直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理教學(xué)資料

1、第二節(jié)第二節(jié) 直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)及主要直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)及主要(zhyo)(zhyo)系列系列第三節(jié)第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞直流電機(jī)的電樞(din sh)(din sh)繞組繞組 本章主要討論直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機(jī)的磁場(chǎng)分布、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法，從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行(ynxng)特性和直流電動(dòng)機(jī)的工作特性。第四節(jié)第四節(jié) 直流電機(jī)的直流電機(jī)的磁場(chǎng)磁場(chǎng)第五節(jié)第五節(jié) 直流電機(jī)的直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算第六節(jié)第六節(jié) 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向第七節(jié)第七節(jié) 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 直流電機(jī)的工

2、作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)第一章第一章 直流電機(jī)直流電機(jī)第八節(jié)第八節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)第一頁(yè)，共113頁(yè)。第一節(jié)第一節(jié) 直流電機(jī)的工作直流電機(jī)的工作(gngzu)(gngzu)原理原理與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)第二頁(yè)，共113頁(yè)。一、直流電機(jī)的主要一、直流電機(jī)的主要(zhyo)(zhyo)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子主磁極主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成換向磁極換向磁極：改善換向。：改善換向。電刷裝置電刷裝置：與換向片配合：與換向片配合, ,完成直流與交流的互換完成直流與交流的互換機(jī)座和端蓋機(jī)座和端蓋：起支撐和固定作用。：起支撐和固定作用。

3、電樞鐵心電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組電樞繞組：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。換向器換向器：與電刷裝置配合：與電刷裝置配合, ,完成直流與交流的互換完成直流與交流的互換轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸承軸承第三頁(yè)，共113頁(yè)。二、直流電機(jī)的工作二、直流電機(jī)的工作(gngzu)(gngzu)原理原理（一）直流發(fā)電機(jī)工作（一）直流發(fā)電機(jī)工作(gngzu)原理原理直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能(dinnng)(dinnng)的旋的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。轉(zhuǎn)機(jī)械。 右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模

4、型，N N、S S為定子磁極，為定子磁極，abcdabcd是固定是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a a、d d連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過(guò)放置在換與外電路的連接是通過(guò)放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。第四頁(yè)，共113頁(yè)。 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(q (q dndn) )電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)同，線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)同，線圈ab

5、cdabcd將將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如右圖，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如右圖，導(dǎo)體導(dǎo)體abab在在N N極下，極下，a a點(diǎn)高點(diǎn)高電位，電位，b b點(diǎn)低電位；導(dǎo)體點(diǎn)低電位；導(dǎo)體cdcd在在S S極下，極下，c c點(diǎn)高電位點(diǎn)高電位，d d點(diǎn)低電位；電刷點(diǎn)低電位；電刷A A極極性為正，電刷性為正，電刷B B極性為負(fù)極性為負(fù)。第五頁(yè)，共113頁(yè)。 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 后，如右圖后，如右圖。0180 導(dǎo)體(dot)ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體(dot)cd在N極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)。 與電刷與電刷A A接觸的導(dǎo)體總是位于接觸的

6、導(dǎo)體總是位于(wiy)N(wiy)N極下，與電刷極下，與電刷B B接觸的接觸的導(dǎo)體總是位于導(dǎo)體總是位于(wiy)S(wiy)S極下極下, ,電電刷刷A A的極性總是正的，電刷的極性總是正的，電刷B B的極的極性總是負(fù)的，在電刷性總是負(fù)的，在電刷A A、B B兩端可兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。獲得直流電動(dòng)勢(shì)。 實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)(du )線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來(lái)，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對(duì)。第六頁(yè)，共113頁(yè)。（二）直流電動(dòng)機(jī)（二）直流電動(dòng)機(jī)(dngj)工作原理工作原理 直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)(xu

7、nzhun)機(jī)械。 把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將(zhngjing)電流流過(guò)。 在磁場(chǎng)作用下，在磁場(chǎng)作用下，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受力方向從左向右。該電磁力形成受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。方向旋轉(zhuǎn)。第七頁(yè)，共113頁(yè)。 當(dāng)電樞(din sh)旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí) 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，極下，受力方向從左向右

8、，原受力方向從左向右，原S S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cdcd轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到N N極下，受力方向從右向左極下，受力方向從右向左。該電磁力形成。該電磁力形成(xngchng)(xngchng)逆逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。線圈在該電時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成磁力形成(xngchng)(xngchng)的電磁轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 與直流發(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(xinqun)，磁極也并非一對(duì)。第八頁(yè)，共113頁(yè)。直流電直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)機(jī)的工作工作(gngzu)原理原理示意圖示意圖:第九頁(yè)，共113頁(yè)。（三）直流電機(jī)的可逆原理（三）直流電機(jī)

9、的可逆原理(yunl) 一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是(jish)直流電機(jī)的可逆原理。 從上述直流電機(jī)的工作原理來(lái)看，一臺(tái)直流電機(jī)若在電刷兩端加上從上述直流電機(jī)的工作原理來(lái)看，一臺(tái)直流電機(jī)若在電刷兩端加上直流電壓，輸入電能，即可拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，將電能變?yōu)闄C(jī)械能而成為電動(dòng)直流電壓，輸入電能，即可拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，將電能變?yōu)闄C(jī)械能而成為電動(dòng)機(jī)；反之若用原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，就可在電刷兩端得到機(jī)；反之若用原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，就可在電刷兩端得到(d do)一個(gè)直流電動(dòng)勢(shì)作為電源，將機(jī)械能變?yōu)殡娔芏蔀榘l(fā)電機(jī)。一個(gè)直流電動(dòng)勢(shì)作為電源，將機(jī)械能變?yōu)殡娔芏蔀榘l(fā)電機(jī)。

10、第十頁(yè)，共113頁(yè)。第二節(jié)第二節(jié) 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)(shj)(shj)及及主要系列主要系列第十一頁(yè)，共113頁(yè)。一、直流電機(jī)的銘牌一、直流電機(jī)的銘牌(mngpi)(mngpi)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)額定條件下電機(jī)額定條件下電機(jī)所能提供的功率所能提供的功率NP額定功率額定功率指電刷間輸出的指電刷間輸出的額定電功率額定電功率發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)指軸上輸出指軸上輸出的機(jī)械功率的機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓出線端的平均電壓NU額定電壓額定電壓在額定電壓下，運(yùn)

11、行于在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流NI額額定定電電流流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。Nn額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速fNI額額定定勵(lì)勵(lì)磁磁電電流流對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流電機(jī)電機(jī)(dinj)銘牌上還標(biāo)有其銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。日期、出廠編號(hào)等。第十二頁(yè)，共113頁(yè)。 電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流欠載運(yùn)行；運(yùn)行

12、電流大于額定電流過(guò)載運(yùn)行。長(zhǎng)期(chngq)欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長(zhǎng)期(chngq)過(guò)載運(yùn)行會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。二、直流電機(jī)系列二、直流電機(jī)系列(xli)(xli) 所謂系列電機(jī)就是在應(yīng)用范圍、結(jié)構(gòu)形式、性能所謂系列電機(jī)就是在應(yīng)用范圍、結(jié)構(gòu)形式、性能(xngnng)水平和生產(chǎn)工藝等方面有共同性，功率按一定比例遞增，并成批水平和生產(chǎn)工藝等方面有共同性，功率按一定比例遞增，并成批生產(chǎn)的一系列電機(jī)。我國(guó)目前生產(chǎn)的直流電機(jī)的主要系列有：生產(chǎn)的一系列電機(jī)。我國(guó)目前生產(chǎn)的直流電機(jī)的主要系列有：Z3系列系列為一般用途的小型直流

13、電機(jī)系列。為一般用途的小型直流電機(jī)系列。ZF和和ZD系列系列為一般用途的中型直流電機(jī)系列。為一般用途的中型直流電機(jī)系列。ZZJ系列系列為起重、冶金用直流電動(dòng)機(jī)系列。為起重、冶金用直流電動(dòng)機(jī)系列。 此外還有此外還有ZQZQ直流牽引電動(dòng)機(jī)系列及直流牽引電動(dòng)機(jī)系列及Z-HZ-H和和ZF-HZF-H船用電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)船用電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)系列等。系列等。第十三頁(yè)，共113頁(yè)。第三節(jié)第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞直流電機(jī)的電樞(din sh)(din sh)繞組繞組第十四頁(yè)，共113頁(yè)。一、直流電機(jī)電樞一、直流電機(jī)電樞(din sh)(din sh)繞組的一般介紹繞組的一般介紹元件：構(gòu)成繞組元件：構(gòu)成繞組(roz)

14、的線圈稱為繞組的線圈稱為繞組(roz)元件，分單匝和多元件，分單匝和多匝兩種。匝兩種。元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為(chn wi)首端，另一根稱為首端，另一根稱為(chn wi)末端。末端。極距極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用 表示。表示。Dt =2 p疊繞組疊繞組：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。波

15、繞組波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來(lái)，象波浪式的前進(jìn)。聯(lián)起來(lái)，象波浪式的前進(jìn)。第一節(jié)距第一節(jié)距 ：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過(guò)的距離。一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過(guò)的距離。1y第十五頁(yè)，共113頁(yè)。第二節(jié)距第二節(jié)距 ：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。2y合成節(jié)距合成節(jié)距 ：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。y21yyy單疊繞組單疊繞組21y

16、yy單波繞組單波繞組換向節(jié)距換向節(jié)距 ：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。同一元件首末端連接的換向片之間的距離。ky二、直流電機(jī)電樞繞組的基本二、直流電機(jī)電樞繞組的基本(jbn)(jbn)形式形式（一）（一） 單疊繞組單疊繞組(roz)(roz) 單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件單疊繞組的特點(diǎn)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： 。1kyy 單疊繞組的展開(kāi)圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件(yunjin)取出來(lái)畫(huà)在一張圖里，展示元件(yunjin)相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對(duì)位置關(guān)系。第十六頁(yè)，共

17、113頁(yè)。單疊繞組單疊繞組(roz)的展的展開(kāi)圖開(kāi)圖第十七頁(yè)，共113頁(yè)。根據(jù)單疊繞組根據(jù)單疊繞組(roz)的展開(kāi)圖可以得到繞組的展開(kāi)圖可以得到繞組(roz)的并聯(lián)支路電路圖的并聯(lián)支路電路圖:單疊繞組單疊繞組(roz)的的特點(diǎn)的的特點(diǎn)：1 1）同一主磁極下的元件）同一主磁極下的元件(yunjin)(yunjin)串聯(lián)成一條串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。相同。2 2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支，電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)。路電動(dòng)勢(shì)。3 3）電樞電流等于各支路）電樞電流等于

18、各支路電流之和。電流之和。第十八頁(yè)，共113頁(yè)。（二）（二） 單波繞組單波繞組(roz)(roz) 單波繞組的特點(diǎn)是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等，展開(kāi)(zhn ki)圖如下圖所示。 兩個(gè)串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個(gè)極距；沿圓周(yunzhu)向一個(gè)方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。第十九頁(yè)，共113頁(yè)。單波繞組的并聯(lián)單波繞組的并聯(lián)(bnglin)支路圖支路圖:單波繞組單波繞組(roz)的特點(diǎn)的特點(diǎn)1 1）同極下各元件串聯(lián)）同極下各元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路起來(lái)組成一條支路(zh l)(zh l)，支路，支路(zh l)(zh l)對(duì)數(shù)為對(duì)數(shù)為1 1，與磁極對(duì)數(shù)

19、無(wú)關(guān)；與磁極對(duì)數(shù)無(wú)關(guān)；2 2）當(dāng)元件的幾何形）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，支準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動(dòng)勢(shì)最大；路電動(dòng)勢(shì)最大；3 3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；4 4）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；5 5）電樞電流等于兩條支路電流之和。）電樞電流等于兩條支路電流之和。第二十頁(yè)，共113頁(yè)。第四節(jié)第四節(jié) 直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)(cchng)(cchng)第二十一頁(yè)，共113頁(yè)。 直流電機(jī)中除主極磁場(chǎng)外，當(dāng)電樞直流電機(jī)中除主極磁場(chǎng)外，當(dāng)電樞(din sh)(din sh)繞組中有

20、電繞組中有電流流過(guò)時(shí)，還將會(huì)產(chǎn)生電樞流流過(guò)時(shí)，還將會(huì)產(chǎn)生電樞(din sh)(din sh)磁場(chǎng)。電樞磁場(chǎng)。電樞(din (din sh)sh)磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)的合成便形成了電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)，它直接磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)的合成便形成了電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)，它直接影響電樞影響電樞(din sh)(din sh)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的大小。要了解氣隙磁電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的大小。要了解氣隙磁場(chǎng)的情況，就要先分析清楚主磁場(chǎng)和電樞場(chǎng)的情況，就要先分析清楚主磁場(chǎng)和電樞(din sh)(din sh)磁場(chǎng)的特磁場(chǎng)的特性。性。 一、直流電機(jī)的空載一、直流電機(jī)的空載(kn(kn zi) zi)磁場(chǎng)磁場(chǎng) 直流電機(jī)的空載是指電樞直流電機(jī)的

21、空載是指電樞(din sh)(din sh)電流等于零或者很小，電流等于零或者很小，電樞電樞(din sh)(din sh)磁動(dòng)勢(shì)也很小，且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀磁動(dòng)勢(shì)也很小，且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)無(wú)負(fù)載，發(fā)電機(jī)不輸出電功率，電動(dòng)機(jī)不輸出機(jī)械功態(tài)，此時(shí)電機(jī)無(wú)負(fù)載，發(fā)電機(jī)不輸出電功率，電動(dòng)機(jī)不輸出機(jī)械功率。率。 所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)可認(rèn)為就是主磁場(chǎng)，即由所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)可認(rèn)為就是主磁場(chǎng)，即由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立的磁場(chǎng)。勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立的磁場(chǎng)。 當(dāng)勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為當(dāng)勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為 N N 極和極和

22、S S 極，由于電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，不論極數(shù)多少，每對(duì)極的磁路是相同的極，由于電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，不論極數(shù)多少，每對(duì)極的磁路是相同的，因此只要分析一對(duì)極的磁路情況就可以了。，因此只要分析一對(duì)極的磁路情況就可以了。第二十二頁(yè)，共113頁(yè)。圖圖1-23 1-23 直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)(cchng)(cchng)分布分布示意圖示意圖 從圖中看出，由從圖中看出，由N N極出極出來(lái)的磁通，大部分經(jīng)過(guò)氣來(lái)的磁通，大部分經(jīng)過(guò)氣隙和電樞齒隙和電樞齒, ,再經(jīng)過(guò)電樞磁再經(jīng)過(guò)電樞磁軛到另一部分的電樞齒軛到另一部分的電樞齒, ,又又通過(guò)氣隙進(jìn)入通過(guò)氣隙進(jìn)入S S極，再經(jīng)過(guò)極，再經(jīng)過(guò)定子磁軛回到原來(lái)定

23、子磁軛回到原來(lái)(yunli)(yunli)出發(fā)的出發(fā)的N N極，極，成為閉合回路。成為閉合回路。 圖圖1-231-23是一臺(tái)四極是一臺(tái)四極(s j)(s j)直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布示意圖（直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布示意圖（一對(duì)極的情形）。一對(duì)極的情形）。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或者產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，把這部分電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或者產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，把這部分磁通稱為磁通稱為主磁通主磁通，用，用表示。表示。 此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過(guò)相鄰的磁極或定子磁軛此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過(guò)相鄰的磁極或定子磁軛形成閉合回路，這部分磁通僅與勵(lì)磁繞組相匝鏈，稱為

24、漏磁通，用形成閉合回路，這部分磁通僅與勵(lì)磁繞組相匝鏈，稱為漏磁通，用表表示。示。 NS這部分磁通同時(shí)匝鏈著這部分磁通同時(shí)匝鏈著勵(lì)磁繞組和電樞繞組，勵(lì)磁繞組和電樞繞組，第二十三頁(yè)，共113頁(yè)。 主磁通磁路的氣隙較小，磁導(dǎo)較大主磁通磁路的氣隙較小，磁導(dǎo)較大(jio d)(jio d)，漏磁通磁路的，漏磁通磁路的氣隙較大氣隙較大(jio d)(jio d)，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路的磁動(dòng)勢(shì)是相，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路的磁動(dòng)勢(shì)是相同的。同的。 直流電機(jī)中，主磁通是主要的，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，而漏磁通不與電樞繞組相匝鏈，沒(méi)有這個(gè)作用(zuyng)，它只是增加主磁極磁路的飽

25、和程度。因此，可只分析主磁通。當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過(guò)電流，流過(guò)電流 ，每極的勵(lì)，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：磁磁動(dòng)勢(shì)為：fNfIfffNIF 所以漏磁通在數(shù)量所以漏磁通在數(shù)量(shling)(shling)上比主磁通要小得多，大約是主磁上比主磁通要小得多，大約是主磁通的（通的（15152020）% %左右。左右。 空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，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。時(shí)，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。第二十四頁(yè)，共113頁(yè)。 若不考慮鐵磁

26、材料和齒槽的影響，在極靴下，氣隙小且均勻若不考慮鐵磁材料和齒槽的影響，在極靴下，氣隙小且均勻，氣隙中沿電樞表面上各點(diǎn)磁通密度較大且基本為常數(shù)；在極靴，氣隙中沿電樞表面上各點(diǎn)磁通密度較大且基本為常數(shù)；在極靴范圍外，氣隙明顯增大范圍外，氣隙明顯增大(zn(zn d) d)，磁通密度顯著減小，在磁，磁通密度顯著減小，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。 如圖如圖1-241-24（a a）所示，）所示，幾何中性線幾何中性線極靴極靴極身極身氣隙形狀氣隙形狀圖圖1-241-24（a a）第二十五頁(yè)，共113頁(yè)。 空載時(shí)的氣隙磁通密度(md)為一平頂波，如圖1

27、-24(b) 所示。 空載(kn zi)時(shí)主磁極磁通的分布情況，如圖1-24(c) 所示。圖圖1-241-24（b b）圖圖1-241-24（c c）第二十六頁(yè)，共113頁(yè)。 在直流電機(jī)中，為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生在直流電機(jī)中，為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)電磁轉(zhuǎn)矩，氣電磁轉(zhuǎn)矩，氣隙里要有一定數(shù)量的主磁通隙里要有一定數(shù)量的主磁通，也就是需要有一定的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，也就是需要有一定的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)FfFf。勵(lì)磁。勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)變化時(shí)，主磁通也隨之改變。我們把空載時(shí)主磁通磁動(dòng)勢(shì)變化時(shí)，主磁通也隨之改變。我們把空載時(shí)主磁通與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)FfFf或勵(lì)磁電流或勵(lì)磁電流IfIf的關(guān)系曲

28、線稱為直流電機(jī)的磁化曲線，如圖的關(guān)系曲線稱為直流電機(jī)的磁化曲線，如圖1-251-25所示，它所示，它表明了電機(jī)磁路的特性。表明了電機(jī)磁路的特性。圖圖1-251-25 直流電機(jī)的磁化直流電機(jī)的磁化(chu)(chu)曲曲線線 當(dāng)磁通較小時(shí)，鐵磁部分當(dāng)磁通較小時(shí)，鐵磁部分(b fen)(b fen)沒(méi)有飽和，磁壓降很小，整個(gè)磁路的磁動(dòng)沒(méi)有飽和，磁壓降很小，整個(gè)磁路的磁動(dòng)勢(shì)幾乎全部消耗在氣隙上，而氣隙的導(dǎo)磁勢(shì)幾乎全部消耗在氣隙上，而氣隙的導(dǎo)磁系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，因此曲線近似為一直線系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，因此曲線近似為一直線（圖中（圖中0A0A段）；當(dāng)磁通增大時(shí)，曲線逐漸段）；當(dāng)磁通增大時(shí)，曲線逐漸彎曲，很大時(shí)

29、，呈飽和特性。彎曲，很大時(shí)，呈飽和特性。fNI0fF0fIINfIA0N0 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中A A點(diǎn)（膝部）點(diǎn)（膝部），即，即在磁化特性曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的在磁化特性曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。位置。N第二十七頁(yè)，共113頁(yè)。 直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞(din sh)繞組中有電流，電樞(din sh)電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞(din sh)磁動(dòng)勢(shì)。它的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)生變化。 圖1-26（a）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(fnb)情況。 假設(shè)勵(lì)磁(l

30、 c)電流為零，只有電樞電流。由圖可見(jiàn)電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)及電樞反應(yīng) 從對(duì)電樞繞組的分析可知，不論什么從對(duì)電樞繞組的分析可知，不論什么型式的繞組，其各支路中的電流是通過(guò)電型式的繞組，其各支路中的電流是通過(guò)電刷引入或引出的。在同一支路內(nèi)元件中電刷引入或引出的。在同一支路內(nèi)元件中電流方向是相同的，而在同一電刷兩側(cè)的元流方向是相同的，而在同一電刷兩側(cè)的元件中，電流方向總是相反的。因此，電刷件中，電流方向總是相反的。因此，電刷是電樞表面導(dǎo)體中電流方向的分界線。是電樞表面導(dǎo)體中電流方向的分界線。 圖圖

31、1-261-26（a a）電樞磁場(chǎng)）電樞磁場(chǎng)第二十八頁(yè)，共113頁(yè)。 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無(wú)窮多整距元件分布，則有無(wú)窮多整距元件分布，則電電樞磁動(dòng)勢(shì)樞磁動(dòng)勢(shì)在氣隙圓周方向空間在氣隙圓周方向空間分布呈分布呈三角波三角波，如右圖，如右圖 所所示。示。axF 由于主磁極下氣隙長(zhǎng)度基由于主磁極下氣隙長(zhǎng)度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長(zhǎng)度增加得很快，致使電氣隙長(zhǎng)度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的為對(duì)稱的馬鞍型馬鞍型，如圖中，如圖中 所示。所示。axBaxFaxB圖圖1-261-26（b b）電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁

32、場(chǎng)）電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)(cchng)(cchng)的分布的分布第二十九頁(yè)，共113頁(yè)。 當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中就有電流流當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中就有電流流過(guò)，它將產(chǎn)生一個(gè)電樞磁動(dòng)勢(shì)。因此，氣隙中的磁場(chǎng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞過(guò)，它將產(chǎn)生一個(gè)電樞磁動(dòng)勢(shì)。因此，氣隙中的磁場(chǎng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。通常把負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。通常把負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為(chn wi)電樞反應(yīng)，電樞反應(yīng)對(duì)直流電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。電樞反應(yīng)，電樞反應(yīng)對(duì)直流電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。 顯然，電樞反應(yīng)將與電刷的位置

33、顯然，電樞反應(yīng)將與電刷的位置(wi zhi)(wi zhi)有關(guān)，下面將以直流有關(guān)，下面將以直流發(fā)電機(jī)為例，分別討論不同電刷位置發(fā)電機(jī)為例，分別討論不同電刷位置(wi zhi)(wi zhi)時(shí)的電樞反應(yīng)。時(shí)的電樞反應(yīng)。1 1、電刷在幾何中性線上時(shí)、電刷在幾何中性線上時(shí)(shn(shn sh) sh)的的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) 在電樞磁動(dòng)勢(shì)的作用下，當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場(chǎng)在電樞磁動(dòng)勢(shì)的作用下，當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場(chǎng)分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況。如分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況。如圖圖1-271-27（a a）所示。）所示。第三十頁(yè)

34、，共113頁(yè)。圖圖1-271-27（a a） 交軸電樞交軸電樞(din sh)(din sh)反應(yīng)磁場(chǎng)反應(yīng)磁場(chǎng)分布分布 若電樞若電樞(din sh)(din sh)上半部上半部分電流方向?yàn)榱鞒黾埫妫瑒t電樞分電流方向?yàn)榱鞒黾埫?，則電樞(din sh)(din sh)下半部分電流方向下半部分電流方向?yàn)榱魅爰埫妫潆姌袨榱魅爰埫?，其電?din (din sh)sh)磁場(chǎng)磁力線分布如圖示。磁場(chǎng)磁力線分布如圖示。 此時(shí)電樞此時(shí)電樞(din sh)(din sh)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)的軸線與電刷軸線重合，并與主極軸軸線與電刷軸線重合，并與主極軸線垂直，這時(shí)的電樞線垂直，這時(shí)的電樞(din sh)(din sh)磁

35、動(dòng)勢(shì)稱為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)稱為交軸電樞(din sh)(din sh)磁動(dòng)勢(shì)，它對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為交磁動(dòng)勢(shì)，它對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為交軸電樞軸電樞(din sh)(din sh)反應(yīng)。反應(yīng)。 如果主極極性如圖所示，如果主極極性如圖所示， 把主磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)合成，將合成磁場(chǎng)與主把主磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)合成，將合成磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)比較，可看出電樞磁動(dòng)勢(shì)將對(duì)主磁場(chǎng)產(chǎn)生很大的影響，即電樞反應(yīng)。磁場(chǎng)比較，可看出電樞磁動(dòng)勢(shì)將對(duì)主磁場(chǎng)產(chǎn)生很大的影響，即電樞反應(yīng)。 NS第三十一頁(yè)，共113頁(yè)。xB0axBxB電樞電樞(din sh)磁場(chǎng)磁通密度分磁場(chǎng)磁通密度分布曲線布曲線Bax主磁場(chǎng)的主磁場(chǎng)的磁通密度磁通密度(md)分分布曲線

36、布曲線Box兩條曲線兩條曲線(qxin)逐點(diǎn)疊逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線場(chǎng)的磁通密度分布曲線(qxin)Bx圖圖1-271-27（b b）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線下面通過(guò)磁通密度分布曲線說(shuō)明電樞反應(yīng)的作用下面通過(guò)磁通密度分布曲線說(shuō)明電樞反應(yīng)的作用如圖如圖1-271-27（b b）所示）所示: :第三十二頁(yè)，共113頁(yè)。比較比較Bx Bx 和和Box Box 兩條曲線兩條曲線(qxin)(qxin)，得出電樞反應(yīng)的性質(zhì)：，得出電樞反應(yīng)的性質(zhì)： 磁場(chǎng)為零的位置由磁場(chǎng)為零的位置由空載空載(kn(kn zi) zi)時(shí)在時(shí)在幾何

37、中性線逆轉(zhuǎn)向移動(dòng)幾何中性線逆轉(zhuǎn)向移動(dòng)了一個(gè)角度了一個(gè)角度。 說(shuō)明物理中性線與說(shuō)明物理中性線與幾何中性線不再幾何中性線不再(b zi)重合。重合。xB0axBxB圖圖1-271-27（b b）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線 每一磁極下，主每一磁極下，主磁場(chǎng)一半被削弱，另磁場(chǎng)一半被削弱，另一半被加強(qiáng)。一半被加強(qiáng)。幾何中性線幾何中性線物理中性線物理中性線（1）使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 第三十三頁(yè)，共113頁(yè)。圖圖1-271-27（a a） 交軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)交軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)(cchng)(cchng)分布分布 物理物理(wl)(wl)中性線中性線是指電機(jī)中是指電機(jī)中N N極與極與

38、S S極的分極的分界線，此處磁場(chǎng)為零。界線，此處磁場(chǎng)為零。 幾何幾何(j h)(j h)中性線是中性線是指電氣結(jié)構(gòu)上兩磁極的中線。指電氣結(jié)構(gòu)上兩磁極的中線。第三十四頁(yè)，共113頁(yè)。 （2）對(duì)主磁場(chǎng)(cchng)起去磁作用 磁路(c l)不飽和時(shí)，主磁場(chǎng)被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極下的磁通量與空載時(shí)相同。但是電機(jī)正常運(yùn)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，鐵心磁阻增大，增加的磁通會(huì)少些，因此負(fù)載時(shí)合成磁場(chǎng)每極磁通比空載時(shí)每極磁通略有減少，這就是電樞反應(yīng)的去磁作用。 xB0axBxB圖圖1-271-27（b b）交軸電樞反應(yīng)）交軸電樞反應(yīng)(fnyng)(fnyng)磁

39、通密度分磁通密度分布曲線布曲線第三十五頁(yè)，共113頁(yè)。2 2、電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞、電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞(din (din sh)sh)反應(yīng)反應(yīng)如圖如圖1-281-28所示，所示，圖圖1-28 1-28 電刷不在幾何電刷不在幾何(j h)(j h)中性線上的電樞反中性線上的電樞反應(yīng)應(yīng)NS假設(shè)電刷從幾何中性線順電樞轉(zhuǎn)向移動(dòng)假設(shè)電刷從幾何中性線順電樞轉(zhuǎn)向移動(dòng)(ydng)(ydng)角角 度，因?yàn)殡娝⑹请姌斜砻鎸?dǎo)體度，因?yàn)殡娝⑹请姌斜砻鎸?dǎo)體 電流方向的分界線，故電樞磁電流方向的分界線，故電樞磁 動(dòng)勢(shì)軸線也隨之移動(dòng)動(dòng)勢(shì)軸線也隨之移動(dòng)(ydng)(ydng)角。角。 這時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)可分解為兩

40、個(gè)這時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)可分解為兩個(gè)相互垂直的分量：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)相互垂直的分量：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)F Faqaq和直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)和直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)F Fadad。FaqFad 交軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)在前交軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)在前面作了分析，直軸電樞反應(yīng)若面作了分析，直軸電樞反應(yīng)若F Fadad和主磁場(chǎng)方向相同，起增磁和主磁場(chǎng)方向相同，起增磁作用；相反則起去磁作用。作用；相反則起去磁作用。n n第三十六頁(yè)，共113頁(yè)。 必須說(shuō)明，為了必須說(shuō)明，為了(wi le)(wi le)使電樞反應(yīng)能起增磁作用而移動(dòng)電刷，從換使電樞反應(yīng)能起增磁作用而移動(dòng)電刷，從換向的角度看，都是不允許的。向的角度看，都是不允許的。 上述分析是以

41、發(fā)電機(jī)上述分析是以發(fā)電機(jī)為例說(shuō)明的。對(duì)電動(dòng)機(jī)而為例說(shuō)明的。對(duì)電動(dòng)機(jī)而言，若保持主磁場(chǎng)言，若保持主磁場(chǎng)(cchng)的極性和電樞電的極性和電樞電流的方向不變，則可看出流的方向不變，則可看出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?qū)⑴c發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?qū)⑴c發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)向相反，其電運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)向相反，其電樞反應(yīng)比較如下：樞反應(yīng)比較如下：電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)交軸和直軸去磁交軸和直軸去磁交軸和直軸增磁交軸和直軸增磁電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)交軸和直軸增磁交軸和直軸增磁交軸和直軸去磁交軸和直軸去磁第三十七頁(yè)，共113頁(yè)。第五節(jié)第五節(jié) 直流電機(jī)的電磁直流電機(jī)的電磁(dinc)(dinc)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和電樞

42、電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算矩和電樞電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算第三十八頁(yè)，共113頁(yè)。一、電磁一、電磁(dinc)(dinc)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算轉(zhuǎn)矩的計(jì)算產(chǎn)生產(chǎn)生: :電樞電樞(din sh)(din sh)繞組中有電樞繞組中有電樞(din sh)(din sh)電流流過(guò)時(shí)電流流過(guò)時(shí), ,在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的作用在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的作用, ,該力與電樞該力與電樞(din sh)(din sh)鐵心半鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。大小大小: :2emaTapNT IC Ia為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中其中apNCT2eTCC9.55 可見(jiàn)可見(jiàn)(kjin)，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通，制造好的直流

43、電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通及電樞電流成正比。及電樞電流成正比。性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)制動(dòng)制動(dòng)( (與轉(zhuǎn)速方向相反與轉(zhuǎn)速方向相反) )； 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)( (與轉(zhuǎn)速方向相同與轉(zhuǎn)速方向相同) )。第三十九頁(yè)，共113頁(yè)。二、電樞二、電樞(din sh)(din sh)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算產(chǎn)生產(chǎn)生: :電樞旋轉(zhuǎn)電樞旋轉(zhuǎn)(xunzhun)(xunzhun)時(shí)時(shí), ,主磁場(chǎng)在電樞繞組中主磁場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱為電樞電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱為電樞電動(dòng)勢(shì)。大小大小: :60aepNE nC na)(電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中其中apNCe60可見(jiàn)

44、可見(jiàn),直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)結(jié)構(gòu)(jigu)、每極磁通及轉(zhuǎn)速、每極磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。有關(guān)。性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源電勢(shì)電源電勢(shì)( (與電樞電流同方向與電樞電流同方向);); 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)反電勢(shì)( (與電樞電流反方向與電樞電流反方向).).第四十頁(yè)，共113頁(yè)。第六節(jié)第六節(jié) 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向第四十一頁(yè)，共113頁(yè)。一、換向概述一、換向概述( (i sh)i sh) 直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷，從一條支路(zh l)換到另一條支路(zh l)時(shí),元件里的電流方向改變，即換向。 為了分析方便假定換向片的寬度(kund)等于電刷的寬度(kun

45、d)。元件1av1 2 電刷與換向片電刷與換向片1 1接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1 中的中的電流方向如圖所示，大小為電流方向如圖所示，大小為 。aii aiiaiiai 2aiai2i1i 電樞移到電刷與換向片電樞移到電刷與換向片2 2接觸時(shí)，元接觸時(shí)，元件件1 1的被短路，電流被分流。的被短路，電流被分流。iiai 2aiai2i1i 電刷僅與換向片電刷僅與換向片2 2接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1 中中的電流方向如圖所示，大小為的電流方向如圖所示，大小為aiiaiiaii ai 2aiai2i1i第四十二頁(yè)，共113頁(yè)。 元件從開(kāi)始(kish)換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周期。換

46、向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電樞繞組每個(gè)元件在經(jīng)過(guò)電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過(guò)程。 換向問(wèn)題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花超過(guò)一定程度，就會(huì)燒壞電刷和換向器，使電機(jī)(dinj)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(jī)械(jxi)的原因。此外換向過(guò)程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。第四十三頁(yè)，共113頁(yè)。二、換向的電磁二、換向的電磁(dinc)(dinc)理論理論（一）換向元件（一）換向元件(yunjin)中的電動(dòng)勢(shì)：中的電動(dòng)勢(shì)：1 1、電抗、電抗(dinkng)(dinkng)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)ex ex 由自感電動(dòng)勢(shì)和互感電動(dòng)勢(shì)合成由自感電動(dòng)勢(shì)和互感電

47、動(dòng)勢(shì)合成。自感電動(dòng)勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì) 和互感電動(dòng)勢(shì)和互感電動(dòng)勢(shì) ：換向元件（線圈）在換向過(guò)：換向元件（線圈）在換向過(guò)程中電流改變而產(chǎn)生的。程中電流改變而產(chǎn)生的。LeMe 根據(jù)楞次定律，電抗電動(dòng)勢(shì)的作用是阻止電流變化的，其根據(jù)楞次定律，電抗電動(dòng)勢(shì)的作用是阻止電流變化的，其方向總是阻礙換向的，即與換向前的電流方向相同。方向總是阻礙換向的，即與換向前的電流方向相同。2 2、旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)、旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)er是由于換向元件切割換向區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。是由于換向元件切割換向區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。方向取決于換向極磁場(chǎng)的極性，為了改善換向，換向極磁動(dòng)勢(shì)總方向取決于換向極磁場(chǎng)的極性，為了改善換向，換向極磁動(dòng)勢(shì)

48、總是與極下電樞磁動(dòng)勢(shì)的方向相反。是與極下電樞磁動(dòng)勢(shì)的方向相反。因此換向元件中的總電動(dòng)勢(shì)為因此換向元件中的總電動(dòng)勢(shì)為e=ex+er。第四十四頁(yè)，共113頁(yè)。（二）換向元件（二）換向元件(yunjin)中的電流變化規(guī)律：中的電流變化規(guī)律： 設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是 和和 ，元件，元件自身的電阻為自身的電阻為 , ,流過(guò)的電流為流過(guò)的電流為 , ,元件與換向片間的連線電阻為元件與換向片間的連線電阻為 , ,元件在換向時(shí)的回路方程：元件在換向時(shí)的回路方程：1bR2bRRikR11kbkbRi (RR )i (RR )ie 忽略元件電阻和元件與換向片間

49、的連線電阻，并設(shè)電刷與忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與換向片的接觸總電阻為換向片的接觸總電阻為 ，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律為化規(guī)律為bR2kalkkkkbkeTtiiiiTTTR ()tTt第四十五頁(yè)，共113頁(yè)。1 1、直線、直線(zhxin)(zhxin)換向換向當(dāng)當(dāng)e=0e=0時(shí)，電流時(shí)，電流(dinli)i(dinli)i與時(shí)間與時(shí)間t t呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。ai直線換向直線換向aikTt02 2、延遲、延遲(ynch)(ynch)換向換向當(dāng)當(dāng)e0 0時(shí)，換向元件電流隨時(shí)，換向元件電流隨時(shí)間不是線性變化，出現(xiàn)電時(shí)間不是線性變

50、化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。流延遲現(xiàn)象。延遲換向延遲換向3 3、超越換向、超越換向當(dāng)當(dāng)e0 0時(shí)，換向元件電流時(shí)，換向元件電流隨時(shí)間不是線性變化，出現(xiàn)隨時(shí)間不是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。電流超前現(xiàn)象。超越換向超越換向第四十六頁(yè)，共113頁(yè)。三、改善三、改善(gishn)(gishn)換向的方法換向的方法 除了直線換向外，延遲和超越(choyu)換向時(shí)的合成電動(dòng)勢(shì)不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會(huì)在電刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。 改善換向一般采用以下(yxi)方法：選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻選擇合適的電刷，增加換向片與電

51、刷之間的接觸電阻裝設(shè)換向磁極裝設(shè)換向磁極位于幾何中性線處裝換向磁位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)大型直流電機(jī)在主磁極大型直流電機(jī)在主磁極極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)的磁動(dòng)勢(shì)抵消電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)第四十七頁(yè)，共113頁(yè)。第七節(jié)第七節(jié) 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)第四十八頁(yè)，共113頁(yè)。一、直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁一、直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁(l c)(l c)方方式式 供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱為勵(lì)磁方

52、式。分為他勵(lì)和自勵(lì)(z l)兩大類，自勵(lì)(z l)方式又分并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種方式。1 1、他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其、他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)它直流電源單獨(dú)(dnd)(dnd)供給。供給。aIIGUfUfIaII 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：和負(fù)載電流相同，即：第四十九頁(yè)，共113頁(yè)。2 2、并勵(lì)：、并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組(roz)(roz)與電樞繞組與電樞繞組(roz)(roz)并聯(lián)。且滿并聯(lián)。且滿足足afI = I+ IUIaEaIfI3 3、串勵(lì)：、串勵(lì)：勵(lì)磁勵(lì)磁(l c)(l c)繞組與電樞繞組與電樞繞組串聯(lián)

53、。滿足繞組串聯(lián)。滿足afI = I= IUIaIfIaE第五十頁(yè)，共113頁(yè)。4 4、復(fù)勵(lì)：、復(fù)勵(lì)： 并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞一個(gè)與電樞(din sh)(din sh)繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞(din sh)(din sh)繞組并聯(lián)。繞組并聯(lián)。IaEUaI1fI2fIUaEIaI1fI2fI第五十一頁(yè)，共113頁(yè)。二、直流發(fā)電機(jī)的基本二、直流發(fā)電機(jī)的基本(jbn)(jbn)方程方程式式如圖規(guī)定各物理量的參考如圖規(guī)定各物理量的參考(cnko)方向方向 UaI1T0TemTnaEfIfU（一）電動(dòng)

54、勢(shì)平衡（一）電動(dòng)勢(shì)平衡(pnghng)(pnghng)方程式方程式2aaabaaEUI RUUI R從方程式可見(jiàn)，直流發(fā)電機(jī)滿足從方程式可見(jiàn)，直流發(fā)電機(jī)滿足aEU（二）（二） 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式emT發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動(dòng)機(jī)輸入給的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動(dòng)機(jī)輸入給的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 、電磁轉(zhuǎn)、電磁轉(zhuǎn)矩矩 和機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩和機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩 。轉(zhuǎn)矩平衡方程為：。轉(zhuǎn)矩平衡方程為：1T0T10emTTT第五十二頁(yè)，共113頁(yè)。（三）（三） 功率功率(gngl)(gngl)平衡方程式平衡方程式原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率 1Pmec

55、p機(jī)械摩擦損耗機(jī)械摩擦損耗、鐵損耗鐵損耗Fep、附加損耗附加損耗 adp空載損耗空載損耗 包括：包括：0p電磁功率電磁功率aaememIETPPP01aE 電磁功率電磁功率一方面代表電動(dòng)勢(shì)為一方面代表電動(dòng)勢(shì)為 的電源輸出電流的電源輸出電流 時(shí)發(fā)出時(shí)發(fā)出的電功率，一方面又代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)克服電磁轉(zhuǎn)矩所消耗的機(jī)的電功率，一方面又代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)克服電磁轉(zhuǎn)矩所消耗的機(jī)械功率。械功率。aICuaP電樞回路電阻及電刷與換向器表面接觸電阻上的銅損耗電樞回路電阻及電刷與換向器表面接觸電阻上的銅損耗輸出的電功率輸出的電功率CuaemPPP2cufp自勵(lì)發(fā)電機(jī)中還應(yīng)減去勵(lì)磁損耗自勵(lì)發(fā)電機(jī)中還應(yīng)減去勵(lì)磁損耗第五十三頁(yè)

56、，共113頁(yè)。三、他勵(lì)發(fā)電機(jī)的特性三、他勵(lì)發(fā)電機(jī)的特性(txng)(txng)（一）空載（一）空載(kn(kn zi) zi)特特性性1Cn0I)f(IUf定義定義: :當(dāng)當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， 空載時(shí)空載時(shí)aEU)(faIfE 空載特性實(shí)質(zhì)上就是空載特性實(shí)質(zhì)上就是 。所以空載特性曲線的形狀與空載磁所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。化特性曲線相同。空載特性曲線上升分支空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線平均空載特性曲線UfI 直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線性的的，上升與下降的過(guò)程是不相同(xin tn)的。實(shí)際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線。第五

57、十四頁(yè)，共113頁(yè)。（二）外特性（二）外特性(txng)(txng)NnnfNfII f(I)U 定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， 他勵(lì)他勵(lì)并勵(lì)U0U0I 由曲線可見(jiàn)，負(fù)載電流增大(zn d)時(shí)，端電壓有所下降。aaeRInCU 根據(jù)根據(jù) 可知可知端電壓下降端電壓下降有兩個(gè)原因：有兩個(gè)原因：1)1)在勵(lì)磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)在勵(lì)磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)(fnyng)(fnyng)的去磁作用使每極磁通量減少，使電動(dòng)勢(shì)減少；的去磁作用使每極磁通量減少，使電動(dòng)勢(shì)減少；2)電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓下降。電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，

58、使端電壓下降。第五十五頁(yè)，共113頁(yè)。（三）調(diào)節(jié)（三）調(diào)節(jié)(tioji)(tioji)特性特性1Cn2CU f(I)If定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時(shí)，時(shí)， fI0I 由曲線可見(jiàn)，在負(fù)載電流變化時(shí)，若保持端電壓不變，必須改變(gibin)勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對(duì)對(duì)輸出端電壓的影響.四、并勵(lì)發(fā)電機(jī)四、并勵(lì)發(fā)電機(jī) 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(diny)提供的，而端電壓(diny)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(diny)的過(guò)程稱為自勵(lì)過(guò)程，滿足建壓的條件稱為自勵(lì)條件。第五十六頁(yè)，共113頁(yè)。（一）自勵(lì)（一）自勵(lì)(z l)(z l)過(guò)程過(guò)

59、程fI0U10fIA20U 曲線曲線1 1為空載特性曲線為空載特性曲線, ,曲線曲線2 2為勵(lì)磁回路總電阻為勵(lì)磁回路總電阻 特性曲線，特性曲線，也稱場(chǎng)阻線也稱場(chǎng)阻線 。 fffUI R fR 原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果主磁原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在電動(dòng)勢(shì)作用下勵(lì)磁回路產(chǎn)生動(dòng)勢(shì)。在電動(dòng)勢(shì)作用下勵(lì)磁回路產(chǎn)生 。fIfIffRI 如果勵(lì)磁繞組和電樞繞組連接正確，如果勵(lì)磁繞組和電樞繞組連接正確， 勵(lì)磁電流產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動(dòng)勢(shì)增大，主磁路磁通增加，電動(dòng)

60、勢(shì)增大， 增加。增加。如此不斷增長(zhǎng)，直到勵(lì)磁繞組兩端的電壓如此不斷增長(zhǎng)，直到勵(lì)磁繞組兩端的電壓與與 相等，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點(diǎn)相等，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點(diǎn)A A。增大增大 , ,場(chǎng)阻線變?yōu)榍€場(chǎng)阻線變?yōu)榍€3 3時(shí)，時(shí)， 稱為臨界電阻稱為臨界電阻 。fRfRcrR3若再增加若再增加(zngji)勵(lì)磁回路電阻，發(fā)電機(jī)將不能勵(lì)磁回路電阻，發(fā)電機(jī)將不能自勵(lì)。自勵(lì)。第五十七頁(yè)，共113頁(yè)?？梢?jiàn)，并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)可見(jiàn)，并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)(z l)條件有條件有：（1）電機(jī)的主磁路有剩磁（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵(lì)磁繞組極性要正確（3）勵(lì)磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻（二）運(yùn)行（二）運(yùn)行(ynxn