電機(jī)基本理論、直流發(fā)電機(jī)

4.2電機(jī)基本理論4.2.1直流電機(jī)基本理論4.2.2交流電機(jī)基本理論4.2.3電機(jī)在飛機(jī)上的應(yīng)用和發(fā)展電機(jī)是一種與電能密切相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換裝置，可以實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能、電能和電能之間的轉(zhuǎn)換；機(jī)械能

電能發(fā)電機(jī)電能

機(jī)械能電動機(jī)電能分直流、交流。電機(jī)也分直流與交流。發(fā)電機(jī)電動機(jī)（一）按照能量轉(zhuǎn)換和信號傳遞所起的作用分類1.發(fā)電機(jī)

將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。2.電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。3.變壓器、變流器、變頻機(jī)、移相器

變換電壓、電流、頻率、相位。4.控制電機(jī)

作為自動控制系統(tǒng)的控制元件，起檢測、放大、執(zhí)行和校正作用。分類（二）按運(yùn)動方式及電源性質(zhì)分類電機(jī)靜止電機(jī)-----------------變壓器旋轉(zhuǎn)電機(jī)直流電機(jī)交流電機(jī)異步電機(jī)

同步電機(jī)控制電機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流電動機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)

直流電機(jī)的用途作電源用：發(fā)電機(jī)作動力用：電動機(jī)信號的傳遞：:測速發(fā)電機(jī)，伺服電動機(jī)

直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

直流電動機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機(jī)過載能力較強(qiáng)，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。存在換向器直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。一臺直流電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)使用，也可作為電動機(jī)使用。觀看視頻直流電動機(jī)的機(jī)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)電機(jī)的工作原理，直流電機(jī)的組成可分為定子、轉(zhuǎn)子和換向器三大部分。

定子部分主要由定子鐵心和繞在上面的勵磁繞組兩部分組成。

轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。

換向器由換向片和電刷組成，電刷固定在定子上，換向片與電樞繞組相連，換向片與電刷保持滑動接觸。把復(fù)雜的直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡化為電機(jī)具有一對主磁極，電樞繞組只是一個線圈，線圈兩端分別聯(lián)在兩個換向片上，換向片上壓著電刷A和B。1—主磁極：勵磁繞組上加上直流電壓，勵磁繞組上有勵磁電流通過，使定子鐵心產(chǎn)生固定磁場，即定子的主要作用是產(chǎn)生主磁場。

2—電樞繞組：在固定的磁場中旋轉(zhuǎn)，主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。3、4—換向器：電刷固定不動，換向片與電樞繞組一起旋轉(zhuǎn)，主要作用對發(fā)電機(jī)而言是將電樞繞組內(nèi)感應(yīng)的交流電勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢。對電動機(jī)而言，則是將外加的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交變電流，并保證每一磁極下，電樞導(dǎo)體的電流的方向不變，以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。3—電刷4—換向片一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理

上圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進(jìn)行的。導(dǎo)體ab處于N極下方時(shí)直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)同，線圈abcd將感應(yīng)電動勢。如右圖，導(dǎo)體ab在N極下方：a點(diǎn)高電位，b點(diǎn)低電位；導(dǎo)體cd在S極下，c點(diǎn)高電位，d點(diǎn)低電位；電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)。I導(dǎo)體cd處于N極下方時(shí)dcab當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度后，如左圖。

導(dǎo)體ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)。

可見，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，導(dǎo)體ab處于N極下方時(shí)二、直流電動機(jī)的工作原理直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過。如左圖。I在磁場作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)體cd處于N極下方時(shí)dcab當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度后，如左圖。

導(dǎo)體ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)。

可見，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，三、直流電機(jī)的額定值型號ZXX-XXX額定功率PN(kw)，發(fā)電機(jī)：輸出電功率電動機(jī)：輸出的機(jī)械功率額定電壓UN(v)，發(fā)電機(jī)：額定狀態(tài)下的輸出電壓電動機(jī)：額定狀態(tài)下的輸入電壓額定電流IN(A)，發(fā)電機(jī)：供給負(fù)載的電流電動機(jī)：從電源輸入的電流額定轉(zhuǎn)速ne(rpm)，額定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的轉(zhuǎn)速。勵磁方式，工作方式：長時(shí)、短時(shí)、短時(shí)重復(fù)工作額定溫升（相對于環(huán)境溫度升高多少）備注：長時(shí)工作的電機(jī)：(1)以額定數(shù)據(jù)長時(shí)工作時(shí)，實(shí)際溫升可接近穩(wěn)定溫升；(2)作短時(shí)工作時(shí)，可在許可范圍內(nèi)過載(3)短時(shí)重復(fù)工作，允許過載，但不能超過允許溫升。短時(shí)工作電機(jī)：不宜長時(shí)工作4.2電機(jī)基本理論4.2.1直流電機(jī)基本理論4.2.2交流電機(jī)基本理論4.2.3電機(jī)在飛機(jī)上的應(yīng)用和發(fā)展一、交流發(fā)電機(jī)的工作原理在交流電機(jī)中，一般電樞是定子，磁極裝在轉(zhuǎn)子上。勵磁繞組上通直流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。定子上的三相繞組A1A2、B1B2、C1C2產(chǎn)生穩(wěn)定的三相感應(yīng)電動勢。二、交流電動機(jī)的工作原理（以三相異步電動機(jī)為例）1.定子A----XB----YC----Z三相繞組2.轉(zhuǎn)子鼠籠式：如鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組繞線式定子三相繞組通入三相交流電AXBYCZAYCBZX4.2電機(jī)基本理論4.2.1直流電機(jī)基本理論4.2.2交流電機(jī)基本理論4.2.3電機(jī)在飛機(jī)上的應(yīng)用和發(fā)展電機(jī)按飛機(jī)上的應(yīng)用分類有：

1、主電源發(fā)電機(jī)：包括直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，功能是向飛機(jī)的主電源網(wǎng)絡(luò)供電，也向相應(yīng)設(shè)備用和專用的交流、直流電源轉(zhuǎn)換裝置（二次電源）供電。隨著飛機(jī)用電量的增加，現(xiàn)代大，中型飛機(jī)都采用交流無刷同步發(fā)電機(jī)作為主電源。2、變壓器:一般屬于靜止式的電機(jī)。目的是轉(zhuǎn)換主電源交流電壓給用電設(shè)備所需。當(dāng)配備了整流設(shè)備，則可組合成變壓整流器，提供恰當(dāng)?shù)闹绷麟姟Ｌ厥獾淖儔浩骺勺鳛閭鬟f電信號的測量裝置，又稱作互感器。3、驅(qū)動電機(jī)：提供機(jī)械動力的電機(jī)裝置，也分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。用于飛機(jī)的各種電動活門，通風(fēng)或冷卻通風(fēng)用，操縱系統(tǒng)舵面機(jī)構(gòu)動力等。

4、控制電機(jī)：包括交、直流伺服電動機(jī)，直流、異步測速發(fā)電機(jī)等。用在飛機(jī)控制、導(dǎo)航、航空儀表等系統(tǒng)設(shè)備及解算裝置中，還可作為伺服控制動力或轉(zhuǎn)換傳遞系統(tǒng)信號的用途。5、旋轉(zhuǎn)變流機(jī):將直流電變換為交流電，在以直流供電為主的飛機(jī)上,是提供交流電源的二次電源設(shè)備,為雷達(dá),陀螺儀表及其他系統(tǒng)的交流設(shè)備供電。應(yīng)用現(xiàn)代變流技術(shù)的靜止變流器已經(jīng)取代了這旋轉(zhuǎn)變流機(jī)成為飛機(jī)上將直流電轉(zhuǎn)化成交流電的重要設(shè)備。4.3直流發(fā)電機(jī)4.3.1直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)4.3.2直流發(fā)電機(jī)的工作原理4.3.3直流發(fā)電機(jī)的工作特性直流發(fā)電機(jī)：機(jī)械能->直流電能電樞導(dǎo)體在磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢驅(qū)動電樞旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能稱為原動力。（蒸汽渦輪機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)、蒸汽機(jī)等）一個直流發(fā)電機(jī)主要由下列部件組成：1.磁軛（鋼框架）：包括極心、極掌和勵磁線圈2.電樞：電樞鐵芯是圓柱狀，由硅鋼片疊成，表面沖有槽，槽中安放銅線繞組3.換向器：用于將電樞繞組中產(chǎn)生的交流電變直流電4.電刷：用于將換向器來的電流傳送到外電路大容量直流發(fā)電機(jī)、較重小飛機(jī)上的直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)1、定子部分1）磁軛直流發(fā)電機(jī)的框架，由鑄鋼制成。作用一，在兩個磁極間形成完整磁路；作用二，對其他部件起支撐作用。2）極心與極掌（極靴）磁極分為極心和極掌。極心上繞勵磁繞組。極掌使電機(jī)內(nèi)氣隙中的磁場分布均勻，并擋住勵磁繞組。3）勵磁繞組用于產(chǎn)生恒定磁場。在磁場中，每個S極都對應(yīng)一個N極，所以任何發(fā)電機(jī)的極心數(shù)總是偶數(shù)。直流發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)1、定子部分4）電刷與電刷架電刷架安裝在定子上，電刷與換向器接觸，將轉(zhuǎn)子電樞繞組中產(chǎn)生的電流通過換向器傳送到外電路。多極發(fā)電機(jī)的電刷數(shù)與磁極數(shù)一樣多，極性相同的電刷握連接在一起。直流發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子部分1）電樞電機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部件，由電樞鐵芯和電樞繞組組成。直流發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子部分2）換向器由大量的楔形銅片組成，用V環(huán)將楔形銅片固定在一起，銅片之間用云母片隔開。電樞繞組的首末端接到換向片上。4.3直流發(fā)電機(jī)4.3.1直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)4.3.2直流發(fā)電機(jī)的工作原理4.3.3直流發(fā)電機(jī)的工作特性直流發(fā)動機(jī)的工作原理1.單線圈電樞換向器的換向過程也稱為整流，換向器又稱為整流子。在A、C、E位置，線圈兩端被電刷短路。此時(shí)如果產(chǎn)生感應(yīng)電動勢會在換向器上產(chǎn)生電弧從而損壞換向器。因此，電刷必須被安裝在中性面。直流發(fā)動機(jī)的工作原理2.多線圈的效應(yīng)直流發(fā)電機(jī)一般采用鼓形電樞。直流發(fā)電機(jī)輸出電壓由電樞線圈的匝數(shù)、勵磁磁場的總磁通量及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速決定。電樞中各部件的關(guān)系如下：正負(fù)電刷之間產(chǎn)生的感應(yīng)電壓如下：3.換向理論直流電機(jī)的換向是指單匝電樞線圈中的電流經(jīng)過電刷時(shí)改變方向，并通過電刷把電樞繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電流導(dǎo)引到外電路。每一個換向片在一定時(shí)間間隔內(nèi)與電刷接觸，通過電刷將電流送到外電路。4.發(fā)電機(jī)中的電樞反應(yīng)發(fā)電機(jī)不接負(fù)載時(shí)的勵磁磁場形狀。發(fā)電機(jī)接負(fù)載后，電流在電樞線圈中流動，電樞上也產(chǎn)生磁場，方向與勵磁磁場垂直。這種磁化作用稱為正交磁化。幾何中性面偏移電樞磁場與勵磁磁場相互疊加，使電機(jī)內(nèi)部磁場產(chǎn)生畸變，這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。5.電樞反應(yīng)的補(bǔ)償1）增加補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組嵌入主磁極極掌中，與電樞導(dǎo)體并行放置，并與電樞繞組串聯(lián)。產(chǎn)生與電樞大小相等方向相反的磁場，抵消電樞反應(yīng)。2）使用換向磁極換向磁極上繞有換向繞組，與電樞繞組串聯(lián)。換向極磁勢與在換向區(qū)內(nèi)電樞反應(yīng)產(chǎn)生的磁勢相抵消。4.3直流發(fā)電機(jī)4.3.1直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)4.3.2直流發(fā)電機(jī)的工作原理4.3.3直流發(fā)電機(jī)的工作特性1.勵磁繞組的連接方式直流發(fā)電機(jī)類型他勵式自勵式串勵并勵復(fù)勵勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電并勵直流發(fā)電機(jī)的勵磁線圈與電樞線圈、負(fù)載以并聯(lián)方式連接，廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。串勵直流發(fā)電機(jī)的勵磁線圈與電樞線圈、負(fù)載以串聯(lián)方式連接，很少使用。復(fù)勵直流發(fā)電機(jī)的勵磁線圈有兩個，串勵線圈與電樞線圈串聯(lián)，并勵線圈與電樞線圈、負(fù)載相并聯(lián)。應(yīng)用廣泛。2.空載特性和負(fù)載特性勵磁電流為0，感應(yīng)電壓不為0。發(fā)電機(jī)內(nèi)部有剩磁，自勵式發(fā)電機(jī)靠內(nèi)部剩磁建立輸出電壓。并勵式直流發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)設(shè)計(jì)在拐點(diǎn)之上，輸出電壓波動較小。復(fù)勵式直流發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)設(shè)計(jì)在拐點(diǎn)之下，避免使用大串勵繞組。串勵式直流發(fā)電機(jī)輸出電流、電樞電流、勵磁電流是一個電流，在負(fù)載變化時(shí)，串勵式直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓很不穩(wěn)定，因此用的較少。3.并勵式直流發(fā)電機(jī)并勵式電樞電流=勵磁電流+負(fù)載電流較小，近似看成恒定，產(chǎn)生磁通基本不變，感應(yīng)電動勢基本恒定。1）電壓的建立6V左右剩磁電壓在勵磁線圈上產(chǎn)生電流，電流又引起勵磁磁場增強(qiáng)。A點(diǎn)之后，勵磁磁場飽和，磁場強(qiáng)度不再增強(qiáng)。勵磁磁場飽和，回路電阻為90/0.6=150想增加并勵直流發(fā)電機(jī)的輸出端電壓，就要減小勵磁回路的電阻。電機(jī)的主磁極通?？傆惺４糯嬖?。

原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割剩磁場φr，產(chǎn)生一個不大的剩磁感應(yīng)電勢Er。

這一電勢加到勵磁繞組將產(chǎn)生一個不大的勵磁電流If。

該勵磁電流產(chǎn)生的磁勢φ1如果和剩磁φr同方向，將相互加強(qiáng)，會建立起穩(wěn)定電壓。

該勵磁電流產(chǎn)生的磁勢φ1如果和剩磁φr反方向，將相互減弱，無法建立穩(wěn)定電壓。

自勵過程

自勵條件：

電機(jī)主磁路有剩磁φr；勵磁繞組極性正確；勵磁回路總電阻小于建壓臨界電阻。1）外特性并勵U=Ea-IaRa=Ceφn-（I+If)RaU為端電壓，Ea為感應(yīng)電壓，Ia為電樞電流，Ra為電樞電阻曲線A：負(fù)載電流過大。若超過兩倍額定電流則有過熱危險(xiǎn)。曲線B：負(fù)載從空載到額定負(fù)載的125%，有電樞反應(yīng)的情況。曲線C：負(fù)載從空載到額定負(fù)載的125%，無電樞反應(yīng)的情況。并勵

U=Ea-IaRa=Ceφn-（I+If

)Ra;I增大，導(dǎo)致：電阻Ra上的壓降增大，導(dǎo)致端電壓U下降；U下降，導(dǎo)致If下降，

φ下降，進(jìn)一步降低U。4.復(fù)勵式直流發(fā)電機(jī)復(fù)勵發(fā)電機(jī)