電機(jī)與電氣控制(第3版)

電機(jī)與電氣控制（第3版）電子工業(yè)出版社第1章直流電機(jī)原理內(nèi)容提要:

本章主要講述直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理；直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)以及各部件的作用，重點(diǎn)介紹能量轉(zhuǎn)換的核心部件—電樞繞組不同形式的連接規(guī)律和特點(diǎn)。

感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算。

直流電動(dòng)機(jī)不同勵(lì)磁方式的特點(diǎn)。

直流電機(jī)的磁場(chǎng)以及改善換向的方法。1.1直流電機(jī)基本工作原理1.1.1直流電機(jī)的模型結(jié)構(gòu)圖1.1直流發(fā)電機(jī)工作原理1.1直流電機(jī)基本工作原理1.1.2直流發(fā)電機(jī)工作原理1．感應(yīng)電勢(shì)的產(chǎn)生2．電勢(shì)的波形1.1直流電機(jī)基本工作原理圖1.2線圈電勢(shì)的波形圖1.3電刷兩端的電勢(shì)波形1.1直流電機(jī)基本工作原理圖1.4兩個(gè)線圈換向后的電勢(shì)波形圖1.5多個(gè)線圈電刷兩端電勢(shì)波形

1.1直流電機(jī)基本工作原理1.1.3直流電動(dòng)機(jī)的工作原理在圖1.6所示瞬時(shí)，電流i的方向?yàn)椋?→A→換向片1→a→b→c→d→換向片2→B→根據(jù)電磁力定律，線圈邊ab,cd分別受到電磁力f的作用，其大小為：圖1.6直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖1.1直流電機(jī)基本工作原理1.1.4直流電機(jī)可逆原理（1）直流電動(dòng)機(jī)與直流發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，不同的是直流發(fā)電機(jī)必須要由一個(gè)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e，接通負(fù)載便有一電流i流過(guò)，i與e方向相同。同時(shí)載流導(dǎo)體ab、cd便受到電磁力的作用（左手定則確定），而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速方向相反，故稱阻轉(zhuǎn)矩。（2）在直流電動(dòng)機(jī)中，通過(guò)電刷和換向器的作用，即時(shí)地將電刷兩端直流電變換成線圈內(nèi)部的交流電，從而產(chǎn)生單方向電磁轉(zhuǎn)矩T，T與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)方向n相同。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)體ab、cd切割磁場(chǎng)，便產(chǎn)生一電勢(shì)（右手定則確定），其方向與電流方向相反，故稱作反電勢(shì)。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值1.2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1定子（靜止部分）

(1)主磁極 (2)換向極 (3)機(jī)座 (4)電刷裝置1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值2.轉(zhuǎn)子或電樞（轉(zhuǎn)動(dòng)部分）(1)電樞鐵芯(2)電樞繞組(3)換向器1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值3.氣隙 小容量直流電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間氣隙約為0.5～5mm，大型電機(jī)約為5～10mm，氣隙對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能量影響很大，組裝時(shí)要特別注意。圖1.12換向片及金屬套筒式換向器結(jié)構(gòu)1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值1.2.2直流電機(jī)的額定值表1.1直流電機(jī)的銘牌型號(hào)Z4-132-2勵(lì)磁方式他勵(lì)額定功率15kW勵(lì)磁電壓180V額定電壓440V勵(lì)磁電流4A額定電流39.3A工作制S1額定轉(zhuǎn)速1510r/min絕緣等級(jí)F外殼防護(hù)形式IP23S重量142kg標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)JB6316-92出廠日期×××年×月×××電機(jī)廠1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值1．電機(jī)的額定值2．直流電機(jī)的型號(hào)3．直流電機(jī)的主要系列1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值1.2.3直流電機(jī)的電樞繞組1.電樞繞組的名詞術(shù)語(yǔ)（1）繞組元件（2）元件數(shù)

、換向片數(shù)

、虛槽數(shù)

三者之間的關(guān)系。（3）極距

。（4）電樞繞組的基本類型。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(1)單疊繞組的連接特點(diǎn)（右行繞組）見(jiàn)圖1.15（a）所示（左行繞組）見(jiàn)圖1.15（b）所示例1.1已知某直流電機(jī)Zu=Z=K=S=16，2P=4，要求繞制一右行單疊繞組。解：

1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(1)單疊繞組的連接特點(diǎn)（右行繞組）見(jiàn)圖1.15（a）所示（左行繞組）見(jiàn)圖1.15（b）所示例1.1已知某直流電機(jī)Zu=Z=K=S=16，2P=4，要求繞制一右行單疊繞組。解： （單疊右行繞組）

1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(1)單疊繞組的連接特點(diǎn)（右行繞組）見(jiàn)圖1.15（a）所示（左行繞組）見(jiàn)圖1.15（b）所示例1.1已知某直流電機(jī)Zu=Z=K=S=16，2P=4，要求繞制一右行單疊繞組。解： （單疊右行繞組）

（整距）

1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(1)單疊繞組的連接特點(diǎn)（右行繞組）見(jiàn)圖1.15（a）所示（左行繞組）見(jiàn)圖1.15（b）所示例1.1已知某直流電機(jī)Zu=Z=K=S=16，2P=4，要求繞制一右行單疊繞組。解： （單疊右行繞組）

（整距）

1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(2)單疊繞組展開(kāi)圖

圖1.16單疊繞組連接次序圖圖1.17單疊繞組展開(kāi)圖1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值2.單疊繞組(3)單疊繞組并聯(lián)支路圖將圖1.17中的繞組元件用“”表示，并將圖所示瞬時(shí)沒(méi)有與電刷接觸的換向片省去，可得圖1.18（a）所示。單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)等于電機(jī)主磁極數(shù)，即

2a=2P或a=p若每條支路電流為ia，則電樞總電流Ia為：1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組

(1)單波繞組的特點(diǎn)圖1.19單波繞組元件1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組

(1)單波繞組的特點(diǎn)例1.2已知：一臺(tái)直流電機(jī)Zu=Z=S=K=15，2P=4，要求繞制一左行單波繞組。解：

1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組

(1)單波繞組的特點(diǎn)例1.2已知：一臺(tái)直流電機(jī)Zu=Z=S=K=15，2P=4，要求繞制一左行單波繞組。解：（短距）

1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組

(1)單波繞組的特點(diǎn)例1.2已知：一臺(tái)直流電機(jī)Zu=Z=S=K=15，2P=4，要求繞制一左行單波繞組。解：（短距）（單波左行）1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組

(1)單波繞組的特點(diǎn)例1.2已知：一臺(tái)直流電機(jī)Zu=Z=S=K=15，2P=4，要求繞制一左行單波繞組。解：（短距）（單波左行）1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組

(2)單波繞組展開(kāi)圖（1）單波繞組的畫(huà)法與單疊繞組相同，其連接順序如圖1.20所示。圖1.20單波繞組連接順序圖（2）單波繞組磁極及電刷安放與單疊繞組相同。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組

(3)單波繞組的并聯(lián)支路

圖1.21單波繞組展開(kāi)圖1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值3.直流單波繞組

(3)單波繞組的并聯(lián)支路

圖1.22單波繞組并聯(lián)支路圖1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值直流單波繞組（1）單波繞組的連接規(guī)律和特點(diǎn)。例1.2已知：一臺(tái)直流電機(jī)

，

，要求繞制一左行單波繞組。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值直流單波繞組（1）單波繞組的連接規(guī)律和特點(diǎn)。例1.2已知：一臺(tái)直流電機(jī)

，

，要求繞制一左行單波繞組。解：1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值直流單波繞組（1）單波繞組的連接規(guī)律和特點(diǎn)。（2）單波繞組展開(kāi)圖。（3）單波繞組的并聯(lián)支路。（4）單疊繞組和單波繞組的應(yīng)用。1.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向1.3.1直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)(1)每根導(dǎo)體平均電勢(shì)在一個(gè)磁極下各導(dǎo)體所在的位置不同，磁密大小也不同，如圖1.23所示，因此，先取平均氣隙磁密Bav，從而得到每根導(dǎo)體平均電勢(shì)值為：圖1.23氣隙磁密與電刷的導(dǎo)體分布1.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向1.電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)(2)電樞繞組感應(yīng)電勢(shì) 直流電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)的高低與和n成比。1.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向2.電磁轉(zhuǎn)矩

每根導(dǎo)體產(chǎn)生的平均電磁力為：fAV產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為：設(shè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為N，則電樞電磁轉(zhuǎn)矩為：

1.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向3.同一電機(jī)Ce與CT的關(guān)系因?yàn)樗曰?.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向1.3.2直流電機(jī)的磁場(chǎng)1．直流電動(dòng)機(jī)的分類（1）直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)。1.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向（2）直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)。（3）直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。（4）直流復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。1.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向2.直流電動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng)（主極磁場(chǎng)）(1)磁路圖1.25直流電機(jī)的磁路和磁通分布(2)磁化曲線圖1.26電機(jī)磁化曲線（3）直流電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)及特點(diǎn)。1.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向3．直流電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)及特點(diǎn)1．電樞磁場(chǎng) 直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組中便有一電流流過(guò)，該電流產(chǎn)生磁勢(shì)： 稱作電樞磁勢(shì)，如圖1.27（b）所示。 該電樞磁場(chǎng)的特點(diǎn)是：

（1）電樞磁勢(shì)的軸線與幾何中性線重合，且對(duì)稱于 幾何中性線。 （2）電樞磁勢(shì)的軸線與主極軸線垂直，稱為交軸電 樞磁 勢(shì)。 （3）電樞磁勢(shì)在空間固定不動(dòng)。2．氣隙合成磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)1.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向1.3.3直流電機(jī)的換向1.換向過(guò)程 從圖1.18（a）可知，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電刷固定不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組元件從一條支路經(jīng)過(guò)電刷短路進(jìn)入另一條支路，元件中電流也隨之改變方向這一過(guò)程，稱為換向過(guò)程，簡(jiǎn)稱換向。1.3直流電機(jī)的電勢(shì)、轉(zhuǎn)距、磁場(chǎng)和換向2.產(chǎn)生火花