第二章 直流電機(jī)

1、第二章第二章 直流電機(jī)直流電機(jī) 2.1概述概述 2.2 直流電樞繞組直流電樞繞組 2.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 2.4直流發(fā)電機(jī)的基本特性直流發(fā)電機(jī)的基本特性 2.5直流電動(dòng)機(jī)的基本特性直流電動(dòng)機(jī)的基本特性 2.6 直流電力傳動(dòng)直流電力傳動(dòng) 2.7直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 2.1概述概述 一、直流電機(jī)的工作原理一、直流電機(jī)的工作原理 1 1、直流發(fā)電機(jī)的工作原理、直流發(fā)電機(jī)的工作原理 直流電機(jī)的物理模型直流電機(jī)的物理模型 右圖為直流發(fā)電機(jī)的物右圖為直流發(fā)電機(jī)的物 理模型，理模型，N、S為定子磁極，為定子磁極， abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓 柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)

2、柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo) 磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或 電樞。線圈的首末端電樞。線圈的首末端a、d連連 接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線 圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)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子線圈與外電路的連接是通 過(guò)放置在換向片上固定不動(dòng)過(guò)放置在換向片上固定不動(dòng) 的電刷進(jìn)行的。的電刷進(jìn)行的。 導(dǎo)體導(dǎo)體ab在在N極下時(shí)，根極下時(shí)，根 據(jù)右手定則，據(jù)右手定則，a點(diǎn)為高電位，點(diǎn)為高電位， b點(diǎn)低電位；導(dǎo)體點(diǎn)低電位；導(dǎo)體cd在在S極下，極下， c點(diǎn)高電位，點(diǎn)高電位，d點(diǎn)低電位；電點(diǎn)低電位；電 刷刷A極性為正，電刷極性為正，電刷B極性極性 為負(fù)

3、。為負(fù)。 導(dǎo)體導(dǎo)體abab在在S S極下，極下， 根據(jù)右手定則，此時(shí)根據(jù)右手定則，此時(shí)a a 點(diǎn)為低電位，點(diǎn)為低電位，b b點(diǎn)高電點(diǎn)高電 位；導(dǎo)體位；導(dǎo)體cdcd在在N N極下，極下， c c點(diǎn)低電位，點(diǎn)低電位，d d點(diǎn)高電點(diǎn)高電 位；電刷位；電刷A A極性仍為正，極性仍為正， 電刷電刷B B極性仍為負(fù)。極性仍為負(fù)。 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn) 子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 180 180后，后， 如右圖。如右圖。 直流發(fā)電機(jī)工作原理圖直流發(fā)電機(jī)工作原理圖 可見(jiàn)，和電刷可見(jiàn)，和電刷A A接觸的導(dǎo)體總是位于接觸的導(dǎo)體總是位于N N極下，和電刷極下，和電刷B B 接觸的導(dǎo)體總是位于接觸的導(dǎo)體

4、總是位于S S極下，因此電刷極下，因此電刷A A的極性總是正的，電刷的極性總是正的，電刷 B B的極性總是負(fù)的，在電刷的極性總是負(fù)的，在電刷A A、B B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。 如氣隙磁場(chǎng)沿氣隙的分布為平頂如氣隙磁場(chǎng)沿氣隙的分布為平頂 波，如圖所示，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)波，如圖所示，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的計(jì) 算公式算公式 Blve 可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與氣隙磁密成正可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與氣隙磁密成正 比。導(dǎo)體和電刷比。導(dǎo)體和電刷ABAB間的電動(dòng)勢(shì)間的電動(dòng)勢(shì)e和和 eAB如右圖所示。如右圖所示。 線圈線圈abcdabcd中的電動(dòng)勢(shì)是交流中的電動(dòng)勢(shì)是交流 的，通過(guò)電刷和換向器機(jī)械整流的，通過(guò)電刷和換向器

5、機(jī)械整流 作用，將線圈中的交變電動(dòng)勢(shì)整作用，將線圈中的交變電動(dòng)勢(shì)整 流為電刷流為電刷A A和電刷和電刷B B之間的直流電之間的直流電 動(dòng)勢(shì)。動(dòng)勢(shì)。 增加導(dǎo)體數(shù)目可以減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)脈動(dòng)。當(dāng)每極下導(dǎo)體數(shù)增加導(dǎo)體數(shù)目可以減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)脈動(dòng)。當(dāng)每極下導(dǎo)體數(shù) 大于大于8 8時(shí)，脈動(dòng)可小于時(shí)，脈動(dòng)可小于1%1%。 2 2、直流電動(dòng)機(jī)工作原理、直流電動(dòng)機(jī)工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與發(fā)電機(jī)完全相同。電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與發(fā)電機(jī)完全相同。電動(dòng)機(jī)是 將直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率，因此，電刷接至直流電源，如圖將直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率，因此，電刷接至直流電源，如圖 所示。所示。 當(dāng)導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)體abab在在N N

6、 極下時(shí)，根據(jù)左手定極下時(shí)，根據(jù)左手定 則，則，N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體abab 受力方向從右向左，受力方向從右向左， S S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cdcd受力方受力方 向從左向右。該電磁向從左向右。該電磁 力形成逆時(shí)針?lè)较虻牧π纬赡鏁r(shí)針?lè)较虻?電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn) 矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電 機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐龣C(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐?轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。 原原N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體abab 轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到S S極下，受力極下，受力 方向從左向右，原方向從左向右，原 S S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cdcd轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到 N N極下，受力方向極下，受力方向 從右向左。該電磁從右向左。該電磁 力形成逆時(shí)

7、針?lè)较蛄π纬赡鏁r(shí)針?lè)较?的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈 在該電磁力形成的在該電磁力形成的 電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼 續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180180后，如下圖所示后，如下圖所示 直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組通過(guò)電刷與直流電源相聯(lián)接，通過(guò)直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組通過(guò)電刷與直流電源相聯(lián)接，通過(guò) 電刷和換向器的逆變作用，將外電源的直流變?yōu)榫€圈中的交電刷和換向器的逆變作用，將外電源的直流變?yōu)榫€圈中的交 流，使流，使N N極下的導(dǎo)體中的電流方向不變，極下的導(dǎo)體中的電流方向不變，S S極下的導(dǎo)體電流方極下的導(dǎo)體電流方 向不變

8、，而向不變，而N N、S S極下導(dǎo)體中的電流方向始終相反，以保證電極下導(dǎo)體中的電流方向始終相反，以保證電 磁轉(zhuǎn)矩的方向不變。磁轉(zhuǎn)矩的方向不變。 同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一 線圈，磁極也并非一對(duì)。線圈，磁極也并非一對(duì)。 二、直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件二、直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件 1 1、主磁極、主磁極 主磁極鐵心：主磁極鐵心：1mm1mm1.5mm1.5mm厚的厚的 低碳鋼板低碳鋼板 勵(lì)磁繞組：銅導(dǎo)線勵(lì)磁繞組：銅導(dǎo)線 產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng) 主磁極鋼板沖片主磁極鋼板沖片 （1-1.5mm厚）厚） 主磁極由鋼板主磁極由鋼板 沖片疊壓

9、而成沖片疊壓而成 勵(lì)磁繞組套在勵(lì)磁繞組套在 主磁極極身上主磁極極身上 換向極鐵心：換向極鐵心：1mm 1.5mm厚的低碳鋼板 厚的低碳鋼板 作用：改善換向作用：改善換向 換向極繞組：與電樞繞組串聯(lián)換向極繞組：與電樞繞組串聯(lián) 2、換向極、換向極 p=2 即即4極電機(jī)極電機(jī) N SN S 3 3、機(jī)座、機(jī)座 作用：固定主磁極和換向極；作用：固定主磁極和換向極； 主磁路的一部分。主磁路的一部分。 鑄鋼或薄鋼板鑄鋼或薄鋼板 電樞鐵心沖片電樞鐵心沖片 (0.35-0.5mm厚厚) （硅鋼片（硅鋼片） 4 4、電樞鐵心、電樞鐵心 作用：構(gòu)成主磁路以及嵌放電作用：構(gòu)成主磁路以及嵌放電 樞繞組樞繞組 涂絕緣漆

10、沖涂絕緣漆沖 片疊壓而成片疊壓而成 5 5、電樞繞組、電樞繞組 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 No Image 6 6、換換向器向器 將電樞繞組內(nèi)的交流電動(dòng)勢(shì)用機(jī)械換向的方法轉(zhuǎn)換為將電樞繞組內(nèi)的交流電動(dòng)勢(shì)用機(jī)械換向的方法轉(zhuǎn)換為 電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)。電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)。 7、電刷裝置、電刷裝置 把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞與外電路把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞與外電路 相連接；相連接； 與換向器配合作用獲得與換向器配合作用獲得 直流電壓。直流電壓。 銅絲辨銅絲辨 壓緊彈簧壓緊彈簧 電刷電刷 刷盒刷盒 普遍刷握和刷桿如右普遍刷握和刷桿如右 圖所示。圖所示。 三、直流電機(jī)的額定值三、直流電機(jī)的額定值 1、額定功率

11、、額定功率 PN 指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率，指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率， 以以 “W”為單位。若大于為單位。若大于 1kW 或或 1MW 時(shí)時(shí),則用則用 kW 或或 MW 表示。表示。 2、額定電壓、額定電壓 UN 指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 “V” 為單位。為單位。 3、額定電流、額定電流 IN 指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的負(fù)載電流值，以指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的負(fù)載電流值，以 “A” 為單位。為單位。 4、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速 nN 指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r

12、/min為單位為單位 5、額定勵(lì)磁電流、額定勵(lì)磁電流 IfN 指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值，以指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值，以“A”為單位。為單位。 對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，PN 是指輸出的電功率。是指輸出的電功率。 NNN IUP 對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，PN 是指輸出的機(jī)械功率。是指輸出的機(jī)械功率。 NNNN IUP 2.2直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 一、基本特點(diǎn)一、基本特點(diǎn) 1 1、基本要求、基本要求 （1 1）能產(chǎn)生盡可能大的電動(dòng)勢(shì)，并具有良好的波形；）能產(chǎn)生盡可能大的電動(dòng)勢(shì)，并具有良好的波形； （2 2）能通過(guò)盡可能大的電流，并承受由此產(chǎn)生的電磁力和）能

13、通過(guò)盡可能大的電流，并承受由此產(chǎn)生的電磁力和 電磁轉(zhuǎn)矩；電磁轉(zhuǎn)矩； （3 3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠；）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠； （4 4）便于維護(hù)和檢修；）便于維護(hù)和檢修； （5 5）換向良好。）換向良好。 2 2、電樞繞組的類型、電樞繞組的類型 （1）單疊繞組）單疊繞組 （2）單波繞組）單波繞組 （3）蛙形繞組）蛙形繞組 元件邊元件邊 元件邊元件邊 后端接后端接 后端接后端接 前端接前端接 前端接前端接 換向片換向片 換向片換向片 3、有關(guān)直流電樞繞組的術(shù)語(yǔ)、有關(guān)直流電樞繞組的術(shù)語(yǔ) （1）元件）元件 兩端分別與兩片換向片聯(lián)接的單匝或多匝線圈。兩端分別與兩片換向片聯(lián)接的單匝或多匝線圈。 (2)實(shí)槽數(shù)

14、實(shí)槽數(shù)Z、虛槽數(shù)、虛槽數(shù)Zi、元件數(shù)、元件數(shù)S和換向片數(shù)和換向片數(shù)K 為了改善電機(jī)的性能，一個(gè)槽中一般放置不止一條上為了改善電機(jī)的性能，一個(gè)槽中一般放置不止一條上 層邊和一條下層邊，如圖所示。層邊和一條下層邊，如圖所示。 一條上層邊和一條下層邊即為一個(gè)虛槽，因此一條上層邊和一條下層邊即為一個(gè)虛槽，因此uZZi 3u 一個(gè)元件有兩條邊，而一個(gè)虛槽中放一個(gè)元件有兩條邊，而一個(gè)虛槽中放 置兩條邊，因此置兩條邊，因此 i ZS 每個(gè)換向換向片聯(lián)接兩條不同的元每個(gè)換向換向片聯(lián)接兩條不同的元 件邊，因此件邊，因此 KS KSuZZi （3）極距）極距 每個(gè)主磁極在電樞表面占據(jù)的距離或相鄰兩主磁距離，每個(gè)主

15、磁極在電樞表面占據(jù)的距離或相鄰兩主磁距離， 用所跨弧長(zhǎng)或該弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的虛槽表示。用所跨弧長(zhǎng)或該弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的虛槽表示。 或 p Z p D i a 2 2 （4）第一節(jié)距）第一節(jié)距y1 每個(gè)元件的兩條元件邊在電樞表面的跨距，用虛槽數(shù)表示。每個(gè)元件的兩條元件邊在電樞表面的跨距，用虛槽數(shù)表示。 p Z y i 2 1 小于小于1的分?jǐn)?shù)。的分?jǐn)?shù)。 1 y 整距繞組；整距繞組； 1 y短距繞組；短距繞組； 1 y 長(zhǎng)距繞組；長(zhǎng)距繞組； （5）第二節(jié)距）第二節(jié)距y2 同一片換向片上相聯(lián)的兩個(gè)元件中的第一個(gè)元件的下元件同一片換向片上相聯(lián)的兩個(gè)元件中的第一個(gè)元件的下元件 邊到第二個(gè)元件的上元件邊在電樞表面的跨

16、距。邊到第二個(gè)元件的上元件邊在電樞表面的跨距。 對(duì)于單疊繞組，對(duì)于單波繞組。對(duì)于單疊繞組，對(duì)于單波繞組。0 2 y 0 2 y （6）合成節(jié)距）合成節(jié)距y和換向器節(jié)距和換向器節(jié)距yK 合成節(jié)距：相串聯(lián)的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)元件邊在電樞表面的合成節(jié)距：相串聯(lián)的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)元件邊在電樞表面的 跨距?？缇?。 21 yyy 換向器節(jié)距：與每元件的兩個(gè)端相聯(lián)的兩個(gè)換向片在換向器換向器節(jié)距：與每元件的兩個(gè)端相聯(lián)的兩個(gè)換向片在換向器 表面的跨距，用表面的跨距，用 換向片數(shù)表示。換向片數(shù)表示。 k yy 0 k y 右行繞組右行繞組 0 k y 左行繞組左行繞組 No Image 二、單疊繞組二、單疊繞組 任何兩

17、個(gè)串聯(lián)元件都是后一個(gè)元件疊在前一個(gè)的上面。任何兩個(gè)串聯(lián)元件都是后一個(gè)元件疊在前一個(gè)的上面。 1 k yy 單疊繞組一般為右行繞組，單疊繞組一般為右行繞組，y= =yk=1=1。 例：已知電機(jī)的極數(shù)例：已知電機(jī)的極數(shù)2 2p4 4，且，且Z= =ZiSK1616。試?yán)@制一單疊。試?yán)@制一單疊 右行整距繞組。右行整距繞組。 解：解：（1 1）計(jì)算節(jié)距）計(jì)算節(jié)距 （3 3）繞組展開(kāi)圖）繞組展開(kāi)圖 1 k yy （槽）341 12 yyy 由于是右行繞組由于是右行繞組 （槽）4 4 16 2 1 p Z y i （2 2）繞組聯(lián)接表）繞組聯(lián)接表 11111616 B2 1313151514149 910

18、108 8 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 91010111112 1213 1314141515 16161 1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 712121616 NNSS A1A2B1 電刷放置的原則：電刷放置的原則： （1）空載時(shí)被電刷短）空載時(shí)被電刷短 路的元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)盡路的元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)盡 可能為零?？赡転榱?。 （2）并聯(lián)支路的電動(dòng)）并聯(lián)支路的電動(dòng) 勢(shì)盡可能大。勢(shì)盡可能大。 相鄰兩主極的中心線稱為電樞上的幾何的中性線。相鄰兩主極的中心線稱為電樞上的幾何的中性線。 電刷應(yīng)放置在換向器上的幾何中性線上。電刷應(yīng)放置在換向器上的

19、幾何中性線上。 換向器上的幾何中性線：軸線與主極軸線重合的元件的換向器上的幾何中性線：軸線與主極軸線重合的元件的 兩端所聯(lián)接的兩片換向片的中線。兩端所聯(lián)接的兩片換向片的中線。 對(duì)于端接對(duì)對(duì)于端接對(duì) 稱的元件來(lái)稱的元件來(lái) 說(shuō)，元件軸說(shuō)，元件軸 線、主極軸線、主極軸 線和換向器線和換向器 上的幾何中上的幾何中 性線重合。性線重合。 不論是整距繞組還是短距或長(zhǎng)距繞組，當(dāng)元件的軸線與主不論是整距繞組還是短距或長(zhǎng)距繞組，當(dāng)元件的軸線與主 極的軸線重合時(shí)，該元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為極的軸線重合時(shí)，該元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0。 N N N N 單疊繞組是將每一個(gè)磁極下的元件依次串聯(lián)，構(gòu)成一條并單疊繞組是將每一個(gè)磁極下

20、的元件依次串聯(lián)，構(gòu)成一條并 聯(lián)支路，因此，單疊繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)聯(lián)支路，因此，單疊繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a等于極對(duì)數(shù)等于極對(duì)數(shù)p， 即：即： a=p 繞組的并聯(lián)支路電路圖繞組的并聯(lián)支路電路圖 三、單波繞組三、單波繞組 單波繞組是從一個(gè)元件出發(fā)，串聯(lián)單波繞組是從一個(gè)元件出發(fā)，串聯(lián)p個(gè)元件后，回到出發(fā)換個(gè)元件后，回到出發(fā)換 向片的相鄰的左邊換向片上（左行繞組）或右邊換向片上向片的相鄰的左邊換向片上（左行繞組）或右邊換向片上 （右行繞組）。單波繞組一般采用左行繞組。因此（右行繞組）。單波繞組一般采用左行繞組。因此 單波繞組的合成繞組節(jié)距為：?jiǎn)尾ɡ@組的合成繞組節(jié)距為： 1Kpyk 整數(shù) 21 1 yy p

21、 K yy k 取取“”時(shí)為左行繞組，取時(shí)為左行繞組，取 “”時(shí)為右行繞組。時(shí)為右行繞組。 例：已知電機(jī)的極數(shù)例：已知電機(jī)的極數(shù)2p4，且，且Z=ZiSK15。試?yán)@。試?yán)@ 制一單波左行繞組。制一單波左行繞組。 解：解：（1）計(jì)算節(jié)距）計(jì)算節(jié)距 左行單波左行單波 7 2 11511 p K p K yy k 第一節(jié)距第一節(jié)距 3 4 3 4 15 2 1 p Z y i 第二節(jié)距第二節(jié)距 437 12 yyy （2）繞組聯(lián)接表）繞組聯(lián)接表 極距極距 4 3 3 4 15 2 p Zi 繞組的并聯(lián)支路電路圖繞組的并聯(lián)支路電路圖 單波繞組是把所有處于相同極性下的元件都串聯(lián)起來(lái)單波繞組是把所有處于相同

22、極性下的元件都串聯(lián)起來(lái) 構(gòu)成一條支路構(gòu)成一條支路,因此單波繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于因此單波繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于1。 直流電機(jī)電樞繞組是無(wú)頭無(wú)尾的閉合繞組；通過(guò)電刷將直流電機(jī)電樞繞組是無(wú)頭無(wú)尾的閉合繞組；通過(guò)電刷將 電樞繞組分成若干對(duì)并聯(lián)支路，因此直流電機(jī)電樞繞組至少電樞繞組分成若干對(duì)并聯(lián)支路，因此直流電機(jī)電樞繞組至少 有有2 2條并聯(lián)支路。條并聯(lián)支路。 在直流電機(jī)中，通常用在直流電機(jī)中，通常用 a 表示并聯(lián)支路對(duì)數(shù)表示并聯(lián)支路對(duì)數(shù) 單疊繞組單疊繞組a = = p 即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于電機(jī)極對(duì)數(shù)即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于電機(jī)極對(duì)數(shù) 單波繞組單波繞組a = = 1即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒

23、等于1 1 電刷放置的一般原則是確?？蛰d時(shí)通過(guò)正、負(fù)電刷引出的電刷放置的一般原則是確?？蛰d時(shí)通過(guò)正、負(fù)電刷引出的 電動(dòng)勢(shì)最大；被電刷短路的元件中的電動(dòng)勢(shì)為零。電動(dòng)勢(shì)最大；被電刷短路的元件中的電動(dòng)勢(shì)為零。 對(duì)于端接對(duì)稱的元件，電刷放置在換向器上幾何中性線上對(duì)于端接對(duì)稱的元件，電刷放置在換向器上幾何中性線上 ，也即在主極軸線下的換向片上。，也即在主極軸線下的換向片上。 總結(jié)：總結(jié)： 2.2直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)方式有：他勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)方式有：他勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì) 二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 空載：空載：Ia0 1、主磁通和漏磁通、主磁通和漏磁通 直

24、流電機(jī)中，主磁通直流電機(jī)中，主磁通 是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒(méi)有這個(gè)作用，它只是增電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒(méi)有這個(gè)作用，它只是增 加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多， 大約是主磁通的大約是主磁通的20%。 0 主極漏磁系數(shù)主極漏磁系數(shù) 0 1 k 2 2、主磁場(chǎng)分布、主磁場(chǎng)分布 空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主 要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵 磁材料的磁阻時(shí)，主磁極下磁材料的磁阻時(shí)，主磁極下 氣隙磁通密度的分布就取決氣隙

25、磁通密度的分布就取決 于氣隙的大小和形狀。于氣隙的大小和形狀。 )()( 00 xFxB 氣隙磁密氣隙磁密 氣隙磁密在一個(gè)極下的分布?xì)庀洞琶茉谝粋€(gè)極下的分布 如圖所示，為一平頂波。如圖所示，為一平頂波。 x B 氣隙磁密分布?xì)庀洞琶芊植?3、磁化曲線、磁化曲線 磁化曲線指電機(jī)主磁通與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的關(guān)系曲線磁化曲線指電機(jī)主磁通與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的關(guān)系曲線 飽和系數(shù)飽和系數(shù) 0 1 FFFFk Fe 35. 11 . 1 k )( 0f Ff 直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn) 生的磁動(dòng)勢(shì)稱為生的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)

26、使電機(jī)的磁。電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使電機(jī)的磁 場(chǎng)發(fā)生變化。場(chǎng)發(fā)生變化。 三、直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)三、直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 1、電刷在幾何中性線上、電刷在幾何中性線上 右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性 線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)分布線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)分布 情況。情況。 假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞 電流。如圖所示為電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電流。如圖所示為電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生 的氣隙磁場(chǎng)在空間的分布情況，電的氣隙磁場(chǎng)在空間的分布情況，電 樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。 a aa D iN A 2 aaq A FF p D 2 a Ax D ixN xF a

27、aa a ) 2 ( 2 1 )( a aa D iN A 電機(jī)的線負(fù)荷電機(jī)的線負(fù)荷 當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)沿空間的分布當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)沿空間的分布 為三角形，三角形最大幅值在電樞的幾何中性線上，主極軸為三角形，三角形最大幅值在電樞的幾何中性線上，主極軸 線處電樞磁動(dòng)勢(shì)為線處電樞磁動(dòng)勢(shì)為0 0。最大幅值為最大幅值為 2 aaq A FF 電樞磁密電樞磁密 )( )( )( )()( 000 xAx x xF xHxB a aa 電樞磁密沿氣隙分布為馬鞍形分布電樞磁密沿氣隙分布為馬鞍形分布。 2 2、電刷偏離幾何中性線、電刷偏離幾何中性線 ) 2 ( aq b

28、AFad AbF 直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì) 四、電樞反應(yīng)四、電樞反應(yīng) 電樞磁場(chǎng)對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)的作用稱為電樞反應(yīng)。電樞磁場(chǎng)對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)的作用稱為電樞反應(yīng)。 1、交軸電樞反應(yīng)、交軸電樞反應(yīng) 當(dāng)電刷放置在幾何中性線上當(dāng)電刷放置在幾何中性線上 時(shí)，電樞磁場(chǎng)只有交軸分量，時(shí)，電樞磁場(chǎng)只有交軸分量， 電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)。 此時(shí)氣隙磁場(chǎng)如圖所示。此時(shí)氣隙磁場(chǎng)如圖所示。 主磁極磁密主磁極磁密 分布曲線分布曲線 氣隙合成磁氣隙合成磁 密分布曲線密分布曲線 電樞磁密電樞磁密 分布曲線分布曲線 交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響：交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響： 1)

29、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 ，一半極面下被加強(qiáng)，一半極面下被削，一半極面下被加強(qiáng)，一半極面下被削 弱弱 。 2）使物理中性線偏離幾何中性線。）使物理中性線偏離幾何中性線。 物理中性線：電樞表面磁密為物理中性線：電樞表面磁密為0處。處。 對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，順電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移一定角度。電動(dòng)機(jī)反對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，順電樞旋轉(zhuǎn)方向偏移一定角度。電動(dòng)機(jī)反 之。之。 3）磁路不飽和時(shí)，一個(gè)極面下的總磁通量不變。）磁路不飽和時(shí)，一個(gè)極面下的總磁通量不變。 磁路飽和時(shí)，略呈去磁作用。磁路飽和時(shí)，略呈去磁作用。 2 2、直軸電樞反應(yīng)、直軸電樞反應(yīng) 當(dāng)電刷偏離幾何中性線時(shí)，電樞反應(yīng)除了交軸電樞反應(yīng)外還當(dāng)電刷偏

30、離幾何中性線時(shí)，電樞反應(yīng)除了交軸電樞反應(yīng)外還 有直軸電樞反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)同前所述。有直軸電樞反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)同前所述。 對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，如果電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向偏離一定角度，對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，如果電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向偏離一定角度， 直軸電樞反應(yīng)起去磁作用，如果逆電樞旋轉(zhuǎn)方向偏離一定角度，直軸電樞反應(yīng)起去磁作用，如果逆電樞旋轉(zhuǎn)方向偏離一定角度， 則電樞反應(yīng)起助磁作用，如圖所示。則電樞反應(yīng)起助磁作用，如圖所示。 五、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩五、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 1 1、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 一根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) lvxBek)( 電樞的總導(dǎo)體數(shù)為電樞的總導(dǎo)體數(shù)為Na，則每條并聯(lián)

31、支路串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為，則每條并聯(lián)支路串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為aNa2 支路的電動(dòng)勢(shì)為支路的電動(dòng)勢(shì)為 aN k aN k k aa xBlveE 2 1 2 1 )( 令令 a N BxB a av aN k a 2 )( 2 1 每極磁通每極磁通 lBdxBlldxB avxx 2 2 )( 2 2 )( 1 電樞表面的線速度電樞表面的線速度 60 2 n pv 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式可寫為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式可寫為 a pN C a E 60 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) nCn a pN E E a 60 2 2、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩 如果如果ia為支路電流，電樞電流為支路電流，電樞電流Ia，則，則 a I i a a

32、2 導(dǎo)體所受的電磁力為導(dǎo)體所受的電磁力為aIlxBlixBF aak 2)()( 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩aIlpxBDFT aakk 2)(2 合成電磁轉(zhuǎn)矩合成電磁轉(zhuǎn)矩 aTa pN k a pN k a kem ICI a pN xB a I plpTpT aa 2 1 2 1 2 )( 2 22 a pN C a T 2 轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù) 3 3、電動(dòng)勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系、電動(dòng)勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系 55. 9 2 60 60 2 apN apN C C a a E T 電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式又可以寫成電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式又可以寫成 TT CCE 30 30 CT又稱為電機(jī)常數(shù)又稱為電機(jī)常數(shù) 2.4直流發(fā)電機(jī)的

33、基本特性直流發(fā)電機(jī)的基本特性 一、基本方程一、基本方程 并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)等效電路如右圖所示并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)等效電路如右圖所示 1 1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程、電動(dòng)勢(shì)平衡方程 baa UrIUE2 b U一組電刷接觸電阻的壓降，一組電刷接觸電阻的壓降， 一般取一般取0.30.31V1V。 a r電樞繞組的電阻。電樞繞組的電阻。 aaR IUE 2 aa a U Rr I 為電樞回路總的等效電阻，包括電刷與換向器為電樞回路總的等效電阻，包括電刷與換向器 之間的接觸電阻。之間的接觸電阻。 勵(lì)磁回路勵(lì)磁回路 ffjff RIrrIU)( jff rrR 為勵(lì)磁回路總的電阻為勵(lì)磁回路總的電阻 fa III電樞電流電

34、樞電流 2 2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式 01 TTT em 3 3、功率平衡方程式、功率平衡方程式 將電動(dòng)勢(shì)平衡方程式將電動(dòng)勢(shì)平衡方程式 aaR IUE 兩邊同時(shí)乘電樞電流兩邊同時(shí)乘電樞電流Ia aaf aaaa RIIIU IRIUEI 2 )( )( cuacufem ppPP 2 aem EIP 電磁功率電磁功率 )( 01 TTT em 由轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊同乘可得：由轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊同乘可得： emaaTaTem PEIICICT 01 pPP em 11 TP 00 Tp為輸入功率為輸入功率 為空載損耗為空載損耗 adfemec pppp 0 空載損耗包括：空載損耗包括：

35、 （1 1）機(jī)械損耗）機(jī)械損耗pmec，包括軸承、電刷摩擦，定、轉(zhuǎn)子空氣摩擦，包括軸承、電刷摩擦，定、轉(zhuǎn)子空氣摩擦， 以及通風(fēng)損耗等。以及通風(fēng)損耗等。 （2 2）鐵心損耗）鐵心損耗pfe，主極磁通在轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞鐵心中交變，引起，主極磁通在轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞鐵心中交變，引起 的磁滯損耗和渦流損耗。的磁滯損耗和渦流損耗。 （3 3）雜散損耗）雜散損耗pad，又稱為附加損耗，產(chǎn)生原因很復(fù)雜，很難，又稱為附加損耗，產(chǎn)生原因很復(fù)雜，很難 計(jì)算，約為電機(jī)額定功率的計(jì)算，約為電機(jī)額定功率的0.5-1%0.5-1%。 發(fā)電機(jī)的功率平衡方程式為：發(fā)電機(jī)的功率平衡方程式為： adfemeccufcua adfemecem

36、pppppP pppPP 2 1 效率效率 %100%100 1 1 1 2 P pP P P adfemeccufcua pppppp 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的總損耗并勵(lì)發(fā)電機(jī)的總損耗 No Image No Image 二、他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性二、他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 1 1、空載特性、空載特性 定義：當(dāng)定義：當(dāng)n= =常數(shù)、常數(shù)、I0 0時(shí)，時(shí)，U0f( (If) )的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 空載時(shí)，。由空載時(shí)，。由 于，而轉(zhuǎn)速恒于，而轉(zhuǎn)速恒 定，因此，而定，因此，而 勵(lì)磁電流與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁電流與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 成正比，因此，電機(jī)的成正比，因此，電機(jī)的 空載特性實(shí)際反應(yīng)了電空載特性實(shí)際反應(yīng)了電 機(jī)的主磁路

37、的磁化特性。機(jī)的主磁路的磁化特性。 0 UEa nCE ea a E 2 2、外特性、外特性 定義：定義：n常數(shù)，常數(shù)，If常數(shù)，常數(shù)，U=f（I) )的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞端他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞端 電壓隨負(fù)載電流的增加而電壓隨負(fù)載電流的增加而 降低，原因：降低，原因： （1 1）電樞電流在電樞電）電樞電流在電樞電 阻上的壓降增大；阻上的壓降增大； （2 2）電樞反應(yīng)的去磁作）電樞反應(yīng)的去磁作 用使得電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用使得電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 減小。減小。 電壓變化率：從額定負(fù)載電壓變化率：從額定負(fù)載 （IIN，UUN）過(guò)渡到）過(guò)渡到 空載時(shí)（空載時(shí)（I0 0，UU0）的）

38、的 電壓變化率。電壓變化率。 %100 0 N N U UU U 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率一他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率一 般為般為5%5%10%10%。 3 3、調(diào)節(jié)特性、調(diào)節(jié)特性 定義：定義：n常數(shù)，常數(shù)，U常數(shù)，常數(shù)，If= =f（I) )的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁是由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供的，而端并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁是由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供的，而端 電壓是在勵(lì)磁電流作用下建立的，這一點(diǎn)與他勵(lì)發(fā)電機(jī)不同。電壓是在勵(lì)磁電流作用下建立的，這一點(diǎn)與他勵(lì)發(fā)電機(jī)不同。 并勵(lì)發(fā)電機(jī)建立電壓的過(guò)程稱為自勵(lì)過(guò)程，滿足建壓的條件稱并勵(lì)發(fā)電機(jī)建立電壓的過(guò)程稱為自勵(lì)過(guò)程，滿足建壓的條件稱 為自勵(lì)

39、條件。為自勵(lì)條件。 電樞回路勵(lì)磁電流與電壓的關(guān)系為空載特性，電樞回路勵(lì)磁電流與電壓的關(guān)系為空載特性， U0f( (If) )，勵(lì)，勵(lì) 磁回路勵(lì)磁電流與電壓關(guān)系為場(chǎng)阻線磁回路勵(lì)磁電流與電壓關(guān)系為場(chǎng)阻線U=f（If)。 1 1、自勵(lì)條件和自勵(lì)過(guò)程、自勵(lì)條件和自勵(lì)過(guò)程 如圖所示，為直流發(fā)電機(jī)的空載曲線與場(chǎng)阻線。如圖所示，為直流發(fā)電機(jī)的空載曲線與場(chǎng)阻線。 三、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性三、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性 自勵(lì)條件：自勵(lì)條件： 1 1、主極有剩磁；、主極有剩磁； 2 2、勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)的、勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)的 極性正確；極性正確； 3 3、勵(lì)磁回路總電阻小于臨界電、勵(lì)磁回路總

40、電阻小于臨界電 阻。阻。 1-1-空載特性空載特性2,32,3場(chǎng)阻線場(chǎng)阻線 臨界電阻：場(chǎng)阻線與空載曲線相切臨界電阻：場(chǎng)阻線與空載曲線相切 時(shí)勵(lì)磁回路總電阻。時(shí)勵(lì)磁回路總電阻。 空載曲線與轉(zhuǎn)速成正比，因此不同的轉(zhuǎn)速有不同的臨界電阻?？蛰d曲線與轉(zhuǎn)速成正比，因此不同的轉(zhuǎn)速有不同的臨界電阻。 空載特性與場(chǎng)阻線的交點(diǎn)空載特性與場(chǎng)阻線的交點(diǎn)A A即為所即為所 建空載電壓。建空載電壓。 A 2 2、外特性、外特性 并勵(lì)比他勵(lì)端電壓下降更快，除了與他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)相同并勵(lì)比他勵(lì)端電壓下降更快，除了與他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)相同 的兩個(gè)原因外，還有的兩個(gè)原因外，還有 （3 3），勵(lì)磁電流隨著電），勵(lì)磁電流隨著電 樞電壓的降

41、低而減小，造成合成樞電壓的降低而減小，造成合成 磁通的減小。磁通的減小。 f f R U I ConstR f n=常數(shù)常數(shù) U=f(I) 定義：定義： 四、復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)四、復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的特點(diǎn) 在并勵(lì)發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上加上串勵(lì)繞組即為復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)。在并勵(lì)發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上加上串勵(lì)繞組即為復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)。 如果串勵(lì)繞組的磁動(dòng)勢(shì)與并勵(lì)繞組的磁動(dòng)勢(shì)相同則為如果串勵(lì)繞組的磁動(dòng)勢(shì)與并勵(lì)繞組的磁動(dòng)勢(shì)相同則為 積復(fù)勵(lì)，否則為差復(fù)勵(lì)。積復(fù)勵(lì)，否則為差復(fù)勵(lì)。 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性如右圖所示。復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性如右圖所示。 2.52.5直流電動(dòng)機(jī)的基本特性直流電動(dòng)機(jī)的基本特性 ff af UI R III b U 為電樞回路為

42、電樞回路 總電阻總電阻 為勵(lì)磁回路總電為勵(lì)磁回路總電 阻阻 為電刷接觸壓降為電刷接觸壓降 aabaa RIEUrIEU2 a b aa 2 I U rR jff rrR 一、基本方程式一、基本方程式 2 2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式 電動(dòng)機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩為制電動(dòng)機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩為制 動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平衡，因此動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平衡，因此 02 TTTem Tem為電磁轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩 T2為負(fù)載轉(zhuǎn)矩為負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T0為空載轉(zhuǎn)矩為空載轉(zhuǎn)矩 3 3、功率平衡方程、功率平衡方程 輸入電功率輸入

43、電功率 P1 fafa UIUIIIUUIP)( 1 cufcuaem ppP faaa UIIRIE)( faaa UIRIEI 2 電磁功率電磁功率 P Pem em aem EIP 電樞銅耗電樞銅耗 p pCua Cua aacua RIp 2 勵(lì)磁銅耗勵(lì)磁銅耗 p pCuf Cuf fcuf UIp 輸出機(jī)械功率輸出機(jī)械功率 P2 pCua+pCuf 亦稱之為可變損耗。亦稱之為可變損耗。 pFe+pmec+pad= =p0 稱之為空載損耗，亦稱為不變損耗。稱之為空載損耗，亦稱為不變損耗。 電機(jī)鐵耗電機(jī)鐵耗 pFe 機(jī)械損耗機(jī)械損耗 pmec 附加損耗附加損耗 pad 由轉(zhuǎn)矩平衡方程式由

44、轉(zhuǎn)矩平衡方程式 兩邊同時(shí)乘以角速度兩邊同時(shí)乘以角速度 02 pPP em 02 TTTem （） adfemec pppTp 00 22 TP adfemeccufcua cufcuaem pppppP ppPP 2 1 4 4、效率、效率 %100%100 1 1 1 2 P pP P P 二、工作特性二、工作特性 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 試驗(yàn)接線圖試驗(yàn)接線圖 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī) n、Tem、f（P2）的關(guān)系曲線稱為工作特性。的關(guān)系曲線稱為工作特性。 1 1、 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的 實(shí)驗(yàn)線路圖如圖所示。實(shí)驗(yàn)線路圖如圖所示。 （1 1）速率

45、特性）速率特性 n=f(P2) C RIU n E aa 略下降 電樞反應(yīng)去磁加強(qiáng) n RIU IPP )( aa a12 0 2 02em T P TTT %100 N N0 n nn n 轉(zhuǎn)速調(diào)整率轉(zhuǎn)速調(diào)整率 (2)(2)轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性T Tem em= =f( (P2) ) (3)(3)效率特性效率特性)( 2 Pf %100 %100 2 2 1 2 pP P P P adfemeccufcua pppppp pCua 稱之為可變損耗。稱之為可變損耗。 pFe+pmec+pad=p0 稱之為空載損耗，亦稱為不變損耗。稱之為空載損耗，亦稱為不變損耗。 當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，電機(jī)的效

46、率最高。當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，電機(jī)的效率最高。 2、 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 試驗(yàn)接線圖試驗(yàn)接線圖 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性實(shí)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性實(shí) 驗(yàn)線路圖如右圖所示驗(yàn)線路圖如右圖所示 n III RIU IPP faf aa a )( 12 （1）速率特性）速率特性n=f(P2) 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨 負(fù)載的增加而下降的速負(fù)載的增加而下降的速 度很快。度很快。 1/4N N 100% nn n n 1 4 1 4n 為額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速 C RIU n E aa (2)(2)轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性Tem= =f( (P2) ) 2 aaem II

47、T aTem ICT 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨輸出功率的增加，迅速增加。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨輸出功率的增加，迅速增加。 當(dāng)磁路不飽和時(shí)當(dāng)磁路不飽和時(shí) ， af II 因此因此 即使磁路飽和，電磁轉(zhuǎn)矩即使磁路飽和，電磁轉(zhuǎn)矩 亦按大于一次方的速率增亦按大于一次方的速率增 加。加。 注意：注意： 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或 輕載。輕載。 3 3、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 1 1并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 2 2并勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 3 3串勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 4 4串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 5 5差復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)差復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 速率特性比較

48、速率特性比較 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)既有并勵(lì)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)既有并勵(lì) 繞組又有串勵(lì)繞組，其速繞組又有串勵(lì)繞組，其速 率特性介于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)速率特性介于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)速 率特性與串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)率特性與串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 的速率特性之間。的速率特性之間。 三、機(jī)械特性三、機(jī)械特性 U常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩Tem之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線 n= =f( (Tem) ) em 2 T jajaa )( T CC RR C U C RRIU n EEE Rj為串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻，用于改變機(jī)械特性的斜率。為串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻，用于改變機(jī)械特性的斜率。 U=UN,If=IfN,Rj =0時(shí)為自然機(jī)械特

49、性，三者中只要有一個(gè)改變，時(shí)為自然機(jī)械特性，三者中只要有一個(gè)改變， 則為人為機(jī)械特性。則為人為機(jī)械特性。 1 1、 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī) emj0 Tknn C U n E 0稱為理想空載轉(zhuǎn)速稱為理想空載轉(zhuǎn)速 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性 接近于一水平線，稱為硬特性。接近于一水平線，稱為硬特性。 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性 （1）電樞串電阻的機(jī)械特性）電樞串電阻的機(jī)械特性 （2 2）降低電樞電壓的人為機(jī)械特性）降低電樞電壓的人為機(jī)械特性 （3 3）減弱勵(lì)磁電流的人為特性）減弱勵(lì)磁電流的人為特性 2 Na eeT UR nT CC C T n 0 n 2 Na eeT URR

50、nT CC C 2 a eNeTN RU nT CC C 1 2 3 4 1自然機(jī)械特性自然機(jī)械特性 2電樞串電阻的人為特性電樞串電阻的人為特性 3降低電樞電壓的人為特性降低電樞電壓的人為特性 4減弱勵(lì)磁的人為特性減弱勵(lì)磁的人為特性 0 2、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī) em 2 aemaf TICTII T 設(shè)磁路不飽和設(shè)磁路不飽和 em TC 令 )( ja2 em 1 RRC T UC n 為比例系數(shù) 221 1 , 1 CCC C CC C TEE 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有軟特性串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有軟特性 2.6直流電力拖動(dòng)直流電力拖動(dòng) 一、電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)一、電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ) t JTT Lem

51、d d 0 d d t TT Lem 系統(tǒng)加速系統(tǒng)加速 0 d d t TT Lem 系統(tǒng)減速系統(tǒng)減速 二、穩(wěn)定運(yùn)行條件二、穩(wěn)定運(yùn)行條件 1 1、定義、定義 電機(jī)和機(jī)械組成的拖動(dòng)機(jī)組已運(yùn)行于某一轉(zhuǎn)速下，若外電機(jī)和機(jī)械組成的拖動(dòng)機(jī)組已運(yùn)行于某一轉(zhuǎn)速下，若外 界短時(shí)擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化，在擾動(dòng)消失后機(jī)組能恢復(fù)到界短時(shí)擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化，在擾動(dòng)消失后機(jī)組能恢復(fù)到 原來(lái)的速度，則稱機(jī)組的運(yùn)行為穩(wěn)定。原來(lái)的速度，則稱機(jī)組的運(yùn)行為穩(wěn)定。 2 2、典型負(fù)載的機(jī)械特性、典型負(fù)載的機(jī)械特性 0 TL n 1 2 3 4 1、風(fēng)機(jī)型、風(fēng)機(jī)型2、直線型、直線型 3、恒轉(zhuǎn)矩型、恒轉(zhuǎn)矩型3、恒功率型、恒功率型 3 3、穩(wěn)

52、定運(yùn)行條件、穩(wěn)定運(yùn)行條件 TL n n A TA )( em Tfn )( L Tfn 0 nnn nnn n nnn nnn n TL TB )( L Tfn )( em Tfn 穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行條件 n T n T Lem d d d d 三、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)三、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 1、對(duì)起動(dòng)性能的要求：、對(duì)起動(dòng)性能的要求： 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst足夠大足夠大 起動(dòng)電流起動(dòng)電流Ist盡量?。ㄐ∮谠试S值）盡量?。ㄐ∮谠试S值） 2、起動(dòng)方法、起動(dòng)方法 （1） 直接起動(dòng)直接起動(dòng)直接將電樞投入直接將電樞投入U(xiǎn)N起動(dòng)起動(dòng) （2）電樞回路串變阻器起動(dòng)）電樞回路串變阻器起動(dòng)起動(dòng)時(shí)在電樞回路串入起起動(dòng)

53、時(shí)在電樞回路串入起 動(dòng)電阻動(dòng)電阻Rst N aa N st I R U R EU I)2010( 直流電動(dòng)機(jī)一般不采用直接起動(dòng)，而是限流起動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)一般不采用直接起動(dòng)，而是限流起動(dòng)。 sta st RR U I 89 （3 3）降壓起動(dòng)）降壓起動(dòng)起動(dòng)時(shí)降低電樞繞組電壓起動(dòng)時(shí)降低電樞繞組電壓 U UN 二、直流電動(dòng)機(jī)速度的調(diào)節(jié)二、直流電動(dòng)機(jī)速度的調(diào)節(jié) 1對(duì)調(diào)速性能的要求：對(duì)調(diào)速性能的要求： （1） 調(diào)速范圍大（調(diào)速范圍大（2） 調(diào)速平滑（調(diào)速平滑（3） 經(jīng)濟(jì)性好經(jīng)濟(jì)性好 （4） 方法簡(jiǎn)便可靠方法簡(jiǎn)便可靠 2調(diào)速方法調(diào)速方法 因?yàn)橐驗(yàn)?所以所以 （1）電樞回路串電阻）電樞回路串電阻R （2）改

54、變勵(lì)磁電流）改變勵(lì)磁電流 If （勵(lì)磁回路串電阻）（勵(lì)磁回路串電阻） （ （3）改變電樞電壓）改變電樞電壓U T CC RR C U n Te a e 2 nRj 調(diào)速方法簡(jiǎn)單，調(diào)速方法簡(jiǎn)單， 經(jīng)濟(jì)性差。經(jīng)濟(jì)性差。 如果負(fù)載為恒如果負(fù)載為恒 轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)矩，則 .const ICT aTem .constIa 輸入功率輸入功率 . 1 constUIP 輸出功率輸出功率 L TP 2 （2 2）改變勵(lì)磁電流調(diào)速）改變勵(lì)磁電流調(diào)速 nI f aTem ICT 如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，則如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，則 .constIa URIUnCE aae e C U n 并勵(lì)和他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不允許失磁。并勵(lì)和他

55、勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不允許失磁。 （3 3）改變端電壓調(diào)速）改變端電壓調(diào)速 電樞電壓降低，轉(zhuǎn)速電樞電壓降低，轉(zhuǎn)速 降低降低 調(diào)范圍大，無(wú)級(jí)調(diào)速調(diào)范圍大，無(wú)級(jí)調(diào)速 四、直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)四、直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 1、能耗制動(dòng)、能耗制動(dòng) 操作簡(jiǎn)便，制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。操作簡(jiǎn)便，制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。 La a RR E I a I E 2 2、反接制動(dòng)、反接制動(dòng) 1 1）電源反接的反接制動(dòng)）電源反接的反接制動(dòng) La N a RR EU I L R j r a I E 制動(dòng)效果強(qiáng)烈，可使電動(dòng)機(jī)迅速停車或反轉(zhuǎn)。制動(dòng)效果強(qiáng)烈，可使電動(dòng)機(jī)迅速停車或反轉(zhuǎn)。 制動(dòng)電流大。制動(dòng)電流大。 0 n n 0 T L T A 0 n B TnT CC

56、 RR C U n TE ja E N 0 2 反接時(shí)的機(jī)械特性：反接時(shí)的機(jī)械特性： 2）電動(dòng)勢(shì)反向的反接制動(dòng)）電動(dòng)勢(shì)反向的反接制動(dòng) G 電動(dòng)機(jī)帶位能性負(fù)載下放重物時(shí)。電動(dòng)機(jī)帶位能性負(fù)載下放重物時(shí)。 0 n n 0T L T A B C D a R 1 RRa 2 RRa 3 RRa 3 3、回饋制動(dòng)、回饋制動(dòng) 1)1)帶位能性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)采取電壓反接的反接制動(dòng)時(shí)，當(dāng)帶位能性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)采取電壓反接的反接制動(dòng)時(shí)，當(dāng) 轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為0 0時(shí)如果切除電源，則電動(dòng)機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩作時(shí)如果切除電源，則電動(dòng)機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩作 用下反向起動(dòng)，進(jìn)入反向電動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)速等于時(shí)，在負(fù)用下反向起動(dòng)，進(jìn)入

57、反向電動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)速等于時(shí)，在負(fù) 載轉(zhuǎn)矩的作用下繼續(xù)反向加速，進(jìn)入反回饋制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)電載轉(zhuǎn)矩的作用下繼續(xù)反向加速，進(jìn)入反回饋制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)電 磁功率磁功率 0 n 0 aM EIP 輸入功率輸入功率 0 1 UIP 2 2）電力機(jī)車下坡）電力機(jī)車下坡 G f F G f F P N 3)3)降低電樞電壓調(diào)速時(shí)降低電樞電壓調(diào)速時(shí) 0 0 T n 0 n 0 n N U 1 U AB L T B B點(diǎn)至為回饋制動(dòng)狀態(tài)。點(diǎn)至為回饋制動(dòng)狀態(tài)。 0 n 將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率回饋給電網(wǎng)，是最經(jīng)濟(jì)的制動(dòng)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率回饋給電網(wǎng)，是最經(jīng)濟(jì)的制動(dòng) 方法。轉(zhuǎn)速必須高于理想空域轉(zhuǎn)速。方法。轉(zhuǎn)速必須高于理

58、想空域轉(zhuǎn)速。 2.72.7直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 一、換向過(guò)程一、換向過(guò)程 直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷短路，從一條支路換到直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷短路，從一條支路換到 另一條支路時(shí)另一條支路時(shí), ,元件里的電流方向改變，即換向。元件里的電流方向改變，即換向。 當(dāng)電刷僅與換向片當(dāng)電刷僅與換向片1 1接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1的電流為的電流為ia。 當(dāng)電刷與換向片當(dāng)電刷與換向片1 1和換向片和換向片2 2同時(shí)接觸時(shí)，元件同時(shí)接觸時(shí)，元件1 1的電流為的電流為i。 當(dāng)電刷僅與換向片當(dāng)電刷僅與換向片2 2接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1的電流為的電流為- -ia。 元件從開(kāi)始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為元件從開(kāi)始換向到換向