電機學：直流機 1章 概述

1、第一篇 直流機第1章 直流機概述第2章 直流機的電樞繞組第3章 直流機原理第4章 直流機特性第5章 直流電動機的起調(diào)制各章簡稱：概述、繞組、原理、特性、三項（電動機三項）。第1章 直流機概述1.1 直流機的基本原理1.2 直流機的結(jié)構(gòu)1.3 直流機的勵磁方式1.1 直流機的基本構(gòu)理1.1.1 直流機的基本結(jié)構(gòu)1.1.2 直流發(fā)電機的基本原理1.1.3 直流電動機的基本原理1.1.4 直流機的可逆性1.1.5 脈動的減小1.1.1 直流機的基本結(jié)構(gòu)定子：磁極+電刷轉(zhuǎn)子：電樞+換向氣隙：定轉(zhuǎn)之間1.1.2 直流發(fā)電機的基本原理1 定子磁場2 轉(zhuǎn)子電勢3 線圈電勢的波形4 換向器的整流作用1 定子磁

2、場主磁場的N、S極沿氣隙圓周交替排列。 定子磁場即主磁場。2 轉(zhuǎn)子電勢e-導體中的感應電勢b()-導體所處位置的磁密，單位：Wb/m2；l-導體有效長度，即切割磁力線部分的長度，單位：m；V-導體的線速度，單位：m/s。 先看導體電勢。2 續(xù)1導體電勢的方向不難用右手定則確定。此略。從整個線圈來看，導體A與導體X的電勢是相加的，故線圈電勢為2e。 導體電勢方向、線圈電勢3 線圈電勢的波形 對已制成電機，l不變。如果轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)，則v為常數(shù)。因此，eb()。 可見，導體中的感應電勢隨時間的變化規(guī)律與氣隙磁場(此時為主磁場)沿氣隙的分布規(guī)律相同。 因此，導體電勢，從而線圈電勢，是交變的。4 換向器

3、的整流作用4 續(xù)1線圈電勢并不直接引出，而是通過換向器引出。電刷B1只與N極下的導體所連換向片相接觸；電刷B2只與S極下的導體所連換向片相接觸。因此，B1、B2的極性都是固定的：電刷B1極性永遠為“+”，電刷B2極性永遠為“”。交流電勢的負半波被改變了方向，電刷間輸出的是直流電勢。這就是換向器的“整流”作用。這也是直流發(fā)電機的工作原理。 1.1.3 直流電動機的基本原理1 線圈通直流，平均轉(zhuǎn)矩為零2 線圈通交流，平均轉(zhuǎn)矩為正1 線圈通直流，平均轉(zhuǎn)矩為零 如果將直流電壓通過刷-環(huán)機構(gòu)加到線圈AX上，則線圈電流為直流i。由f=bil和左手定則知，作用在導體A、X上的轉(zhuǎn)矩T大小、方向均同，T=bil

4、D/2,式中：D為轉(zhuǎn)子外徑。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一周，b的方向正負交替一次，而電流方向恒定。因此線圈所受轉(zhuǎn)矩的方向亦正反交替一次，轉(zhuǎn)子將經(jīng)歷加速、減速的交替，無法持續(xù)加速，最終歸于不動。2 線圈通交流,平均轉(zhuǎn)矩為正線圈AX上，則線圈電流為交流i。由f=bil和左手定則知,作用在導體A、X上轉(zhuǎn)矩的大小、方向均同，T=bilD/2,式中：D為轉(zhuǎn)子外徑。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一周，b的方向正負交替一次，而電流亦然。因此，線圈所受轉(zhuǎn)矩方向恒定，轉(zhuǎn)子將持續(xù)加速，最終轉(zhuǎn)動起來。 如果將直流電壓通過刷-換機構(gòu)加到1.1.4 直流機的可逆性 一定的條件下，直流電機既可以作發(fā)電機運行，又可作為電動機運行。直流機的這種性質(zhì)稱為直流機的可逆

5、性。 但是，針對專門用途（發(fā)電或電動）設計的直流電機，逆向運行性能不太理想?？赡嫘砸话銇碚f，只具有理論意義。 直流機的可逆性亦適用于其他各種電機。換言之，其他電機也具有可逆性。1.1.5 脈動的減小1.2 直流機的結(jié)構(gòu)1.2.0 直流機結(jié)構(gòu)概觀1.2.1 直流機定子1.2.2 直流機轉(zhuǎn)子1.2.3 直流機端蓋1.2.4 直流機附件1.2.5 直流氣隙主極、電樞、氣隙、刷-換、機座、端蓋、風扇、換向極1.2.0直流機結(jié)構(gòu)概觀1.2.1 直流機定子1 機座2 主極3 換向極4 電刷裝置機座相關(guān)圖-機座的作用：支撐、導磁、導熱和保護。作為部分磁路，機座提供主磁路的磁軛。如圖。作為框架，機座支撐主磁極

6、、換向極及端蓋等。作為散熱機構(gòu)，機座傳導來自電機內(nèi)部的熱量。作為保護機構(gòu)，機座避免異物進入機內(nèi)。-機座一般用導磁性較好的厚鋼板焊接而成，或用鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁等澆鑄而成。機座用螺栓固定在地板等基礎(chǔ)上。1 機座2 主極主極有兩種：永久磁鐵、電磁鐵。電磁鐵就是電流+磁鐵。如前頁圖示。鐵心的繞組部分稱極身，較寬部分稱極靴。極靴可改善磁場分布，并使勵磁繞組套裝牢固。勵磁繞組通以直流，建立恒定的主磁場。主極沿周向呈N、S交替排列，成對出現(xiàn)。 主極鐵心用11.5mm厚低碳鋼板沖片疊壓緊固而成。主極用螺栓固定在機座上。主磁極簡稱主極。其作用是建立主磁場。3 換向極鐵心用整塊鋼或11.5mm厚的低碳鋼板沖片，疊

7、壓緊固而成；繞組采用較粗的扁導體繞成。換向極用螺栓固定在機座上，位于兩個主極之間。換向極的功能：改善換向。如主極，它亦由鐵心和繞組構(gòu)成,如圖示。 4 電刷裝置電刷裝置由電刷、刷握、壓指、銅絲辮等構(gòu)成。刷握用以固定電刷。壓指用以壓緊刷-換間滑動接觸。銅絲辮用以引導電流。同極性電刷用連接線連在一起，再引到出線盒。功能：與換向器配合，進行動靜轉(zhuǎn)換、交直轉(zhuǎn)換：整流、逆變。 1 電樞鐵心2 電樞繞組3 換向器4 轉(zhuǎn)軸1.2.2 直流機轉(zhuǎn)子 同步機定子叫電樞，直流機轉(zhuǎn)子叫電樞。1 電樞鐵心電樞鐵心功能：提供部分主磁路、嵌放電樞繞組。電樞鐵心常用0.5mm厚硅鋼片疊壓夾緊而成。硅鋼片周邊之槽用以嵌放電樞繞組

8、。有時沖片沖有軸向通風孔。有時沖片沿軸向分幾段壓裝，以構(gòu)成徑向通風道。 2 電樞繞組電樞繞組功能：提供電流、感應電勢、電磁轉(zhuǎn)矩的載體。它是直流電機的核心部分，與主極配合，用來產(chǎn)生感應電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，使電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。電樞繞組組成：電樞繞組由沿電樞外圓分布的線圈連接而成。線圈由導體繞成，分上、下層嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)。 組成：橫截面為楔形、外觀為燕尾形的銅換向片，排成一個圓筒，兩端用兩個V形環(huán)夾緊。換向片之間用云母片絕緣；換向片與V形環(huán)之間用V形圈和圓筒絕緣。 每個電樞線圈的首、末端分別與相應的連接片相連。3 換向器功能：與電刷裝置配合，進行動靜轉(zhuǎn)換、交直轉(zhuǎn)換：整流、逆變。 轉(zhuǎn)軸一般由優(yōu)等碳

9、素鋼制成，要求有足夠的強度和剛度。 4 轉(zhuǎn)軸功能：支撐電樞、換向器，傳遞轉(zhuǎn)矩。1.2.3 直流機端蓋 端蓋功能：支撐轉(zhuǎn)子、保護繞組。 端蓋組成：端蓋體、軸承、軸承蓋和固定螺栓。1.2.4 直流機附件 附件包括：風扇、出線盒、連接鍵和銘牌等。1.2.5 直流機氣隙 氣隙功能：儲存磁能、便于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 小型電機的氣隙為0.53mm，大型電機可達1012mm。 氣隙雖然很小，也不是結(jié)構(gòu)部件，然而，它是主磁路的主要部分，它對電機性能有很大影響。由于空氣的磁阻大，氣隙磁壓降占整個主磁路的80%左右。1.3 直流機的勵磁方式1.3.1 他勵1.3.2 自勵1.3.1 他勵 他勵特征：勵磁繞組與電樞繞組不相連接。1.3.2 自勵 自勵特征：勵磁繞組與電樞繞組相連。 自勵的種類：按勵磁繞組與電樞繞組的連接方式，分為三種-并勵、串勵、復勵。1.3.2 續(xù)1短復勵：并勵繞組兩端均接電刷。長復