第一章 直流電機(jī)原理

電機(jī)原理及拖動主講人：方煒安徽工業(yè)大學(xué)電氣信息學(xué)院第一章直流電機(jī)原理直流電機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)及基本工作原理1直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的電樞繞組234直流電動機(jī)、發(fā)電機(jī)及直流電機(jī)的換向56直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)兩大類。將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的直流電機(jī)是直流發(fā)電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的直流電機(jī)是直流電動機(jī)。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能、較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力，一般應(yīng)用于對起動和調(diào)速要求較高的場合。另外，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、維護(hù)較困難是直流電機(jī)的不足之處。1.1直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)

N、S為一對固定的磁極，稱為直流電機(jī)的定子。ab,cd是固定在可旋轉(zhuǎn)鐵質(zhì)圓柱體上的線圈，線圈連同鐵質(zhì)圓柱體是直流電機(jī)可轉(zhuǎn)動的部分，稱為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子（或電樞）。圖1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型

1.1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)線圈的末端a、d聯(lián)結(jié)到兩個相互絕緣并可以隨線圈一同轉(zhuǎn)動的導(dǎo)電片上，該導(dǎo)電片稱為換向片。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的聯(lián)結(jié)是通過放置在換向片上固定不動的電刷進(jìn)行的。在定子與轉(zhuǎn)子間有間隙存在，稱為氣隙。圖1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型

1.1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)圖1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型

1.1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)當(dāng)有原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，在線圈ab,cd中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的方向可用右手定則確定。在逆時針旋轉(zhuǎn)情況下，導(dǎo)體ab在N極下，感應(yīng)電動勢的極性為a點(diǎn)高電位，b點(diǎn)低電位；導(dǎo)體cd則在S極下，感應(yīng)電動勢的極性為c點(diǎn)高電位，d點(diǎn)低電位，在此狀態(tài)下電刷A的極性為正，電刷B的極性為負(fù)。圖1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型

1.1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)180°后，導(dǎo)體ab在S極下，導(dǎo)體cd則在N極下，此時導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢方向已改變，但由于原來與電刷A接觸的換向片已經(jīng)與電刷B接觸，而與電刷B接觸的換向片同時換到與電刷A接觸，因此電刷A的極性仍為正，電刷B的極性仍為負(fù)。圖1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型

1.1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)1.1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)圖1.2直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型

可以看出，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總為正，而電刷B的極性總為負(fù)，使電刷獲得直流電動勢。圖1.3直流電動機(jī)的工作原理模型

1.1.2直流電動機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)電刷A、B接直流電源，此時電樞線圈中有電流流過，線圈邊ab,cd在磁場中受到電磁力作用。圖1.3直流電動機(jī)的工作原理模型

1.1.2直流電動機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)導(dǎo)體受力方向由左手定則確定。位于N極下的導(dǎo)體ab受力方向為從右向左，而位于S極下的導(dǎo)體cd受力方向從左到右。導(dǎo)體所受電磁力對軸產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，這種由于電磁作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的方向為逆時針。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻力矩時，線圈按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。圖1.3直流電動機(jī)的工作原理模型

1.1.2直流電動機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)180°后，原位于S極下的導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，其受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?；而原位于N極下的導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，導(dǎo)體ab受力方向變?yōu)閺淖笙蛴遥撧D(zhuǎn)矩的方向仍為逆時針方向，線圈在此轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。圖1.4直流電動機(jī)的工作模型

1.1.2直流電動機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)雖然導(dǎo)體中流通的電流為交變的，但N極下的導(dǎo)體受力方向和S極下導(dǎo)體的受力方向并未發(fā)生變化，電動機(jī)在此方向不變的轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)動?？偨Y(jié)：實(shí)際上直流電機(jī)的電樞是根據(jù)具體應(yīng)用情況需要有多個線圈。線圈分布于電樞表面的不同位置上，并按照一定的規(guī)定聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成直流電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要,N、S極交替放置多對。任何一臺電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動機(jī)運(yùn)行，這一性質(zhì)稱為電機(jī)的可逆原理。電機(jī)的可逆原理不僅適用于直流電機(jī)，也適用于交流電機(jī)。電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行方式由外施條件決定，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子輸入機(jī)械能，而電樞繞組輸出電能，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；如果在電樞繞組中輸入電能，轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械能，則電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行。1.1.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本是相同的，即都有可旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分?？尚D(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子，靜止部分稱為定子，在定子和轉(zhuǎn)子之間存在著氣隙。圖1.5小型直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)1.1.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)——定子定子定子的作用，在電磁方面是產(chǎn)生磁場和構(gòu)成磁路，在機(jī)械方面是整個電機(jī)的支撐。定子由磁極、機(jī)座、換向極、電刷裝置、端蓋和軸承等組成。圖1.6直流電機(jī)剖面

1—電樞繞組；2—電樞鐵芯；3—機(jī)座；4—主磁極鐵芯；5—勵磁繞組；6—換向繞組；7—換向極鐵芯；8—主磁極極靴；9—機(jī)座底腳1.1.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)——定子主磁極

主磁極的作用是在定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場。主磁極由主磁極鐵芯和放置在鐵芯上的勵磁繞組構(gòu)成。主磁極鐵芯分成極身和極靴兩部分，極靴的作用是使氣隙磁通密度的空間分布均勻并減小氣隙磁阻，同時極靴對勵磁繞組也起支撐作用。為減小渦流損耗，主磁極鐵芯是用1.0～1.5mm厚的低碳鋼板沖成一定形狀，用鉚釘把沖片鉚緊，然后再固定在機(jī)座上。主磁極上的線圈是用來產(chǎn)生主磁通的，稱為勵磁繞組。圖1.7直流電機(jī)主磁極的結(jié)構(gòu)

1—機(jī)座；2—主磁極鐵芯；3—勵磁繞組1.1.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)——定子換向極

換向極安裝在相鄰的兩個主磁極之間，固定在機(jī)座上，用來改善直流電機(jī)的換向，消除或減小電刷與換向器之間的火花。換向極是由換向極鐵芯和換向極繞組組成。換向極鐵芯可根據(jù)要求用整塊鋼制成，也可用1.0～1.5mm厚的鋼板疊成，所有的換向極線圈串聯(lián)后稱為換向極繞組，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極繞組數(shù)目一般與主磁極數(shù)目相同。圖1.8直流電動機(jī)換向極結(jié)構(gòu)1—換向極鐵芯；2—換向極繞組1.1.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)——定子機(jī)座機(jī)座直流電機(jī)的機(jī)座有兩種形式：(1)整體機(jī)座。整體機(jī)座是用導(dǎo)磁性能較好的鑄鋼材料制成的，該種機(jī)座能同時起到導(dǎo)磁和機(jī)械支撐的作用。由于機(jī)座起導(dǎo)磁作用，因此機(jī)座是主磁路的一部分，稱為定子鐵軛。主磁極、換向極及端蓋均固定在機(jī)座上，因此，機(jī)座起到了支撐的作用。一般直流電機(jī)均采用整體機(jī)座。(2)疊片機(jī)座。疊片機(jī)座是用薄鋼沖片疊壓成定子鐵軛，再把定子鐵軛固定在一個專門起支撐作用的機(jī)座里，這樣定子鐵軛和機(jī)座是分開的，機(jī)座只起支撐作用，可用普通鋼板制成。疊片機(jī)座主要用于主磁通變化快、調(diào)速范圍較高的場合。1.1.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)——定子電刷電刷裝置的作用是通過電刷和旋轉(zhuǎn)的換向器表面的滑動接觸，把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與外電路聯(lián)結(jié)起來，并與換向器配合，起到整流或逆變的作用。電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿座和壓緊彈簧組成圖1.9電刷的結(jié)構(gòu)1—刷握；2—電刷；3—壓緊彈簧；4—銅絲辮

1.1.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子又稱電樞，是電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，是用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。它包括電樞鐵芯、換向器、電機(jī)轉(zhuǎn)軸、電樞繞組、軸承和風(fēng)扇等。圖1.10直流電機(jī)轉(zhuǎn)子橫截面圖電樞槽電樞繞組電樞齒電樞磁軛1.1.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)——轉(zhuǎn)子電樞鐵芯電樞鐵芯是主磁路的一部分，同時用來嵌放電樞繞組。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，為減小電樞鐵芯中的磁通變化引起的磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵芯用涂有絕緣漆的0.5mm厚的硅鋼片疊成。電樞鐵芯沖片上沖有放置電樞繞組的電樞槽、軸孔和通風(fēng)口圖1.11電樞沖片形狀1—齒；2—槽；3—軸向通風(fēng)孔1.1.3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)——轉(zhuǎn)子換向器換向器又稱整流子。對于發(fā)電機(jī)，換向器的作用是把電樞繞組中的交變電動勢轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妱觿菹蛲獠枯敵鲋绷麟妷?；對于電動機(jī)，它是把外界供給的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)槔@組中的交變電流以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。換向器是由換向片組合而成的，是直流機(jī)的關(guān)鍵部件，也是最薄弱的部分圖1.11換向器結(jié)構(gòu)1—V形套筒；2—云母片；3—換向片；4—聯(lián)結(jié)片1.1.4直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)表征電機(jī)額定運(yùn)行情況的各種數(shù)據(jù)稱為額定值。額定值一般標(biāo)注在電機(jī)的銘牌上，所以又稱為銘牌數(shù)據(jù)。它是正確合理使用電機(jī)的依據(jù)。銘牌數(shù)據(jù)主要包括電機(jī)型號、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和額定勵磁電流及勵磁方式等，此外還有電機(jī)的出廠數(shù)據(jù)，如出廠編號、出廠日期等。在選擇電機(jī)時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，盡可能使電機(jī)運(yùn)行在額定值附近1.1.4直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)國產(chǎn)電機(jī)型號一般采用大寫的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其格式為：第一部分用大寫的拼音表示產(chǎn)品代號，第二部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計序號，第三部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示機(jī)座代號，第四部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示電樞鐵芯長度代號。

如Z292中的Z表示一般用途直流電機(jī)；2表示設(shè)計序號，第二次改型設(shè)計；9表示機(jī)座代號；2表示電樞鐵芯長度代號。1.1.4直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定功率PN是指在額定條件下電機(jī)所能供給的功率。對于電動機(jī)，額定功率是指電動機(jī)軸上輸出的最大機(jī)械功率；對于發(fā)電機(jī)，額定功率是指電刷間輸出的最大電功率。額定功率的單位為kW。額定電壓UN是指額定工作條件下電機(jī)出線端的平均電壓。對于電動機(jī)，額定電壓是指輸入額定電壓；對于發(fā)電機(jī)，額定電壓是指輸出額定電壓。額定電壓的單位為V。1.1.4直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定電流IN是指電機(jī)在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時對應(yīng)的電流值。額定電流的單位為A。額定功率、額定電壓和額定電流的關(guān)系為：發(fā)電機(jī)：電動機(jī)：1.1.4直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定轉(zhuǎn)速nN是指對應(yīng)于額定電流、額定電壓，電機(jī)運(yùn)行于額定功率時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速的單位為

r/min。額定勵磁電流IfN是指對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流。額定勵磁電流的單位為A。勵磁方式是指直流電機(jī)的勵磁線圈與其電樞線圈的聯(lián)結(jié)方式。根據(jù)電樞線圈與勵磁線圈的聯(lián)結(jié)方式不同，直流電機(jī)勵磁有并勵、串勵、他勵和復(fù)勵等方式。1.2直流電機(jī)的空載磁場由直流電機(jī)的基本工作原理可知，電樞旋轉(zhuǎn)切割氣隙中的磁力線而感應(yīng)電動勢(發(fā)電機(jī))，電樞電流與氣隙中的磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩(電動機(jī))，因而氣隙磁場是電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介。直流電機(jī)的氣隙磁場是在主磁極的勵磁繞組中通以直流電流建立的。

所以直流電機(jī)有兩種基本繞組，即勵磁繞組和電樞繞組。勵磁繞組和電樞繞組之間的聯(lián)結(jié)方式稱為勵磁方式。勵磁方式不同，電機(jī)的運(yùn)行特性有很大的差異。直流電機(jī)的勵磁方式可分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四類。1.2直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)空載運(yùn)行時，電樞電流為零。這時的氣隙磁場是由勵磁電流If通過勵磁繞組產(chǎn)生的磁動勢Ff所建立。所以，直流電機(jī)空載時的氣隙磁場又稱勵磁磁場。

1直流電機(jī)的空載磁場1.2直流電機(jī)的空載磁場絕大部分的磁通是從N極出來，經(jīng)過氣隙進(jìn)入電樞的齒槽，再經(jīng)過電樞的鐵軛到電樞的另一邊齒槽，又通過氣隙進(jìn)入S極，通過定子鐵軛回到N極。這部分磁通同時交鏈勵磁繞組和電樞繞組，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通圖1.11四極電機(jī)空載磁場示意圖1.2直流電機(jī)的空載磁場

一小部分磁通不進(jìn)入電樞鐵芯，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路，這部分稱為漏磁通。漏磁通只是增加主磁極磁路的飽和程度，使電機(jī)的損耗加大，效率降低。一般情況下，漏磁通為主磁通的15%～20%。圖1.11四極電機(jī)空載磁場示意圖1.2直流電機(jī)的空載磁場主磁通Φ所經(jīng)磁路:兩個氣隙、兩個電樞齒、一個電樞軛、兩個主磁極鐵心和一個主磁極軛等五段。由磁路中的歐姆定律，各段上的磁壓降可以表示為：

ΣФRm

=NfIf

Nf——一個主磁極上激磁繞組的匝數(shù)；

If——激磁繞組中的激磁電流；

Rm——該段的磁組；Ф——磁通量說明:當(dāng)I較小時磁路的磁阻為氣隙磁阻且為常數(shù),故If與Φ是線性的

If較大時鐵心飽和,磁阻加大Φ增加變慢If與Φ為非線性關(guān)系.

電機(jī)的飽和程度對電機(jī)的性能有很

大的影響.ΦIf0211.2直流電機(jī)的空載磁場因為電樞繞組是在氣隙磁場下進(jìn)行電磁感應(yīng)的，所以氣隙磁通密度的分布是我們分析的主要對象。當(dāng)忽略主磁路中鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。

2氣隙磁通密度分布磁極中心及附近的氣隙較小且均勻不變，磁通密度較大且基本為常數(shù)；接近極尖處氣隙逐漸變大，磁通密度減小；極尖以外氣隙明顯增大，磁通密度顯著減小，因此，空載時的氣隙磁通密度分布為一平頂波。圖1.12氣隙磁密分布圖1.3直流電機(jī)的電樞繞組由直流電機(jī)的基本工作原理可知，電樞旋轉(zhuǎn)切割氣隙中的磁力線而感應(yīng)電動勢(發(fā)電機(jī))，電樞電流與氣隙中的磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩(電動機(jī))，因此電機(jī)的電樞繞組是電機(jī)的主要組成部件。電機(jī)必須通過電樞繞組與氣隙磁場相互作用才能實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

所以繞組類型：（1）單迭繞組；（2）復(fù)迭繞組；（3）單波繞組；（4）復(fù)波繞組；（5）混合繞組。其中，單迭和單波繞組是最基本的直流電樞繞組，是了解其他繞組的基礎(chǔ)。（2）極距：它是相鄰兩主磁極極軸線之間的距離，在相鄰主磁極之間，與上述距離大小相等的距離，也叫極距。1.3直流電機(jī)的電樞繞組1有關(guān)技術(shù)名詞NN極軸線nNS.nτNS極距（1）極軸線：它是將主磁極平分為左右兩部分的直線。

（3）幾何中線：是在相鄰兩極軸線之間并且與這兩極軸線等距離的直線，兩相鄰主磁極以幾何中線為軸作位置上的對稱分布。以n—n表示。單疊繞組由疊繞組元件按一定規(guī)律排列聯(lián)接而成.繞組元件實(shí)際上是一個線圈,可以是多匝,也可以的單匝的。2單疊繞組繞組元件結(jié)構(gòu)原理:a1b1及a2b2部分稱為元件邊,

用后端匝a(bǔ)1ma2及前端匝b1nb2

將元件邊聯(lián)結(jié)起來,使兩元件邊中電勢在元件中迭加.

端線c1d1及c2d2稱為引線,d1為元件的首端,d2為末端.元件的首端和末端分別焊接在不同的換向上.a1b1稱為第一元件邊,右邊a2b2稱為第二元件邊.mnd2a1b1a2b2c1d1VNS1234567891011121314161512345678910111213141516N1N2S1S2A1A2B1B2__+++_++ττττn圖1.13單迭繞組展開圖圖中四個方框代表四個主磁極,相同極性的兩個電刷均用導(dǎo)線并聯(lián)后引往出線端.四個電刷均安放在相應(yīng)的四個主磁極的極軸線處的換向片上,電刷寬度等于一個換向片寬.電樞鐵心槽數(shù)、元件數(shù)以及換向片數(shù)均相等且為16。元件的第一元件邊嵌在槽的上層——上層邊；而元件的第二元件邊總是嵌在槽的下層——下層邊。上層邊用實(shí)線表示，下層邊用虛線表示。以元件上層邊所在槽的號碼作為該元件的號碼。元件聯(lián)接次序表：

123456789101112131415161

號碼上打“.”的,表示被電刷短路的元件.當(dāng)元件的兩元件邊的距離恰是一個極距時,由于電刷放在極軸線處的換向片上,故被電刷短接的元件的兩個元件邊正處在兩相鄰幾何中線上.

.....1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)當(dāng)電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組流過電流，出現(xiàn)了電樞磁動勢。電樞反應(yīng):電樞磁動勢對主磁極所建立的氣隙磁場的影響。電樞磁動勢不僅與電樞電流大小有關(guān)，它還受電刷位置的影響。

1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)1電樞磁動勢與電樞磁場二極直流電機(jī)電刷在幾何中性線上時的電樞磁場分布圖：1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)把電樞圓周從電刷處切開展成直線并以主磁極軸線與電樞表面的交點(diǎn)為空間坐標(biāo)的起點(diǎn),電樞磁動勢沿空間的分布：⊕nNSFax0x⊙⊙⊙⊙⊕⊕⊕xxxxnxBax圖1.14電樞磁動勢、磁通密度空間分布圖1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)2電刷位于幾何中性線上時的電樞反應(yīng)(a)所示為空載磁場分布情況。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?？蛰d時物理中性線與幾何中性線重合。1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)2電刷位于幾何中性線上時的電樞反應(yīng)(b)所示為電樞磁場，它的方向由電樞電流確定，電樞電流的分界線是電刷，在電刷軸線兩側(cè)對稱分布。1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)2電刷位于幾何中性線上時的電樞反應(yīng)(c)所示為合成磁場，它是主磁極磁場與電樞磁場合在一起產(chǎn)生的。可以看出，由于電樞磁場的出現(xiàn)，對主磁極磁場的分布有明顯的影響，這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)2電刷位于幾何中性線上時的電樞反應(yīng)(1)使氣隙磁場發(fā)生畸變。在每一磁極下，主磁極磁場的一半被削弱，另一半被加強(qiáng)。這時物理中性線與幾何中性線不再重合。(2)對主磁極磁場有去磁作用?！穴挕选选选选选选穴挩挩挩挩挩扤Snnn幾何中線發(fā)電機(jī)⊕⊕⊙nnn電動機(jī)mm物理中線B0xBaxBδx圖1.15交軸電樞反應(yīng)的磁通密度分布曲線1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)3電刷偏離幾何中性線上時的電樞反應(yīng)(1)電樞磁勢分為兩部分：交軸磁勢和順軸磁勢。Fa=Faq+Fad(2)當(dāng)發(fā)電機(jī)順旋轉(zhuǎn)方向移動電刷或電動機(jī)逆移時順軸電勢Fad去磁，反之順軸電勢助磁⊙⊙⊙⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕Fa⊙⊙⊙⊙⊙⊕FadFaqNSACBDnfnd1.5直流電機(jī)的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)運(yùn)行時，其電樞中產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢。電磁轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩，通過電動機(jī)的軸帶動負(fù)載；電樞感應(yīng)電動勢為反向電動勢，與電樞所加外電壓相平衡。1.5直流電機(jī)的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩1電樞電動勢電樞電勢是指電機(jī)正常工作時電樞繞組切割氣隙磁通產(chǎn)生的刷間電動勢。刷間電動勢等于其中一條支路的電動勢。(1)設(shè)繞組為整距元件,電刷在幾何中線上。如電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)為N,并聯(lián)電路數(shù)為2a，則繞組每條支路的導(dǎo)體數(shù)為N/(2a)。(2)如每根導(dǎo)體的平均電動勢eav,則支路電動勢即刷間電動勢1.5直流電機(jī)的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩1電樞電動勢(3)一根導(dǎo)體的平均電動勢為eav=Bavlv,Bav為一個極下的平均磁密,

(4)如導(dǎo)體切割磁場的速度v用每分鐘轉(zhuǎn)速表示有(5)則電樞電動勢為：1.5直流電機(jī)的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩1電樞電動勢這是一個十分重要的公式,式中為電動勢常數(shù),是一個決定于電機(jī)結(jié)構(gòu)的參數(shù).電樞電動勢與每極磁通成正比,與轉(zhuǎn)速正比1.5直流電機(jī)的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩2電磁轉(zhuǎn)矩在直流電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩是由電樞電流與氣隙磁場相互作用而產(chǎn)生的電磁力所形成的。根據(jù)電磁力定律，當(dāng)電樞繞組有電樞電流流過時，在磁場內(nèi)將受到電磁力的作用，該力與電機(jī)電樞鐵芯半徑的乘積為電磁轉(zhuǎn)矩。1.5直流電機(jī)的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩2電磁轉(zhuǎn)矩(1)先求每根導(dǎo)體平均受力(2)直流電機(jī)電樞直徑為D，每根導(dǎo)體平均轉(zhuǎn)矩為(3)電樞總轉(zhuǎn)矩為1.5直流電機(jī)的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩2電磁轉(zhuǎn)矩這是一個十分重要的公式,式中為轉(zhuǎn)矩常數(shù),是一個決定于電機(jī)結(jié)構(gòu)的參數(shù).電動勢常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)有著如下重要關(guān)系式

1.他勵直流發(fā)電機(jī):勵磁電流由另外的獨(dú)立直流電源供給.2.自勵直流發(fā)電機(jī):用自已發(fā)出的電給自已的勵磁繞組勵磁.

GIaUEa⌒⌒IfUfG他勵GUIaIfI⌒⌒并勵GGUIf⌒⌒⌒串勵1.6直流發(fā)電機(jī)1直流發(fā)電機(jī)的分類串勵式電機(jī)的勵磁電流就是電樞電流1.電壓平衡方程式:1.6直流發(fā)電機(jī)2基本方程式電樞電壓,電動勢，電樞回路總電阻。

2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式:拖動轉(zhuǎn)矩,電磁轉(zhuǎn)矩，空載轉(zhuǎn)矩。

3.功率平衡方程式:1.6直流發(fā)電機(jī)2基本方程式原動機(jī)從軸上送入直流發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率為機(jī)械摩擦損耗為空載損耗功率為鐵損耗

為附加損耗，常按額定功率的0.5%-1%計算為電磁功率1.6直流發(fā)電機(jī)鐵損耗:電機(jī)旋轉(zhuǎn)后，電樞鐵心反復(fù)磁化產(chǎn)生的損耗包括渦流損耗：變化磁通在鐵心感應(yīng)電動勢產(chǎn)生渦流引起的損耗；磁滯損耗：鐵心反復(fù)磁化過程中，磁畸摩擦消耗的能量；2基本方程式1.6直流發(fā)電機(jī)2基本方程式電磁功率多數(shù)轉(zhuǎn)為電功率電磁功率是轉(zhuǎn)換出的總電功率，與輸出功率還差一個電樞回路的電阻銅損耗，銅耗是可變損耗1.6直流發(fā)電機(jī)銅損耗:電流在繞組電阻上產(chǎn)生的損耗包括電樞繞組損耗；與電樞繞組串聯(lián)的串勵繞組、換向繞組及補(bǔ)償繞組的銅耗；電刷換向器的接觸電阻產(chǎn)生損耗；2基本方程式1.6直流發(fā)電機(jī)2基本方程式總結(jié)：

P2=UIa

P1

PM=

EaIapm+pFe+pspCu=I2aRa圖1.16直流發(fā)電機(jī)功率流程圖1.空載特性：1.6直流發(fā)電機(jī)3他勵直流發(fā)電機(jī)特性研究條件：保持轉(zhuǎn)速n不變且等于額定轉(zhuǎn)速nN。因，和為常數(shù)，所以和成正比IfUNIfNc發(fā)電機(jī)的額定電壓工作點(diǎn)一般選在開始飽和的彎曲處C點(diǎn)，當(dāng)If=0時，U≠0，這是剩磁所致稱為剩磁電壓Us=2%-4%UN2.外特性：1.6直流發(fā)電機(jī)3他勵直流發(fā)電機(jī)特性調(diào)勵磁If和負(fù)載Ia,使U=UN，電機(jī)工作在額定狀態(tài),調(diào)Ia測U得外特性U=f(Ia)曲線IaUNIN0U0一條略微向下傾斜的曲線2.外特性：1.6直流發(fā)電機(jī)3他勵直流發(fā)電機(jī)特性IaUNIN0U0國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用發(fā)電機(jī)由額定狀態(tài)過渡到空載時的電壓升高對額定電壓的比率表示電壓變化率他勵直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為5%~10%，近似常數(shù)。一臺直流電機(jī)，在滿足一定條件下它可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動機(jī)運(yùn)行。稱為可逆性原理。

1.7直流電動機(jī)1直流電機(jī)的可逆原理T1【【⊙⊙eiIaEaNSnTT0假設(shè)一臺發(fā)電機(jī)向直流電網(wǎng)供電，電網(wǎng)電壓U恒定不變。1.7直流電動機(jī)1直流電機(jī)的可逆原理T1【【⊙⊙eiIaEaNSnTT0發(fā)電機(jī)中電流與電勢方向一致，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為順時針方向。與原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)矩T1方向相反。穩(wěn)定運(yùn)行時,電流順電動勢方向流向電網(wǎng)能量關(guān)系：T1ΩEaIaUia

機(jī)械功率電功率輸出電功率1.7直流電動機(jī)1直流電機(jī)的可逆原理撤掉原動機(jī)后【【NSEaIaTnT0Tm⊙⊕eiUU>EaIa變向T變逆時針電機(jī)運(yùn)行在電動狀態(tài)能量關(guān)系IaUEaIaT2Ω

電機(jī)從電網(wǎng)電磁功率輸出機(jī)械功率吸收電功率1.電壓平衡方程式:1.7直流電動機(jī)2基本方程式電樞電壓,反電動勢，電樞回路總電阻。

2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式:電磁轉(zhuǎn)矩,拖動轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

為電磁功率，電動機(jī)轉(zhuǎn)換出來的總機(jī)械功率3.功率平衡方程式:1.7直流電動機(jī)2基本方程式電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電功率

為機(jī)械摩擦損耗為電樞繞組銅損其中

為附加損耗，常按額定功率的0.5%-1%計算為鐵損耗1.6直流發(fā)電機(jī)2基本方程式總結(jié)：圖1.17直流電動機(jī)功率流程圖PM=EaIa=TΩP1=UIaP2=T2ΩP0=pm+pFe+psPcu=I2aRaPf(勵磁功率)1.轉(zhuǎn)速特性：1.7直流電動機(jī)3他勵直流電動機(jī)特性研究目的：為正確使用電動機(jī)。電樞回路無外串電阻因nn0Ia0IaNη、T2.轉(zhuǎn)矩特性：1.7直流電動機(jī)電樞回路無外串電阻nn0Ia0IaNη、T轉(zhuǎn)矩特性為通過原點(diǎn)的直線3他勵直流電動機(jī)特性3.效率特性：1.7直流電動機(jī)電樞回路無外串電阻nn0Ia0IaNη、T當(dāng)電動機(jī)中不變損耗等于可變損耗時，效率最高。且通常出現(xiàn)在Ia=75%~100%區(qū)域內(nèi)3他勵直流電動機(jī)特性4.機(jī)械特性：1.7直流電動機(jī)nn0TTaΔnN03他勵直流電動機(jī)特性4.機(jī)械特性：1.7直流電動機(jī)nn0TTaΔnN0機(jī)械特性上的兩個特殊點(diǎn):(1)理想空載點(diǎn)T=0,n=n0;(2)額定工作點(diǎn)T=TN,n=nN.

電動機(jī)工作在額定狀態(tài)時,轉(zhuǎn)速降為與轉(zhuǎn)速特性一樣，約占的3%~8%3他勵直流電動機(jī)特性直流電機(jī)在運(yùn)行過程中，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組中一些元件從一條支路經(jīng)過電刷進(jìn)入另一條支路，在這一過程中，元件電流改變方向，這一過程稱為換向。換向的過程正是元件被電刷短路的過程，元件短路過程結(jié)束就是換向結(jié)束，這時元件完全進(jìn)入另一條支路。1.8直流電機(jī)的換向1.8直流電機(jī)的換向1換向過程122iaiaiava

1232ia11612階段一：電刷與1號換向片完全接觸,元件1和元件2屬右面支路,電流為+ia.1.8直流電機(jī)的換向1換向過程iava

1232ia12ia1621212ia1