第一章直流電機(jī)

1、第一章第一章 直流電機(jī)直流電機(jī)第一章第一章 直流電機(jī)直流電機(jī)l直流電機(jī)是電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之一。直流發(fā)電機(jī)：機(jī)械能直流電能 直流電動(dòng)機(jī)：直流電能機(jī)械能l直流電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力等很多優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，運(yùn)行維護(hù)較困難。主要應(yīng)用于起動(dòng)和調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械中，如金屬切削機(jī)床，軋鋼機(jī)、電力機(jī)車、起重機(jī)、造紙及紡織行業(yè)等機(jī)械中。l本章主要分析直流電機(jī)的基本工作原理、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性（以直流電動(dòng)機(jī)為重點(diǎn)以直流電動(dòng)機(jī)為重點(diǎn)）。第一節(jié)第一節(jié) 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)l一、直流電機(jī)的基本工作原理1、直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理基于電

2、磁感應(yīng)原理：右手定則基于電磁感應(yīng)原理：右手定則產(chǎn)生磁場(chǎng)：（產(chǎn)生磁場(chǎng)：（N、S極）極）運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線ab、cd切割磁場(chǎng)切割磁場(chǎng)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交變交變換向整流換向整流電刷間輸出直流電動(dòng)勢(shì)電刷間輸出直流電動(dòng)勢(shì)直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型例例1-1 如果前圖中的直流發(fā)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電刷兩端的電動(dòng)勢(shì)極性有何變化？還有什么因素會(huì)引起同樣的變化？解：解：直流發(fā)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，由右手定則，圖示線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)閍-b-c-d,通過(guò)換向片與電刷的滑動(dòng)接觸，則電刷B極性為正，電刷A極性為負(fù)。所以改變電樞轉(zhuǎn)向，可改變電刷間輸出電動(dòng)勢(shì)極性。由右手定則可知：決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性

3、的因素有兩個(gè)，一是改變電樞轉(zhuǎn)向，二是磁場(chǎng)極性，因此改變磁場(chǎng)的極性也可使直流發(fā)電機(jī)的輸出電動(dòng)勢(shì)極性改變。+-NS注意：注意：電樞轉(zhuǎn)向和磁場(chǎng)極性只能改變其一。電樞轉(zhuǎn)向和磁場(chǎng)極性只能改變其一。2、直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理、直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理基于電磁力定律：左手定則基于電磁力定律：左手定則載流導(dǎo)體ab、cd在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力f形成電磁轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)換向器作用：換向器作用：在發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)中起整流整流作用，使線圈中的交變電動(dòng)勢(shì)電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)。在電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)中起逆變逆變作用，使電刷間的直流電線圈內(nèi)的交變電，保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向恒定。直流電動(dòng)機(jī)工作原理模型直流電動(dòng)機(jī)工作原理模型例例1-2 電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的

4、生產(chǎn)設(shè)備常需要作正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如電力機(jī)車的前行和倒退，就要求牽引電動(dòng)機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。分析前圖中的直流電動(dòng)機(jī)如何能反轉(zhuǎn)(順時(shí)針旋轉(zhuǎn))?解：圖中的電動(dòng)機(jī)模型要順時(shí)針旋轉(zhuǎn)需獲得一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩，由左手定則可知：電磁力的方向取決于磁場(chǎng)極性或?qū)w中電流的方向，所以直流電動(dòng)機(jī)獲得反轉(zhuǎn)的方法有兩個(gè)：一是改變磁場(chǎng)極性，二是改變電源電壓極性使流過(guò)導(dǎo)體的電流方向改變。注意：注意：兩者只能改變其一，否兩者只能改變其一，否則，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。則，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。-+ffn改變電源極性（導(dǎo)體電改變電源極性（導(dǎo)體電流方向）而反轉(zhuǎn)示意圖流方向）而反轉(zhuǎn)示意圖3 3、電機(jī)的可逆原理、電機(jī)的可逆原理任何一臺(tái)電

5、機(jī)既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作任何一臺(tái)電機(jī)既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這一性質(zhì)稱為電機(jī)的可逆原電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這一性質(zhì)稱為電機(jī)的可逆原理。理。u如果電機(jī)轉(zhuǎn)子輸入機(jī)械能，而電樞繞如果電機(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；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(dòng)機(jī)運(yùn)行。機(jī)械能，則電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行方式由外施條件決定：電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行方式由外施條件決定：二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1-電樞鐵心 2-主磁極 3-勵(lì)磁繞組 4-電樞齒 5-換向極繞組 6-換向極鐵心

6、7-電樞槽 8-底座 9-電樞繞組 10-極掌(極靴） 11-磁軛（機(jī)座）直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖直流電機(jī)的徑向剖面示意圖二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)靜止部分靜止部分:定子定子旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)部分:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子中間有氣隙中間有氣隙電磁方面：產(chǎn)生磁場(chǎng)和構(gòu)成磁路。電磁方面：產(chǎn)生磁場(chǎng)和構(gòu)成磁路。 機(jī)械方面：整個(gè)電機(jī)的支撐。機(jī)械方面：整個(gè)電機(jī)的支撐。作用主要部件：磁極、機(jī)座、換向極、電刷、軸承、端蓋等作用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換主要部件：電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸承和風(fēng)扇等主磁極主磁極1、定子部分、定子部分產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，N、S

7、相隔，用相隔，用p表示極對(duì)數(shù)表示極對(duì)數(shù)導(dǎo)磁和機(jī)械支撐導(dǎo)磁和機(jī)械支撐機(jī)座機(jī)座由磁極鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成,磁極鐵心由極身和極靴組成.作用作用: :改善直流電機(jī)的換向，一般電機(jī)容量超過(guò)1kW時(shí)均應(yīng)安裝換向極。 安裝在相鄰兩主磁極之間，用螺釘固定在機(jī)座上。用整塊鋼制成，也可用厚用整塊鋼制成，也可用厚11.5mm厚鋼板或硅鋼厚鋼板或硅鋼片疊成片疊成1-刷握 2-銅絲辮 3-壓緊彈簧 4-電刷塊（石墨材料）換換向向極極電電刷刷作用：作用：將旋轉(zhuǎn)的電樞與固定不動(dòng)的外電路相連，把直流電壓和直流電流引入或引出 2、轉(zhuǎn)子部分、轉(zhuǎn)子部分材料材料：為減小磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵心為減小磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵心 用

8、用0.35mm0.35mm或或0.5mm0.5mm厚的硅鋼片疊成，表面有絕厚的硅鋼片疊成，表面有絕緣層。緣層。 作用：作用：通過(guò)磁通和嵌放通過(guò)磁通和嵌放電樞繞組電樞繞組。電電樞樞鐵鐵心心鐵心沖片鐵心沖片上層有效邊上層有效邊端接部分端接部分端接部分端接部分下層有效邊下層有效邊線圈首端線圈首端線圈尾端線圈尾端作用：作用：用于產(chǎn)生感應(yīng)電用于產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過(guò)電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)勢(shì)和通過(guò)電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。電電樞樞線線圈圈電樞繞組：電樞繞組：電樞線圈按一定規(guī)律連接形成。其并聯(lián)支路對(duì)數(shù)用a表示。單疊繞組：a=p單波繞組：a=1單波、單疊繞組聯(lián)接示意圖單波、單疊繞組聯(lián)接示意圖換向器換向器材

9、料：材料：采用導(dǎo)電性能好、硬度大、耐磨采用導(dǎo)電性能好、硬度大、耐磨性能好的紫銅或銅合金制成。性能好的紫銅或銅合金制成。 作用：作用：實(shí)現(xiàn)電刷內(nèi)外實(shí)現(xiàn)電刷內(nèi)外 交直流的轉(zhuǎn)換。交直流的轉(zhuǎn)換。由許多燕尾狀的銅片間由許多燕尾狀的銅片間隔絕緣云母片而成隔絕緣云母片而成主極極靴和電樞間主極極靴和電樞間的間隙。不均勻。的間隙。不均勻。3、氣隙、氣隙作用：作用：保證了電保證了電機(jī)的轉(zhuǎn)子的正常機(jī)的轉(zhuǎn)子的正常旋轉(zhuǎn)，又是磁路旋轉(zhuǎn)，又是磁路的重要組成部分。的重要組成部分。小型電機(jī)氣隙約小型電機(jī)氣隙約為為0.70.75 5mmmm；大；大型電機(jī)氣隙可達(dá)型電機(jī)氣隙可達(dá)5 51010mm mm 。三、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三、

10、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)型號(hào)電機(jī)型號(hào)銘牌數(shù)據(jù)主要有：銘牌數(shù)據(jù)主要有：額定功率額定功率額定電壓額定電壓額定電流額定電流額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速額定勵(lì)磁電流額定勵(lì)磁電流勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式出廠數(shù)據(jù)如出廠編號(hào)、出廠日期等出廠數(shù)據(jù)如出廠編號(hào)、出廠日期等Z 27 2 一般用途直流電機(jī)一般用途直流電機(jī) 第二次改型設(shè)計(jì)第二次改型設(shè)計(jì) 機(jī)座號(hào)機(jī)座號(hào) 電樞鐵心長(zhǎng)度電樞鐵心長(zhǎng)度1 1、電機(jī)型號(hào)、電機(jī)型號(hào)1號(hào)為短鐵心，號(hào)為短鐵心，2 號(hào)為長(zhǎng)鐵心號(hào)為長(zhǎng)鐵心1號(hào)最小，號(hào)最小，12 號(hào)最大號(hào)最大型號(hào)表明電機(jī)所屬的系列及主要型號(hào)表明電機(jī)所屬的系列及主要特性。知道了型號(hào)，可從相關(guān)手特性。知道了型號(hào)，可從相關(guān)手冊(cè)中查出電機(jī)的許多技術(shù)數(shù)據(jù)。冊(cè)

11、中查出電機(jī)的許多技術(shù)數(shù)據(jù)。2、額定值、額定值(1)額定功率額定功率PN PN(kw) 是指在規(guī)定的工作條件下，長(zhǎng)期運(yùn)行是指在規(guī)定的工作條件下，長(zhǎng)期運(yùn)行允許輸出的功率。對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指正負(fù)電刷之間輸出允許輸出的功率。對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指正負(fù)電刷之間輸出的電功率；對(duì)于電動(dòng)機(jī)，則是指軸上輸出的機(jī)械功率。的電功率；對(duì)于電動(dòng)機(jī)，則是指軸上輸出的機(jī)械功率。(2)額定電壓額定電壓N UN(V)對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指在額定電流下輸對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指在額定電流下輸出額定功率時(shí)的端電壓；對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，是指所規(guī)定的正常出額定功率時(shí)的端電壓；對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，是指所規(guī)定的正常工作時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)兩端的直流電源電壓。工作時(shí)，

12、加在電動(dòng)機(jī)兩端的直流電源電壓。(3)額定電流額定電流I IN I IN(A)是直流電機(jī)正常工作時(shí)輸出或輸入的是直流電機(jī)正常工作時(shí)輸出或輸入的最大電流值。最大電流值。對(duì)于發(fā)電機(jī)，三個(gè)額定值之間的關(guān)系為 PN=UNIN 對(duì)于電動(dòng)機(jī)，三個(gè)額定值之間的關(guān)系為 PN=UNINN (4)額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN nN (r/min)是指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。是指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。額定效率；額定效率； N =（PN/P1）*%例例1-3 一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)， PN=10KW，UN=230V，nN=2850r/min， N=85%。求其額定電流和額定負(fù)。求其額定電流和額定負(fù)載時(shí)的輸入功率。載時(shí)的輸

13、入功率。 。AAUPINNN48.4323010103kWWWPPNN76.111176085. 0101031解解 例例1-4 一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，PN=17KW，UN=220V，nN=1500r/min， N=83%。求其額定電流和額定負(fù)。求其額定電流和額定負(fù)載時(shí)的輸入功率。載時(shí)的輸入功率。 解解 AAUPINNNN1 .9383. 022010173kWWWPPNN48.202048283. 01017313、勵(lì)磁方式、勵(lì)磁方式直流電機(jī)運(yùn)行性能與勵(lì)磁方式密切相關(guān)，因此直流電機(jī)的直流電機(jī)運(yùn)行性能與勵(lì)磁方式密切相關(guān)，因此直流電機(jī)的分類以勵(lì)磁方式分類分類以勵(lì)磁方式分類 電樞繞組與勵(lì)

14、磁繞組并聯(lián)電樞繞組與勵(lì)磁繞組串聯(lián)勵(lì)磁繞組單獨(dú)供電有并勵(lì)又有串勵(lì)繞組 4. 直流電機(jī)出線端子的標(biāo)志直流電機(jī)出線端子的標(biāo)志 繞組名稱繞組名稱 出線端標(biāo)志出線端標(biāo)志繞組名稱繞組名稱出線端標(biāo)志出線端標(biāo)志 電樞繞組電樞繞組 A1 A2 串勵(lì)繞組串勵(lì)繞組 D1 D2換向極換向極繞組繞組 B1 B2 并勵(lì)繞組并勵(lì)繞組 E1 E2 補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組 C1 C2他勵(lì)繞組他勵(lì)繞組 F1 F2注：下標(biāo)“1”是首端，為正極；下標(biāo)“2”是末端，為負(fù)極例例1-5 在下圖中畫(huà)出并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際接線圖在下圖中畫(huà)出并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際接線圖 解：解：換向級(jí)繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián)，勵(lì)磁繞組再與它們并聯(lián)。Z系列：一般用途直流電動(dòng)

15、機(jī)系列：一般用途直流電動(dòng)機(jī) （如（如 Z2， Z3，Z4等系列）；等系列）；ZF系列：一般用途直流發(fā)電機(jī)系列：一般用途直流發(fā)電機(jī)ZT系列：廣調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)；系列：廣調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)；ZZJ系列：冶金起重機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)；系列：冶金起重機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)；ZQ系列：直流牽引電動(dòng)機(jī)；系列：直流牽引電動(dòng)機(jī)；ZH系列：船用直流電動(dòng)機(jī)；系列：船用直流電動(dòng)機(jī)； ZA系列：防爆安全型直流電動(dòng)機(jī)；系列：防爆安全型直流電動(dòng)機(jī)； ZKJ系列：挖掘機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)；系列：挖掘機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)； ZJ系列：精密機(jī)床用直流電動(dòng)機(jī)；系列：精密機(jī)床用直流電動(dòng)機(jī)； 四、直流電機(jī)的主要系列簡(jiǎn)介四、直流電機(jī)的主要系列簡(jiǎn)介第二節(jié)第二節(jié) 直流電

16、機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)一、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)一、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 直流電機(jī)空載時(shí)（發(fā)電機(jī)與外電路斷開(kāi)；電直流電機(jī)空載時(shí)（發(fā)電機(jī)與外電路斷開(kāi)；電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)載），電樞電流為零或近似動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)載），電樞電流為零或近似為零。為零。因而空載磁場(chǎng)可以認(rèn)為僅僅是勵(lì)磁電流通因而空載磁場(chǎng)可以認(rèn)為僅僅是勵(lì)磁電流通過(guò)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通勢(shì)過(guò)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通勢(shì)Ff所建立的。所建立的。 直流電機(jī)的磁場(chǎng)，是直流電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)的磁場(chǎng)，是直流電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩必不可少的因素，而且直流電機(jī)的和電磁轉(zhuǎn)矩必不可少的因素，而且直流電機(jī)的運(yùn)行特性，在很大程度上也取決于磁場(chǎng)特性運(yùn)行特性，在很大程度

17、上也取決于磁場(chǎng)特性 由勵(lì)磁磁通勢(shì)由勵(lì)磁磁通勢(shì)Ff所建立的空所建立的空載磁場(chǎng)分為兩類磁通：載磁場(chǎng)分為兩類磁通：主磁通0、漏磁通。一般0 主磁通0對(duì)應(yīng)的主磁路其組成分為氣隙、電樞齒、電樞磁軛、主磁極、定子磁軛五部分，或簡(jiǎn)化為主磁路由氣隙和鐵磁材料兩大部分組成。 由于空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)比鐵磁材料的磁導(dǎo)率小，磁路的勵(lì)磁磁通勢(shì)Ff幾乎都消耗在氣隙部分，而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)常稱為空載氣隙磁場(chǎng)。 直流電機(jī)空載磁場(chǎng)分布直流電機(jī)空載磁場(chǎng)分布1-極靴 2-磁身 3-定子磁軛4-勵(lì)磁線圈 5-氣隙 6-電樞齒 7-電樞磁軛二、直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)二、直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)l直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組中便有電

18、流通過(guò)，產(chǎn)生電樞磁通勢(shì)。該磁通勢(shì)所建立的磁場(chǎng)，稱為電樞磁場(chǎng)。電樞磁場(chǎng)與主極磁場(chǎng)一起，在氣隙內(nèi)建立一個(gè)負(fù)載（合成）磁場(chǎng)。l由于負(fù)載后電樞磁場(chǎng)的出現(xiàn)，對(duì)主極磁場(chǎng)的分布有明顯的影響。這種電樞磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)（空載磁場(chǎng)）的影響稱為電樞反應(yīng)。 直流電動(dòng)機(jī)合成磁場(chǎng)形成：主極磁場(chǎng)直流電動(dòng)機(jī)合成磁場(chǎng)形成：主極磁場(chǎng)+電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：1）使磁力線扭斜，主極磁場(chǎng)發(fā)生畸變，物理中性線偏移；2) 使每極合成磁通比空載時(shí)每極主磁通0略小，稱去磁作用。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載越大，電械負(fù)載越大，電樞反應(yīng)的影響就樞反應(yīng)的影響就越大，但正是電越大，但正是電樞磁通勢(shì)與主極樞磁通勢(shì)與主極磁場(chǎng)相互

19、作用而磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。第三節(jié)第三節(jié) 電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì) 一、電磁轉(zhuǎn)矩一、電磁轉(zhuǎn)矩T 在直流電機(jī)中, 電磁轉(zhuǎn)矩T是由電樞電流與磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的電磁力所形成的。經(jīng)推導(dǎo)電磁轉(zhuǎn)矩可用下式來(lái)表示： TCT Ia 式中 T 轉(zhuǎn)矩常數(shù)；T=Np/(2a)取決于電機(jī)的結(jié)構(gòu)，即 在制成的電機(jī)中，p、N（電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)）、 a均為定值； 每極下的合成磁通(Wb)； 當(dāng)當(dāng)I Ia為為(A)時(shí)時(shí), 電磁轉(zhuǎn)矩單位為電磁轉(zhuǎn)矩單位為N.m。 可見(jiàn)對(duì)已制成的電機(jī)可見(jiàn)對(duì)已制成的電機(jī), 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T正比于氣隙每極磁通正比于氣隙每極磁

20、通 及電及電樞電流樞電流I Ia。第三節(jié)第三節(jié) 電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)二、電樞電動(dòng)勢(shì)二、電樞電動(dòng)勢(shì)Ea 在直流電機(jī)中, 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于電樞繞組和磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng), 即導(dǎo)線切割磁力線而產(chǎn)生的。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可推得： EaCe n 式中 Ce電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，Ce Np/(60a)。取決于電機(jī)的結(jié)構(gòu) 當(dāng)每極磁通當(dāng)每極磁通 、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n的單位分別是的單位分別是Wb、r/min時(shí)時(shí), 電樞電動(dòng)電樞電動(dòng)勢(shì)的單位為勢(shì)的單位為V。 可見(jiàn)：對(duì)已制成的電機(jī)可見(jiàn)：對(duì)已制成的電機(jī), Ea正比于每極磁通正比于每極磁通 和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速n； 另：轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT與電勢(shì)常數(shù)Ce之間有固定的比值關(guān)系： CTCe

21、(Np/2a)/(Np/60a)=9.55例例1-6 一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，2p=4，電樞繞組為單疊繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=216，額定轉(zhuǎn)速nN=1469r/min，每極磁通=2.2 10-2Wb，求： 1）此發(fā)電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 2）此發(fā)電機(jī)若作為電動(dòng)機(jī)使用，當(dāng)電樞電流為800A時(shí)，能產(chǎn)生多大電磁轉(zhuǎn)矩？ 解解 先求出電動(dòng)勢(shì)常數(shù) 6 . 3260216260apNCemNmNICTCCVVnCEaTeTea605)800102 . 24 .34(4 .346 . 355. 955. 96 .115)1460102 . 26 . 3 (22Pem= EaIa= (pN/60a)n Ia =(pN

22、/2a)Ia (2n/60) =T第三節(jié)第三節(jié) 電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)三、電磁功率三、電磁功率Pem 對(duì)電動(dòng)機(jī)而言電動(dòng)勢(shì)Ea是反電動(dòng)勢(shì)，電源電壓U必須大于電動(dòng)勢(shì)Ea把電流Ia灌入。從上式的推導(dǎo)過(guò)程可見(jiàn)，電動(dòng)勢(shì)Ea與電樞電流Ia的乘積是電功率屬性的電磁功率Pem，經(jīng)過(guò)電磁作用轉(zhuǎn)換為等量的機(jī)械功率屬性的電磁功率Pem ，所以Pem是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的橋梁。橋梁橋梁電功率屬性電功率屬性機(jī)械功率屬性機(jī)械功率屬性Pem第四節(jié)第四節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖及電路圖電動(dòng)機(jī)慣例：電動(dòng)機(jī)慣例：Ea與與I Ia反向反向, T與與n

23、同方向同方向TL與與n反方向反方向電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的基本方程式：基本方程式：電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、功率平衡方程式功率平衡方程式一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式 根據(jù)電路的基爾霍夫定律可以寫(xiě)出電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式： U=EaIaRa 式中 Ra 電樞回路總電阻 Ia他勵(lì)電動(dòng)機(jī) Ia=I ； 并勵(lì)電動(dòng)機(jī) Ia=I-If 對(duì)于電動(dòng)機(jī)：U Ea，Ea與Ia反方向一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2、功率平衡方程式、功率平衡方程式 電機(jī)在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換中，一部分

24、能量不能被利用，這部分能量稱為損耗。直流電機(jī)的損耗可分為： pm：由各類摩擦引起的機(jī)械損耗 pFe：鐵心損耗(磁滯與渦流之和) pcua：電樞回路銅耗pcua = Ia2Ra pf： 勵(lì)磁回路銅耗pf（=UIf=RfIf2）； ps： 附加損耗空載損耗p0即不變損耗因此，功率平衡方程式，就是扣除損耗的過(guò)程。因此，功率平衡方程式，就是扣除損耗的過(guò)程?？勺儞p耗一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2、功率平衡方程式、功率平衡方程式 P P1 1= =UIUI= =UIUIa a =( =(E Ea aI Ia aR Ra a) )I Ia a= = E Ea aI Ia aI Ia

25、a2 2R Ra a = =P Pememp pcuacua 上式說(shuō)明：當(dāng)上式說(shuō)明：當(dāng)他勵(lì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)接上電源直流電動(dòng)機(jī)接上電源U時(shí)時(shí),電樞電樞繞組中流過(guò)電流繞組中流過(guò)電流I Ia, 電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)輸入的電功率電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)輸入的電功率P P1 1= =UIUI= =UIUIa a中的小部份消耗于電樞銅耗，大部份作中的小部份消耗于電樞銅耗，大部份作為電磁功率轉(zhuǎn)換成了機(jī)械功率。為電磁功率轉(zhuǎn)換成了機(jī)械功率。 但轉(zhuǎn)變成機(jī)械屬性的但轉(zhuǎn)變成機(jī)械屬性的Pem還要扣除鐵耗、機(jī)械損還要扣除鐵耗、機(jī)械損耗、附加損耗才是輸出的機(jī)械功率耗、附加損耗才是輸出的機(jī)械功率P2 P2=PempFepmps =Pem p0 一

26、、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2、功率平衡方程式、功率平衡方程式 注意：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁注意：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁銅耗銅耗pf由其他電源提供。由其他電源提供。而并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的而并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的pf由同一由同一電源提供，所以并勵(lì)電動(dòng)電源提供，所以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式中還機(jī)的功率平衡方程式中還應(yīng)包括勵(lì)磁銅耗應(yīng)包括勵(lì)磁銅耗pf 。上述的功率平衡關(guān)系可用功率流程圖形象的表示：上述的功率平衡關(guān)系可用功率流程圖形象的表示：一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式3、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式由： P2/=Pem/ - p0/得：T2=T-T0 或 T=T2+T0 T2 電動(dòng)

27、機(jī)軸上輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。它與軸上所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 相平衡, 即T2=TL。 T0 電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩, 與轉(zhuǎn)向相反；由空載損耗產(chǎn)生,數(shù)值很小。 電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，拖動(dòng)性質(zhì)的電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，拖動(dòng)性質(zhì)的T與制動(dòng)性質(zhì)的與制動(dòng)性質(zhì)的TL+ T0相平衡相平衡電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的常用計(jì)算公式：負(fù)載轉(zhuǎn)矩： T2=P2/=P2/(2n/60)=9.55P2/n (Nm)在額定情況下, TN=9.55PN/nN (Nm)同理： T=9.55Pem /n (Nm)例例1-7 一臺(tái)他勵(lì)直流電機(jī)接在220V電網(wǎng)上運(yùn)行，已知， ,372 , 2 , 1Npa ,101 . 1 min,/15002WbrnWpWpmFe204 ,

28、362,208. 0R a，求： 1）此電機(jī)是發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行？ 2）電磁轉(zhuǎn)矩、輸入功率和效率各為多少？ 解解 1）判斷一臺(tái)直流電機(jī)是何種運(yùn)行狀態(tài)，可比較電樞電動(dòng)勢(shì)和端電壓的大小，即VVnapNEa6 .204)1500101 . 11603722(602因?yàn)?aEU 故此電機(jī)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 2）求和1、PT 根據(jù) aaaRIEU則 AAREUIaaa74208. 0)6 .204220()（電磁轉(zhuǎn)矩 mNmNIapNTa38.96)74101 . 1123722(22輸入功率 kWWWUIUIPa28.1616280)74220(1輸出功率 kWWWppIEppPPmFeaamF

29、eem574.1414574)204362746 .204( 2效率 %5 .89%10028.16574.14%10012PP,6 .83,110,5 . 7AIVUkWPNNNmin/750rnN例1-8 一臺(tái)Z2-17型直流電動(dòng)機(jī)，額定數(shù)據(jù)為：空載時(shí)測(cè)得電流為10A。求： 1）空載損耗（忽略空載銅耗）。 2）空載轉(zhuǎn)矩。 3）額定負(fù)載下的電磁轉(zhuǎn)矩。解解 1）空載損耗 kWWWIUpN1 . 11100)10110(00 2）空載轉(zhuǎn)矩 mNmNnppT 955. 9000 3）額定負(fù)載下的電磁轉(zhuǎn)矩 mNmNTmNmNnPTNNN5 .109)145 .95(5 .9

30、5750750055. 955. 90TTTN二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指U=UN=常數(shù), 電樞回路不串入附加電阻, 勵(lì)磁電流If=IfN時(shí), 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率與輸出功率P2之間的關(guān)系, 即：)(2Pfn )(2PfT )(2Pf當(dāng)當(dāng)P2P1I II Ia a所以，工作特性也可看成n、T、 與I Ia a的關(guān)系。的關(guān)系。二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1、轉(zhuǎn)速特性)(2Pfn eaaeaCRIUCEn)(當(dāng)電機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載增大時(shí), 輸出的機(jī)械功率P2隨之增大, 輸入功率P1和電樞電流Ia也隨之增加, 電樞電阻壓降增

31、大, 使轉(zhuǎn)速n降低。但隨著電樞電流的增加, 電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通減小, 又使轉(zhuǎn)速n上升。一般情況, 電樞電阻壓降的影響較大, 所以, 轉(zhuǎn)速特性是一條略微向下傾斜的曲線, 如曲線1所示。二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性2 、轉(zhuǎn)矩特性)(2PfT T=T2+T0= 9.55P2/n+T0如果n不變, 則輸出轉(zhuǎn)矩T2與P2成正比關(guān)系。T2=f(P2)特性曲線是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線?？紤]到P2增大時(shí), n略有下降, 故T2=f(P2)曲線呈略為上翹趨勢(shì)。而T=f(P2)特性曲線與比T=f(P2)曲線高一個(gè)空載轉(zhuǎn)矩T0,如圖所示的曲線2。二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性二、直流電動(dòng)機(jī)的工

32、作特性%100%100%100202202212aacuaRIpPPppPPPP2 、效率特性)(2Pf當(dāng)P2從零 ,Ia值很小, 可變損耗Ia2Ra很小, 電機(jī)損耗以不變損耗p0為主，損耗小。這樣, 輸出功率P2的增大比P1增大的快， 效率上升很快。隨后因可變損耗Ia2Ra隨電流按平方關(guān)系增大，使總損耗的增加很快, P2的增大比P1增大的慢，效率有所下降，如圖曲線3所示。可見(jiàn)效率曲線存在最大值，電機(jī)在空載、輕載時(shí)效率低, 因此在使用和選擇電機(jī)上應(yīng)盡量使電機(jī)工作在高效率的區(qū)域。在使用和選擇電機(jī)上應(yīng)盡量使電機(jī)工作在高效率的區(qū)域。 第五節(jié)第五節(jié) 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 直流電機(jī)電樞繞組中一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷從直流電機(jī)電樞繞組中一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷從一個(gè)支路轉(zhuǎn)換到另一個(gè)支路時(shí)，電流方向改變一個(gè)支路轉(zhuǎn)換到另一個(gè)支路時(shí)，電流方向改變的過(guò)程為換向。當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后，元件中的電的過(guò)程為換向。當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后，元件中的電流經(jīng)過(guò)電刷時(shí)，電流方向會(huì)發(fā)生變化。換向不流經(jīng)過(guò)電刷時(shí)，電流方向會(huì)發(fā)生變化。換向不良會(huì)在電刷下產(chǎn)生電火花，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)環(huán)火將良會(huì)在電刷下產(chǎn)生電火花，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)環(huán)火將燒毀電刷，導(dǎo)致電機(jī)不能正常運(yùn)行。燒毀電刷，導(dǎo)致電機(jī)不能正常運(yùn)行。 換向問(wèn)題涉及電磁、機(jī)械、化