上加上直流電壓時(shí)，通過換向器將直流電流送電樞線圈，帶電流線圈在磁場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電磁力線圈在磁場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電磁力f，電磁力的方向由左手定則決定，電磁力的方向由左手定則決定，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和力的方向是一一致的。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和力的方向是一一致的。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)6 電磁力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度電磁力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的高

4、低，電樞線圈的長(zhǎng)短的高低，電樞線圈的長(zhǎng)短L和線圈中的電流和線圈中的電流i大小成正比。大小成正比。 f=BLi ( (Wb/m2).m.A)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與線圈中的電流方向，以及磁極的直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與線圈中的電流方向，以及磁極的磁場(chǎng)方向（磁場(chǎng)方向（N-S）有關(guān)。所以改變電動(dòng)機(jī)的工作電壓的）有關(guān)。所以改變電動(dòng)機(jī)的工作電壓的極性和磁場(chǎng)的方向（或勵(lì)磁電流的極性），即可改變電極性和磁場(chǎng)的方向（或勵(lì)磁電流的極性），即可改變電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。由圖由圖1-2和和1-3可見直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)是相同可見直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)是相同的，所以直流發(fā)電機(jī)可以做電動(dòng)機(jī)用，直流電動(dòng)機(jī)

5、可以的，所以直流發(fā)電機(jī)可以做電動(dòng)機(jī)用，直流電動(dòng)機(jī)可以做直流發(fā)電機(jī)用，兩者是可逆的。做直流發(fā)電機(jī)用，兩者是可逆的。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)7 1. 2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途前面講的是電機(jī)的簡(jiǎn)化的原理性結(jié)構(gòu)；而實(shí)際的結(jié)構(gòu)如前面講的是電機(jī)的簡(jiǎn)化的原理性結(jié)構(gòu)；而實(shí)際的結(jié)構(gòu)如圖圖1-4；圖；圖1-5和圖和圖1-6所示：實(shí)際結(jié)構(gòu)由錠子部分，轉(zhuǎn)所示：實(shí)際結(jié)構(gòu)由錠子部分，轉(zhuǎn)子部分等組成。子部分等組成。1、定子部分、定子部分 它是由主磁極，換向磁極，機(jī)座，電刷裝置它是由主磁極，換向磁極，機(jī)座，電刷裝置-等組成。等組成。（1）主磁極）主磁極 如圖如圖1-5所示：它由主磁極鐵心，勵(lì)磁

6、繞組等組成。磁所示：它由主磁極鐵心，勵(lì)磁繞組等組成。磁極鐵心是由極鐵心是由1-1。5mm的低炭鋼板沖片層疊壓緊而成。的低炭鋼板沖片層疊壓緊而成。最后做成靴子狀最后做成靴子狀-稱為極靴。靴子桶狀頭與定子固定，稱為極靴。靴子桶狀頭與定子固定，靴子大頭靴子大頭-極靴將與電樞處于相對(duì)位置。極靴將與電樞處于相對(duì)位置。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)8 主磁極鐵心上繞有勵(lì)磁線圈。主磁極對(duì)（主磁極鐵心上繞有勵(lì)磁線圈。主磁極對(duì)（N-S）的個(gè)數(shù)）的個(gè)數(shù)P與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n高低有關(guān)。主磁極對(duì)數(shù)高低有關(guān)。主磁極對(duì)數(shù)P越多，轉(zhuǎn)速越多，轉(zhuǎn)速越低。越低。 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)9 2）. 換向磁極換向磁極在

7、兩個(gè)主磁極中間所增加的輔助磁極，以便迅速改在兩個(gè)主磁極中間所增加的輔助磁極，以便迅速改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。3）機(jī)底座）機(jī)底座（定子磁軛）（定子磁軛） 作為定子和轉(zhuǎn)子的支持。使主磁極和轉(zhuǎn)子作為定子和轉(zhuǎn)子的支持。使主磁極和轉(zhuǎn)子 軸承具軸承具有固定的位置。它一般用鑄鋼做成，有良好的導(dǎo)有固定的位置。它一般用鑄鋼做成，有良好的導(dǎo)磁性。磁性。4）電刷裝置：）電刷裝置： 一般采用導(dǎo)電良好、而且耐磨的材料做成。它由一般采用導(dǎo)電良好、而且耐磨的材料做成。它由銅絲軟線銅絲軟線+銅夾頭銅夾頭+彈簧彈簧+碳刷頭組成。碳刷頭組成。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)10 電刷裝置的作用是直流電壓電流導(dǎo)入導(dǎo)出

8、電機(jī)的裝置。電刷裝置的作用是直流電壓電流導(dǎo)入導(dǎo)出電機(jī)的裝置。電刷頭（電刷桿）的數(shù)目電刷頭（電刷桿）的數(shù)目=電機(jī)主磁極的數(shù)目。電機(jī)主磁極的數(shù)目。2、轉(zhuǎn)子部分、轉(zhuǎn)子部分 轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。如圖轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。如圖1-6 所示。所示。（1）電樞鐵心）電樞鐵心: 電樞鐵心通常也是采用電樞鐵心通常也是采用0.5mm 厚度的涂有絕緣漆的硅鋼片的沖片疊壓而厚度的涂有絕緣漆的硅鋼片的沖片疊壓而成成,固定在轉(zhuǎn)軸上固定在轉(zhuǎn)軸上.電樞鐵心沿圓周上刻有均勻分布的槽電樞鐵心沿圓周上刻有均勻分布的槽,里面可以嵌入電樞里面可以嵌入電樞繞組繞組.(2)電樞

9、繞組電樞繞組:繞組是用圓形和矩形截面導(dǎo)線繞制而成繞組是用圓形和矩形截面導(dǎo)線繞制而成.將線圈將線圈(稱為元件稱為元件.每個(gè)元件有兩個(gè)出每個(gè)元件有兩個(gè)出線端線端 )進(jìn)行串聯(lián)并聯(lián)而構(gòu)成進(jìn)行串聯(lián)并聯(lián)而構(gòu)成.其功能是通過電流并在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感其功能是通過電流并在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)電動(dòng)勢(shì).以現(xiàn)實(shí)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換以現(xiàn)實(shí)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,或者反之或者反之.第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)11 3、換向器：、換向器：換向器是由金屬塊（換向片）和絕緣塊（云母）相間組換向器是由金屬塊（換向片）和絕緣塊（云母）相間組裝成的一個(gè)圓形環(huán)狀體，如圖裝成的一個(gè)圓形環(huán)狀體，如圖1-6所示。它安裝在轉(zhuǎn)軸所示。它安裝

10、在轉(zhuǎn)軸上和電刷配合工作。上和電刷配合工作。在發(fā)電機(jī)中：其功能是將繞組內(nèi)的交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電在發(fā)電機(jī)中：其功能是將繞組內(nèi)的交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷上的直流電動(dòng)勢(shì)。刷上的直流電動(dòng)勢(shì)。在直流電動(dòng)機(jī)中：其作用是將電刷上的直流電壓轉(zhuǎn)換成在直流電動(dòng)機(jī)中：其作用是將電刷上的直流電壓轉(zhuǎn)換成繞組內(nèi)的交流電壓電流。繞組內(nèi)的交流電壓電流。換向片的數(shù)目與元件的數(shù)目相等。換向片的數(shù)目與元件的數(shù)目相等。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)12 1.2.2 直流電機(jī)的銘牌參數(shù)直流電機(jī)的銘牌參數(shù)銘牌一般固定在機(jī)座表面。上面標(biāo)注著電機(jī)的額定參數(shù)：銘牌一般固定在機(jī)座表面。上面標(biāo)注著電機(jī)的額定參數(shù)：；作為正確使用電機(jī)的依據(jù)。其標(biāo)準(zhǔn)額定參數(shù)有：

11、；作為正確使用電機(jī)的依據(jù)。其標(biāo)準(zhǔn)額定參數(shù)有：1）額定功率）額定功率 PN（KM） =（UN。IN）2）額定電壓）額定電壓 UN （V）3）額定電流）額定電流 IN （A）4）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速 Nn （r/mim）5) 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 IfN(A). 其他不在銘牌上的參數(shù)：其他不在銘牌上的參數(shù)：直流電動(dòng)機(jī)的額定效率直流電動(dòng)機(jī)的額定效率N=N=輸入功率輸入功率/ /輸出功率。輸出功率。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)13電機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：電機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩： T2N=PN/N=9.55 PN/nN (Nm)1.2.3 直流電機(jī)的用途和分類直流電機(jī)的用途和分類

12、Z2-一般用途一般用途 Z ZF-大、中直流電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。大、中直流電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。 ZZJ-冶金工業(yè)用冶金工業(yè)用- ZT-恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速 ZQ-電力機(jī)車電力機(jī)車 ZH-船用船用第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)14 ZU-龍門刨直流電動(dòng)機(jī)龍門刨直流電動(dòng)機(jī) ZA-防爆電動(dòng)機(jī)防爆電動(dòng)機(jī) ZKJ-礦山用電動(dòng)機(jī)礦山用電動(dòng)機(jī)第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)15 1.3直流電直流電(動(dòng)動(dòng))機(jī)的電樞繞組機(jī)的電樞繞組電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組稱為電樞繞組電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組稱為電樞繞組.繞組是由繞組元件串聯(lián)、繞組是由繞組元件串聯(lián)、并聯(lián)連接而成。并聯(lián)連接而成。1、元件、元件 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)16由圖可見：一個(gè)元件可以

13、是單匝的也可以是多匝的。一個(gè)單匝元件由圖可見：一個(gè)元件可以是單匝的也可以是多匝的。一個(gè)單匝元件的元件邊（一個(gè)元件有兩個(gè)元件邊）里僅有一根導(dǎo)線。多匝元的元件邊（一個(gè)元件有兩個(gè)元件邊）里僅有一根導(dǎo)線。多匝元件的元件邊里有件的元件邊里有NY根導(dǎo)體。如圖根導(dǎo)體。如圖1-7中（中（a）為多匝元件，其邊）為多匝元件，其邊數(shù)數(shù)NY=3。2、一般整個(gè)電樞繞組的元件個(gè)數(shù)應(yīng)、一般整個(gè)電樞繞組的元件個(gè)數(shù)應(yīng)=電樞上的換向片數(shù)：電樞上的換向片數(shù)： S=K3、元件在電樞槽內(nèi)的放置方法如圖、元件在電樞槽內(nèi)的放置方法如圖1-7（b）所示，元件中間隔一定）所示，元件中間隔一定的槽數(shù)。一個(gè)槽內(nèi)放的槽數(shù)。一個(gè)槽內(nèi)放1號(hào)元件的一條邊

14、和號(hào)元件的一條邊和2號(hào)元件的另一條邊。號(hào)元件的另一條邊。2號(hào)和號(hào)和3號(hào)依次類推。最后一個(gè)元件的一條邊再和號(hào)依次類推。最后一個(gè)元件的一條邊再和1號(hào)元件另一條號(hào)元件另一條邊放在一個(gè)槽內(nèi)。邊放在一個(gè)槽內(nèi)。在同一個(gè)槽內(nèi)的兩個(gè)元件邊一個(gè)在下另一個(gè)在上，但必須按同一順在同一個(gè)槽內(nèi)的兩個(gè)元件邊一個(gè)在下另一個(gè)在上，但必須按同一順序。序。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)174）電樞繞組上的線槽，若用Q表示總的槽數(shù)。每個(gè)槽的上下各放置u個(gè)元件邊，（例如u=3）, 則聲明每個(gè)實(shí)槽內(nèi)含有3個(gè)虛槽。用Qu代表總虛槽數(shù)，有： Qu=Uq=S=K5)電樞 繞組最基本的形式有兩種：一種叫單疊繞組。另一種叫單波繞組。單疊繞組是前一

15、個(gè)元件的一個(gè)邊被后一個(gè)元件的一個(gè)邊壓著，依次類推。單波繞組其布線是波浪式的。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)18 1.3.1單疊繞組單疊繞組 單疊繞組元件參數(shù)、元件數(shù)單疊繞組元件參數(shù)、元件數(shù)S 與電樞槽數(shù)與電樞槽數(shù)Q、虛槽數(shù)、虛槽數(shù)Qu、換向片數(shù)、換向片數(shù)K、電樞外徑、電樞外徑Da、主磁極對(duì)數(shù)、主磁極對(duì)數(shù)P等之間等之間的關(guān)系：的關(guān)系：1、繞組節(jié)距、繞組節(jié)距 繞組節(jié)距：是指繞組節(jié)距：是指被連接起來的兩個(gè)元件被連接起來的兩個(gè)元件邊或換向片之間的邊或換向片之間的距離距離.第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)19 1)第一節(jié)距第一節(jié)距y1 它是一個(gè)元件的兩元件邊在電樞表面所跨的距離它是一個(gè)元件的兩元件邊在電樞表面

16、所跨的距離.如圖如圖1-8 所示所示. y1可以用虛槽數(shù)表示可以用虛槽數(shù)表示.y1的大小應(yīng)該以獲得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小應(yīng)該以獲得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大為原則最大為原則.y1應(yīng)等于或接近于一個(gè)極距應(yīng)等于或接近于一個(gè)極距; ; y1= y1=Da/2PDa/2P式中式中DaDa為電樞外徑為電樞外徑,P,P為磁極對(duì)數(shù)為磁極對(duì)數(shù). . 若極距用虛槽數(shù)表示若極距用虛槽數(shù)表示: : =Qu/2P=Qu/2P y1=Qu/2P y1=Qu/2P=整數(shù)整數(shù)第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)20若若=0.y1=, ,稱為整距繞組稱為整距繞組. .若若0,y1稱為長(zhǎng)距繞組稱為長(zhǎng)距繞組,y1,y1, ,稱謂短距繞組稱謂短距繞組. .

17、2)2)合成節(jié)距合成節(jié)距y y和換向器節(jié)距和換向器節(jié)距ykyk 元件元件1 1和它相連的元件和它相連的元件2 2對(duì)應(yīng)邊之間的跨距是對(duì)應(yīng)邊之間的跨距是y y 用虛槽數(shù)表示用虛槽數(shù)表示. .每個(gè)每個(gè)元件首末端所連接兩個(gè)換向片之間的跨距稱為元件首末端所連接兩個(gè)換向片之間的跨距稱為ykyk . . 用換向片數(shù)表示用換向片數(shù)表示. .對(duì)對(duì)于單疊繞組于單疊繞組 有有y=yky=yk=1,=1,如圖如圖1-81-8中所示中所示. .3)3)第二節(jié)距第二節(jié)距y2y2 它是連之同一換向片的兩個(gè)元件邊之間的距離它是連之同一換向片的兩個(gè)元件邊之間的距離y2. y2. 或是元件或是元件一的下層元件比在換向器端經(jīng)過換向

18、片連接到元件一的下層元件比在換向器端經(jīng)過換向片連接到元件2 2的上層元件之間的的上層元件之間的跨距跨距. .對(duì)于單疊繞組有對(duì)于單疊繞組有: : y2=y1-y y2=y1-y2 2、單疊繞組的特點(diǎn)和元件的連接方法、單疊繞組的特點(diǎn)和元件的連接方法 如：直流發(fā)電機(jī)如：直流發(fā)電機(jī) ，2P=42P=4，S=K=QuS=K=Qu=16,=16,連接成單疊右行繞組。連接成單疊右行繞組。 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)211）計(jì)算各節(jié)距）計(jì)算各節(jié)距 第一節(jié)距第一節(jié)距y1： y1=Qu/2p=16/40=4 合成節(jié)距：合成節(jié)距：y和換向器近距和換向器近距yk y=yk=1 第二節(jié)距：第二節(jié)距：y2: y2=y1

19、-y=4-1=32)繪制繞組展開圖（如圖繪制繞組展開圖（如圖1-9） 做圖步驟如下：做圖步驟如下：先畫先畫16根等長(zhǎng)等距離實(shí)線，代表各槽上層元件邊。再根等長(zhǎng)等距離實(shí)線，代表各槽上層元件邊。再第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)22第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)23畫畫16根等長(zhǎng)等距虛線代表各槽下層元件邊。一根實(shí)線和一根虛線代根等長(zhǎng)等距虛線代表各槽下層元件邊。一根實(shí)線和一根虛線代表一個(gè)槽。并依次將槽編輯好號(hào)碼。表一個(gè)槽。并依次將槽編輯好號(hào)碼。放置主磁極，并標(biāo)上放置主磁極，并標(biāo)上N、S極性。極性。畫畫18個(gè)小方框代表?yè)Q向片。并標(biāo)上號(hào)碼。為了做圖方便，使換向個(gè)小方框代表?yè)Q向片。并標(biāo)上號(hào)碼。為了做圖方便，使換向

20、片的寬度等于槽與槽之間的寬度。片的寬度等于槽與槽之間的寬度。連接繞組：將元件、槽、和換向片按順序編號(hào)。元件上層邊所在連接繞組：將元件、槽、和換向片按順序編號(hào)。元件上層邊所在槽號(hào)以及元件上層邊相連接的換向片號(hào)碼編成一致。如圖槽號(hào)以及元件上層邊相連接的換向片號(hào)碼編成一致。如圖1-9所示。所示。1號(hào)元件的上層邊放在號(hào)元件的上層邊放在1號(hào)槽內(nèi)并與號(hào)槽內(nèi)并與1號(hào)換向片連接，因?yàn)樘?hào)換向片連接，因?yàn)閥1=4,則則1號(hào)號(hào)元件的下層邊應(yīng)放在第元件的下層邊應(yīng)放在第5號(hào)槽（號(hào)槽（1+y1=5）的下層（虛線）的下層（虛線） . 因?yàn)橐驗(yàn)閥=yk=1,1號(hào)元件的末端應(yīng)放這號(hào)換向片上（號(hào)元件的末端應(yīng)放這號(hào)換向片上（1+y

21、1=2）.依次類推。依次類推。確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。在圖確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。在圖1-9已經(jīng)用已經(jīng)用V表示表示出來。出來。放電刷。在直流電動(dòng)機(jī)里電刷組數(shù)也就是電刷桿數(shù)，與主磁極的放電刷。在直流電動(dòng)機(jī)里電刷組數(shù)也就是電刷桿數(shù)，與主磁極的個(gè)一樣多。圖個(gè)一樣多。圖1-9中示出了中示出了A。B 兩組磁極。兩組磁極。 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)24 3、繞組元件連接順序圖、繞組元件連接順序圖繞組元件連接順序圖用來表示電樞上所有愈加邊的串聯(lián)繞組元件連接順序圖用來表示電樞上所有愈加邊的串聯(lián)順序。根據(jù)圖順序。根據(jù)圖1-9的節(jié)距，就可以看出繞組各元件之間的節(jié)距，就可以看出繞組各

22、元件之間是如何連接的。是如何連接的。從第虛槽上層元件邊經(jīng)從第虛槽上層元件邊經(jīng)y1=4接到第接到第5虛槽的下層元件邊虛槽的下層元件邊構(gòu)成了第一個(gè)元件，它的首末端分別接到第構(gòu)成了第一個(gè)元件，它的首末端分別接到第1，2兩個(gè)兩個(gè)換向片上。換向片上。第第5 虛槽的下層元件邊經(jīng)虛槽的下層元件邊經(jīng)y2=3接到第二虛槽的上層元接到第二虛槽的上層元件邊，這樣就把第件邊，這樣就把第1，2號(hào)兩個(gè)元件連接起來了。依次號(hào)兩個(gè)元件連接起來了。依次類推。見圖類推。見圖1-10所示。所示。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)25 4、繞組電路圖、繞組電路圖 繞組展開圖如圖繞組展開圖如圖1-9所示。根據(jù)電刷之間元件連接順序，可以得到如

23、所示。根據(jù)電刷之間元件連接順序，可以得到如圖圖1-11所示繞組電路圖。所示繞組電路圖。 從圖可見：從電刷外面看繞組時(shí)，電樞繞組由從圖可見：從電刷外面看繞組時(shí)，電樞繞組由4條并聯(lián)支路組成。上條并聯(lián)支路組成。上層邊處在同一極下的元件中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，串聯(lián)起來通過電刷層邊處在同一極下的元件中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，串聯(lián)起來通過電刷構(gòu)成一條支路。被電刷短路的元件電動(dòng)勢(shì)等于構(gòu)成一條支路。被電刷短路的元件電動(dòng)勢(shì)等于0，這些元件不參加支路，這些元件不參加支路的組成。所以單疊繞組的支路數(shù)的組成。所以單疊繞組的支路數(shù)=電機(jī)的主磁極數(shù)。電機(jī)的主磁極數(shù)。a=p.第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)26第第1章章 預(yù)備知

24、識(shí)預(yù)備知識(shí)27電樞繞組中的單疊繞組有以下特點(diǎn)：電樞繞組中的單疊繞組有以下特點(diǎn)：1）位于同一個(gè)磁極下的元件串聯(lián)起來組成一個(gè)支路。支）位于同一個(gè)磁極下的元件串聯(lián)起來組成一個(gè)支路。支路數(shù)路數(shù)=磁極對(duì)數(shù)。磁極對(duì)數(shù)。A=p2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱，電刷放在換向器表面上的位）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)電刷之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線時(shí)，正負(fù)電刷之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最高。被短路的線圈沒有電動(dòng)勢(shì)。高。被短路的線圈沒有電動(dòng)勢(shì)。3）電刷桿數(shù)）電刷桿數(shù)=極數(shù)。極數(shù)。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)281.3.2 單波繞組簡(jiǎn)述單波繞組簡(jiǎn)述 單波繞組是因?yàn)槠湫螤铑愃朴诓ɡ艘粯佣?/p>

25、得名單波繞組是因?yàn)槠湫螤铑愃朴诓ɡ艘粯佣妹?其繞組節(jié)距參數(shù)也有其繞組節(jié)距參數(shù)也有:第一節(jié)距第一節(jié)距y1,合成節(jié)距合成節(jié)距y,換向器節(jié)距換向器節(jié)距yk, 第二節(jié)距第二節(jié)距y2等等.1.繞組節(jié)距繞組節(jié)距2.1)第一節(jié)距第一節(jié)距y1: 其定義和計(jì)算方法完全相同其定義和計(jì)算方法完全相同,與圖與圖1-12中所示中所示.(一一個(gè)元件的兩條元件邊在個(gè)元件的兩條元件邊在電樞表面所跨的距離電樞表面所跨的距離.)3.2)合成節(jié)距合成節(jié)距y與換向器節(jié)距與換向器節(jié)距yk:4. 合成節(jié)距合成節(jié)距y與換向器節(jié)距與換向器節(jié)距yk相等相等:y=yk.它是按電動(dòng)勢(shì)的方向進(jìn)它是按電動(dòng)勢(shì)的方向進(jìn)行選擇的行選擇的.當(dāng)換向片數(shù)為當(dāng)換

26、向片數(shù)為K, 所經(jīng)過的元件數(shù)為所經(jīng)過的元件數(shù)為P時(shí)時(shí):5. yk=(K1)/P=y第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)293)第二節(jié)距第二節(jié)距y2 y2=y-y1,如圖如圖1-12.第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)302、單波繞組展開圖、單波繞組展開圖 1)設(shè)直流電機(jī)設(shè)直流電機(jī)2P=4，S=K=Qu=15.計(jì)算得：計(jì)算得： y1=Qu/2P=15/4-3/4=3=15/4-3/4=3 y=yk y=yk=(K-1)/P=(15-1)/2=7=(K-1)/P=(15-1)/2=7 y2=y-y1=7-3=4 y2=y-y1=7-3=42)2)由計(jì)算參數(shù)畫出由計(jì)算參數(shù)畫出單波繞組展開圖單波繞組展開圖 如圖如圖

27、1-13所示所示3)由單波繞組展開圖畫出其單波繞組元件連接順序圖由單波繞組展開圖畫出其單波繞組元件連接順序圖: 如圖如圖1-14 所示所示:4)再由單波繞組展開圖畫繞組電路圖再由單波繞組展開圖畫繞組電路圖:如圖如圖1-15所示所示.第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)31 2)圖圖1.1.3單波繞組展開圖單波繞組展開圖 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)32 3) 圖圖1-14 單波繞組元件連接順序圖單波繞組元件連接順序圖 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)334) 圖圖1-15 單波繞組電路圖單波繞組電路圖第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)34 由圖可見由圖可見:單波繞組是把所有上層邊在單波繞組是把所有上層邊在N極下

28、的元件串聯(lián)極下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成一條支路起來構(gòu)成一條支路. 而把所有上邊在而把所有上邊在S極下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成另外一條極下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成另外一條支路支路. 由于主磁極只有由于主磁極只有N,S之分之分,所以單波繞組的支路對(duì)數(shù)與所以單波繞組的支路對(duì)數(shù)與磁極的對(duì)數(shù)無(wú)關(guān)磁極的對(duì)數(shù)無(wú)關(guān),總是總是=1. a=15)單波繞組的特點(diǎn)單波繞組的特點(diǎn): 同一極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路同一極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路.支路數(shù)支路數(shù)a=1, 與磁極對(duì)數(shù)無(wú)關(guān)與磁極對(duì)數(shù)無(wú)關(guān). 當(dāng)元件幾何形狀對(duì)稱時(shí)電刷在換向器表面上的位置對(duì)當(dāng)元件幾何形狀對(duì)稱時(shí)電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心準(zhǔn)主磁極中心.電刷獲得感應(yīng)

29、電動(dòng)勢(shì)最大電刷獲得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大.第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)35電刷桿數(shù)也應(yīng)等于極數(shù)電刷桿數(shù)也應(yīng)等于極數(shù)(采用全額電刷采用全額電刷) 此外還有復(fù)疊和復(fù)波、以及混合繞組等。此外還有復(fù)疊和復(fù)波、以及混合繞組等。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)36 1.4 直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)前言前言: 直流電機(jī)中存在三種磁場(chǎng)直流電機(jī)中存在三種磁場(chǎng):一個(gè)是定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)一個(gè)是定子產(chǎn)生的磁場(chǎng);另外一個(gè)是通過電流的電樞線圈會(huì)產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)另外一個(gè)是通過電流的電樞線圈會(huì)產(chǎn)生電樞磁場(chǎng).定子定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)的合成產(chǎn)生電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)的合成產(chǎn)生電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng).磁場(chǎng)的強(qiáng)弱將影響到電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)和

30、電磁轉(zhuǎn)矩的大小磁場(chǎng)的強(qiáng)弱將影響到電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的大小. 1.4.1 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)1、什么叫空載？、什么叫空載？ 電樞繞組中電流等于電樞繞組中電流等于0或者電流很小時(shí)的情況，稱為空或者電流很小時(shí)的情況，稱為空載。而且電機(jī)無(wú)負(fù)載，基本無(wú)功率輸出。載。而且電機(jī)無(wú)負(fù)載，基本無(wú)功率輸出。2、什么是空載磁場(chǎng)？、什么是空載磁場(chǎng)？第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)37 空載磁場(chǎng)就是在空載條件下，定子主磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)，也等于定空載磁場(chǎng)就是在空載條件下，定子主磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)，也等于定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中氣隙磁場(chǎng)。定子主磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度與勵(lì)磁子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中氣隙磁場(chǎng)。定子主磁極產(chǎn)生

31、的磁場(chǎng)強(qiáng)度與勵(lì)磁線圈中通過的勵(lì)磁電流大小有關(guān)。線圈中通過的勵(lì)磁電流大小有關(guān)。 空載磁場(chǎng)在定子和轉(zhuǎn)子中的分布如圖空載磁場(chǎng)在定子和轉(zhuǎn)子中的分布如圖1-16所示：所示：第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)38 從圖可見：磁力線從主磁極從圖可見：磁力線從主磁極N出發(fā)，經(jīng)過定子與轉(zhuǎn)出發(fā)，經(jīng)過定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙，進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵心，再穿過氣隙，達(dá)到子之間的氣隙，進(jìn)入轉(zhuǎn)子鐵心，再穿過氣隙，達(dá)到S磁磁極，最后回到極，最后回到N主磁極，形成閉合磁路。主磁極，形成閉合磁路。 3、主磁通和漏磁通、主磁通和漏磁通 穿過主磁極鐵心的且形成閉合磁路的磁通稱為主磁通穿過主磁極鐵心的且形成閉合磁路的磁通稱為主磁通0 0；穿過磁極周圍空氣

32、的磁通稱為漏磁通；穿過磁極周圍空氣的磁通稱為漏磁通 。漏。漏磁通約占主磁通磁通約占主磁通20%。4、直流電機(jī)空載磁場(chǎng)的密度分布、直流電機(jī)空載磁場(chǎng)的密度分布 由歐姆定律可知電路中的電阻越小電流越大由歐姆定律可知電路中的電阻越小電流越大.磁路中磁路中的磁通的磁通的也與的也與磁路中的磁阻磁路中的磁阻Rm的大小有關(guān)的大小有關(guān).而磁阻而磁阻Rm的大小與主磁極的截面積的大小與主磁極的截面積S和材料的磁導(dǎo)和材料的磁導(dǎo) 率率 有關(guān)有關(guān).第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)39 而磁隙中的磁通密度又與空氣隙的寬度而磁隙中的磁通密度又與空氣隙的寬度成反比成反比. .因?yàn)橐驗(yàn)橹鞔艠O極靴的截面面積前面大主磁極極靴的截面面積前

33、面大, ,后面小后面小, ,使得磁極極靴使得磁極極靴中的磁力線分布不均勻中的磁力線分布不均勻, ,邊緣稀邊緣稀, ,中心迷中心迷. .造成主磁極中造成主磁極中的磁通也分布不均勻的磁通也分布不均勻, ,如圖如圖1-171-17所示。所示。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)40 5、直流電機(jī)空載時(shí)的磁化曲線、直流電機(jī)空載時(shí)的磁化曲線 在直流電動(dòng)機(jī)中為了產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。氣隙里用有一定在直流電動(dòng)機(jī)中為了產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。氣隙里用有一定數(shù)量的主磁通數(shù)量的主磁通0 0，也就是要有一定的勵(lì)磁電流，也就是要有一定的勵(lì)磁電流If0If0、勵(lì)磁磁通勢(shì)、勵(lì)磁磁通勢(shì)Ff0Ff0。 所以所以空載時(shí)主磁通空載

34、時(shí)主磁通0 是勵(lì)磁磁通勢(shì)勵(lì)磁磁通勢(shì)Ff0 的函數(shù)：0=f0=f（Ff0Ff0）; ;o o也是勵(lì)磁電流也是勵(lì)磁電流If0If0的函數(shù)：的函數(shù)： 0=f（If0） 。它們稱為。它們稱為直流電機(jī)空載時(shí)直流電機(jī)空載時(shí)的磁化曲線。如圖的磁化曲線。如圖1-18所示。所示。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)41 由圖由圖1-17看見：看見：直流電機(jī)空載時(shí)的磁化曲線具有非線直流電機(jī)空載時(shí)的磁化曲線具有非線性特性，性特性，0-a曲線基本為一直線，隨著勵(lì)磁電流曲線基本為一直線，隨著勵(lì)磁電流If0的增的增加，（或者隨磁通勢(shì)加，（或者隨磁通勢(shì)Ff0的增加而線性增加。）；但是的增加而線性增加。）；但是超過超過a點(diǎn)后曲線將進(jìn)

35、入飽和狀態(tài)。點(diǎn)后曲線將進(jìn)入飽和狀態(tài)。 飽和的原因是：從圖飽和的原因是：從圖1-16可知：主磁極中的磁回可知：主磁極中的磁回路是由兩段主磁極、兩段氣隙、兩段電樞齒部、電樞路是由兩段主磁極、兩段氣隙、兩段電樞齒部、電樞磁彀，定子磁彀等幾段磁通回路組成。由于有磁組存磁彀，定子磁彀等幾段磁通回路組成。由于有磁組存在，磁密在，磁密B與磁通的非線性。（或者磁性材料的非線性）與磁通的非線性。（或者磁性材料的非線性）最后認(rèn)為磁路磁壓降的增加，而產(chǎn)生飽和。最后認(rèn)為磁路磁壓降的增加，而產(chǎn)生飽和。 臨界飽和點(diǎn)為臨界飽和點(diǎn)為a點(diǎn)，也稱為漆點(diǎn)。點(diǎn)，也稱為漆點(diǎn)。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)42 1、4、2直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的

36、磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)當(dāng)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)電樞繞組中有電流通過，它又產(chǎn)生一個(gè)磁通勢(shì)，它當(dāng)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)電樞繞組中有電流通過，它又產(chǎn)生一個(gè)磁通勢(shì)，它稱為電樞磁通勢(shì)。稱為電樞磁通勢(shì)。在負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)，將由定子的勵(lì)磁磁通和電樞磁通共同作用而產(chǎn)在負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)，將由定子的勵(lì)磁磁通和電樞磁通共同作用而產(chǎn)生，從而引起空載上上時(shí)的氣隙磁場(chǎng)發(fā)生改變。生，從而引起空載上上時(shí)的氣隙磁場(chǎng)發(fā)生改變。1、電樞反應(yīng)：、電樞反應(yīng)：通常將負(fù)載時(shí)的電樞磁通對(duì)定子的主勵(lì)磁磁通的影響稱為電樞反應(yīng)。通常將負(fù)載時(shí)的電樞磁通對(duì)定子的主勵(lì)磁磁通的影響稱為電樞反應(yīng)。2、電樞反應(yīng)帶來的影響：、電樞反應(yīng)帶來的影響： 1）電

37、樞磁通與定子的主勵(lì)磁磁通產(chǎn)生合成）電樞磁通與定子的主勵(lì)磁磁通產(chǎn)生合成,使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變.每每磁極下因?yàn)殡姌O磁場(chǎng)使主磁場(chǎng)一半被削弱磁極下因?yàn)殡姌O磁場(chǎng)使主磁場(chǎng)一半被削弱,而另一半被加強(qiáng)而另一半被加強(qiáng).磁勢(shì)的空磁勢(shì)的空間分布為間分布為:22)(21232)(21xANixANiayayaF第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)43 第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)44 其中其中Ny為元件匝數(shù)為元件匝數(shù),ia為元件線圈中通過的電流為元件線圈中通過的電流,則元件邊產(chǎn)生則元件邊產(chǎn)生的磁通勢(shì)為的磁通勢(shì)為iaNy-安培導(dǎo)線數(shù)安培導(dǎo)線數(shù), 若若N為電樞繞組的總導(dǎo)線數(shù)，為電樞繞組的總導(dǎo)線數(shù)，S為元件數(shù)，為元

38、件數(shù)，p為磁極對(duì)數(shù)，為磁極對(duì)數(shù)，為極為極距，距，D D為電樞直徑，則磁場(chǎng)階梯數(shù)為為電樞直徑，則磁場(chǎng)階梯數(shù)為S/S/（2P2P），則階梯形，或三角形），則階梯形，或三角形磁通勢(shì)的幅值磁通勢(shì)的幅值)17. 1 (22.22)16. 1 (2ADNiFSNNDPPSNiFaaaayaa，代入上式得：和若第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)45 式中A=Nia/(Da)為電樞表面單位長(zhǎng)度上的安培導(dǎo)體數(shù)。稱為線負(fù)荷（A/m）。 電樞磁場(chǎng)的磁密度（沿電樞的分布）為：為真空中的磁導(dǎo)率。AmTFBaa/.1040,702）對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用）對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用 電機(jī)在工作中，主磁極兩邊的磁場(chǎng)是變化的，一邊是增加磁，電

39、機(jī)在工作中，主磁極兩邊的磁場(chǎng)是變化的，一邊是增加磁，一邊是減少磁（稱為去磁）。去磁作用可以減少磁阻，防止磁飽和。一邊是減少磁（稱為去磁）。去磁作用可以減少磁阻，防止磁飽和。有利于磁場(chǎng)的變化和調(diào)整。有利于磁場(chǎng)的變化和調(diào)整。 去磁可使負(fù)載時(shí)合成磁通比空載每極磁通略有減少，這就是電去磁可使負(fù)載時(shí)合成磁通比空載每極磁通略有減少，這就是電樞反應(yīng)的去磁作用。樞反應(yīng)的去磁作用。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)46 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 有他勵(lì)磁、并勵(lì)磁、串勵(lì)磁、復(fù)合勵(lì)磁等方式。如圖有他勵(lì)磁、并勵(lì)磁、串勵(lì)磁、復(fù)合勵(lì)磁等方式。如圖1。23。第第1章章 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)47 （1） 他勵(lì)磁：特點(diǎn)是：電樞和勵(lì)磁的工作電源是分開的，互相不受影他勵(lì)磁：特點(diǎn)是：電樞和勵(lì)磁的工作電源是分開的，互相不受影響。機(jī)械特性硬。響。機(jī)械特性硬。 （2）并勵(lì)磁：電樞和勵(lì)磁的工作電源是同一的，是并聯(lián)工作的。）并勵(lì)磁：電樞和勵(lì)磁的工作電源是同一的，是并聯(lián)工作的。 （3）串聯(lián)勵(lì)磁：電樞和勵(lì)磁線圈是串聯(lián)工作的。公用一個(gè)電源。機(jī)）串聯(lián)勵(lì)磁：電樞和勵(lì)磁線圈是串聯(lián)工作的。公用一個(gè)電源。機(jī)械特性軟。械特性軟。（4）復(fù)合勵(lì)磁：勵(lì)磁線圈分成兩部分，一部分與電樞串聯(lián)，另一部分）復(fù)合勵(lì)磁：勵(lì)磁線圈分成兩部分，一部分與電樞串聯(lián)，另一部分與電樞并聯(lián)起來。可以改善電機(jī)的機(jī)械特性。與電樞并聯(lián)起來。可以改善電機(jī)