直流電機要點課件

1、直流電機要點直流電機要點任務(wù)一直流電機的基本工作原理 1.1.1 直流電動機的基本工作原理圖1.1.1是最簡單的直流電動機的物理模型，N和S是一對固定的磁極(一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵)。磁極之間有一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定一個用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個圓弧形銅片上。弧形銅片稱為換向片，它們的組合體稱為換向器。在換向器上放置固定不動而與換向片滑動接觸的電刷A和，線圈abcd 通過換向器和電刷接通外電路。電樞鐵心、電樞線圈和換向器構(gòu)成的整體叫作轉(zhuǎn)子或稱為電樞。 任務(wù)一直流電機的基本工作原理 1.1.1 直流電動機的基本工此模型

2、作為直流電動機運行時，將直流電源加于電刷A和B。例如將電源正極加于電刷A，電源負極加于電刷B，則線圈abcd中流過電流，在導(dǎo)體ab中，電流由a流向b，在導(dǎo)體cd中，電流由c流向d。載流導(dǎo)體ab和cd均處于N、S極之間的磁場當中，受到電磁力的作用，其方向由左手定則確定，可知這一對電磁力形成一個轉(zhuǎn)矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的方向為逆時針方向，使整個電樞逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當電樞旋轉(zhuǎn)180，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，ab轉(zhuǎn)到S極，如圖所示，由于電流仍從電刷A流人，使cd中的電流方向變?yōu)橛蒬流向c，而ab中的電流由b流向a，從電刷B流出，用左手定則可判別，電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍是逆時針方向。 此模型作為直流電動機運行

3、時，將直流電源加于電刷A和B。例圖1.1.1 直流電動機物理模型 圖1.1.1 直流電動機物理模型 由此可見，加于直流電動機的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動機電樞線圈中流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保了直流電動機朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的基本工作原理。實際的直流電動機，電樞四周上均勻地嵌放許多線圈；相應(yīng)地，換向器由許多換向片組成，使電樞線圈所產(chǎn)生的總電磁轉(zhuǎn)矩足夠大并且比較均勻，電動機的轉(zhuǎn)速也就比較均勻。 由此可見，加于直流電動機的直流電源，借助于換向器和電刷的1.1.2直流發(fā)電機的基本工作原理直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈

4、中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿?。直流發(fā)電機的模型與直流電動機相同，不同的是電刷上不加直流電壓，而是利用原動機拖動電樞朝某一方向（例如逆時針方向）旋轉(zhuǎn)，如圖1.1.2所示。 1.1.2直流發(fā)電機的基本工作原理圖1.1.2直流發(fā)電機物理模型圖1.1.2直流發(fā)電機物理模型這時導(dǎo)體ab和cd分別切割N極和S極下的磁力線，感應(yīng)產(chǎn)生電動勢，電動勢的方向用右手定則確定。圖示情況下，導(dǎo)體ab中電動勢的方向由b指向a，導(dǎo)體cd中電動勢的方向由d指向c，所以電刷A為正極性，電刷為負極性。電樞旋轉(zhuǎn)180時，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)至極下，感應(yīng)電動勢的方向由c指向d，電刷A與d所連

5、換向片接觸，仍為正極性；導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)至S極下，感應(yīng)電動勢的方向變?yōu)閍指向b，電刷B與a所連換向片接觸，仍為負極性?？梢?，直流發(fā)電機電樞線圈中的感應(yīng)電動勢的方向是交變的，而通過換向器和電刷的作用，在電刷、兩端輸出的電動勢是方向不變的直流電動勢。若在電刷、之間接上負載，發(fā)電機就能向負載供給直流電能，這就是直流發(fā)電機的基本工作原理。 這時導(dǎo)體ab和cd分別切割N極和S極下的磁力線，感應(yīng)產(chǎn)生從以上分析可見：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，取決于外界不同的條件。如果在電刷端外加直流電壓，則電機把電能轉(zhuǎn)變成機械能，作電動機運行；如用原動機拖動直流電機的電樞旋轉(zhuǎn)，電機能將機械能轉(zhuǎn)

6、換為直流電能，作發(fā)電機運行。這種同一臺電機既能作電動機運行，又能作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。 從以上分析可見：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，任務(wù)二 直流電機的基本結(jié)構(gòu)與銘牌 直流電機基本結(jié)構(gòu)由直流電動機和直流發(fā)電機工作原理可以看到，直流電機的結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，其主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。 任務(wù)二 直流電機的基本結(jié)

7、構(gòu)與銘牌 直流電機基本結(jié)構(gòu)圖1.2.1 直流電機結(jié)構(gòu)圖 圖1.2.1 直流電機結(jié)構(gòu)圖 圖1.2.2 直流電機橫剖面示意圖 圖1.2.2 直流電機橫剖面示意圖 1定子部分1)主磁極 主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成，如圖所示。鐵心用0.51.5mm厚的鋼板沖片疊壓鉚緊而成，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可使氣隙中磁場分布比較理想，又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在極身上，再將整個主磁極用螺釘固定在機座上。 1定子部分圖1.2.3 主磁極 圖1.2.3 主磁極 圖1.2.4 換向極 圖1.2.4 換向極 2

8、) 換向極（commutating pole）兩相鄰主磁極之間的小磁極叫換向極，也叫附加極或間極。 換向極的作用是改善電機換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的火花。換向極由換向極鐵心和換向極繞組構(gòu)成， 如圖1.2.4所示。換向極鐵心一般用整塊鋼制成。對換向性能要求較高的直流電機，換向極鐵心可用11.5 mm厚的鋼板沖制疊壓而成。 換向極繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成，套在換向極鐵心上。整個換向極用螺釘固定于機座上。換向極的數(shù)目一般與主磁極相等。 2) 換向極（commutating pole） 3)機座 電機定子部分的外殼稱為機座。機座一方面用來固定主磁極、換向極和端蓋，并起到整個電機的支撐

9、和固定作用；另一方面也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導(dǎo)磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。 3)機座 電機定子部分的外殼稱為機座。機座一方面用來4)電刷裝置 電刷裝置用以引入或引出直流電壓和直流電流。電刷裝置由電刷、刷握桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，如圖所示，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。 4)電刷裝置 電刷裝置用以引入或引出直流電壓和直流電流圖1.2.5電刷裝置 圖1.2.5

10、電刷裝置 2轉(zhuǎn)子(電樞)部分 1)電樞鐵心 是主磁通磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。為了降低電機運行時的電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗，電樞鐵心用0.5mm厚的硅鋼片沖制的沖片疊壓而成，沖片形狀如圖6所示。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。 2轉(zhuǎn)子(電樞)部分圖1.2.6 電樞鐵心沖片 (a) 矩形槽； (b) 梨形槽 圖1.2.6 電樞鐵心沖片 2) 電樞繞組(armature winding)電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。它由許多線圈按一定規(guī)律連接而成，線圈用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成。不

11、同線圈邊分上、下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間以及上、 下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔固定，如圖1.2.7所示。線圈邊的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進行綁扎。 2) 電樞繞組(armature winding)圖1.2.7 電樞繞組在槽中的絕緣情況 圖1.2.7 電樞繞組在槽中的絕緣情況 3) 換向器(commutator)在直流電動機中，換向器配以電刷能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱

12、體， 換向片之間用云母片絕緣。換向片的緊固通常如圖1.2.8所示，換向片的下部做成鴿尾形，兩端用鋼制形套筒和形云母環(huán)固定， 再加螺母鎖緊。 3) 換向器(commutator)圖1.2.8 換向器 圖1.2.8 換向器 4) 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸起支撐轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的作用， 需有一定的機械強度和剛度， 一般用圓鋼加工而成。 4) 轉(zhuǎn)軸1.2.2 直流電機的額定值及銘牌電機制造廠按照國家標準，根據(jù)電機的設(shè)計和試驗數(shù)據(jù)所規(guī)定的每臺電機的主要數(shù)據(jù)稱為電機的額定值。額定值一般標在電機的銘牌或產(chǎn)品說明書上。 直流電機的額定值主要有下列幾項： (1) 額定功率PN：是指按照規(guī)定的工作方式運行時所能提供的輸出功率。 對電動機

13、來說，額定功率是指軸上輸出的機械功率；對發(fā)電機來說， 額定功率是指電樞輸出的電功率， 單位為kW(千瓦)。 1.2.2 直流電機的額定值及銘牌(2) 額定電壓UN：是指電機電樞繞組能夠安全工作的最大外加電壓或輸出電壓，單位為V(伏)。 (3)額定電流IN：是指電機按照規(guī)定的工作方式運行時電樞繞組允許流過的最大電流，單位為A(安)。 (4)額定轉(zhuǎn)速nN ：額定轉(zhuǎn)速是指電機在額定電壓、額定電流和輸出額定功率的情況下運行時，電機的旋轉(zhuǎn)速度，單位為rmin(轉(zhuǎn)/分)。 (2) 額定電壓UN：是指電機電樞繞組能夠安全工作的最大額定值一般標在電機的銘牌上，故又稱為銘牌數(shù)據(jù)。還有一些額定值，例如額定轉(zhuǎn)矩TN

14、、額定效率N和額定溫升N等， 不一定標在銘牌上，可查產(chǎn)品說明書或由銘牌上的數(shù)據(jù)計算得到。 額定功率與額定電壓和額定電流的關(guān)系： 直流電動機 PNUNINN10-3 kW 直流發(fā)電機 PNUNIN10-3kW (1.2.1) (1.2.2) 額定值一般標在電機的銘牌上，故又稱為銘牌數(shù)據(jù)。還有一些額直流電機運行時，如果各個物理量均為額定值，就稱電機工作在額定運行狀態(tài)，亦稱為滿載運行。在額定運行狀態(tài)下，電機利用充分，運行可靠，并具有良好的性能。如果電機的電流小于額定電流，稱為欠載運行；電機的電流大于額定電流，稱為過載運行。欠載運行，電機利用不充分，效率低；過載運行，易引起電機過熱損壞。根據(jù)負載選擇電

15、機時，最好使電機接近于滿載運行。 直流電機運行時，如果各個物理量均為額定值，就稱電機工作在 例1.2.1 某臺直流電動機的額定值為：PN12kW，UN220V，nN 1500rmin， 892，試求該電動機額定運行時的輸入功率P1及電流IN。解：額定輸入功率 額定電流 例1.2.1 某臺直流電動機的 例1.2.2 某臺直流發(fā)電機額定值為：PN9kW，UN230V，nN 1450rmin，N918，試求該發(fā)電機的額定電流IN。 解： 額定電流 例1.2.2 某臺直流發(fā)電機額定值為：P1.2.3直流電機主要系列簡介 為了滿足各行各業(yè)對產(chǎn)品的不同要求，生產(chǎn)廠將產(chǎn)品制成不同型號系列。所謂系列就是指產(chǎn)品

16、的結(jié)構(gòu)和形狀基本相似，而某種性能參數(shù)例如容量則按一定等級遞增的一系列產(chǎn)品。對于電機來說，系列產(chǎn)品的電壓、轉(zhuǎn)速、機座號和鐵心長度都有一定的等級。1 型號它表示電機的類別。例如：Z212 的含義為 Z：直流；2：設(shè)計序號；1：鐵心長度；2：機座號 1.2.3直流電機主要系列簡介2國產(chǎn)直流電機主要系列簡介 (1) Z型系列。Z為直流電機的漢語拼音第一個字母。這種系列是通風(fēng)防護式的。適用于調(diào)速范圍不大的機械拖動，少灰塵，少腐蝕及溫度低的場所。 (2) Z2型系列。是Z型系列的改進型，也是防護式。調(diào)速范圍可達2：1，即可超過額定轉(zhuǎn)速的一倍。 (3) ZO型系列。這種電機是封閉式的，用于多灰塵但無腐蝕性氣

17、體的場所。 2國產(chǎn)直流電機主要系列簡介 (4) ZD型系列電機主要用于需要廣泛調(diào)速并具有較大過載能力的場所，如大型機床、卷揚機、起重設(shè)備等。 (5) ZQD型系列是直流牽引電動機， 用于牽引車輛。 (4) ZD型系列電機主要用于需要廣泛調(diào)速并具有較大過任務(wù)三 直流電機的電樞繞組 1.3.1直流電樞繞組的基本知識1. 電樞繞組元件 電樞繞組元件由絕緣銅線繞制而成，每個元件有兩個嵌放在電樞槽中，能與磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩或電動勢的有效邊，稱為元件邊。元件的槽外部分亦即元件邊以外的部分稱為端接部分，如圖1.3.1所示。 任務(wù)三 直流電機的電樞繞組 1.3.1直流電樞繞組的基本知識圖1.3.1 直流電樞繞組

18、元件(a)、 (b) 疊繞組元件； (c)、 (d) 波繞組元件 圖1.3.1 直流電樞繞組元件每個元件有兩個出線端，稱首端和末端，與換向片相連的一端為前端接，另一端叫后端接。為便于嵌線，每個元件的一個元件邊嵌放在某一槽的上層，稱為上元件邊，畫圖時以實線表示；另一個元件邊則嵌放在另一槽的下層，稱為下元件邊，畫圖時以虛線表示，圖1.3.2所示。 每一個元件有兩個元件邊，每片換向片又總是接一個元件的上層邊和另一元件的下層邊，所以元件數(shù)S總等于換向片數(shù)K，即 (1.3.1) 每個元件有兩個出線端，稱首端和末端，與換向片相連的一端為前圖1.3.2 電樞繞組在槽內(nèi)的放置圖1.3.2 電樞繞組在槽內(nèi)的放置

19、每個元件有兩個元件邊，而每個電樞槽分上下兩層嵌放兩個元件邊，所以元件數(shù)S又等于槽數(shù)Z ，即 (1.3.2) 對于小容量電機，電樞直徑小，電樞鐵心外圓不宜開太多槽時，往往在一個槽的上層和下層各放兩個元件邊，即把一個實槽當成u個虛槽使用。虛槽數(shù)與實槽數(shù)Z之間的關(guān)系為 (1.3.3) 為分析方便起見，本書中均設(shè)ul。 每個元件有兩個元件邊，而每個電樞槽分上下兩層嵌放兩個元件2. 節(jié)距 表征電樞繞組元件本身和元件之間連接規(guī)律的數(shù)據(jù)為節(jié)距，直流電機電樞繞組的節(jié)距有第一節(jié)距yl、第二節(jié)距y2、合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk四種。 （1）第一節(jié)距 同一元件的兩個元件邊在電樞周圍上所跨的距離，用槽數(shù)來表示，稱為第

20、一節(jié)距yl。一個磁極在電樞圓周上所跨的距離稱為極距，當用槽數(shù)表示時，極距的表達式為 (1.3.4) 式中：p為磁極對數(shù)。 2. 節(jié)距 (1.3.4) 式中：p為磁極對數(shù)。 為使每個元件的感應(yīng)電動勢最大，第一節(jié)距應(yīng)等于一個極距，但不一定是整數(shù)，而yl必須是整數(shù)，為此，一般取第一節(jié)距 (1.3.5) 式中：為小于1的數(shù)。 的元件為整距元件，繞組稱為整距繞組；的元件稱為短距元件，繞組稱為短距繞組；的元件，其電磁效果與的元件相近，但端接部分較長，耗銅多，一般不用。 為使每個元件的感應(yīng)電動勢最大，第一節(jié)距應(yīng)等于一個極距，（2） 第二節(jié)距y2: 第一個元件的下層邊與直接相連的第二個元件的上層邊之間在電樞圓

21、周上的距離，用槽數(shù)表示，稱為第二節(jié)距y2 。 （3） 合成節(jié)距y:直接相連的兩個元件的對應(yīng)邊在電樞圓周上的距離，用槽數(shù)表示，稱為合成節(jié)距y，有 (1.3.6) 單疊繞組取“-”號， 單波繞組取“+”號。 （2） 第二節(jié)距y2: 第一個元件的下層邊與直接相連的第（4） 換向器節(jié)距yk: 每個元件的首、末兩端所接的兩片換向片在換向器圓周上所跨的距離，用換向片數(shù)表示，稱為換向器節(jié)距yk。換向器節(jié)距yk與合成節(jié)距y總是相等的， 即 (1.3.7) （4） 換向器節(jié)距yk: 每個元件的首、末兩端所接的兩片1.3.2 單疊繞組電樞繞組中任何兩個串聯(lián)元件，后一元件的端接部分緊疊在前一元件的端接部分，稱為疊繞

22、組。 疊繞組的換間器節(jié)距yk=1時稱為單疊繞組，如圖1.3.1（a）所示?，F(xiàn)舉例說明單疊繞組的連接方法和特點。 【例1.3.1】一臺直流電機的有關(guān)數(shù)據(jù)為ZSK16，2p=4， 試繞制其單疊整距繞組。 1.3.2 單疊繞組解首先進行節(jié)距計算。第一節(jié)距 換向器節(jié)距與合成節(jié)距 第二節(jié)距，由式（1.3.6）可見，對于單疊繞組 解首先進行節(jié)距計算。第一節(jié)距 換向器節(jié)距與合成節(jié)距 第二節(jié)2繪制繞組展開圖假想把電樞從某一齒的中間沿軸向切開展成平面，所得繞組連接圖形稱為繞組展開圖，如圖1.3.3所示。 繪制直流電機單疊繞組展開圖的步驟如下： 1) 畫16根等長、等距的平行實線代表16個槽的上層，在實線旁畫16

23、根平行虛線代表16個槽的下層。一根實線和一根虛線代表一個槽，編上槽號，如圖1.3.3所示。 2繪制繞組展開圖圖1.3.3 單疊繞組的展開圖 圖1.3.3 單疊繞組的展開圖 (2) 按節(jié)距y1連接一個元件。例如將1號元件的上層邊放在1號槽的上層，其下層邊應(yīng)放在l + 1+ 45號槽的下層。由于一般情況下，元件是左右對稱的，為此，可把1號槽的上層（實線）和5號槽的下層(虛線)用左右對稱的端接部分連成1號元件。注意首端和末端之間相隔一片換向片寬度(yk1)，為使圖形規(guī)整起見，取換向片寬度等于一個槽距，從而畫出與1號元件首端相連的1號換向片，末端和相鄰的2號換向片相連，可以依次畫出2至16號元件，從而

24、將16個元件通過l 6片換向片連成一個閉合的回路。顯然，元件號、上層邊所在槽號和該元件首端所連換向片的編號相同。(2) 按節(jié)距y1連接一個元件。例如將1號元件的上層邊放 本例單疊繞組的聯(lián)接順序表如圖1.3.4所示。表中上排數(shù)字同時代表上層元件邊的元件號、槽號和換向片號，下排帶“”的數(shù)字代表下層元件邊所在的槽號。 本例單疊繞組的聯(lián)接順序表如圖1.3.4所示。表中上排圖1.3.4 單疊繞組連接順序表 圖1.3.4 單疊繞組連接順序表 單疊繞組的展開圖已經(jīng)畫成，但為了幫助理解繞組的工作原理和確定電刷的位置，一般在展開圖上還應(yīng)畫出磁極和電刷。 本例有4個主磁極，在圓周上應(yīng)該均勻分布，即相鄰磁極中心之間

25、應(yīng)間隔4個槽。設(shè)某一瞬間，4個磁極中心分別對準3、7、 11、15槽，并讓磁極寬度約為極距的60%70%，畫出4個磁極， 如圖1.3.3所示，依次標上極性N、S，一般假設(shè)磁極在電樞繞組的上面。 單疊繞組的展開圖已經(jīng)畫成，但為了幫助理解繞組的工作原理和電刷組數(shù)(也就是刷桿數(shù))等于極數(shù)，本例中為4。電刷必須均勻分布在換向器表面圓周上，相互間隔1644片換向片。 為使被電刷短路的元件中感應(yīng)電動勢最小，正、負電刷之間引出的電動勢最大，由圖1.3.3分析可以看出，當元件左右對稱時， 電刷中心線應(yīng)對準磁極中心線。圖中設(shè)電刷寬度等于一片換向片的寬度。 設(shè)此電機工作在電動機狀態(tài)，并欲使電樞繞組向左移動， 根據(jù)

26、左手定則可知電樞繞組各元件中電流的方向應(yīng)如圖1.3.3所示。為此應(yīng)將電刷A1、A2連起來作為電樞繞組的“”端，接電源正極；將電刷B1、B2連起來作為“”端，接電源負極。如果工作在發(fā)電機狀態(tài)，設(shè)電樞繞組的轉(zhuǎn)向不變，則電樞繞組各元件中感應(yīng)電動勢的方向用右手定則確定，與電動機狀態(tài)時的電流方向相反， 因此電刷的正負極性不變。 電刷組數(shù)(也就是刷桿數(shù))等于極數(shù)，本例中為4。電刷必須均（3） 保持圖1.3.3中各元件的連接順序不變，將此瞬間不與電刷接觸的換向片省去不畫，可以得到如圖1.3.5所示的并聯(lián)電路。對照圖1.3.5和圖1.3.3可以看出，單疊繞組的連接規(guī)律是將同一磁極下的各個元件串聯(lián)起來組成一條支

27、路。因此，單疊繞組的并聯(lián)支路對數(shù)a總等于極對數(shù)p， 即 a = p (1.3.8) （3） 保持圖1.3.3中各元件的連接順序不變，將此瞬間圖1.3.5 電樞繞組展開的并聯(lián)電路 圖1.3.5 電樞繞組展開的并聯(lián)電路 （4） 單疊繞組有以下特點： 位于同一磁極下的各元素串聯(lián)起來組成一條支路， 并聯(lián)支路對數(shù)等于極對數(shù)。 當元件形狀左右對稱，電刷在換向器表面的位置對準磁極中心線時，正、負電刷間的感應(yīng)電動勢最大，被電刷短路元件中的感應(yīng)電動勢最小。 電刷組數(shù)等于極數(shù)。 （4） 單疊繞組有以下特點：1.3.3 單波繞組單波繞組是直流電機電樞繞組的另一種基本形式，其元件如圖1.3.1所示，首尾端分別接到相距

28、約兩個極距的換向片上，串聯(lián)起來形成波浪形，故稱為波繞組。若將所有同極下的元件串聯(lián)后回到原來出發(fā)的那個換向片的相鄰換向片上，則該繞組稱之為單波繞組。為此，換向器節(jié)距必須滿足以下關(guān)系： (1.3.9) 1.3.3 單波繞組(1.3.9) 則換向器節(jié)距 (1.3.10) 合成節(jié)距 (1.3.11) 第一節(jié)距的確定原則與單疊繞組相同， 則第二節(jié)距 (1.3.12) 則換向器節(jié)距 (1.3.10) 合成節(jié)距 (1.3.11)【例1.3.2】直流電機極數(shù)2p=4，且Z=S=K=15，試接成單波繞組。 解 (1) 節(jié)距計算。 單波繞組的合成節(jié)距為 第一節(jié)距 【例1.3.2】直流電機極數(shù)2p=4，且Z=S=K

29、=15第二節(jié)距 虛槽數(shù) 第二節(jié)距 虛槽數(shù) 2單波繞組的展開圖繪制單波繞組展開圖的步驟與單疊繞組相同，本例的展開圖如圖1.3.6所示。由于波繞組的端接通常是對稱的，這就意味著與每一元件所接的兩片換向片自然會對稱位于該元件軸線的兩邊，因此電刷均位于與主磁極軸線對準的換向片上。要注意的是由于本例的極距不是整數(shù)，所以相鄰主磁極中心線之間的距離不是整數(shù)，相鄰電刷中，用換向片數(shù)表示時也不是整數(shù)。 用換向片數(shù)表示時也不是整數(shù)。 2單波繞組的展開圖用換向片數(shù)表示時也不是整數(shù)。 圖1.3.6 單波繞組的展開圖 圖1.3.6 單波繞組的展開圖 （3） 繞組連接順序表。采用與單疊繞組相同的方法，即可得到單波繞組的連

30、接順序表，如圖1.3.7所示。所有元件依次串聯(lián)，最終構(gòu)成一個閉合回路，故單波繞組又稱為串聯(lián)繞組。 （3） 繞組連接順序表。圖1.3.7 單波繞組元件連接順序表 圖1.3.7 單波繞組元件連接順序表 （4） 繞組并聯(lián)支路。 按圖1.3.7中各元件的連接順序，將此刻不與電刷接觸的換向片略去不畫，可以得出此單波繞組的并聯(lián)支路如圖1.3.8所示?？梢钥闯?，單波繞組將上層邊在N極下的所有繞組元件串聯(lián)起來組成一條支路，將上層邊在S極下的所有繞組元件串聯(lián)起來組成另一條支路，因此單波繞組的并聯(lián)支路數(shù)總是2， 并聯(lián)支路對數(shù)恒等于1。 （4） 繞組并聯(lián)支路。 圖1.3.8 單波繞組并聯(lián)支路 圖1.3.8 單波繞組

31、并聯(lián)支路 （5） 單波繞組的特點： 上層邊位于同一極性磁極下的所有繞組元件串聯(lián)組成一條支路，不論極數(shù)為多少，單波繞組的并聯(lián)支路數(shù)總等于2；當元件形狀左右對稱，電刷在換向器表面的位置對準主磁極中心線時，支路電勢最大；單從支路對數(shù)來看，單波繞組可以只要兩根刷桿，然而在實際電機中，為縮短換向器長度以降低成本，仍使電刷桿數(shù)等于極數(shù)，即采用全額電刷。 設(shè)繞組的支路電流為ia，電刷電流為Ia，對單疊繞組和單波繞組均有 Ia=2aia 其中：a為并聯(lián)支路對數(shù)。 （5） 單波繞組的特點： Ia=2aia 其中：a為并聯(lián)單疊繞組和單波繞組的主要差別在于并聯(lián)支路對數(shù)的多少。 由于在同樣元件數(shù)的情況下，單疊繞組的并

32、聯(lián)支路多，但各支路的元件數(shù)較少，因而單疊繞組的電壓低于單波繞組，而允許通過的電樞電流卻大于單波繞組。因此，單疊繞組適用于低電壓、大電流的電機，單波繞組適用于高電壓、小電流的電機。 單疊繞組和單波繞組的主要差別在于并聯(lián)支路對數(shù)的多少。 由任務(wù)四 直流電機的磁場 1.4.1 直流電機的勵磁方式 主磁極上勵磁繞組通以直流勵磁電流產(chǎn)生的磁動勢稱為勵磁磁動勢。勵磁磁動勢單獨產(chǎn)生的磁場是直流電機的主磁場， 又稱為勵磁磁場。勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。直流電機按勵磁方式的不同可以分為他勵直流電機、并勵直流電機、 串勵直流電機、復(fù)勵直流電機4類。 任務(wù)四 直流電機的磁場 1.4.1 直流電機的勵磁方式1.

33、 他勵直流電機他勵直流電機的勵磁繞組由其他直流電源供電，與電樞繞組之間沒有電的聯(lián)系，如圖1.4.1(a)所示。永磁直流電機也屬于他勵直流電機，其勵磁磁場與電樞電流無關(guān)。圖1.4.1中的電流正方向是以電動機為例設(shè)定的。 1. 他勵直流電機圖1.4.1 直流電機的勵磁方式(a) 他勵； (b) 并勵； (c) 串勵； (d) 復(fù)勵 圖1.4.1 直流電機的勵磁方式2. 并勵直流電機 并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖1.4.1（b）所示，勵磁電壓等于電樞繞組端電壓。 他勵直流電機和并勵直流電機的勵磁電流只有電機額定電流的15，因此勵磁繞組的導(dǎo)線細而匝數(shù)多。 3. 串勵直流電機 串勵直流電機

34、的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖1.4.1（c）所示，勵磁電流等于電樞電流，因此勵磁繞組的導(dǎo)線粗而匝數(shù)較少。 2. 并勵直流電機 4. 復(fù)勵直流電機 復(fù)勵直流電機的每個主磁極上套有兩個勵磁繞組：一個與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵繞組；另一個與電樞繞組串聯(lián)， 稱為串勵繞組，如圖1.4.1(d)所示。兩個繞組產(chǎn)生的磁動勢方向相同時稱為積復(fù)勵，磁動勢方向相反時稱為差復(fù)勵， 通常采用積復(fù)勵方式。直流電機的勵磁方式不同，運行特性和適用場合也不同。 4. 復(fù)勵直流電機 1.4.2 直流電機的空載磁場和磁化曲線直流電機不帶負載(即不輸出功率)時的運行狀態(tài)稱為空載運行。 空載運行時電樞電流為零或近似等于零，因此空載磁

35、場是指主磁極勵磁磁動勢單獨產(chǎn)生的勵磁磁場，亦稱為主磁場。 一臺四極直流電機空載磁場的分布示意圖如圖1.4.2所示，圖中只畫了一半。 1.4.2 直流電機的空載磁場和磁化曲線圖1.4.2 直流電機的空載磁場分布示意圖 圖1.4.2 直流電機的空載磁場分布示意圖 1主磁通和漏碰通 圖1.4.2表明，當勵磁繞組通以勵磁電流時，產(chǎn)生的磁通大部分由N極出來，經(jīng)氣隙進入電摳齒，通過電樞鐵心的磁軛(電摳磁軛)到極下的電樞齒，又通過氣隙回到定子的S極，再經(jīng)機座(定于磁軛)形成閉合回路。這部分同時與勵磁繞組和電摳繞組相匝鏈的磁通稱為主磁通，用0表示。主磁通經(jīng)過的路徑稱為主磁路。主磁路由主磁極、氣隙、電樞齒、電樞

36、磁軛和定子磁軛五部分組成。另有一部分磁通不通過氣隙，直接經(jīng)過相鄰磁極或定子磁軛形成閉合回路，這部分磁通不進入電樞鐵心，僅與勵磁繞組匝鏈，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為漏磁通。以表示。漏磁通路徑主要為空氣，磁阻很大，所以漏磁通的數(shù)量只有主磁通的20左右。 1主磁通和漏碰通 2直流電機的空載磁化特性 直流電機運行時，要求氣隙磁場每個極下有一定數(shù)量的主磁通，叫每極磁通，當勵磁繞組的匝數(shù)Nf一定時，每極磁通的大小主要決定于勵磁電流。空載時與空載勵磁電流 (或空載勵磁磁動勢FN)的關(guān)系稱為電機的空載磁化特性。由于構(gòu)成主磁路的五部分當中有四部分是鐵磁性材料，鐵磁性材料磁

37、化時的BH曲線有飽和現(xiàn)象，磁阻是非線性的，所以空載磁化特性在較大時也出現(xiàn)飽和，如圖1.4.3所示。由于空載時的每極磁通是隨磁動勢或勵磁電流的變化而變化。在額定狀態(tài)下，電機往往工作在飽和點附近，這樣即可以獲得較大的磁通，又不致需要太大的勵磁磁動勢，從而可以節(jié)省鐵心和勵磁繞組的材料。所以電機的工作點一般選在磁化特性開始轉(zhuǎn)彎，亦即磁路開始飽和的部分。 2直流電機的空載磁化特性圖1.4.3 空載磁化特性曲線 圖1.4.3 空載磁化特性曲線 3. 空載磁場氣隙磁通密度分布曲線主磁極的勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上，當近似地忽略主磁路中鐵磁性材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁密的分布就取決于氣隙的分布情況。一般情況

38、下，磁極極靴寬度約為極距的75左右，如圖1.4.4所示。磁極中心及其附近，氣隙較小且均勻不變，磁通密度較大且基本為常數(shù)；靠近兩邊極尖處， 氣隙逐漸變大，磁通密度減??；超出極尖以外，氣隙明顯增大， 磁通密度顯著減小；在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。因此，空載氣隙磁通密度分布為一禮帽形的平頂波。 3. 空載磁場氣隙磁通密度分布曲線圖1.4.4 空載時氣隙磁通密度分布圖1.4.4 空載時氣隙磁通密度分布1.4.3 直流電機的負載磁場與電樞反應(yīng)直流電機空載時勵磁磁動勢單獨產(chǎn)生的氣隙磁通密度分布為一平頂波，如圖1.4.4所示。直流電機帶負載時，電樞繞組流過電樞電流，產(chǎn)生電樞磁動勢a，與勵磁磁

39、動勢Ff共同建立負載時的氣隙合成磁通密度，必然會使原來的氣隙磁通密度的分布發(fā)生變化。通常把電樞磁動勢對氣隙磁通密度分布的影響稱為電樞反應(yīng)（armature reaction）。 1.4.3 直流電機的負載磁場與電樞反應(yīng)1. 直流電機的電樞磁場圖1.4.5表示一臺兩極直流電機電樞磁動勢單獨作用產(chǎn)生的電樞磁場分布情況。圖中沒有畫出換向器，所以把電刷直接畫在幾何中性線處，以表示電刷是通過換向器與處在幾何中性線上的元件邊相接觸的。電刷軸線上部所有元件構(gòu)成一條支路， 下部所有元件構(gòu)成另一條支路。電樞元件邊中電流的方向以電刷軸線為界，圖例中設(shè)上部元件邊中電流為流出，下部元件邊電流為流進。由右手螺旋定則可知

40、，電樞磁動勢的方向由左向右， 電樞磁場軸線與電刷軸線重合在幾何中性線上，亦即與磁極軸線相垂直，如圖1.4.5(a)所示。 1. 直流電機的電樞磁場圖1.4.5 電刷在幾何中性線時的電樞磁勢與磁場(a) 電樞磁場； (b) 電樞磁勢與磁場分布 圖1.4.5 電刷在幾何中性線時的電樞磁勢與磁場下面進一步分析電樞磁動勢和電樞磁場氣隙磁通密度的分布情況。 如果設(shè)元件導(dǎo)體數(shù)為N，元件中電流為ia，將此電機從幾何中性線處切開展平，如圖1.4.5(b)所示。圖中磁極軸線上的O為圓點，距圓點x處作一閉合磁路。根據(jù)全電流定律可知，作用在這一閉合磁路的磁動勢等于它所包圍的全電流， 即 （1.4.1） 下面進一步分

41、析電樞磁動勢和電樞磁場氣隙磁通密度的分布情況式中：D為電樞直徑；A為電樞線負載時電樞圓周單位長度上的安培數(shù)。忽略鐵磁性材料的磁阻并認為電機的氣隙是均勻的， 則每個氣隙所消耗的磁動勢為Fax=2xA/2=Ax。一般取磁力線自電樞出、進入定子時的磁動勢為正，反之為負，這樣可得整個繞組元件產(chǎn)生的磁動勢的分布情況，如圖1.4.5(b)中的曲線Fax所示。電樞磁動勢空間分布為一三角形波，三角形波磁動勢的最大值在幾何中性線位置，磁極中心線處為零。 如果忽略鐵心中的磁阻，認為電樞磁動勢全部消耗在氣隙上， 則根據(jù)磁路的歐姆定律，可得電樞磁場磁密的表達式為 (1.4.2) 式中：Fax為氣隙中x處的磁動勢； a

42、x為氣隙中x處的磁密。 式中：D為電樞直徑；A為電樞線負載時電樞圓周單位長度上的安培2. 負載時氣隙合成磁場（1） 當磁路不飽和或不考慮磁路飽和現(xiàn)象時，可以利用疊加原理，將空載時氣隙合成磁場的磁通密度分布曲線B0 x和電樞磁場的氣隙磁密分布曲線Bax相加，即得負載氣隙合成磁場的磁通密度分布曲線，如圖1.4.6(b)中的曲線Bx所示。 2. 負載時氣隙合成磁場圖1.4.6 直流電機的電樞反應(yīng) (a) 電樞磁場； (b) 電樞磁勢與磁場分布 圖1.4.6 直流電機的電樞反應(yīng) 對照曲線B0 x和Bx可見：電樞反應(yīng)的影響是使氣隙磁場發(fā)生畸變，使半個磁極下的磁場加強，磁通增加，另半個磁極下的磁場減弱，磁

43、通減少。由于增加和減少的磁通量相等，因而每極總磁通維持不變。磁場發(fā)生畸變，使電樞表面磁通密度等于零的物理中性線偏離了幾何中性線，如圖1.4.6(a)所示。 對發(fā)電機，物理中性線順著旋轉(zhuǎn)方向(發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)方向)偏離幾何中性線；而對電動機，則逆著旋轉(zhuǎn)方向（電動機的旋轉(zhuǎn)方向)偏離幾何中性線。 對照曲線B0 x和Bx可見：電樞反應(yīng)的影響是使氣隙磁場(2) 當考慮磁路飽和的影響時，半個極下磁場相加，由于飽和程度增加，磁阻增大，因而氣隙磁通密度的實際值低于不考慮飽和時的直接相加值；另半個極下磁場減弱，飽和程度降低，磁阻減小，氣隙磁通密度的實際值略大于不考慮飽和時的直接相加值。實際的氣隙合成磁場磁通密度分布

44、曲線如圖1.4.6(b)中的曲線Bx所示。由于鐵磁性材料的非線性，因而減少的面積（S3）大于增加的面積（S4），即半個極下減少的磁通大于另半個極下增加的磁通，使每極總磁通有所減小。 由以上分析可以得知，電刷放在幾何中性線上時電樞反應(yīng)的影響為： 使氣隙磁場發(fā)生畸變，半個極下磁場削弱，半個極下磁場加強； 磁路飽和時有去磁作用，使每個極下部總的磁通有所減小。 (2) 當考慮磁路飽和的影響時，半個極下磁場相加，由于飽任務(wù)五 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 1.5.1 直流電機的電樞電動勢 電樞繞組的電動勢是指直流電機正負電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路的電動勢。電樞繞組元件邊內(nèi)的導(dǎo)體切

45、割氣隙合成磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于氣隙合成磁通密度在一個極下的分布不均勻，如圖1.5.1所示，因而導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的大小是變化的。為分析方便起見，可把磁通密度看成均勻分布的，取一個極下氣隙磁通密度的平均值Bav， 從而可得一根導(dǎo)體在一個極距范圍內(nèi)切割氣隙磁通密度產(chǎn)生的電動勢的平均值eav，其表達式為 （1.5.1） 任務(wù)五 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 1.5.1 直流電機圖1.5.1 氣隙磁通密度分布與平均磁通密度圖1.5.1 氣隙磁通密度分布與平均磁通密度式中：Bav為一個極下氣隙磁通密度的平均值，稱平均磁通密度； l為電樞導(dǎo)體的有效長度(槽內(nèi)部分)；v為電樞表面的線速度。由于 （1.

46、5.2） （1.5.3） 因而一根導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的平均值 （1.5.4） 式中：Bav為一個極下氣隙磁通密度的平均值，稱平均磁通密度；設(shè)電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)為N，則每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為N2a， 因此電樞繞組的感應(yīng)電動勢 （1.5.5） 式中：Ce=PN/60a，對已經(jīng)制造好的電機是一常數(shù)，稱為直流電機的電動勢常數(shù)。當每極磁通的單位用Wb（韋伯），轉(zhuǎn)速單位用r/min時，電動勢Ea的單位為V。 式（1.5.5）表明：對已制成的電機，電樞電動勢Ea與每極磁通和轉(zhuǎn)速n的乘積成正比，式中的一般是指負載時氣隙合成磁場的每極磁通。 設(shè)電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)為N，則每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)152 直

47、流電機的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組中流過電樞電流Ia 時，元件的導(dǎo)體中流過支路電流 a成為載流導(dǎo)體，在磁場中受到電磁力的作用。電磁力的方向按左手定則確定，如圖1.5.1所示。一根導(dǎo)體所受電磁力的大小為 （1.5.6） 如果仍把氣隙合成磁場看成是均勻的，氣隙磁密用平均值Bav表示，成為載流導(dǎo)體，則每根導(dǎo)體所受電磁力的平均值為 （1.5.7） 152 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩（1.5.6） 如果仍把氣一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為 （1.5.8） 式中：D為電樞外徑。 一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，其大小為 （1.5.8）不同極性磁極下的電樞導(dǎo)體中電流的方向也不同，所以電樞所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方

48、向都是一致的，因而電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩等于一根導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩的平均值Tav乘以電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)N，即 （1.5.9） 式中：CT=PN/2a，對已制成的電機是一常數(shù)，稱為直流電機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。當磁通的單位用Wb，電流的單位用A時，電磁轉(zhuǎn)矩Tem單位為Nm(牛米)。 不同極性磁極下的電樞導(dǎo)體中電流的方向也不同，所以電樞所有式(1.5.9)表明，對已制成的電機，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與每極磁通和電樞電流Ia的乘積成正比。電樞電動勢Ea=Cen和電磁轉(zhuǎn)矩Tem=CTn是直流電機中兩個重要的公式。對于同一臺直流電機， 電動勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT之間具有確定的關(guān)系： （1.5.10） 式(1.5.9)表明，對已制

49、成的電機，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與每極磁任務(wù)六 直流電動機 1.6.1 直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本方程圖1.6.1為并勵直流電動機的示意圖。接通直流電源時， 勵磁繞組中流過勵磁電流If，建立主磁場，電樞繞組中流過電樞電流Ia，電樞元件導(dǎo)體中流過支路電流，與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩Tem，使電樞朝Tem的方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞導(dǎo)體又切割氣隙合成磁場，產(chǎn)生電樞電動勢Ea，在電動機中，此電動勢的方向與電樞電流Ia的方向相反，稱為反電動勢。下面分別討論當電動機穩(wěn)態(tài)運行時， 電動機的電勢、 功率與轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系。 任務(wù)六 直流電動機 1.6.1 直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本方程圖1.6.1 并勵直流電動機 圖1

50、.6.1 并勵直流電動機 1. 直流電動機的電壓平衡方程根據(jù)圖1.6.1中用電動機慣例所設(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 （1.6.1） 式中：Ra為電樞回路電阻，其中包括電刷和換向器之間的接觸電阻。此式表明：直流電動機在電動機運行狀態(tài)下的電樞電動勢Ea總小于端電壓U。 1. 直流電動機的電壓平衡方程（1.6.1） 式中：R2. 直流電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程穩(wěn)態(tài)運行時，作用在電動機軸上的轉(zhuǎn)矩有三個：一個是電磁轉(zhuǎn)矩Tem，方向與轉(zhuǎn)速n相同，為拖動轉(zhuǎn)矩；一個是電動機空載轉(zhuǎn)矩T0，是電動機空載運行時的阻轉(zhuǎn)矩，方向總與轉(zhuǎn)速n相反，為制動轉(zhuǎn)矩；還有一個是軸上所帶生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩T

51、2， 即電動機軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，一般亦為制動轉(zhuǎn)矩。穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系式為拖動轉(zhuǎn)矩等于總的制動轉(zhuǎn)矩，即（1.6.2） 2. 直流電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程（1.6.2） 3. 直流電動機的功率平衡方程將式（1.6.1）兩邊乘以電樞電流Ia，得 （1.6.3） 可寫成 （1.6.4） 式中： P1=UIa為電動機從電源輸入的電功率； PCua=I2aRa為電樞回路的銅損耗；Pem=EaIa為電磁功率。 又由 （1.6.5） 式中： =2n/60，是電動機的機械角速度，單位為rads。 3. 直流電動機的功率平衡方程（1.6.3） 可寫成 （1從式（1.6.5）中Pem=EaIa可知，電磁功率具有電功

52、率性質(zhì)； 從Pem=Tem可知，電磁功率又具有機械功率性質(zhì)，其實質(zhì)是因為電磁功率屬于電動機由電能轉(zhuǎn)換為機械能的那一部分功率。 將式（1.6.2）兩邊乘以機械角速度，得 （1.6.6） 可寫成 （1.6.7） 從式（1.6.5）中Pem=EaIa可知，電磁功率具有電式中：Pem=Tem為電磁功率；P2=T2為軸上輸出的機械功率； P0=T0為空載損耗， 包括機械損耗p和鐵損耗pFe，此外還有勵磁繞組的銅損耗pCuf，稱為勵磁損耗。 并勵直流電動機的功率平衡方程為 (1.6.8) 其中p=pCua+pCuf+pFe+p，為并勵直流電動機的總損耗。 式中：Pem=Tem為電磁功率；P2=T2為軸上輸

53、出的機1.6.2 直流電動機的工作特性 1. 并勵直流電動機的工作特性并勵直流電動機的工作特性是指當電動機的端電壓U=UN ， 勵磁電流If=IfN，電樞不串外加電阻時，轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T、 效率分別與輸出功率P2之間的關(guān)系。由于電樞電流的大小與輸出功率成正比，因而為了簡化分析，工作特性中通常用Ia代替P2 。 1.6.2 直流電動機的工作特性 1）轉(zhuǎn)速特性當U=UN、I=IN(=N) 時，轉(zhuǎn)速n與電樞電流Ia之間的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)速特性。將電動勢公式代入電壓平衡方程式 ，可得轉(zhuǎn)速特性公式 (1.6.9) 可見，如果忽視電樞反應(yīng)的影響，保持=N不變，則Ia增加時，轉(zhuǎn)速n下降。但因Ra一般很小，所以轉(zhuǎn)

54、速n下降不多， n=f（Ia）為一條稍稍向下傾斜的直線，如圖1.6.2中的曲線所示。如果考慮負載較重、Ia較大時電樞反應(yīng)去磁作用的影響， 則隨著Ia的增大，將減小，使轉(zhuǎn)速特性出現(xiàn)上翹現(xiàn)象。 1）轉(zhuǎn)速特性(1.6.9) 可見，如果忽視電樞反應(yīng)圖1.6.2 并勵電動機的工作特性 圖1.6.2 并勵電動機的工作特性 2）特矩特性 當U=UN、I=IN(=N)時，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與電樞電流Ia之間的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)矩特性。 由可知，不考慮電樞反應(yīng)影響時， = N不變，Tem與Ia成正比，轉(zhuǎn)矩特性為過原點的直線。如桌考慮電樞反應(yīng)的去磁作用，則當Ia增大時，轉(zhuǎn)矩特性略為向下彎曲，如圖1.6.2中的曲線所示。 2）

55、特矩特性 3）效率特性=f(Ia) 當U=UN、I=IN時，效率與電樞電流Ia的關(guān)系稱為效率特性。并勵直流電動機效率 (1.6.10) 3）效率特性=f(Ia) (1.6.10) 上式中的鐵損耗pFe是電機旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心切割氣隙磁場而引起的渦流損耗與磁滯損耗之和，其大小決定于氣隙磁密與轉(zhuǎn)速；機械損耗p包括軸承及電刷的摩擦損耗和通風(fēng)損耗，其大小主要決定于轉(zhuǎn)速；勵磁繞組的銅損耗pCuf = UIf ，每極磁通不變時，I f 不變 ，pCuf 也不變。由此可看出，以上三種損耗都不隨電樞電流變化，亦即不隨負載變化的，通常將這三種損耗之和稱為不變損耗。電樞回路的銅損耗 pCua =Ia2Ra ，與電樞電

56、流的平方成正比，亦即隨負載的變化明顯變化，故稱為可變損耗。 上式中的鐵損耗pFe是電機旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心切割氣隙磁場而引當電樞電流Ia開始由零增大時，可變損耗增加緩慢，總損耗變化小，效率明顯上升；當忽略式(1.6.10)分母中的If（因IfIa)時，可以由ddIa0求得當Ia增大到電動機的不變損耗等于可變損耗，即當pCuf+pFe+p=I2aRa時，電動機的效率達到最高。Ia再進一步增大時，可變損耗在總損耗中所占的比例增大，可變損耗和總損耗都將明顯上升，使效率反而略為下降。并勵直流電動機的效率特性如圖1.6.2所示。 一般電動機在負載為額定值的75左右時效率最高。 當電樞電流Ia開始由零增大時，可

57、變損耗增加緩慢，總損耗變2串勵直流電動機的工作特性1）轉(zhuǎn)速特性 串勵電動機的特點是 隨變 2串勵直流電動機的工作特性因為Ia=If，當Ia較小時，磁路沒有飽和，=kfIf=kfIa， 代入上式可得 (1.6.11) 式中：，為常數(shù)；kf 為磁通與勵磁電流的比例系數(shù)。 因為Ia=If，當Ia較小時，磁路沒有飽和，=kfIf=k由式（1-22）可知。電樞電流不大時，串勵直流電動機的轉(zhuǎn)速特性具有雙曲線性質(zhì)，轉(zhuǎn)速隨電樞電流增大而迅速降低。當電樞電流較大時，由于磁路趨于飽和，磁通近似為常數(shù)，轉(zhuǎn)速特性與并勵時相似，為稍稍向下傾斜的直線，如圖1.6.3中的曲線所示。要注意的是當電樞電流較小時，電動機的轉(zhuǎn)速將

58、升的很高，因為Ia較小時，氣隙磁通 和電阻壓降Ia Ra均很小，為使Ea =Cen 能與電源電壓U相平衡，轉(zhuǎn)速n 必須很高才行。理論上，Ia 接近于零時，電動機轉(zhuǎn)速將趨近于無窮大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子損壞，所以串勵直流電動機不允許在空載或輕載下運行。 由式（1-22）可知。電樞電流不大時，串勵直流電動機的轉(zhuǎn)2）轉(zhuǎn)矩特性串勵時，電動機的轉(zhuǎn)矩公式 (1.6.12) 式中： C T=CTkf，對已制成的電機， 磁路不飽和時為常數(shù)。 2）轉(zhuǎn)矩特性(1.6.12) 式中： C T=CTkf，對當磁路不飽和時，TemI2a；當磁路飽和時，為常數(shù)，TemIa，一般可看成TemI2a，Tem按大于一次方的比例增加。 式(

59、1.6.12)表明： 電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正比， 轉(zhuǎn)矩特性如圖1.6.3中的曲線所示。這一特性使串勵直流電動機在同樣電流限值（一般為額定電流的2倍左右）下具有比他勵直流電動機大得多的起動轉(zhuǎn)矩和較大轉(zhuǎn)矩，適用于起動能力或過載能力要求較高的場合，如拖動閘門、電力機車等負載。 當磁路不飽和時，TemI2a；當磁路飽和時，為常數(shù)，3） 效率特性串勵直流電動機的效率特性與并勵直流電動機相同， 如圖1.6.3中的曲線所示。 3） 效率特性圖1.6.3 串勵電動機的工作特性 圖1.6.3 串勵電動機的工作特性 3. 復(fù)勵直流電動機的工作特性 復(fù)勵直流電動機一般采用積復(fù)勵， 其轉(zhuǎn)速特性介于并勵電動機和串

60、勵電動機之間，如圖1.6.4所示。如果是并勵繞組磁動勢起主要作用，其轉(zhuǎn)速特性與并勵電動機相接近；如果是串勵繞組磁動勢起主要作用，則轉(zhuǎn)速特性就與串勵電動機接近。 因為有串勵和并勵磁動勢的存在，所以復(fù)勵電動機既有較高的起動能力和過載能力， 又允許空載或輕載運行。 3. 復(fù)勵直流電動機的工作特性 圖1.6.4 并勵、串勵、積復(fù)勵電動機的轉(zhuǎn)速特性比較 圖1.6.4 并勵、串勵、積復(fù)勵電動機的轉(zhuǎn)速特性比較 *任務(wù)七 直流電機的換向 1.7.1 直流電機的換向過程圖1.7.1表示直流電機一個元件的換向過程。圖中以單疊繞組為例，且設(shè)電刷寬度等于一片換向片的寬度，電樞從右向左運動。換向開始時，電刷正好與投向片