直流電動(dòng)機(jī)基本理論及結(jié)構(gòu)課件

1、第1章 直流電動(dòng)機(jī)基本理論及結(jié)構(gòu)1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組1.3 直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)1.4 直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)矩1.5 直流電動(dòng)機(jī)基本特性1.6 直流電動(dòng)機(jī)的換向本章小結(jié)1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)1.1.1 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子部分包括機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、電刷等裝置。轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等部件。下面介紹直流電動(dòng)機(jī)主要部件的作用與基本結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。 1.定子部分（1） 機(jī)座。作用：固定主磁極、換向極、端蓋等，機(jī)座還是磁路的一部分，用以通過(guò)磁通的部分稱為磁軛。材料

2、：由鑄鋼或厚鋼板焊接而成，具有良好的導(dǎo)磁性能和機(jī)械強(qiáng)度。下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)（2） 主磁極。作用：產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。組成：如圖1-2所示，主磁極包括鐵芯和勵(lì)磁繞組兩部分，主磁極鐵芯柱體部分稱為極身，靠近氣隙一端較寬的部分稱為極靴，極靴做成圓弧形，使氣隙磁通均勻。材料：主磁極鐵芯一般由1.01.5 mm厚的低碳鋼板沖片疊壓鉚接而成。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)（3） 換向極。作用：改善換向。組成：如圖1-3所示，有鐵芯、繞組。 材料：鐵芯用整塊鋼制成，如要求較高，則用1.01.5 mm厚的鋼板疊壓而成；繞組用粗銅線繞制，流過(guò)的是電樞電流。安裝位置：在相鄰兩主極之

3、間。（4） 電刷裝置。作用：連接；交流、直流變換。組成：電刷、刷握、刷桿、刷桿架、彈簧、銅辮構(gòu)成，如圖 1-4 所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子部分 （1） 電樞鐵芯。作用：磁路的一部分。結(jié)構(gòu)：如圖1-5所示，用0.5 mm厚、兩邊涂有絕緣漆的硅鋼片沖片疊壓而成。（2） 電樞繞組。作用：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、通過(guò)電樞電流，它是電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。組成：絕緣導(dǎo)線繞成的線圈（或稱元件），按一定規(guī)律連接而成。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)（3） 換向器。作用：繞組中電流換向。組成：如圖1-6所示，多個(gè)壓在一起的梯形銅片構(gòu)成的一個(gè)圓筒，片與片之間用一層薄

4、云母絕緣，電樞繞組各元件的始端和末端與換向片按一定規(guī)律連接。換向器與轉(zhuǎn)軸固定在一起。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)1.1.2 直流電動(dòng)機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力而運(yùn)動(dòng)的原理制成的。根據(jù)電磁力定律可知，通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用。電磁力的方向用左手定則來(lái)判定，左手定則規(guī)定：將左手伸平，使拇指與其余四指垂直，并使磁力線的方向指向掌心，四指指向電流的方向， 則拇指所指的方向就是電磁力的方向。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)如圖1-7（a）所示，導(dǎo)體ab在N極下，電流方向由a到b，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)體ab受力方向向左；導(dǎo)體cd在S極下，電流方向

5、由c到d，因此導(dǎo)體cd的受力方向向右，兩個(gè)電磁力所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩使電樞按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180，轉(zhuǎn)到如圖1-7（b）所示的位置時(shí)，導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，電流方向由b到a，導(dǎo)體的受力方向向右；而導(dǎo)體cd在N極下，電流方向由d到c，導(dǎo)體的受力方向向左，故電樞仍按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)由此可知，通過(guò)換向器的作用，與電源負(fù)極相連的電刷B始終和S極下導(dǎo)體相連，故S極下導(dǎo)體中電流方向恒為流出；而與電源正極相連的電刷A始終和N極下導(dǎo)體相連，故N極下導(dǎo)體中電流方向恒為流入。當(dāng)導(dǎo)體ab和cd不斷交替出現(xiàn)在N極和S極下時(shí)，兩導(dǎo)體所受電磁力矩始終為逆時(shí)針方向，因而使電

6、樞按一定方向旋轉(zhuǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)1.1.3 直流電動(dòng)機(jī)銘牌銘牌數(shù)據(jù)主要包括：電動(dòng)機(jī)型號(hào)、電動(dòng)機(jī)額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁電流及勵(lì)磁方式等，此外還有電動(dòng)機(jī)的出廠數(shù)據(jù)，如出廠編號(hào)、出廠日期等。電動(dòng)機(jī)銘牌上所標(biāo)的數(shù)據(jù)為額定數(shù)據(jù)，具體含義有以下幾點(diǎn)。1.型號(hào) 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)一般采用大寫印刷體的漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)例如 Z4112/21式中 ZZ系列一般用途直流電動(dòng)機(jī)； 4設(shè)計(jì)系列號(hào)；112電動(dòng)機(jī)中心高112 mm；2極數(shù)為2；11號(hào)鐵芯。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)2.直流電動(dòng)機(jī)

7、的額定值（1） 額定功率PN是指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率，又稱為額定容量（W）。（2） 額定電壓UN是指電動(dòng)機(jī)壽命期內(nèi)安全工作的最高電壓（V）。（3） 額定電流IN是指電動(dòng)機(jī)軸上帶有額定機(jī)械負(fù)載時(shí)的輸入電流（A）。（4） 額定效率N是指在額定電壓、額定電流和額定輸出功率的情況下電動(dòng)機(jī)的效率。上一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組1.2.1 電樞繞組的常用術(shù)語(yǔ)元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組的元件，元件分為單匝和多匝兩種。元件的首末端：每一個(gè)元件不管是單匝還是多匝，均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。極距：相鄰主磁極間的距離稱為極距。下一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)

8、機(jī)電樞繞組疊繞組：是指相串聯(lián)的后一個(gè)元件端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分的上面，整個(gè)繞組呈折疊式前進(jìn)。波繞組：是指相串聯(lián)的兩個(gè)元件像波浪式的前進(jìn)。節(jié)距：是指被連接的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，節(jié)距用跨過(guò)的元件邊數(shù)或換向片數(shù)表示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組1.2.2 電樞繞組的基本要求及繞制規(guī)則對(duì)電樞繞組的基本要求是：一方面能夠產(chǎn)生足夠大的電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)一定大小的電流，產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩；另一方面要盡可能節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組繞組是由元件構(gòu)成的，一個(gè)元件由兩條元件邊和端接線組成。元件邊放在槽內(nèi)，能切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為“有效邊”；端接線

9、放在槽外，不切割磁力線，僅作為連接線使用。為了便于嵌線，每個(gè)元件的一個(gè)邊放在某一個(gè)槽的上層，稱為上層邊，另一個(gè)邊則放在另一個(gè)槽的下層，稱為下層邊，如圖1-8所示。繪圖時(shí)，為了表達(dá)清晰，將上層邊用實(shí)線表示，下層邊用虛線表示。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組1.實(shí)槽與虛槽電機(jī)電樞上實(shí)際開出的槽稱為實(shí)槽。電機(jī)往往有較多的元件來(lái)構(gòu)成電樞繞組，通常在每個(gè)槽的上、下層各放置若干個(gè)元件邊，如圖1-9所示。所謂“虛槽”，即單元槽。一個(gè)電機(jī)有Z個(gè)實(shí)槽，每個(gè)實(shí)槽有u個(gè)虛槽，則總虛槽Zi為uZ。2.元件數(shù)、換向片數(shù)與虛槽數(shù)每個(gè)元件有兩個(gè)元件邊，而每一個(gè)換向片連接兩個(gè)元件邊，又因?yàn)槊總€(gè)虛槽里包含兩個(gè)元件邊

10、，所以，繞組的元件數(shù)S、換向片數(shù)K和虛槽數(shù)Zi三者應(yīng)相等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組3.極距極距就是沿電樞表面圓周上相鄰兩磁極間的距離，用表示。通常用虛槽數(shù)表示較為方便，即式中 p磁極對(duì)數(shù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組4.繞組節(jié)距繞組節(jié)距通常都用虛槽數(shù)或換向片數(shù)表示。（1） 第一節(jié)距y1。同一個(gè)元件兩個(gè)有效邊之間的距離稱為第一節(jié)距。為了獲得較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，y1應(yīng)等于或接近于一個(gè)極距，即上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組（2） 合成節(jié)距y。相鄰兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離稱為合成節(jié)距。（3） 換向片節(jié)距yK。一個(gè)元件兩個(gè)出線端所連接的換向片之間的距離稱為換向片

11、節(jié)距。（4） 第二節(jié)距y2。它表示相鄰的兩個(gè)元件中，第一個(gè)元件下層邊與第二個(gè)元件上層邊之間的距離。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組1.2.3 單疊繞組單疊繞組是指每個(gè)元件的首端和末端分別接到相鄰的兩個(gè)換向片上，后一元件的首端與前一元件的末端連在一起，并接到同一個(gè)換向片上，依次串聯(lián)，最后一個(gè)元件的末端與第一個(gè)元件的首端連在一起，形成一個(gè)閉合的結(jié)構(gòu)，又稱單疊繞組展開圖，如圖1-10所示。此時(shí)，y=yK=1。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組1.2.4 單波繞組單波繞組的連接是每個(gè)元件與相距約兩個(gè)極距的元件相串聯(lián)，繞完一周以后，第x個(gè)元件的末端落到與起始換向片相鄰的換向片上，如圖

12、1-11所示。由于連接后的形狀似波浪，故稱為單波繞組。 上一頁(yè)返回1.3 直流電機(jī)磁場(chǎng)1.3.1 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 直流電機(jī)空載（發(fā)電機(jī)開路；電動(dòng)機(jī)空軸）運(yùn)行時(shí)，其電樞電流等于零或近似等于零。因而空載磁場(chǎng)即為勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通勢(shì)所建立的。 如圖1-12所示為四極空載磁場(chǎng)分布，通電產(chǎn)生N、S極間隔均勻的空載磁場(chǎng)。下一頁(yè)返回1.3 直流電機(jī)磁場(chǎng)（1） 主磁通：N極氣隙電樞齒槽電樞磁軛電樞鐵芯齒槽氣隙S極定子磁軛N極。作用：同時(shí)交鏈勵(lì)磁繞組和電樞繞組，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。（2） 漏磁通：N極氣隙相鄰S極磁極。影響：電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換工作不起作用。相反，使電機(jī)的損耗加大，效率降低，增大了磁路的飽和程度，一

13、般情況下，=（15%20%）0。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 直流電機(jī)磁場(chǎng)1.3.2 直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)圖1-13（a）為主磁場(chǎng)在電機(jī)中的分布情況。其方向用右手螺旋定則確定。在電樞表面上磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方是物理中性線m-m，它與磁極的幾何中性線n-n重合。如圖1-13（b）所示的電動(dòng)機(jī)的電樞磁場(chǎng)，其方向由右手定則確定。在電刷兩邊，N極面下的導(dǎo)體和S極面下的導(dǎo)體電流方向始終相反。 電樞反應(yīng)：電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響。圖1-13（c）所示為電樞反應(yīng)時(shí)的磁場(chǎng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 直流電機(jī)磁場(chǎng)與圖 1-13（a）比較可見帶負(fù)載后出現(xiàn)的電樞磁場(chǎng)，對(duì)主極磁場(chǎng)的分布有如下明顯的影響。（1） 電樞反應(yīng)使磁極下的

14、磁力線扭斜，磁通密度分布不均勻，合成磁場(chǎng)發(fā)生畸變。（2） 電樞反應(yīng)使主磁場(chǎng)削弱，電動(dòng)機(jī)出力減小。上一頁(yè)返回1.4 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)矩1.4.1 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為式中 電機(jī)的氣隙磁通；n電機(jī)的轉(zhuǎn)速；Ce與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，Ce=PN/60a。Ea的方向由與n的方向按右手定則確定，P為極對(duì)數(shù)，N為電樞導(dǎo)體總數(shù)，a為并聯(lián)支路對(duì)數(shù)。式（1.4.1）表明直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通和電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。下一頁(yè)返回1.4 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)矩1.4.2 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem電磁轉(zhuǎn)矩Tem為Tem=CTIa （1.4.2） 式中 I

15、a電樞電流；CT一個(gè)與電機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。電磁轉(zhuǎn)矩Tem的方向由氣隙磁通及電樞電流Ia的方向按左手定則確定。從式（1.4.2）可看出，制造好的直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩僅與電樞電流和氣隙磁通成正比。上一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性1.5.1 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流發(fā)電機(jī)的各種勵(lì)磁方式接線如圖1-14所示。直流電動(dòng)機(jī)的各種勵(lì)磁方式接線如圖1-15所示。1.他勵(lì)方式他勵(lì)方式中，電樞繞組和勵(lì)磁繞組電路相互獨(dú)立，電樞電壓U與勵(lì)磁電壓Uf彼此無(wú)關(guān)，電樞電流Ia與勵(lì)磁電流If也無(wú)關(guān)。 2.并勵(lì)方式并勵(lì)方式中，電樞繞組和勵(lì)磁繞組是并聯(lián)關(guān)系，在并勵(lì)發(fā)電機(jī)中Ia =I+If，而在并勵(lì)電動(dòng)機(jī)中Ia =I-

16、If。下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性3.串勵(lì)方式串勵(lì)方式中，電樞繞組與勵(lì)磁繞組是串聯(lián)關(guān)系。由于勵(lì)磁電流等于電樞電流，所以串勵(lì)繞組通常線徑較粗，而且匝數(shù)較少。無(wú)論是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)，均有Ia =I=If 。4.復(fù)勵(lì)方式復(fù)勵(lì)電機(jī)的主磁極上有兩部分勵(lì)磁繞組，其中一部分與電樞繞組并聯(lián)，另一部分與電樞繞組串聯(lián)。當(dāng)兩部分勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通方向相同時(shí)，稱為積復(fù)勵(lì)，反之稱為差復(fù)勵(lì)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性1.5.2 直流電動(dòng)機(jī)平衡方程式1.電壓平衡方程式如圖1-16所示，用電動(dòng)機(jī)慣例所設(shè)各量的正方向，用基爾霍夫電壓定律，可以列出電壓平衡方程式為 式中 Ub電刷管壓降。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5

17、 直流電機(jī)基本特性2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式電磁轉(zhuǎn)矩Tem是一個(gè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，它必須與軸上的負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T2和空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T0平衡，即 Tem=T2+T0 （1.5.3） 空載轉(zhuǎn)矩T0的數(shù)值為額定轉(zhuǎn)矩的2%5%，因此，在重載和額定負(fù)載下，TemT2。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性3.功率平衡方程式電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能輸出，總有一部分能量消耗在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，稱為電動(dòng)機(jī)損耗，包括機(jī)械損耗、鐵芯損耗、銅損耗、附加損耗，將式（1.5.2）兩邊乘以電樞電流Ia，即或上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性將式（1.5.3）兩邊乘以機(jī)械角速度，即Tem =T2+T0可寫成 上一頁(yè)下一頁(yè)

18、返回1.5 直流電機(jī)基本特性并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程為 上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性1.5.3 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1.他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī)的工作特性 他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在U=UN、If=IfN、電樞回路的附加電阻Rpa=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率三者與輸出功率P2（負(fù)載）之間的關(guān)系，即n=f(P2)、T=f(P2)、=f（P2）。工作特性可用實(shí)驗(yàn)方法求得，曲線如圖 1-18 所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性（1） 轉(zhuǎn)速特性。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為對(duì)于某一電動(dòng)機(jī)，Ce為一常數(shù)，則當(dāng)U=UN時(shí)，影響轉(zhuǎn)速的因素有兩個(gè)：一是電樞回路的電阻壓降IaRa

19、，二是磁通。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性（2） 轉(zhuǎn)矩特性。輸出轉(zhuǎn)矩T2=9.55P2/n，當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，T2=f（P2）將是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線。但實(shí)際上，當(dāng)P2增加時(shí)，n略有下降，因此T2= f（P2）的關(guān)系曲線略為向上彎曲。而電磁轉(zhuǎn)矩Tem=T2+T0（空載轉(zhuǎn)矩T0數(shù)值很小且近似為一常數(shù)），因此只要在T2=f（P2） 曲線上加上空載轉(zhuǎn)矩T0便得到T=f（P2）的關(guān)系曲線。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性（3） 效率特性。效率特性是在U=UN時(shí)的=f（P2）。效率是指輸出功率P2與輸入功率P1之比。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的不變損耗P0等于可變損耗PCua時(shí)，效率達(dá)到最大值。 2.串勵(lì)電動(dòng)

20、機(jī)的工作特性因?yàn)榇畡?lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，故勵(lì)磁電流If=Ia與負(fù)載有關(guān)。這就是說(shuō)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通將隨負(fù)載的變化而變化，正是這一特點(diǎn)，使串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)有很大的差別，如圖1-19所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相比，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨輸出功率P2的增加而迅速下降，這是因?yàn)镻2增大時(shí)，Ia隨之增大，電樞回路的電阻壓降和氣隙磁通同時(shí)也增大，這兩個(gè)因素均使轉(zhuǎn)速下降。另外由于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨P2的增加而迅速下降，所以Tem=f（P2）的曲線將隨P2的增加而很快地向上彎曲。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性1.5.4 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特

21、性1.他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（1） 固有機(jī)械特性。固有機(jī)械特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作電壓和磁通均為額定值時(shí)，電樞電路中沒有串入附加電阻時(shí)的機(jī)械特性，其方程式為固有機(jī)械特性如圖1-20中R=Ra曲線所示，由于Ra較小，故他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性較“硬”。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性（2） 人為機(jī)械特性。人為機(jī)械特性是指人為地改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)（U、R、）之一而得到的機(jī)械特性。 電樞串接電阻的人為機(jī)械特性。此時(shí)U=UN，=N，R=Ra+RPa。人為機(jī)械特性與固有特性相比，理想空載轉(zhuǎn)速n0不變，但轉(zhuǎn)速降n相應(yīng)增大，RPa越大，n越大，特性越“軟”，如圖1-20中曲線1、2所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返

22、回1.5 直流電機(jī)基本特性 改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性。此時(shí)RPa=0，=N。由于電動(dòng)機(jī)的電樞電壓一般以額定電壓UN為上限，因此，要改變電壓，通常只能在低于額定電壓的范圍。降壓時(shí)的人為機(jī)械特性是低于固有機(jī)械特性曲線的一組平行直線，如圖1-21所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 直流電機(jī)基本特性（3） 減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性。減弱磁通可以在勵(lì)磁回路內(nèi)串接電阻Rf或降低勵(lì)磁電壓Uf，此時(shí)U=UN，RPa=0。因?yàn)槭亲兞?，所以n=f（Ia）和n=f（Tem）必須分開表示，其特性曲線分別如圖1-22中（a）和（b）所示。上一頁(yè)返回1.6 直流電機(jī)的換向1.6.1 換向過(guò)程的基本概念直流電機(jī)每個(gè)支路里所含

23、元件的總數(shù)是相等的，就某一個(gè)元件來(lái)說(shuō)，它有時(shí)在這個(gè)支路里，有時(shí)又在另一個(gè)支路里。一個(gè)元件從一個(gè)支路換到另一個(gè)支路時(shí)，要經(jīng)過(guò)電刷。當(dāng)電機(jī)帶了負(fù)載后，電樞元件中有電流流過(guò)，同一個(gè)支路里元件的電流大小與方向都是一樣的，相鄰支路里電流大小雖然一樣，但方向卻是相反的。由此可見，某一元件經(jīng)過(guò)電刷，從一個(gè)支路換到另一個(gè)支路時(shí)，元件的電流必然改變方向。元件從換向開始到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周期。下一頁(yè)返回1.6 直流電機(jī)的換向1.6.2 影響換向的電磁原因1.電抗電動(dòng)勢(shì)er在換向過(guò)程中，換向元件中的電流由+ia變化到-ia，必然會(huì)在換向元件中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)el。因?qū)嶋H電刷寬度為23片換向片的寬度，使幾

24、個(gè)元件同時(shí)進(jìn)行換向，故被研究的換向元件中除了有自感電動(dòng)勢(shì)外，還有其他換向元件電流變化引起的互感電動(dòng)勢(shì)em。el與em的總和，稱為電抗電動(dòng)勢(shì)er。根據(jù)楞次定律，er的作用是阻止換向元件中的電流變化，故er的方向總是與換向前的電流方向相同。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.6 直流電機(jī)的換向2.旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)ek當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，換向元件切割換向區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，稱為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)ek。換向元件中的總電動(dòng)勢(shì)為 e=er+ek（1.6.1）如果換向極磁動(dòng)勢(shì)大于交軸電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)，則er與ek反向。當(dāng)換向極設(shè)計(jì)得合理時(shí)，可獲得e0的良好換向情況。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.6 直流電機(jī)的換向1.6.3 改善換向的主要方法改善

25、換向的目的在于消除電刷下的火花，而產(chǎn)生火花的原因除上述電磁原因外，還有機(jī)械方面和化學(xué)方面的原因。從電磁原因來(lái)看，如果減小附加換向電流，就能改善換向，常用的方法有以下幾種。1.選用合適的電刷，增加電刷與換向片之間的接觸電阻電機(jī)用電刷的型號(hào)規(guī)格很多，其中碳-石墨電刷的接觸電阻最大，石墨電刷和電化石墨電刷次之，銅-石墨電刷的接觸電阻最小。2.安裝換向極目前改善直流電機(jī)換向最有效的辦法是安裝換向極，使換向元件里的e0，換向?yàn)橹本€換向。換向極裝設(shè)在相鄰兩主磁極之間的幾何中性線上，如圖1-23所示。上一頁(yè)返回本 章 小 結(jié)本章介紹直流電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)和特性等，應(yīng)主要掌握以下內(nèi)容。1.直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

26、直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子部分包括機(jī)座、主磁極（包括勵(lì)磁繞組）、換向極（包括換向極繞組）和電刷裝置。轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和軸承等。其中應(yīng)弄清楚機(jī)座、主磁極、換向鐵芯和換向器的幾何形狀以及在電機(jī)中所起的作用。下一頁(yè)返回本 章 小 結(jié)2.直流電機(jī)的工作原理掌握導(dǎo)體在磁場(chǎng)里運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以及載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受力的作用這兩個(gè)規(guī)律，它們是直流電機(jī)工作的基礎(chǔ)。弄清楚在直流電機(jī)模型中，因?yàn)榇艠O永遠(yuǎn)都是成對(duì)且N、S極交替出現(xiàn)，故導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交變的。但因?yàn)殡娝⒐潭ㄔ谔囟ǖ拇艠O下，則正、負(fù)兩個(gè)電刷之間的電動(dòng)勢(shì)是直流電動(dòng)勢(shì)。應(yīng)知道直流電機(jī)的銘牌中有哪些主要的額定數(shù)

27、據(jù)，數(shù)據(jù)的意義，在使用電機(jī)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回本 章 小 結(jié)3.直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)的核心，通過(guò)這一節(jié)的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)知道以下內(nèi)容。（1） 單疊繞組各節(jié)距的定義。在給定極對(duì)數(shù)p、電機(jī)轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片數(shù)K的情況下，會(huì)計(jì)算單疊繞組的各節(jié)距。（2） 理解單疊繞組的主要特點(diǎn)。 同一磁極下的元件組成一個(gè)支路，因此支路對(duì)數(shù)a等于磁極對(duì)數(shù)p，即a=p。 電刷的放置應(yīng)使正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大，被電刷短路的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，為此電刷應(yīng)對(duì)準(zhǔn)磁極中心線。 電刷數(shù)等于磁極數(shù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回本 章 小 結(jié)（3） 知道單波繞組各節(jié)距與單疊繞組的節(jié)距有哪些是相同的，哪些是不同的。（4） 了解單波繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a永遠(yuǎn)等于1，與主磁極的個(gè)數(shù)多少無(wú)關(guān)。應(yīng)知道什么情況下用單疊繞組，什么情況下用單波繞組。4.電樞反應(yīng)當(dāng)直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞里有電流通過(guò)，電樞電流產(chǎn)生的磁通勢(shì)稱為電樞磁通勢(shì)。電樞磁通勢(shì)的存在使空載時(shí)的氣隙磁通密度分布波形發(fā)生變化這種影響被稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)將使氣隙磁通密度分布曲線發(fā)生扭曲，在磁路近于飽和的情況下，使每個(gè)磁極下的磁通減少，即電樞反應(yīng)為去磁作用，使磁通密度的零點(diǎn)偏離幾何中心線。電樞反應(yīng)對(duì)一般用途的中小型直流電機(jī)影響不大，但對(duì)大中型直流電機(jī)有較大影響，為補(bǔ)償電樞反應(yīng)的影響可加入補(bǔ)償繞組，以抵消電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回本