電機及拖動基礎顧繩谷第四版

1、第二章 直流電機,第一節(jié) 直流電機的工作原理及結構,一、直流電機的工作原理,（一）直流電動機的工作原理,載流導體在磁場中受到的力,2,當安裝換向器以后，將直流電壓加于電刷端，直流電流經(jīng)電刷流過電樞上的線圈，則產(chǎn)生電磁轉矩，電樞在電磁轉矩的作用下就旋轉起來。由于換向器配合電刷對電流的換向作用，使得線圈邊只要處在N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向；而在S極下時，總是從電刷B流出的方向，就使電動機能夠連續(xù)地旋轉。,當線圈ax中通入直流電流時，線圈邊a和x上均受到電磁力，根據(jù)左手定則確定力的方向。這一對電磁力形成了作用于電樞的一個電磁轉矩。,3,（二）直流發(fā)電機的工作原理,用原動機拖動電

2、樞逆時針方向恒速轉動，線圈邊ab和cd就分別切割不同極性磁極下的磁場，線圈中產(chǎn)生了交變的電動勢。由于換向器配合電刷對電流的換向作用，在電刷A、B端的電動勢確是直流電動勢。,一臺直流電機 作為電動機運行在直流電機的兩電刷端上加上直流電壓，電樞 旋轉，拖動生產(chǎn)機械旋轉 ，輸出機械能； 作為發(fā)動機運行用原動機拖動直流電機的電樞，電刷端引出直 流電動勢，作為直流電源，輸出電能。,4,二、直流電機的結構,直流電機剖面圖,1換向器 2電刷裝置 3機座 4主磁極 5換向極 6端蓋 7風扇 8電樞繞組 9電樞鐵心,5,6,（一）直流電機的靜止部分,1、主磁極,2、換向極,1主磁極鐵心 2勵磁繞組 3機座,1換

3、向極鐵心 2換向極繞組,3、機座用來固定主磁極、換向極和端蓋； 另外，又作為磁路的一部分。,7,（二）直流電機的轉動部分,4、電刷裝置,1刷握 2電刷 3壓緊彈簧 4銅絲辮,1、電樞鐵心,a)電樞鐵心 沖片 b)電樞鐵心,8,2、電樞繞組由許多按一定規(guī)律連接的線圈組成。,1槽楔 2線圈絕緣 3導體 4層間絕緣 5槽絕緣 6槽底絕緣,電樞槽內的絕緣,3、換向器由許多換向片組成，換向片之間用云母絕緣。,1換向片 2連接片,9,第二節(jié) 直流電機的銘牌數(shù)據(jù),直流電機的額定值有： 1、額定功率PN(kW) 2、額定電壓UN(V) 3、額定電流IN(A) 4、額定轉速nN(r/min) 5、額定勵磁電壓U

4、fN(V),10,在額定工況下，電機出線端的平均電壓,發(fā)電機：是指輸出額定電壓； 電動機：是指輸入額定電壓。,在額定電壓下，運行于額定功率時對應的電流,在額定電壓、額定電流下，運行于額定功率時對應的轉速,11,對應于額定電壓、額定電流、額定轉速及額定功率時的勵磁電流,此外，電機銘牌上還標有其它數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。,電機運行時，所有物理量與額定值相同電機運行于額定狀態(tài)。電機的運行電流小于額定電流欠載運行；運行電流大于額定電流過載運行。長期欠載運行將造成電機浪費，而長期過載運行會縮短電機的使用壽命。電機最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機的運行效率、工作性能等比較好。,1

5、2,第三節(jié) 直流電機的繞組,一、簡單的繞組,對繞組的要求：在能夠通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢的前提下，盡可能節(jié)省銅和絕緣材料，并且結構簡單、運行可靠。,1-2、3-4、5-6、7-8分別構成4個線圈,右圖只是說明原理的示意圖。它的缺點是：隨著電樞的轉動，始終只有一個線圈有電流。這樣的話，材料沒有充分利用，產(chǎn)生的總轉矩或電勢均很小。,解決辦法：用4個換向片將4個線圈都連接起來，成為一個閉合繞組，兩個不同的元件邊連接一個換向片。每個元件的兩個元件邊連接2個不同的換向片。共用了4個換向片，節(jié)省了材料，提高了輸出轉矩。,13,14,15,16,17,二、繞組的基本形式,（一）單疊繞組,單疊繞組的特

6、點：元件的兩個端子連接在相鄰的兩個換向片上。 單疊繞組的所有的相鄰元件依次串聯(lián)，即后一元件的首端與前一元件的末端連在一起，接到一個換向片上。最后一個元件末端與第一個元件首端連接在一起，形成一個閉合回路。,元件的跨距：上層元件邊與下層元件邊的距離（用槽數(shù)表示）稱為跨距。一般要求元件的跨距等于電機的極距。 右上圖中，跨距為4槽。,18,19,20,（二）單波繞組,單波繞組不是把元件依串聯(lián)，而是把相隔大約兩個極距，即在磁場中的位置差不多相對應的元件連接起來。,21,22,直流電機的電樞繞組除了單疊、單波兩種基本形式以外，還有其他形式，如復疊繞組、復波繞組、混合繞組等。,23,第四節(jié) 直流電機的勵磁方

7、式及磁場,一、直流電機的勵磁方式,1、他勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關系，而是由 其他直流電源對勵磁繞組供電。,2、并勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。,3、串勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。,4、復勵直流電機兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組并聯(lián)， 另一個與電樞繞組串聯(lián)。,24,二、直流電機的空載磁場,直流電機的空載磁場是指電樞電流等于零或者很小時，由勵磁磁動勢單獨建立的磁場。,25,氣隙中主磁場磁通密度的分布,磁化曲線,26,三、直流電機負載時的磁場及電樞反應,當直流電機帶上負載以后，在電機磁路中又形成一個磁動勢，這個磁動勢稱為電樞磁動勢。 此時的電機氣隙磁場是由勵磁磁動勢和電樞磁動勢共

8、同產(chǎn)生的。電樞磁動勢對氣隙磁場的影響稱為電樞反應。,27,4個元件所產(chǎn)生的電樞磁動勢波形,電樞反應后磁動勢波形,1、有負載時氣隙磁場發(fā)生了畸變 2、電樞反應呈現(xiàn)去磁作用,28,第五節(jié) 感應電動勢和電磁轉矩的計算,一、感應電動勢的計算,直流電機無論作電動機運行，還是發(fā)電機運行，電樞內部都感應產(chǎn)生電動勢。,式中，n電樞的轉速；p極對數(shù)。,根據(jù)電磁感應定律，一個匝數(shù)為 的元件中感應電動勢的平均值為：,29,對制成的電機，Ce=pZ/60a為一個常數(shù)，稱為電動勢常數(shù),繞組全部有效導體數(shù)為 ，所以,若不計飽和影響，有,其中Kf 為比例常數(shù),30,其中Gaf=CT Kf ； 為機械角速度。,感應電動勢的計

9、算公式為,31,二、電磁轉矩的計算,32,第六節(jié) 直流電機的運行原理,一、直流電機的基本方程式,（一）電動勢平衡方程式,若電機穩(wěn)態(tài)運行，對于電動機,若電機穩(wěn)態(tài)運行，對于發(fā)電機,33,（二）轉矩平衡方程式,對于電動機：,穩(wěn)態(tài)運行時,其中T2為負載制動轉矩， T0為空載損耗轉矩。,對于發(fā)電機：,其中T1為原動機拖動轉矩。,穩(wěn)態(tài)運行時,二、直流電動機工作特性,34,（一）并勵直流電動機的工作特性,1. 轉速特性,當U=UN , If=IfN時，n=f(Ia)的關系曲線,35,（二）串勵直流電動機的工作特性,電動勢平衡方程式,電動勢公式,轉矩平衡方程式,轉矩公式,（其中，Rfc為串勵繞組電阻，,，,）

10、,36,（三）復勵直流電動機的工作特性,例2-1 一臺他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：,37,（2）減少電動機的勵磁電流，使磁通 減少10%，當達到穩(wěn)定時的電樞電流和轉速分別是多少？,解,（2）磁通 減少為原來的0.9,38,三、直流發(fā)電機的工作特性,a) 他勵直流發(fā)電機,b) 并勵直流發(fā)電機,c) 復勵直流發(fā)電機,（一）空載運行,1 空載特性,當他勵直流發(fā)電機被原動機拖動，n=nN 時，勵磁繞組端加上勵磁電壓Uf ,調節(jié)勵磁電流If0 ,得出空載特性曲線U0=f(I0)。,39,2 并勵和復勵直流發(fā)電機空載電壓的建立,自勵電壓的建立有三個條件：,1）電機必須有剩磁；,2）勵磁繞組并聯(lián)到電樞的極性

11、必須正確；,3）勵磁回路的總電阻小于該轉速下的臨界電阻。,（二）負載運行,無論他勵、并勵還是復勵發(fā)電機，建立電壓以后，在 n = nN 的條件下，加上負載后，發(fā)電機的端電壓都將發(fā)生變化。,1積復勵發(fā)電機外特性；,2他勵發(fā)電機外特性；,3并勵發(fā)電機外特性；,40,第七節(jié) 直流電機的換向,換向問題很復雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。 產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學和電熱學等現(xiàn)象。,一、換向的電磁現(xiàn)象,1、電抗電動勢,換向元件中出現(xiàn)的由自感與互感作用所引起的感應電動勢，稱為電抗電動勢。,41,2、電樞反應電動勢,由于電刷放置在磁極軸線下的換向器上，在幾何中心線處，雖然主磁場的磁密等于零，可是電樞磁場的磁