電機與電力拖動第一章直流電機

1、 第第一章一章 直直 流流 電電 機機 本章以直流電動機為討論的主要本章以直流電動機為討論的主要對象，分析直流電機的工作原理、結(jié)對象，分析直流電機的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路、運行原理及換向等構(gòu)、電路、磁路、運行原理及換向等問題，為電力拖動系統(tǒng)提供元件的性問題，為電力拖動系統(tǒng)提供元件的性能知識。能知識。電機的分類電機的分類電機：應(yīng)用電磁原理實現(xiàn)電機：應(yīng)用電磁原理實現(xiàn)電能與機械能電能與機械能互換的互換的裝置裝置發(fā)發(fā)電機：電機：將將機械能轉(zhuǎn)換為電能的電機機械能轉(zhuǎn)換為電能的電機電動機：電動機：將將電能轉(zhuǎn)換為機械能的電機電能轉(zhuǎn)換為機械能的電機按照產(chǎn)生或取用電能種類的不同，電機分為按照產(chǎn)生或取用電能種類

2、的不同，電機分為直流電機直流電機與與交流電機交流電機。產(chǎn)生電能的稱為發(fā)電機，取用電能的稱為。產(chǎn)生電能的稱為發(fā)電機，取用電能的稱為電動機電動機電動機分為電動機分為交流電動機交流電動機和和直流電動機直流電動機兩大類交流電動兩大類交流電動機又分為機又分為單相單相的和的和三相的，異步的和同步的三相的，異步的和同步的。直流電。直流電動機按照勵磁方式的不同分為動機按照勵磁方式的不同分為他勵、并勵、串勵和復(fù)他勵、并勵、串勵和復(fù)勵勵四種。四種。 1.11.1 直流電機工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機工作原理及結(jié)構(gòu)1.1.1 直流電機的工作直流電機的工作原理原理1、直流發(fā)電機的工作原理：、直流發(fā)電機的工作原理：如如圖所示

3、圖所示直流發(fā)電機的工作原理直流發(fā)電機的工作原理 從從以上分析可以看出，線圈中的電動勢及以上分析可以看出，線圈中的電動勢及電流的方向是交變的，只是經(jīng)過電刷和換電流的方向是交變的，只是經(jīng)過電刷和換向片的整流作用，才使外電路得到方向不向片的整流作用，才使外電路得到方向不變的直流電。直流發(fā)電機實質(zhì)上是帶有換變的直流電。直流發(fā)電機實質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機。向器的交流發(fā)電機。2、直流電動機的工作原理：、直流電動機的工作原理：在在直流電動機中，線圈中的電流是交變的，直流電動機中，線圈中的電流是交變的，但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向是恒定的。但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向是恒定的。 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理

4、3、直流電機的可逆性：、直流電機的可逆性： 一臺直流電機原則上既可以作為電動機運一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已同而已如果用原動機拖動電樞旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引如果用原動機拖動電樞旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電源對負(fù)載供電；出直流電動勢而作為直流電源對負(fù)載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動機就可以帶如果在電刷端外加直流電壓，則電動機就可以帶動軸上的機械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機動軸上的機械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機械能。械能。這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原這種同一臺電機

5、能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為理，在電機理論中稱為可逆原理?？赡嬖?。1.1.21.1.2直流電機的主要結(jié)構(gòu)直流電機的主要結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞電樞：轉(zhuǎn)軸、：轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心電樞鐵心、繞組、繞組、換向器換向器、風(fēng)扇、風(fēng)扇定子：定子：機座機座、主磁極、主磁極、換向極換向極、端蓋、端蓋、電刷電刷 直流電機由靜止的部分直流電機由靜止的部分定子定子和旋轉(zhuǎn)的部分和旋轉(zhuǎn)的部分轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成：兩大部分構(gòu)成：定子部分：包括機座、主磁極、換向極和電刷裝定子部分：包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等置等1）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵（由鐵心

6、和勵磁繞組構(gòu)成），為了盡可能的鐵（由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成），為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用11.2mm厚的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺厚的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。釘固定在機座上。 主磁極的作用：在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立主磁極的作用：在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場磁場, ,使電樞繞組在此磁場的作用下感應(yīng)電動使電樞繞組在此磁場的作用下感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩. .2）換向極：又稱）換向極：又稱附加極附加極或或間極間極。作用：改善換。作用：改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，由鐵心和向。換向極裝在相鄰兩主極之間，由鐵心

7、和繞組構(gòu)成。繞組構(gòu)成。3）機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，）機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用。因此要求機座有好的導(dǎo)磁機械支承的作用。因此要求機座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機械強度與剛度。機座通常用性能及足夠的機械強度與剛度。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。鑄鋼或厚鋼板焊成。主磁極主磁極換向極換向極1主磁極鐵心主磁極鐵心2勵磁繞組勵磁繞組3機座機座1換向極鐵心換向極鐵心2換向極繞組換向極繞組4）電刷裝置：作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與電刷裝置：作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配靜止的外

8、電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。合，起到整流或逆變器的作用。 1刷握刷握2電刷電刷3壓緊彈簧壓緊彈簧4銅絲辮銅絲辮轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等1）電樞鐵心：電機主磁路的一部分，用來嵌放電）電樞鐵心：電機主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中因磁通樞繞組，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。厚的兩面涂有絕緣

9、漆的硅鋼片疊壓而成。2）電樞繞組：電樞繞組由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線）電樞繞組：電樞繞組由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，是直流電機的圈組成，是直流電機的主要電路主要電路部分，也是通過部分，也是通過電流和感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)電流和感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。鍵性部件。3）換向器：由許多換向片組成，換向片間用云母絕）換向器：由許多換向片組成，換向片間用云母絕緣，整體成圓筒形。換向片靠燕尾槽結(jié)構(gòu)夾緊。緣，整體成圓筒形。換向片靠燕尾槽結(jié)構(gòu)夾緊。 1.1.31.1.3直流電機的額定值直流電機的額定值 為了使電機安全可靠地工作，且保持優(yōu)良的為了使電機安全可靠地工作，且保持優(yōu)

10、良的運行性能，電機廠家根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及電機的設(shè)計運行性能，電機廠家根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及電機的設(shè)計數(shù)據(jù)，對每臺電機在運行中的電壓、電流、功率、數(shù)據(jù)，對每臺電機在運行中的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)定了保證值，這些保證值稱為轉(zhuǎn)速等規(guī)定了保證值，這些保證值稱為電機的額電機的額定值定值。直流電機的額定值有：。直流電機的額定值有： 額定功率額定功率 PN（kW） 額定電壓額定電壓 UN（V） 額定電流額定電流 IN （A） 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN （rmin） 勵磁方式和額定勵磁電流勵磁方式和額定勵磁電流 IfN（A）1.1.額定功率額定功率P PN N：指在額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)指在額定電壓、額定電流、額定

11、轉(zhuǎn)速條件下工作的輸出功率速條件下工作的輸出功率(1).(1).電動機：軸上輸出的機械功率電動機：軸上輸出的機械功率電動機的輸入功率電動機的輸入功率P P1 1=U=UN NxIxIN N電動機的機械功率電動機的機械功率P PN N=U=UN NxIxIN NxxN N(2).(2).發(fā)電機：電樞輸出的電功率發(fā)電機：電樞輸出的電功率發(fā)電機的輸入功率發(fā)電機的輸入功率P P1 1= =機械功率機械功率發(fā)電機的輸出功率發(fā)電機的輸出功率P PN N=U=UN NxIxIN N= P= P1 1xxN N 注意：注意：額定功率額定功率，是指電機的額定是指電機的額定輸出功率輸出功率。對直流發(fā)電機來說，是指電

12、刷端輸出的電功率；對直流發(fā)電機來說，是指電刷端輸出的電功率；對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率。直流發(fā)電機直流發(fā)電機的的額定功率額定功率直流電動機的直流電動機的額定功率額定功率NNNIUPNNNNIUPN為額定效率2.2.額定電壓額定電壓U UN N：安全工作的外加電壓安全工作的外加電壓 或輸出電壓或輸出電壓 。3.3.額定電流額定電流I IN N：安全工作的外加電流安全工作的外加電流 或輸出電流或輸出電流 。4.4.額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速n nN N：在額定電壓、額定電流、額定功率在額定電壓、額定電流、額定功率 條件下工作時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。條件下工作時，

13、對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。602 nTTPfNI額定勵磁電流對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流指直流電機的勵磁線圈指直流電機的勵磁線圈與電樞線圈的連接方式與電樞線圈的連接方式勵磁方式5.5.1.2 1.2 直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組 電樞繞組是直流電機的核心電樞繞組是直流電機的核心部分之一，部分之一，在在電機的機電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。電機的機電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。電樞繞組須滿足以下要求：電樞繞組須滿足以下要求：在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢前提下，在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢前提下，盡可

14、能節(jié)省有色金屬和絕緣材料盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠。結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠。 1.2.1 1.2.1 名詞術(shù)語介紹名詞術(shù)語介紹磁極軸線：磁極軸線：主磁極的中心線；主磁極的中心線；幾何中性線：幾何中性線：相鄰兩個主磁極之間的平分線；相鄰兩個主磁極之間的平分線；極對數(shù)極對數(shù)： p ；極距極距 ：在電樞鐵心表面上，一個極所占的在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離?？捎貌蹟?shù)表示，距離?？捎貌蹟?shù)表示， =Z / 2 p（槽），（槽），式中式中Z 為電樞總槽數(shù)；為電樞總槽數(shù)； 元件（線圈）：元件（線圈）：是繞組的一個基本單元，可是繞組的一個基本單元，可為單匝，也可為多匝為單匝，也可為多匝 ；

15、元件節(jié)距元件節(jié)距 y1（第一節(jié)距）：第一節(jié)距）：元件兩條有效邊間的距離。以元件兩條有效邊間的距離。以槽數(shù)計，總是整數(shù)槽數(shù)計，總是整數(shù) :是使湊成整數(shù)的分?jǐn)?shù)。（是使湊成整數(shù)的分?jǐn)?shù)。（y1應(yīng)等于或盡量接近應(yīng)等于或盡量接近于于 ，以以使元件產(chǎn)生的電動勢最大。使元件產(chǎn)生的電動勢最大。整距、短距、長距整距、短距、長距元件的概念）元件的概念） 第二節(jié)距第二節(jié)距 y2：元件串接過程中，第元件串接過程中，第1元件的下層邊與第元件的下層邊與第2元元件的上層邊間的距離。以槽數(shù)計。件的上層邊間的距離。以槽數(shù)計。合成節(jié)距合成節(jié)距 y：相鄰兩串聯(lián)元件間的距離。以槽數(shù)計。（單疊相鄰兩串聯(lián)元件間的距離。以槽數(shù)計。（單疊繞組

16、：繞組： y= y1- y2=1） 換向節(jié)距換向節(jié)距 yk：同一元件的首端和尾端在換向器上所跨的換同一元件的首端和尾端在換向器上所跨的換向片數(shù)。向片數(shù)。通常用換向片數(shù)通常用換向片數(shù)K K來表示。來表示。 (在數(shù)值上在數(shù)值上 yk = y）pZy21整數(shù)整數(shù)1.2.2 1.2.2 單疊繞組單疊繞組 元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片上，向片上，yk = 1 ，第一個元件的下層邊（虛線）第一個元件的下層邊（虛線）連接著第二個元件的上層邊，第二個元件的上層連接著第二個元件的上層邊，第二個元件的上層邊放在第一元件上層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。下面邊放在第一元件上

17、層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。下面通過例子說明單疊繞組的連接及特點。通過例子說明單疊繞組的連接及特點。例例:已知某直流電機的極對數(shù)已知某直流電機的極對數(shù) p =2 ，槽數(shù)槽數(shù)Z，元元件件數(shù)數(shù)S及換向片數(shù)及換向片數(shù)K為為 Z = S=K=16 ,試畫出單疊繞組試畫出單疊繞組展開圖。展開圖。解：解：1計算繞組數(shù)據(jù)計算繞組數(shù)據(jù)因為是單疊，所以因為是單疊，所以 2畫繞組展開圖畫繞組展開圖: 為了清晰和直觀起見，工程上都把電機的為了清晰和直觀起見，工程上都把電機的電樞繞組圖畫成沿電樞軸線切開，展成平面的電樞繞組圖畫成沿電樞軸線切開，展成平面的繞組展開圖。繞組展開圖。 4221621pZy1kyy（1）先畫）先畫

18、16根等長、等距的實線，代表各槽上層根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下根等長等距的虛線，代表各槽下層元層元件邊。實際上一根實線和一根虛線代表一個件邊。實際上一根實線和一根虛線代表一個槽，依次把槽編上號，如圖所示；槽，依次把槽編上號，如圖所示；（2 2）根據(jù)）根據(jù) y1 ，畫出第一個元件的上下層邊（，畫出第一個元件的上下層邊（1 15 5槽），令上層邊所在的槽號為元件號；槽），令上層邊所在的槽號為元件號； （3 3）接上換向片，）接上換向片，1 1、2 2片之間對準(zhǔn)元件中心線，片之間對準(zhǔn)元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號；之后等分換向器

19、，定出換向片號；（4 4）畫出第二個元件，上層邊在第）畫出第二個元件，上層邊在第2 2槽，與第一個槽，與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6 6槽與槽與3 3號換向號換向片片聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把1616個元件全部聯(lián)起來。個元件全部聯(lián)起來。 （5）放磁極：磁）放磁極：磁極均極均勻分布在圓周上勻分布在圓周上，極距為，極距為，N極磁力極磁力 線垂直向里（進入紙面），線垂直向里（進入紙面），S極向外（從極向外（從紙面穿出紙面穿出 （6）放電刷：對準(zhǔn)在磁極軸線下，畫一個換向片寬）放電刷：對準(zhǔn)在磁極軸線下，畫一個換向片寬（實際上（實際上K很多，電刷寬很多

20、，電刷寬23片寬）。并把相片寬）。并把相同極性下的電刷并聯(lián)起來。實際運行時，電刷是同極性下的電刷并聯(lián)起來。實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，被電刷所短路的元件，靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，被電刷所短路的元件，永遠都是處于電機的幾何中性線，其感應(yīng)電動勢永遠都是處于電機的幾何中性線，其感應(yīng)電動勢是接近零的。是接近零的。為使正、負(fù)電刷間引出的電動勢最為使正、負(fù)電刷間引出的電動勢最大，我們已知被電刷所短路的元件電動勢為零，大，我們已知被電刷所短路的元件電動勢為零，在元件端接線對稱的情況下，電刷的在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置實際位置應(yīng)應(yīng)在磁極軸線下，習(xí)慣上稱為在磁極軸線下，習(xí)慣上稱為“電

21、刷放在幾何中性電刷放在幾何中性線位置線位置”，是指被電刷所短路的元件處于電機的，是指被電刷所短路的元件處于電機的幾何中性線。幾何中性線。單疊繞組電路圖單疊繞組電路圖 為了進一步說明單疊繞組各個元件的聯(lián)接次序為了進一步說明單疊繞組各個元件的聯(lián)接次序及其電動勢分布情況，按上圖各元件的聯(lián)接順及其電動勢分布情況，按上圖各元件的聯(lián)接順序，可得到繞組電路圖。序，可得到繞組電路圖。從圖從圖中中可以看出，每可以看出，每個極下的元件組成一條支路，這就是說，個極下的元件組成一條支路，這就是說，單疊單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機的極數(shù)繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機的極數(shù)，即，即 2a=2p（a為并聯(lián)支路對數(shù)）。這是

22、單疊繞組的為并聯(lián)支路對數(shù)）。這是單疊繞組的重要特點之一。重要特點之一。（1）元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片上；）元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片上；（2）并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，）并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)， 2a=2p ； （3）整個電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動勢的總）整個電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動勢的總和為零，繞組內(nèi)部無和為零，繞組內(nèi)部無“環(huán)流環(huán)流”；（4）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)； （5）正負(fù)電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電）正負(fù)電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電

23、壓等于支路電壓；動勢，電樞電壓等于支路電壓；（6）由正負(fù)電刷引出的電樞電流）由正負(fù)電刷引出的電樞電流 Ia 為各支路電流之為各支路電流之和，即和，即 Ia=2aia（式中（式中ia 為每一條支路的電流，即繞為每一條支路的電流，即繞組元件中流過的電流）。組元件中流過的電流）。 單疊繞組具有以下特點：單疊繞組具有以下特點： 在元件端接線對稱的情況下，在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置應(yīng)在磁極軸線下，電刷的實際位置應(yīng)在磁極軸線下，此時，正負(fù)電刷間引出的電動勢亦此時，正負(fù)電刷間引出的電動勢亦為最大，此時電刷的位置，習(xí)慣上為最大，此時電刷的位置，習(xí)慣上稱為稱為“電刷放在幾何中性線位置電刷放在幾何中

24、性線位置”。1.3 直流電機的磁場及電樞反應(yīng) 研究研究空載和負(fù)載時直流電機的磁動勢空載和負(fù)載時直流電機的磁動勢和磁場和磁場1.3.11.3.1 直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式即：直流電機勵磁繞組的通電方式。即：直流電機勵磁繞組的通電方式。他勵式積復(fù)勵差復(fù)勵1 . 串勵式2 . 并勵式3 . 復(fù)勵式自勵式直流電機的勵磁方式1.他勵式：他勵式：勵磁電流由其他直流電源單獨供給，勵磁電流由其他直流電源單獨供給，勵磁繞組和電樞繞組相互獨立。勵磁繞組和電樞繞組相互獨立。2.自勵式：自勵式：顧名思義，勵磁電流由電機自身供顧名思義，勵磁電流由電機自身供給。而根據(jù)自勵方式即電樞繞組和勵磁繞組給。而根據(jù)自勵

25、方式即電樞繞組和勵磁繞組的連接方式的不同，自勵式又分為的連接方式的不同，自勵式又分為串勵式、串勵式、并勵式和復(fù)勵式并勵式和復(fù)勵式串勵式：串勵式：電樞繞組和勵磁繞組相串聯(lián)，滿足：電樞繞組和勵磁繞組相串聯(lián)，滿足： 并勵式：并勵式：電樞繞組和勵磁繞組相并聯(lián)，滿足：電樞繞組和勵磁繞組相并聯(lián)，滿足：faIIIafUUfaIII直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式復(fù)勵式：在整個勵磁回路中，有兩套勵磁繞組，復(fù)勵式：在整個勵磁回路中，有兩套勵磁繞組，一套和電樞繞組相并聯(lián)，一套和電樞繞組相串一套和電樞繞組相并聯(lián)，一套和電樞繞組相串聯(lián)，根據(jù)兩個勵磁繞組所產(chǎn)生的磁動勢的關(guān)系，聯(lián)，根據(jù)兩個勵磁繞組所產(chǎn)生的磁動勢的關(guān)系

26、，又可分為又可分為積復(fù)勵和差復(fù)勵積復(fù)勵和差復(fù)勵：積復(fù)勵：串勵繞組和并勵繞組所產(chǎn)生的磁動勢方積復(fù)勵：串勵繞組和并勵繞組所產(chǎn)生的磁動勢方向一致，互相疊加，反之，叫做差復(fù)勵：向一致，互相疊加，反之，叫做差復(fù)勵：fSFFFSfFFF1.3.2 1.3.2 空載時直流電機的磁場分布空載時直流電機的磁場分布 空載：空載：發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機軸上不帶機械負(fù)載，機軸上不帶機械負(fù)載，即電樞電流為零即電樞電流為零的狀態(tài)。的狀態(tài)。這時的氣隙磁場，只由主極的這時的氣隙磁場，只由主極的勵磁電流所建立，所以直流電機空載時勵磁電流所建立，所以直流電機空載時的氣隙磁場，又稱的氣隙磁場

27、，又稱勵磁磁場勵磁磁場。右圖為一臺四極直右圖為一臺四極直流電機空載時的磁流電機空載時的磁場示意圖。場示意圖。當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為匝數(shù)為 ，流過電，流過電流為流為 ，每極的勵，每極的勵磁磁動勢為：磁磁動勢為：fNfIfffNIF 直流電機中，直流電機中，主磁通主磁通是主要的，它能在電樞繞組是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量作用，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，大約是主磁通的上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。磁力線

28、由磁力線由N極出來，經(jīng)氣隙、極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進入電樞齒部、氣隙進入S極，極，再經(jīng)定子鐵軛回到再經(jīng)定子鐵軛回到N極極主磁通主磁通主磁路主磁路磁力線不進入電樞鐵心，磁力線不進入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁通漏磁路漏磁路 空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。隙的大小和形狀。 磁極磁極中心

29、及附近的氣隙小且中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；逐漸變大，磁通密度減小；極尖以外，氣隙明顯增大，極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。磁通密度為零。幾何中性線極靴極身（a）氣隙形狀xB（b）氣隙磁密分布HINff22BHINff 當(dāng)當(dāng)If一定時，一定時，B與與 成成反比。，空載時的氣隙反比。，空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，磁通密度為一平頂波，如下如下圖圖(b) 所所示。示。 空載空載時主磁極

30、磁通的分布時主磁極磁通的分布情況，如右圖情況，如右圖(c) 所示。所示。xB（b）氣隙磁密分布HINff22BHINff 直流電機的直流電機的磁化曲線磁化曲線 為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機氣隙中需為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機氣隙中需要有一定量的每極磁通要有一定量的每極磁通 ，空載時，氣隙磁通，空載時，氣隙磁通 與空載與空載磁動勢磁動勢 或空載勵磁電流或空載勵磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機的空的關(guān)系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。載磁化特性。如右圖所示。000fF0fI 一般直流電機額定運行時，一般直流電機額定運行時，額定磁通額定磁通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中A點，點，即

31、在磁化特性曲線開始進入飽即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。和區(qū)的位置。這樣既可以獲得這樣既可以獲得較大的磁通，又不致需要太大較大的磁通，又不致需要太大的勵磁磁動勢，從而可以節(jié)省的勵磁磁動勢，從而可以節(jié)省鐵心和勵磁繞組的材料。鐵心和勵磁繞組的材料。NfNI0fF0fIINfIA0N01.3.3 1.3.3 負(fù)載時的氣隙磁場和電樞磁動勢負(fù)載時的氣隙磁場和電樞磁動勢負(fù)載時的氣隙磁場：負(fù)載時的氣隙磁場：勵 磁 電 流 所 建 立 的 磁 場電 樞 電 流 所 建 立 的 磁 場氣 隙 磁 場 直流電機帶上負(fù)載后，電直流電機帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢

32、稱為生的磁動勢稱為電樞磁動勢電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。場發(fā)生變化。 右圖為一臺右圖為一臺電刷放在幾何中性電刷放在幾何中性線線的兩極直流電機的電樞磁場分布的兩極直流電機的電樞磁場分布情況。情況。 假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙流。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，磁場在空間的分布情況，此時的電樞此時的電樞磁動勢稱為交軸磁動勢。磁動勢稱為交軸磁動勢。一、電樞磁動勢與電樞磁場一、電樞磁動勢與電樞磁場為了進一步分析電樞磁場沿電樞圓周表面分布的情為了進一步分析電樞磁場沿電樞圓周表面

33、分布的情況，把電樞圓周從電刷處切開展成直線，并以主況，把電樞圓周從電刷處切開展成直線，并以主磁極軸線與電樞表面的交點磁極軸線與電樞表面的交點o為空間坐標(biāo)起點，這為空間坐標(biāo)起點，這點的點的電樞磁動勢為零。電樞磁動勢為零。電樞線負(fù)載電樞線負(fù)載A：即電樞表面單位長度上的安培導(dǎo)體即電樞表面單位長度上的安培導(dǎo)體數(shù)，數(shù)，A=Nia / D ； N為為電樞繞組電樞繞組導(dǎo)體總數(shù)；導(dǎo)體總數(shù)； ia為為導(dǎo)體導(dǎo)體電流；電流； D為為電樞直徑。電樞直徑。電樞磁動勢與電樞磁場電樞磁動勢與電樞磁場在距在距空間坐標(biāo)原點空間坐標(biāo)原點o正負(fù)正負(fù)x 處取磁力線閉合回路處取磁力線閉合回路，應(yīng)應(yīng)用全電流定理，有：用全電流定理，有：電

34、樞磁動勢與電樞磁場電樞磁動勢與電樞磁場AxHl2由于磁力線回路除由于磁力線回路除在距在距原點正負(fù)原點正負(fù)x 處兩次經(jīng)過氣隙外處兩次經(jīng)過氣隙外，其余都是經(jīng)過鐵心，可以認(rèn)為其余都是經(jīng)過鐵心，可以認(rèn)為總磁動勢全部降在總磁動勢全部降在兩段氣隙上兩段氣隙上，若每段，若每段氣隙磁動勢用氣隙磁動勢用Fax有表示，有：有表示，有：AxFAxFaxax 22因因A為常數(shù)，即為常數(shù)，即Fax與與x成正比，則電樞磁動勢在氣隙成正比，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波。圓周方向空間分布呈三角波。因此，可以得到磁密的空間分布式：因此，可以得到磁密的空間分布式：/00axaxaxFHB其中，其中， 為氣為氣 隙計

35、算長度，可見，隙計算長度，可見，磁密的磁密的分布和氣隙的大小是成反比關(guān)系的。分布和氣隙的大小是成反比關(guān)系的。電樞磁動勢與電樞磁場電樞磁動勢與電樞磁場 如果認(rèn)為直流電機電樞上如果認(rèn)為直流電機電樞上有無窮多整距元件分布，則電有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中分布呈三角波，如圖中 所所示。示。axF 由于主磁極下氣隙長度基由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中為對稱的馬鞍型，如

36、圖中 所示。所示。axBaxBaxFAxFax先分析只有先分析只有1個整距元件個整距元件Wc匝，電流匝，電流ia，磁動勢為磁動勢為ia Wc設(shè)從電樞出、進定子的磁動勢為設(shè)從電樞出、進定子的磁動勢為+可得可得1個繞組元件的磁動勢如圖個繞組元件的磁動勢如圖附1：3個元件個元件3階梯波形階梯波形很多個元件很多個元件三角三角波形波形附2：電樞磁場對主極氣隙磁場的影響電樞磁場對主極氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)又根據(jù)其反應(yīng)方向的不同，電樞反應(yīng)的性質(zhì)又根據(jù)其反應(yīng)方向的不同，分為分為交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)和和直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)。下面我們來具體看一下他們二者對氣隙磁場下面我們

37、來具體看一下他們二者對氣隙磁場的分布到底會有怎樣的影響，而這個影響的分布到底會有怎樣的影響，而這個影響又和又和電刷在電機上位置的擺放電刷在電機上位置的擺放密切相關(guān)：密切相關(guān)：二、直流電機的電樞反應(yīng)二、直流電機的電樞反應(yīng)二、直流電機的電樞反應(yīng)二、直流電機的電樞反應(yīng) 當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負(fù)載后，氣隙中的磁電機帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時

38、，、當(dāng)電刷在幾何中性線上時，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(fù)載后電機布疊加，可得到負(fù)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。此時產(chǎn)生的是交軸磁此時產(chǎn)生的是交軸磁動勢（與勵磁磁動勢垂直）動勢（與勵磁磁動勢垂直）交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞磁動勢對主極磁場的交軸電樞磁動勢對主極磁場的影響影響（電刷在幾何中性線上）（電刷在幾何中性線上） 。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得兩條曲線逐點疊加后得到負(fù)載時氣隙磁場的磁到負(fù)載時氣隙磁場的磁通密

39、度分布曲線通密度分布曲線交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)電刷電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點： 2)、對主磁場起去磁作用、對主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變、使氣隙磁場發(fā)生畸變 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，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同。電機正常運行于磁化曲因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常運行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵線的膝部，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，增加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)

40、載時每極磁通略為減少少。電刷。電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)交軸去磁性質(zhì)。 空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，由于電樞反應(yīng)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一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度角，磁通密度的曲線與空載時不同。的曲線與空載時不同。直軸電樞反應(yīng)：電刷不在幾何中性線上的電刷不在幾何中性線上的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)2 2、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時電刷從幾何中性線偏電刷從

41、幾何中性線偏移移 角，電樞磁動勢角，電樞磁動勢軸線也隨之移動軸線也隨之移動 角，如圖角，如圖(a)(b)所示。所示。adFaqF這時電樞這時電樞磁動勢可以磁動勢可以分解為兩個垂直分量：分解為兩個垂直分量：交軸電樞磁動勢交軸電樞磁動勢 和直軸電樞磁動勢和直軸電樞磁動勢 。如圖如圖(a)(b)所示。所示。從圖上可以看出直軸電樞反應(yīng)從圖上可以看出直軸電樞反應(yīng)的特點的特點：A:若為發(fā)電機，電刷順著旋轉(zhuǎn)的方向移動若為發(fā)電機，電刷順著旋轉(zhuǎn)的方向移動一個夾角，對主極磁場而言，直軸起去一個夾角，對主極磁場而言，直軸起去磁反應(yīng)，若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動一個磁反應(yīng)，若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動一個夾角，則直軸電樞反應(yīng)將是

42、增磁的；夾角，則直軸電樞反應(yīng)將是增磁的；B:若為電動機，剛好相反，這里不在具體若為電動機，剛好相反，這里不在具體分析。分析。1.4 直流電機的電樞電動勢 與電磁轉(zhuǎn)矩1.4.1 1.4.1 電樞電動勢電樞電動勢電樞電動勢是指直流電機正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動電樞電動勢是指直流電機正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。勢。所以，我們可以先求一根導(dǎo)體的在一個極距范圍內(nèi)所以，我們可以先求一根導(dǎo)體的在一個極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動勢，再求一條支路的。所產(chǎn)生的平均電動勢，再求一條支路的。 一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用一個磁極極距范圍內(nèi)，

43、平均磁密用 Bav 表示，表示，極距為極距為 ，電樞的軸向有效長度為電樞的軸向有效長度為 l ，每極磁通每極磁通為為，則則一根導(dǎo)體的平均電動勢為：一根導(dǎo)體的平均電動勢為：又因為：又因為：所以：所以：lBavlvBeavav602npv602npeav因為一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)因為一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù) （N N 為電為電樞總導(dǎo)體數(shù)，樞總導(dǎo)體數(shù)， ），于是，電樞電動勢），于是，電樞電動勢為：為：式中，式中， 是一個常數(shù)，稱為是一個常數(shù)，稱為電動勢常數(shù)電動勢常數(shù)。 aN2ySNN2nCnapNnpaNeaNEeava6060222apNCe60 1.4.2 1.4.2 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩求解電磁

44、轉(zhuǎn)矩的過程和求解電動勢是一樣的：求解電磁轉(zhuǎn)矩的過程和求解電動勢是一樣的：先求一個導(dǎo)體的平均電磁力：先求一個導(dǎo)體的平均電磁力：平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導(dǎo)體平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導(dǎo)體所受的平均轉(zhuǎn)矩：所受的平均轉(zhuǎn)矩：aavavliBf2DfTavx電機總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：電機總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：式中：式中： 是一個常數(shù)，稱為是一個常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)， 是電樞總電流，從表達式可是電樞總電流，從表達式可以看出，電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比與每極磁通和以看出，電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比與每極磁通和電樞電流。電樞電流。aTaaaavICIapNpNaIllDNaIlBT222222apNCT2a

45、aaiI2 Ce ，CT 對于一個具體的電機而言，是對于一個具體的電機而言，是一個常數(shù)，兩者之間有一固定的關(guān)系一個常數(shù)，兩者之間有一固定的關(guān)系: CT / Ce=60 /2 或或 CT =9.55 Ce1.4.3 1.4.3 直流電機的電磁功率直流電機的電磁功率TIapNIapNnICIEPaaaeaaM2260601.5.1 直流發(fā)電機的勵磁方式1.5 直流發(fā)電機 供給勵磁繞組電流的方式稱為供給勵磁繞組電流的方式稱為勵磁方式勵磁方式。分為他勵和自。分為他勵和自勵兩大類，自勵方式又分并勵、串勵和復(fù)勵三種方式。勵兩大類，自勵方式又分并勵、串勵和復(fù)勵三種方式。1 1、他勵、他勵：直流電機的勵磁電流

46、：直流電機的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。如圖由其它直流電源單獨供給。如圖所示。所示。aIIGUUfIFaII 他勵直流發(fā)電機的電樞電流他勵直流發(fā)電機的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：和負(fù)載電流相同，即：2 2、并勵、并勵：發(fā)電機的勵磁繞組與電：發(fā)電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足樞繞組并聯(lián)。且滿足 。faIIIfIFIGUaI3 3、串勵、串勵：勵磁繞組與電樞繞組：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足串聯(lián)。滿足 。IIIfaGIaIfIFU4 4、復(fù)勵、復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞

47、組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。樞繞組并聯(lián)。2fIFGIaI1fIFUIGUaI1fI2fIF1.5.2 直流發(fā)電機的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向：如圖規(guī)定各物理量的參考方向：對發(fā)電機而言，電流流出為正對發(fā)電機而言，電流流出為正方向；對電動機而言，電流流入為正方向。方向；對電動機而言，電流流入為正方向。UaEGaI1T0TTnfIfU一、電樞電動一、電樞電動勢平勢平衡方程衡方程aabaaaRIUURIUE2aR 為為電電樞繞組電樞繞組電阻，阻， 為正負(fù)電為正負(fù)電刷與換向器表面的接觸壓降。則電動勢平刷與換向器表面的接觸壓降。則電動勢平衡方程為：衡方程為：bU2電樞電動勢：電樞電動勢：nCEea

48、從方程式可見，直流發(fā)電機從方程式可見，直流發(fā)電機UEa二、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡方程二、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡方程01TTT電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩：aTICT1.5.2 直流發(fā)電機的基本方程直流發(fā)電機直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)運行時，運行時， 作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個：作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個：原動機輸入給發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩原動機輸入給發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T1 ；電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T；電機的機械摩擦、風(fēng)阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫空載轉(zhuǎn)電機的機械摩擦、風(fēng)阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫空載轉(zhuǎn)矩，用矩，用 T0 表示，空載轉(zhuǎn)矩是一個制動性轉(zhuǎn)表示，空載轉(zhuǎn)矩是一個制動性轉(zhuǎn)矩矩，永永遠與轉(zhuǎn)遠與轉(zhuǎn) 速速 n 的方向相反，

49、的方向相反，平衡方程為：平衡方程為：三、三、功率功率平衡方程平衡方程從原動機輸入的機械功率可用下式表示從原動機輸入的機械功率可用下式表示 ： 式中電磁功率式中電磁功率PM為轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：為轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：0011)(pPTTTPMaaaaaaaaMRIUIIRIUIETP2)(cuapP 2其中，其中，空載損耗空載損耗 為：為：由以上各式可得：由以上各式可得： aacuaRIp20psmFepppp0cuasmFeppppPP21pP2mp機械摩擦損耗機械摩擦損耗、鐵損耗、鐵損耗Fep、附加損耗、附加損耗 。sp空載損耗空載損耗 包括：包括：0pfp自勵發(fā)電機中還應(yīng)減去勵磁損

50、耗自勵發(fā)電機中還應(yīng)減去勵磁損耗如此，則發(fā)電機的效率為：如此，則發(fā)電機的效率為： 額定負(fù)載時，直流發(fā)電機的效率與電機額定負(fù)載時，直流發(fā)電機的效率與電機的容量有關(guān)。的容量有關(guān)。10kW以下的小電機，效以下的小電機，效率約為率約為75%88.5%；10100kW的，效的，效率約為率約為85%90%;1001000kW的電機，的電機，效率約為效率約為88%93%。 pPpPP2121 1.5.3 1.5.3 直流發(fā)電機的直流發(fā)電機的運行特性運行特性空載特性空載特性 指當(dāng)指當(dāng) n = 常數(shù)且常數(shù)且 Ia= 0 時，時， U0=f ( If ) 的關(guān)系；的關(guān)系；外特性外特性 指指當(dāng)當(dāng)n=常數(shù)，且常數(shù)，且I

51、f=常數(shù)或常數(shù)或Rf=常數(shù)時，常數(shù)時，U=f(Ia)的的關(guān)系；關(guān)系；調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 指當(dāng)指當(dāng)n=常數(shù)且常數(shù)且U=常數(shù)時，常數(shù)時，If=f(Ia)的關(guān)系。的關(guān)系。效率曲線效率曲線 =f( P2 )幾種主要特性的介紹：幾種主要特性的介紹：一、他勵直流發(fā)電機的空載特性：一、他勵直流發(fā)電機的空載特性： n= nN ，Ia=0 時的時的U0=f ( If )特性特性實驗條件：如圖所示實驗條件：如圖所示他勵直流發(fā)電機空載與負(fù)載實驗線路他勵直流發(fā)電機空載與負(fù)載實驗線路AU0=f ( If ) 打開閘刀開關(guān)打開閘刀開關(guān)Q，保持保持 n= nN ，調(diào)節(jié)電阻，調(diào)節(jié)電阻 r 從而改變勵磁電流從而改變勵磁電流 If

52、 ，由零開始單調(diào)增長由零開始單調(diào)增長直直至至 ，然后讓，然后讓 If 單調(diào)減小至零單調(diào)減小至零再再反向單調(diào)增加反向單調(diào)增加直至負(fù)的直至負(fù)的 為為 ，然后又使然后又使 If 單調(diào)減小至零。在調(diào)節(jié)過程中讀單調(diào)減小至零。在調(diào)節(jié)過程中讀取空載端電壓取空載端電壓 與勵磁電流與勵磁電流 If 數(shù)組數(shù)據(jù)，數(shù)組數(shù)據(jù)，即為的空載特性，如下圖即為的空載特性，如下圖 所示。所示。NUU) 3 . 11 . 1 (0NU)3.11.1(0U0U 直流發(fā)電機的空載特性 空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線0UfI空載特性分析：空載特性分析：由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，使測得的曲線由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，

53、使測得的曲線 U0=f ( If )是一閉合的回線；是一閉合的回線；由于電機有剩磁，使得由于電機有剩磁，使得 If =0 時仍有一個時仍有一個很低的電很低的電壓，稱之為剩磁電壓，其值約為的壓，稱之為剩磁電壓，其值約為的% UN 。實際使用時，一般取回線的平均值（如圖中的虛實際使用時，一般取回線的平均值（如圖中的虛線所示）作為空載特性；線所示）作為空載特性；空載特性空載特性U0=f ( If ) 與電機的磁化曲線與電機的磁化曲線0=f ( If ) 形形狀相似，只差一個比例常數(shù)。狀相似，只差一個比例常數(shù)?？蛰d特性與勵磁方式無關(guān)，因此并勵發(fā)電機的空載空載特性與勵磁方式無關(guān)，因此并勵發(fā)電機的空載特性

54、也可以用上述方法求取，特性也可以用上述方法求取，他勵直流發(fā)電機的他勵直流發(fā)電機的空載特性是直流電機最基本的特性曲線。空載特性是直流電機最基本的特性曲線。二、他勵直流發(fā)電機的外特性：二、他勵直流發(fā)電機的外特性：實驗條件：實驗條件：使發(fā)電機接上負(fù)載，當(dāng)原動機保持使發(fā)電機接上負(fù)載，當(dāng)原動機保持n= nN ，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié) If= IfN 使之不變，然后改變負(fù)載使之不變，然后改變負(fù)載使使 Ia 從零增加到從零增加到 IN ，讀取，讀取 U 、 Ia 之值，之值，即得到外特性曲線即得到外特性曲線 U=f(Ia ) ，如圖所示。，如圖所示。 a負(fù)載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每負(fù)載增大時，電樞反應(yīng)的去磁

55、作用增強，使每極磁通量減小，從而使電樞電動勢減小；極磁通量減小，從而使電樞電動勢減小；電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從而使端電壓下降。而使端電壓下降。我們發(fā)現(xiàn)并勵方式下，端電壓下降的更快一些：我們發(fā)現(xiàn)并勵方式下，端電壓下降的更快一些：原因：負(fù)載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，原因：負(fù)載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每極磁通量減小，這樣不僅影響了電樞電動使每極磁通量減小，這樣不僅影響了電樞電動勢，使端電壓下降，同時端電壓的下降進一步勢，使端電壓下降，同時端電壓的下降進一步也影響了勵磁電流使之減小，這樣一來，又使也影響了勵磁電流使之減小，這樣一來

56、，又使得的電樞電動勢雙重減小，所以，并勵下降的得的電樞電動勢雙重減小，所以，并勵下降的更快一些。更快一些。 aaeRInCUIa增大時增大時U下降，其原因有兩個，由下降，其原因有兩個，由 :直流發(fā)電機的外特性直流發(fā)電機的外特性a電壓變化率：電壓變化率：由空載到負(fù)載，電壓下降的程度。由空載到負(fù)載，電壓下降的程度。他勵直流發(fā)電機的電壓變化率約為他勵直流發(fā)電機的電壓變化率約為。%1000NNUUUU三、他勵直流發(fā)電機的三、他勵直流發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性（選講）：（選講）： 指當(dāng)指當(dāng)n=常數(shù)且常數(shù)且U=常數(shù)時，常數(shù)時，If=f(Ia)的關(guān)系的關(guān)系。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)特性特性曲線如下圖所示曲線如下圖所示由曲線可

57、見，在負(fù)載電流變化時，若保持端電壓不變，必由曲線可見，在負(fù)載電流變化時，若保持端電壓不變，必須改變勵磁電流，補償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對須改變勵磁電流，補償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對對輸出端電壓的影響。對輸出端電壓的影響。fI0aI四、他勵直流發(fā)電機的效率曲線（選講）：四、他勵直流發(fā)電機的效率曲線（選講）：不變損耗：不變損耗：電機的鐵損耗和機械損耗等與負(fù)載的電機的鐵損耗和機械損耗等與負(fù)載的大小無關(guān)，稱為不變損耗。大小無關(guān)，稱為不變損耗?？勺儞p耗：可變損耗：負(fù)載運行時電樞繞組的銅損耗負(fù)載運行時電樞繞組的銅損耗與與Ia 成正比，稱為可變損耗。同樣，我們可用實驗成正比，稱為可變損耗。同樣，我們

58、可用實驗的方法得到效率曲線。如圖：的方法得到效率曲線。如圖：思考：思考： 效率特性在經(jīng)過一個峰值后開始下降，效率特性在經(jīng)過一個峰值后開始下降，這是為什么？這是為什么？分析：分析：在負(fù)載較小時，電機內(nèi)的損耗主要以不在負(fù)載較小時，電機內(nèi)的損耗主要以不變損耗（變損耗（鐵耗和機械損耗等與負(fù)載的大小無鐵耗和機械損耗等與負(fù)載的大小無關(guān)的損耗關(guān)的損耗）為主，隨著負(fù)載的增加，電樞電為主，隨著負(fù)載的增加，電樞電流也在隨之增加，這樣，銅損耗的作用開始流也在隨之增加，這樣，銅損耗的作用開始顯著，當(dāng)增加到和不變損耗相等時，出現(xiàn)效顯著，當(dāng)增加到和不變損耗相等時，出現(xiàn)效率最大點，隨后，若繼續(xù)增加負(fù)載，可變損率最大點，隨后

59、，若繼續(xù)增加負(fù)載，可變損耗將有大量的以熱的形式存在，并且耗將有大量的以熱的形式存在，并且P2增大增大的速度比不上銅損耗的速度比不上銅損耗增加速度，使效率反而增加速度，使效率反而隨著輸出的增大而降低隨著輸出的增大而降低 。一、并勵直流發(fā)電機的自勵建壓：一、并勵直流發(fā)電機的自勵建壓： 并勵的勵磁是由發(fā)電機本身的端電壓提供并勵的勵磁是由發(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，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。這一點與他勵發(fā)電機不同。并勵發(fā)電機建立并勵發(fā)電機建立電壓的過程稱為自勵過程，滿足建壓的條件電壓的過程稱為自勵過程，滿足建壓的條件稱為自勵條件。稱為

60、自勵條件。 現(xiàn)在，我們來看看自勵過程是如何實現(xiàn)現(xiàn)在，我們來看看自勵過程是如何實現(xiàn)的：的： 1.5.4 并勵直流發(fā)電機的自勵條件和外特性并勵直流發(fā)電機接線圖并勵直流發(fā)電機接線圖dtdiLiRUffff0勵磁回路電壓平衡方程式勵磁回路電壓平衡方程式由于電機磁路中總有一定剩磁，當(dāng)發(fā)電機由原動由于電機磁路中總有一定剩磁，當(dāng)發(fā)電機由原動機拖動至機拖動至nN時，發(fā)電機兩端將產(chǎn)生一個數(shù)值不大時，發(fā)電機兩端將產(chǎn)生一個數(shù)值不大的剩磁電壓。而勵磁繞組又是接到電樞兩端的，的剩磁電壓。而勵磁繞組又是接到電樞兩端的，于是在剩磁電壓的作用下，勵磁繞組將流過一個于是在剩磁電壓的作用下，勵磁繞組將流過一個不大的電流，并產(chǎn)生一