電機學課件+第3章+2016-2017第1學期+直流電機

1、重點內(nèi)容：重點內(nèi)容：（1）直流電機的工作原理）直流電機的工作原理（2）直流電機的基本概念）直流電機的基本概念（3）電樞感應電勢和電磁轉(zhuǎn)矩）電樞感應電勢和電磁轉(zhuǎn)矩（4）基本方程）基本方程難點：難點：（1）電樞繞組及電路圖）電樞繞組及電路圖（2）電樞反應）電樞反應一一.直流電機的用途直流電機的用途.作電源用-直流發(fā)電機.作動力用-直流電動機.信號的傳遞=作為測量元件-直流測速發(fā)電機=作為執(zhí)行元件-直流伺服電動機作電源用-直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能；作動力用-直流電動機將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能；做勵磁機用一般小于10萬kW即100MW的單機同步發(fā)電機要用直流發(fā)電機作為勵磁機。信號傳遞-直流測速發(fā)

2、電機將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號信號傳遞-直流伺服電動機將控制信號轉(zhuǎn)換為機械信號。二二.直流電機的優(yōu)缺點直流電機的優(yōu)缺點1.直流發(fā)電機的電勢波形較好，對電磁干擾的影響小。2.直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。3.由于存在換向器，其制造復雜，價格較高。(缺點) 結(jié)構(gòu)較復雜結(jié)構(gòu)較復雜直流電機直流電機 成本較高成本較高 使它的應用受到使它的應用受到 限制限制 可靠性稍差可靠性稍差 NS3.1 直流電機的工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機的工作原理及結(jié)構(gòu)1. 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理NSUU電刷電刷線圈邊切割磁感線會產(chǎn)生什么線圈邊切割磁感線會產(chǎn)生什么？換

3、向片換向片直流電機模型直流電機模型產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁極磁極半環(huán)形半環(huán)形金屬環(huán)金屬環(huán)支柱支柱直流電機模型直流電機模型電刷電刷轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸換向片換向片直流電機模型直流電機模型轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向電流方向電流方向換向片換向片線圈線圈磁極磁極直流直流電流電流交流交流電流電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩(拖動轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)矩)換向換向機械機械負載負載旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)克克 服服反電反電動勢動勢 電磁關(guān)系電磁關(guān)系NS2. 直流發(fā)電機的工作原理直流發(fā)電機的工作原理NSEE輸出輸出直流電直流電換向換向原動機原動機感應電動感應電動勢、電流勢、電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩（阻轉(zhuǎn)矩）（阻轉(zhuǎn)矩）做功做功 電磁電磁 關(guān)系關(guān)系*實際的電樞繞組在電機轉(zhuǎn)子表面相隔一定實際的

4、電樞繞組在電機轉(zhuǎn)子表面相隔一定角度的多個線圈串聯(lián)組成，可以減小脈動角度的多個線圈串聯(lián)組成，可以減小脈動 電動勢脈動的減小電動勢脈動的減小軸承機座轉(zhuǎn)子電樞主磁極電刷換向器接線盒轉(zhuǎn)子軸端蓋勵磁繞組 直流電機的結(jié)構(gòu)直流電機的結(jié)構(gòu)3. 直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的基本結(jié)構(gòu)電機裝配圖電機裝配圖直流電機模型直流電機模型直流電機的定子直流電機的定子(1) 定子定子主磁極主磁極換向磁極換向磁極機座機座端蓋等端蓋等 直流電機的定子直流電機的定子 (a) 主磁極主磁極 (b) 機座機座 直流電機的主要部件直流電機的主要部件主磁極主磁極 構(gòu)成：構(gòu)成：1-1.5mm厚的鋼板疊壓成厚的鋼板疊壓成主極鐵心和套裝在鐵心上的

5、勵磁繞組。 *主極下部的擴大部分稱為極靴作用：建立主磁場。作用：建立主磁場。換向極換向極構(gòu)成：由鐵心和繞組組成。構(gòu)成：由鐵心和繞組組成。作用：改善換向。作用：改善換向。機座機座 構(gòu)成：用厚鋼板彎成筒形焊成或鑄鋼件制成。 *磁軛：機座中作為磁通通路的部分作用：作用：1、主磁路的一部分；、主磁路的一部分；2、電機的結(jié)構(gòu)框架。、電機的結(jié)構(gòu)框架。(2) 轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子（電樞） 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器 轉(zhuǎn)軸與風扇轉(zhuǎn)軸與風扇 直流電機的轉(zhuǎn)子直流電機的轉(zhuǎn)子 (a) 轉(zhuǎn)子主體轉(zhuǎn)子主體 (b) 電樞鐵心沖片電樞鐵心沖片 電樞鐵心電樞鐵心作用：作用：1、主磁路的一部分；2、電樞繞組的支

6、撐部件。 構(gòu)成：構(gòu)成：一般用厚0.5且沖有齒、槽的DR530電樞繞組電樞繞組作用：作用：直流電機的電路部分。 構(gòu)成：構(gòu)成：用絕緣的圓形或矩形截面的導線繞成，上下層以及線圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊?；駾R510的硅鋼片疊壓夾緊而成。換向器換向器作用：作用：整流（發(fā)電機）或逆變（電動機）。構(gòu)成：構(gòu)成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個圓筒，片間用V形云母絕緣，兩端再用兩個環(huán)形夾緊而構(gòu)成。電刷裝置電刷裝置電刷裝置作用：作用：電樞電路的引出（或引入）裝置。構(gòu)成：構(gòu)成：電刷、刷盒、刷桿和連線等。M4. 勵磁方式勵磁方式If+UaIa+Uf他他勵勵并并勵勵串串勵勵復復勵勵(1) 直流電動機按勵磁

7、方式分類直流電動機按勵磁方式分類M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UIG(2) 直流發(fā)電機按勵磁方式分類直流發(fā)電機按勵磁方式分類自自勵勵GIa+Ua他他勵勵串串勵勵復復勵勵并并勵勵I(lǐng)a+UIfIGGIfIa+UI+UIfIIaIf+Uf(1) 額定電壓額定電壓 UN 發(fā)電機的發(fā)電機的 UN ：指輸出電壓的額定值。：指輸出電壓的額定值。 電動機的電動機的 UN ：指輸入電壓的額定值。：指輸入電壓的額定值。(2) 額定電流額定電流 IN 發(fā)電機的發(fā)電機的 IN ：指輸出電流的額定值。：指輸出電流的額定值。 電動機的電動機的 IN ：指輸入電流的額定值。：指輸入電流的額定值。(3) 額定功率額

8、定功率 PN 發(fā)電機的發(fā)電機的 PN ：指輸出電功率的額定值：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動機的電動機的 PN ：指輸出機械功率的額定值：指輸出機械功率的額定值 (UN INN ) 。5. 額定值額定值(4) 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN(5) 額定勵磁電壓額定勵磁電壓 UfN(6) 額定勵磁電流額定勵磁電流 IfN 額定狀態(tài)額定狀態(tài) ： 指指 U、I、P、n 均為額定值的狀態(tài)。均為額定值的狀態(tài)。 滿載狀態(tài)滿載狀態(tài) ： 指指 I = IN 的狀態(tài)。的狀態(tài)。3.2 直流電機的電樞繞組1、直流電樞繞組的構(gòu)成l 組成繞組的基本單元稱為組成繞組的基本單元稱為元件元件。元件有單匝的，也有多匝的

9、。一元件有單匝的，也有多匝的。一個元件由兩個元件邊和端接線組個元件由兩個元件邊和端接線組成。元件邊置于槽內(nèi)稱為成。元件邊置于槽內(nèi)稱為有效邊有效邊，端接線端接線置于鐵心外，不切割磁場，置于鐵心外，不切割磁場，僅起到連接作用。僅起到連接作用。上元件邊下元件邊后端接前端接電樞繞組是電機能量轉(zhuǎn)換的樞紐。電樞繞組是電機能量轉(zhuǎn)換的樞紐。構(gòu)成原則：產(chǎn)生足夠的感生電勢；允許一定的電流；構(gòu)成原則：產(chǎn)生足夠的感生電勢；允許一定的電流； 結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。電樞繞組元件兩匝元件單匝元件疊繞組元件波繞組元件l元件的一條有效邊放在槽的上部，另一條有效邊放在另一槽元件的一條有效邊放在槽的上部，另一條有

10、效邊放在另一槽底部，每一槽內(nèi)有上層和下層兩個元件邊構(gòu)成底部，每一槽內(nèi)有上層和下層兩個元件邊構(gòu)成雙層繞組雙層繞組。元件元件首尾首尾按一定規(guī)律接到不同的換向器片上，最后使整個繞組通過按一定規(guī)律接到不同的換向器片上，最后使整個繞組通過換向片連接成一個閉合回路。換向片連接成一個閉合回路。l若電樞每槽上、下層只有一個元件邊，則整個繞組元若電樞每槽上、下層只有一個元件邊，則整個繞組元件數(shù)件數(shù)S應等于應等于槽數(shù)槽數(shù)Z，即，即S=Z。l在大型電機中每槽上、下層包含在大型電機中每槽上、下層包含u個元件，此時個元件，此時S=uZ. u為槽內(nèi)一層嵌放的元件邊數(shù)。通常把一個上層邊和一為槽內(nèi)一層嵌放的元件邊數(shù)。通常把一

11、個上層邊和一個下層邊在槽內(nèi)所占的空間作為一個個下層邊在槽內(nèi)所占的空間作為一個虛槽虛槽，故虛槽數(shù)為：，故虛槽數(shù)為：Zi=S=uZ一個線圈內(nèi)有兩個元件（u=2）的繞組由于一個換向片與不同元件的兩個出線端相連接，所以由于一個換向片與不同元件的兩個出線端相連接，所以換向片數(shù)換向片數(shù)K=S,則則K=S=Zi2、直流電樞繞組的節(jié)距電樞繞組的連接規(guī)律是通過繞組的節(jié)距來表征的。電樞繞組的連接規(guī)律是通過繞組的節(jié)距來表征的。（1）第一節(jié)距）第一節(jié)距y1一個元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的虛槽數(shù)，稱一個元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的虛槽數(shù)，稱為第一節(jié)距，用為第一節(jié)距，用y1表示。表示。常采用短距繞組，可節(jié)省用

12、銅。常采用短距繞組，可節(jié)省用銅。12iZyp2iZp2aDp=整數(shù)整數(shù)1y整距繞組短距繞組長距繞組y1y22aDp2iZpNSNS12345（2）第二節(jié)距）第二節(jié)距y2相串聯(lián)的兩個元件中，第一個元件的下層邊與第二個元件的上相串聯(lián)的兩個元件中，第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為層邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為第二節(jié)距第二節(jié)距，用，用y2表示，表示，也用虛槽數(shù)計算。也用虛槽數(shù)計算。（3）合成節(jié)距）合成節(jié)距y相串聯(lián)的兩個元件對應邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為相串聯(lián)的兩個元件對應邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為合合成節(jié)距成節(jié)距。不同類型繞組的差別，主要表現(xiàn)在合成節(jié)

13、距上。不同類型繞組的差別，主要表現(xiàn)在合成節(jié)距上。疊繞組元件在電樞上的聯(lián)接波繞組元件在電樞上的聯(lián)接（4）換向片節(jié)距）換向片節(jié)距yk疊繞組指各極下元件依次連接，后一個元件總是疊在前一個元疊繞組指各極下元件依次連接，后一個元件總是疊在前一個元件上；波繞組指把相隔約為一對極下的同極性磁場下的相應元件上；波繞組指把相隔約為一對極下的同極性磁場下的相應元件串聯(lián)起來，像波浪一樣延伸。件串聯(lián)起來，像波浪一樣延伸。一個元件的兩個出線端所連接的兩個換向片之間所跨的距離，一個元件的兩個出線端所連接的兩個換向片之間所跨的距離，其大小用換向片數(shù)表示。其大小用換向片數(shù)表示。（5）繞組的型式）繞組的型式按照繞組的連接方法，

14、電樞繞組可分為按照繞組的連接方法，電樞繞組可分為5種：單疊繞組，復疊繞組，單波繞組，種：單疊繞組，復疊繞組，單波繞組，復波繞組，蛙繞組（混合繞組）復波繞組，蛙繞組（混合繞組）11yyy11yyy疊繞組波繞組單疊繞組單疊繞組的特點是相鄰元件單疊繞組的特點是相鄰元件( (線圈線圈) )相互疊壓相互疊壓, ,合成節(jié)距與換向合成節(jié)距與換向節(jié)距均為節(jié)距均為1 1，即：，即：y=yk=1。單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張件取出來畫在一張圖里，展示元件相圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向系及主磁

15、極、換向片、電刷間的相對片、電刷間的相對位置關(guān)系。位置關(guān)系。3、直流電樞繞組展開圖 疊繞組電氣連接圖疊繞組電氣連接圖A B12345678A B1 2 3 48 7 6 57 6 5 48 1 2 3AB結(jié)論：結(jié)論：整個電樞繞組通過換向片連成一個閉合回路。整個電樞繞組通過換向片連成一個閉合回路。A B12345678e e e ee e e e1 2 3 48 7 6 5AB 直流電樞電勢直流電樞電勢電動機電動機E發(fā)電機發(fā)電機Iae e e ee e e eE兩匝元件兩匝元件A1 2 3 48 7 6 5BIa單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖(電刷位于單個換向片上電刷位于單個換向片上)A1 B

16、1 A2 B2+n1 23 456789 10 11 121 23 456789 10 11 12A1A2B1B22 2 3 3 4 4 7 7 6 6 5 58 8 9 9 10 101 1 12 12 11 11與電刷相連的轉(zhuǎn)子導體槽是電流分界線與電刷相連的轉(zhuǎn)子導體槽是電流分界線A1 B1 A2 B2+n1 23 456789 10 11 121 23 456789 10 11 12A1A2B1B22 2 3 35 5 6 68 8 9 911 11 12 12單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖(電刷位于兩個換向片上電刷位于兩個換向片上)10 10 1 1 7 7 4 4 并聯(lián)支路對數(shù)：并聯(lián)

17、支路對數(shù)：a = 2。 電刷的中心線對著磁極的中心線。電刷的中心線對著磁極的中心線。A1 B1 A2 B2+n1 23 456789 10 11 121 23 456789 10 11 12單疊繞組的展開圖單疊繞組的展開圖(電刷位于兩個換向片上電刷位于兩個換向片上)磁極中心線磁極中心線幾何中心線幾何中心線 電刷的中心線對電刷的中心線對 著磁極的中心線：著磁極的中心線： 電刷之間的電動電刷之間的電動 勢最大。勢最大。 被電刷短接的元被電刷短接的元 件電動勢為零。件電動勢為零。 習慣稱習慣稱 “電刷放在電刷放在 幾何中心線位置幾何中心線位置”。同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同

18、。電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應使感應電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。電樞電流等于各支路電流之和。中等容量、正常電壓、轉(zhuǎn)速直流電機。合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。兩個串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個極距；沿圓周向一個方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片前面相鄰一片的位置。然后從此換向片繼續(xù)出發(fā)，繼續(xù)繞連，直到把元件全部連完，最后回到起始換向片，構(gòu)成一個閉合電路。單波繞組py=Qu-1y=yc=(Qu-1)/p單波繞組的電路圖單波繞組的特點單波繞組的特點: :同極下各元件串聯(lián)組成一條支路，支路對數(shù)為同極下各元件串聯(lián)組成一條支路，支路對數(shù)為1，與極對數(shù)無關(guān)；，與極對數(shù)

19、無關(guān)；當元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中當元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線，支路電動勢最大；心線，支路電動勢最大；電樞電動勢等于支路感應電動勢電樞電動勢等于支路感應電動勢.電刷數(shù)等于磁極數(shù)；電刷數(shù)等于磁極數(shù)；1、直流電機的空載磁場空載時的氣隙磁密為一平頂波空載時主磁極磁通的分布情況xB（b b）氣隙磁密分布）氣隙磁密分布3.3 直流電機的磁場及電樞反應直流電機的磁場及電樞反應（a a）主磁通與漏磁通）主磁通與漏磁通直軸直軸交軸交軸電刷放置位置：真實電刷一般放在主磁極中電刷放置位置：真實電刷一般放在主磁極中心線上，一個元件的兩個引出線到換向

20、片的心線上，一個元件的兩個引出線到換向片的距離相等。距離相等。有時為了方便，轉(zhuǎn)子鐵心和繞組不動，可將有時為了方便，轉(zhuǎn)子鐵心和繞組不動，可將換向片連同電刷沿一個方向旋轉(zhuǎn)換向片連同電刷沿一個方向旋轉(zhuǎn)90，此時，此時元件的兩個引出線到換向片的距離不相等。元件的兩個引出線到換向片的距離不相等。但轉(zhuǎn)子槽內(nèi)導體的電流分界線正好與移動后但轉(zhuǎn)子槽內(nèi)導體的電流分界線正好與移動后的電刷軸線重合?？珊喕硎倦娝ⅰ５碾娝⑤S線重合?？珊喕硎倦娝ⅰ?、直流電機負載時的負載磁場 直流電機帶上負載后，電樞繞組中直流電機帶上負載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動

21、勢的出現(xiàn)使電電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。機的磁場發(fā)生變化。 假設勵磁電流為零，只有電樞電流。假設勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為交在空間的分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。軸磁動勢。3、直流電機的合成磁場及電樞反應當勵磁繞組中有勵磁電流，當勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負載后，氣隙中的電機帶上負載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞動勢共同作用的結(jié)果。電樞反應與電刷的位置有關(guān)。反應與電刷的位置有關(guān)。(1)當電刷在幾何中性線上時，當電刷在

22、幾何中性線上時，將主磁場分布和電樞磁場分將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負載后電機布疊加，可得到負載后電機的磁場分布情況，如圖（的磁場分布情況，如圖（a）所示。所示。 電樞反應：電樞反應： 電樞磁通勢對主極磁場的影響。電樞磁通勢對主極磁場的影響。xB0axBxB主磁場的主磁場的磁通密度磁通密度分布曲線分布曲線電樞磁場磁通電樞磁場磁通密度分布曲線密度分布曲線兩條曲線逐點疊加后兩條曲線逐點疊加后得到負載時氣隙磁場得到負載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線的磁通密度分布曲線NS幾何幾何中心線中心線 N S勵磁磁場勵磁磁場（空載磁場）（空載磁場）物理物理中心線中心線電樞磁場電樞磁場合成磁場合成磁場（負

23、載時的磁場）（負載時的磁場）物理物理中性線中性線 2) 2)對主磁場起去磁作用對主磁場起去磁作用1)1)使氣隙磁場發(fā)生畸變使氣隙磁場發(fā)生畸變 空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被電樞反應的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線角，磁通密度的曲線與空載時不同。與空載時不同。 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相

24、同。磁路飽和時，主磁極增磁部此每極量的磁通量與空載時相同。磁路飽和時，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的些，因此負載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應為交軸去磁性質(zhì)。電樞反應為交軸去磁性質(zhì)。由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應的特點：由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應的特點：(2)(2)當電刷不在幾何中性線上時當電刷不在幾何中性線上時電刷從幾何中性線偏移電刷從幾何中性線偏移角，電樞磁動勢軸線角，電樞磁動勢軸線也隨之移動也隨之移動角。角

25、。這時電樞磁動勢可以分這時電樞磁動勢可以分解為兩個垂直分量解為兩個垂直分量: :交交軸電樞磁動勢軸電樞磁動勢Faq和直和直軸電樞磁動勢軸電樞磁動勢Fad。NSU3.4 電樞的感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩電樞的感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩NSU一、電樞繞組的感應電動勢一、電樞繞組的感應電動勢空載時直流電機氣隙磁場空載時直流電機氣隙磁場Bl極距極距R平均磁密：平均磁密： B = l (1) 產(chǎn)生產(chǎn)生 電樞旋轉(zhuǎn)電樞旋轉(zhuǎn) n 磁磁 場場 (2) 大小大小l 每個導體：每個導體：e = B l vl 導體切割磁場的線速度：導體切割磁場的線速度：l 電動勢：電動勢： E = N1e ee E v = n2 R60=N1B

26、 l v = N1 l n 2p 60 l= n2p 60= n 2pN60*2a注意注意：N N1 1為串聯(lián)支路的總導體數(shù)，而電樞總導體數(shù)為串聯(lián)支路的總導體數(shù)，而電樞總導體數(shù)N=NN=N1 1* *2a2a E = CE n CE 電動勢常數(shù)：電動勢常數(shù)： CE =pN60a單位：單位：Wb單位：單位：r/min(V) (3) 方向：方向： 由由 和和 n 共同決定。共同決定。(4) 性質(zhì)：性質(zhì)： 發(fā)電機為電源電動勢；電動機為反電動勢。發(fā)電機為電源電動勢；電動機為反電動勢。二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩(1) 產(chǎn)生產(chǎn)生 電樞電流電樞電流 i 磁磁 場場 F T (2) 大小大小

27、l 電磁力：電磁力： F = B l i l 平均磁密：平均磁密：l 每根導線上電磁力所每根導線上電磁力所 形成的電磁轉(zhuǎn)矩：形成的電磁轉(zhuǎn)矩： FRB = lBl極距極距R Rl電樞繞組總導體數(shù)電樞繞組總導體數(shù): Nl電樞繞組串聯(lián)支路總導體數(shù)：電樞繞組串聯(lián)支路總導體數(shù)： N1=N/ 2al 電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)：電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)：2al電樞的周長：電樞的周長： 2 R = 2p l 電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩： T = NFR = N B l i p =N l i p l =N i p = 2ai pN 2a 電樞電流電樞電流 Ia(2) 大小大小 T = CT IaCT 轉(zhuǎn)矩常數(shù)：轉(zhuǎn)矩常數(shù)：(3) 方

28、向方向 由由 和和 Ia 共同決定。共同決定。(4) 性質(zhì)性質(zhì)CT =pN2a 單位：單位：Wb單位：單位：A(Nm) CTCE=602 = 9.55 CT = 9.55 CECT =pN2a CE =pN60a3.5 直流電機基本方程直流電機基本方程基本方程：電壓方程，轉(zhuǎn)矩方程，功率方程1、他勵直流電機2aabaaaUEI RUEI R UEa他勵電動機電樞電流與線路電流相等：aII電壓方程：電樞繞組內(nèi)阻電樞繞組內(nèi)阻電樞回路電樞回路總電阻總電阻UaEMaIemTnfIfUI*電動機慣例：以輸入電流作為電樞電流正方向，Ia與Ea方向相反2aabaaEUI RUUI R aEU他勵發(fā)電機電樞電流

29、與線路電流相等：aII電壓方程：電樞繞組內(nèi)阻電樞繞組內(nèi)阻電樞回路電樞回路總電阻總電阻aEMUaIemTnfIfUI電機向負載供電，電樞感應電勢Ea作為電源電勢必定大于端電壓U，采用發(fā)電機慣例。*發(fā)電機慣例：以輸出電流作為電樞電流正方向，Ia與Ea方向相同2、并勵直流電機aEMaIemTnfIfUIU2aabaaaUEI RUEI R UEa并勵電動機電樞電流與線路電流：afIII電壓方程：2aabaaEUI RUUI R aEU并勵發(fā)電機勵磁電流由電樞供給：afII I 電壓方程：M1T0TeTn電動機電動機發(fā)電機發(fā)電機NSneTNSneTMeT0T2Tn20eTTT1、電動機轉(zhuǎn)矩平衡方程10

30、eTTT2、發(fā)電機轉(zhuǎn)矩平衡方程Te為電磁轉(zhuǎn)矩，T2為輸出的負載機械轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩。T1為原動機動力轉(zhuǎn)矩，Te為電磁轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩。MeT0T2Tn電動機電動機電磁功率：eaaPE I60aaapNE In Ia260n轉(zhuǎn)子機械角速度：則有：ea aePE IT9.55eeePPTn2229.55PPTn9.55NNNNPPTn260 2an pNIaTaCI eT1.他勵電動機功率平衡方程輸入功率：P1=UI1eCuaPPp電樞回路功率平衡方程:20ePPp輸出功率平衡方程:空載損耗12PPp功率平衡方程:他勵電動機總損耗pe = p2+(pFepp)p0 = pFeppp = p

31、cua+pFepp2. 直流發(fā)電機的功率（并勵）直流發(fā)電機的功率（并勵）(1) 輸入功率輸入功率 P1 :(2) 空載損耗空載損耗 p0 :(3) 電磁功率電磁功率 Pe :(4) 銅損耗銅損耗 pCu :(5) 輸出功率輸出功率 P2 :P1 = T1p0 = pFeppPe= P1 p0= T = Ea Ia pCu = Ra Ia2Rf If2P2 = U I = Pe pCu2 60= T1n(6) 效率效率 = 100%P2P1P1p+ ppFePepCuP2功率流程圖功率流程圖 小型發(fā)電機：小型發(fā)電機： N = 70% 85% 中大型發(fā)電機：中大型發(fā)電機： N = 91% 96%

32、發(fā)電機功率平衡方程式：發(fā)電機功率平衡方程式：P1= P2+ p p= pCua + pCufp + pFe p一一. 并勵直流發(fā)電機并勵直流發(fā)電機3.6 直流發(fā)電機及運行直流發(fā)電機及運行 并勵的勵磁是由發(fā)電機本身的端電壓提供的，而端電壓是在并勵的勵磁是由發(fā)電機本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵磁電流作用下建立的，這一點與他勵發(fā)電機不同。并勵發(fā)電勵磁電流作用下建立的，這一點與他勵發(fā)電機不同。并勵發(fā)電機建立電壓的過程稱為機建立電壓的過程稱為自勵過程自勵過程，滿足建壓的條件稱為，滿足建壓的條件稱為自勵條自勵條件件。GIa+U0IfE+ -rfrjAIVARLn定子鐵心RLB定子鐵心轉(zhuǎn)子電樞u定子采用

33、永磁體勵磁NSIaIaIan定子鐵心RL0r定子鐵心轉(zhuǎn)子電樞u定子采用電流勵磁繞組NSEaEau定子鐵心有剩磁, 向上u空載u轉(zhuǎn)子順轉(zhuǎn)au剩磁通和勵磁電流磁通方向相同，正反饋n定子鐵心RL0r定子鐵心轉(zhuǎn)子電樞u定子采用電流勵磁繞組NSEaEau定子鐵心有剩磁, 向上u空載u轉(zhuǎn)子逆轉(zhuǎn)au剩磁通和勵磁電流磁通方向相反，負反饋1、并勵發(fā)電機自勵條件、并勵發(fā)電機自勵條件EUaGIfIaI E ? E ? 主磁極必須有剩磁主磁極必須有剩磁r ：rErIfrEEr與與r 方向相同方向相同EEr與與r 方向相反方向相反 勵磁電流產(chǎn)生的磁通必須與剩磁同方向：勵磁電流產(chǎn)生的磁通必須與剩磁同方向：rErIfrEE

34、r IfIfr E E 與與 If 既應滿足空載特性又應滿足歐姆定律。既應滿足空載特性又應滿足歐姆定律。當當 Rf Rk 時，時， E Er ， 能夠自勵。能夠自勵。當當 Rf = Rk 時，時， E不確定，不能自勵。不確定，不能自勵。當當 Rf Rk 時，時， EEr，不能自勵。，不能自勵。 勵磁電路的電阻必須小于臨界電阻。勵磁電路的電阻必須小于臨界電阻。If =ERaRfOIfEErQIfrIf1If2If場阻線：場阻線：場阻線的斜率：場阻線的斜率：= RaRftan =EIfOIfEErRf =RkRf RkRfRk2、并勵發(fā)電機運行分析、并勵發(fā)電機運行分析I = Ia IfU = Ua

35、 = UfUa = E RaIaI Ia RaIa E ( (電樞反應電樞反應) )Uf Ua 外特性外特性 U = f ( I )EUaGIfIaIn = nNRf = 常數(shù)常數(shù)OIUU0他勵他勵并勵并勵 負載增加時，負載增加時， U 下降較快。下降較快。 VR 20% 外特性有拐彎現(xiàn)象。外特性有拐彎現(xiàn)象。OI UU0他勵他勵并勵并勵I(lǐng)NUNRL I (Ia) U 低飽和磁路低飽和磁路RL U If E (較大幅度較大幅度) U 的下降比的下降比 RL的減少得更快的減少得更快 I = U / RLRL U I RL = 0，U = 0， If = 0 =r ， E = Er ISC 較小。較

36、小。 穩(wěn)態(tài)短路電流不大。穩(wěn)態(tài)短路電流不大。 P2 = UI = 230100 W = 23 000 WIa = IIf = (1002) A =102 APCu = Ra Ia2 Rf If2 = ( 0.2102211522 ) W = 2 540.8 W Pe = P2PCu = 25 540.8 W T=Pe/ 【例例】 一并勵直流發(fā)電機，輸出電壓一并勵直流發(fā)電機，輸出電壓 U = 230 V，輸出電流輸出電流 I = 100 A ，Ra = 0.2，Rf = 115，n = 1 500 r/min ， T0 =17.32 Nm 。求發(fā)電機的輸出功率求發(fā)電機的輸出功率P2 、電磁轉(zhuǎn)矩、電

37、磁轉(zhuǎn)矩 T、輸入功率、輸入功率 P1 和效率和效率 。 解：解：230115= A = 2 A URfIf = P0 = T0n2 60= 17.321 500 W 2 60 = 2 719.24 W P1 = PeP0 = (25 540.82 719.24) W = 28 260 W = 100%P2P1= 100% = 81.39% 23 00028 260GIa+UaIf+Uf二、直流發(fā)電機的運行分析二、直流發(fā)電機的運行分析1. 他勵發(fā)電機他勵發(fā)電機外電源外電源Uf If E n原動機原動機電樞電樞Ua (1) 空載運行空載運行勵磁電路：勵磁電路：If =UfRf勵磁電路勵磁電路總電阻

38、總電阻電樞電路：電樞電路： Ia = 0， Ua = U0 = E調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RfIf 可變可變 可變可變 E 可變可變 Ua可變。可變。 E U0 = E = f (If ) 空載特性空載特性OIfU0Er剩磁感應剩磁感應電動勢電動勢(2) 負載運行負載運行 輸出電壓輸出電壓: U = Ua 輸出電流輸出電流: I = Ia 電壓平衡方程式電壓平衡方程式 U = Ua = ERa Ia當當 Ia Ra Ia E (電樞反應電樞反應)Ua n = nNIa = 0空載特性空載特性當當n、I為常值，發(fā)電機端電壓為常值，發(fā)電機端電壓U與勵磁電流的關(guān)系，稱為發(fā)與勵磁電流的關(guān)系，稱為發(fā)電機的負載特性。電機

39、的負載特性。OIfUn =CI= CIf1U0負載特性負載特性U=f(If) 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率VR =U0UNUN100% ( 5% 10% ) 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 當當 n = nN，U = UN 時：時： If = f ( I )OI If IfNIN調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 外特性外特性 U = f (I )n = nNIf = 常數(shù)常數(shù)OIUn = nNIf = IfNINUNU0外特性外特性 【例例】 一他勵直流發(fā)電機，一他勵直流發(fā)電機， PN = 10 kW，UN = 230 V，nN = 1 000 r/min ，Ra = 0.4。如果磁通如果磁通 保保持不變，求持不變，求 1 000

40、 r/min 時的空載電壓時的空載電壓 U0 和和 900 r/min 時時的滿載電壓的滿載電壓 U 。 解：解：在在 nN 和和 UN 時的電樞電流時的電樞電流9001 000E = E U0 = E = UaRa IaN = (2300.443.5) V = 247 V 在在 保持不變時，保持不變時， E n10103230= A = 43.5 A PNUaIaN = 9001 000= 247 V = 222 V U = ERa IaN = (222 0.443.5) V = 205 VM3.7 直流電動機的運行分析直流電動機的運行分析1. 他勵電動機他勵電動機勵磁電壓勵磁電壓 Uf I

41、f 電樞電壓電樞電壓 Ua Ia T n E E(1) 電壓平衡方程式電壓平衡方程式勵磁電路：勵磁電路： Uf = Rf If電樞電路：電樞電路： Ua = E + Ra Ia+UaIaIf+Uf 穩(wěn)態(tài)電樞電流穩(wěn)態(tài)電樞電流 Ia 由誰確定由誰確定？ T = CT Ia ， Ua = E + Ra Ia例如：例如：負載不變負載不變 ( T 不變不變)，Ua (Ra) 變化時，變化時， Ia 變化否（設變化否（設 不變）？不變）？Ua (或或Ra ) 瞬間瞬間 n 不變不變 E 不變不變Ia T TTLE n Ia T T = TLIa不變不變 結(jié)論：結(jié)論：Ia 的大小取決于負載的大小。的大小取決

42、于負載的大小。 當當 Ia= = IaN 時為滿載，當時為滿載，當 IaIaN 時為過載。時為過載。 規(guī)定短時過載的最大電樞電流：規(guī)定短時過載的最大電樞電流： Iamax =( (1.5 2) )IaN =MC IaN機械特性機械特性E CE n = UaRa IaCE=UaCE=RaCECT2T (2) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速O nTn0當當T 時，時， n 下降不多下降不多 硬特性硬特性。 勵磁電路斷電的后果勵磁電路斷電的后果 當當 If = 0， =r 很小，很小，n 不能突變，不能突變，E 很小很小T = CTr Ia 仍有一定數(shù)值。仍有一定數(shù)值。Ia 若若 T TL n 飛車！飛車！ T TL n

43、 n = 0 悶車！悶車！ (3) 轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向取決于電磁轉(zhuǎn)矩取決于電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向。的方向。 T 的方向取決于的方向取決于 和和 Ia 的方向。的方向。M+UaIaIf+UfM+UaIaIfUf+MUa+IaIf+Uf磁磁場場反反向向電電樞樞反反向向2. 并勵電動機并勵電動機 并勵與他勵的區(qū)別并勵與他勵的區(qū)別:(1) 輸入電壓輸入電壓 U = Ua = Uf(2) 輸入電流輸入電流 I = Ia + If(3) 輸入功率輸入功率 P1 = UI = UIa + UIfMIa+UIIf 【例例】 某并勵直流電動機，某并勵直流電動機，UN = 220 V，IN = 12.5 A，nN = 3 000 r/min ，Rf = 628 ，Ra = 0.41 。求該電機在額定狀態(tài)下運行時的：。求該電機在額定狀態(tài)下運行時的： (1) If ； (2) Ia； (3) E ； (4) T 。 解：解： (1) 勵磁電流勵磁電流 If UfRfIf =220628= A = 0.35A(2) 電樞電流電樞電流 Ia Ia = IN If = (12.50.35) A = 12.15 A (2) 電動勢電動勢 E E = UN Ra Ia = (2200.4112.15) V