電機(jī)學(xué)課件—第六章

1、第六章第六章 直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析 基本要求：基本要求： 1. 了解直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和繞組特點了解直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和繞組特點; 2. 了解空載及負(fù)載時氣隙磁場的空間分布了解空載及負(fù)載時氣隙磁場的空間分布; 3. 掌握電樞反應(yīng)對直流電機(jī)運行的影響，掌握掌握電樞反應(yīng)對直流電機(jī)運行的影響，掌握電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算方法電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的計算方法; 4. 掌握直流發(fā)電機(jī)的自勵條件和工作特征掌握直流發(fā)電機(jī)的自勵條件和工作特征; 5. 了解勵磁方式對工作特性的影響了解勵磁方式對工作特性的影響; 6. 掌握直流電動機(jī)的工作特性和機(jī)械特性。掌握直流電動機(jī)的工作特性和機(jī)械特性。

2、7. 熟悉直流電動機(jī)的啟動和調(diào)速方法；熟悉直流電動機(jī)的啟動和調(diào)速方法； 8、了解直流電動機(jī)制動概念。、了解直流電動機(jī)制動概念。 9. 了解直流電機(jī)的換向過程。了解直流電機(jī)的換向過程。 第六章第六章 直流電機(jī)直流電機(jī)學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求第六章第六章 直流電機(jī)直流電機(jī)學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求重點：重點： 1直流電機(jī)的磁場和電樞反應(yīng)。直流電機(jī)的磁場和電樞反應(yīng)。 2自勵發(fā)電機(jī)的電壓建立過程及建起條自勵發(fā)電機(jī)的電壓建立過程及建起條件。件。 3. 不同勵磁方式下電機(jī)的外特性差異、不同勵磁方式下電機(jī)的外特性差異、轉(zhuǎn)矩特性分析。轉(zhuǎn)矩特性分析。第六章第六章 直流電機(jī)直流電機(jī)引言引言直流發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；直流發(fā)電機(jī)把

3、機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；直流電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。直流電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 用途：用途：直流電動機(jī)的優(yōu)點：直流電動機(jī)的優(yōu)點： 調(diào)速范圍寬，且易于平滑調(diào)速；調(diào)速范圍寬，且易于平滑調(diào)速； 過載、起動、制動轉(zhuǎn)矩大；過載、起動、制動轉(zhuǎn)矩大； 易于控制，可靠性高；易于控制，可靠性高； 調(diào)速時能量損耗小。調(diào)速時能量損耗小。6.16.1直流電機(jī)工作原理和基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)工作原理和基本結(jié)構(gòu)6.1.1 直流電機(jī)的基本工作原理及其分類直流電機(jī)的基本工作原理及其分類一、直流發(fā)電機(jī)工作原理一、直流發(fā)電機(jī)工作原理 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)的物理模型，N、S為定子磁極，為定子磁極，abcd是固定在

4、是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈可旋轉(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)的轉(zhuǎn)子或連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端電樞。線圈的首末端a、d連接到連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進(jìn)行的。動的電刷進(jìn)行的。6.1.1 直流電機(jī)的基本工作原理及其分類直流電機(jī)的基本工作原理及其分類 如右圖如右圖1所示，電樞在原所示，電樞在原動機(jī)的拖動下以恒定的轉(zhuǎn)速動機(jī)的拖動下以恒定的轉(zhuǎn)速逆逆時針方向時針方向旋轉(zhuǎn)，則線圈邊和切旋轉(zhuǎn)

5、，則線圈邊和切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在圖示瞬間，按右手定則電動勢圖示瞬間，按右手定則電動勢的方向為的方向為 、 ，如，如果將電樞繞組通過電刷接到電果將電樞繞組通過電刷接到電氣負(fù)載形成閉合回路，便會產(chǎn)氣負(fù)載形成閉合回路，便會產(chǎn)生電流，電流的方向與電動勢生電流，電流的方向與電動勢的方向相同。在電機(jī)內(nèi)部，電的方向相同。在電機(jī)內(nèi)部，電流沿著流沿著 的方的方向流動。在電機(jī)外部，電刷為向流動。在電機(jī)外部，電刷為正電位極性，電刷為負(fù)電位極正電位極性，電刷為負(fù)電位極性，電流沿著電刷負(fù)載電刷的性，電流沿著電刷負(fù)載電刷的方向流動。方向流動。ab cd abcd 當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時

6、針當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 后后 ，如右圖。，如右圖。0180 可見，和電刷可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總接觸的導(dǎo)體總是位于是位于N極下，和電刷極下，和電刷B接觸的導(dǎo)接觸的導(dǎo)體總是位于體總是位于S極下。因此電刷極下。因此電刷A的的極性總是正的，電刷極性總是正的，電刷B的極性總是的極性總是負(fù)的，在電刷負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直兩端可獲得直流電動勢。流電動勢。 導(dǎo)體導(dǎo)體ab在在S極下，極下，a點低電點低電位，位，b點高電位；導(dǎo)體點高電位；導(dǎo)體cd在在N極極下，下，c點低電位，點低電位，d點高電位；點高電位；電刷電刷A極性仍為正，電刷極性仍為正，電刷B極極性仍為負(fù)。性仍為負(fù)。 實際直流發(fā)電

7、機(jī)的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈實際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。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，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，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要構(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。極交替旋轉(zhuǎn)多對。氣隙磁場的分布波形bOeOeO電樞線圈電動勢波形 電樞繞組輸出電壓波形 二、直流電動機(jī)工作原理二、直流電動機(jī)工作原理 把電刷把電刷A、B接到直流電源上，接到直流電源上，電刷電刷A接正極，電刷接正極，電刷B接負(fù)極。此時接負(fù)極。此時電樞線圈中將電流流過。如右圖。電樞線圈中將電流流過。如右圖。 直流

8、電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 在磁場作用下，在磁場作用下，N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。針方向旋轉(zhuǎn)。原原N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到S極下，受力極下，受力方向從左向右，原方向從左向右，原S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到到N極下，受力方向從右向左。該極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁

9、轉(zhuǎn)矩。電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時 同直流發(fā)電機(jī)相同，實際的同直流發(fā)電機(jī)相同，實際的直流電動機(jī)的電樞并非單一線圈，直流電動機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。磁極也并非一對。三、直流電機(jī)的分類三、直流電機(jī)的分類 直流電機(jī)的運行特性與勵磁繞組獲得勵磁電流的方式，即直流電機(jī)的運行特性與勵磁繞組獲得勵磁電流的方式，即勵磁繞組與電樞繞組間的連接方式關(guān)系很大，因此，按勵勵磁繞組與電樞繞組間的連接方式關(guān)系很大，因此，按勵磁方式直流電機(jī)可分為

10、他勵和自勵兩大類。磁方式直流電機(jī)可分為他勵和自勵兩大類。 以直流電動機(jī)為例，其具體分類如下：以直流電動機(jī)為例，其具體分類如下：(a) 他勵電動機(jī) (b) 并勵電動機(jī) (c) 串勵電動機(jī) (d) 復(fù)勵電動機(jī) 圖6-1-4 按勵磁方式分類的直流電動機(jī) l 他勵式 他勵式勵磁繞組與電樞繞組不相連接，而由他勵式勵磁繞組與電樞繞組不相連接，而由另一個獨立的直流電源供給勵磁，如圖另一個獨立的直流電源供給勵磁，如圖6-1-4(a)所示。所示。l 并 勵 勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，兩個繞組上的電勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，兩個繞組上的電壓相等，即電機(jī)的端電壓，如圖壓相等，即電機(jī)的端電壓，如圖6-1-4（b）所示。）

11、所示。l 串 勵 勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，兩個繞組中電流勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，兩個繞組中電流相同，如圖相同，如圖6-1-4（c）所示。）所示。l 復(fù) 勵 勵磁繞組分兩部分，一個與電樞繞組串聯(lián)，勵磁繞組分兩部分，一個與電樞繞組串聯(lián)，另一個與電樞繞組并聯(lián)。如圖另一個與電樞繞組并聯(lián)。如圖6-1-4（d）所示。如串聯(lián)）所示。如串聯(lián)繞組所產(chǎn)生的磁動勢與并聯(lián)繞組所產(chǎn)生的磁動勢方向相繞組所產(chǎn)生的磁動勢與并聯(lián)繞組所產(chǎn)生的磁動勢方向相同，稱為積復(fù)勵；若兩者相反，則稱為差復(fù)勵。通常應(yīng)同，稱為積復(fù)勵；若兩者相反，則稱為差復(fù)勵。通常應(yīng)用的直流電機(jī)為積復(fù)勵。用的直流電機(jī)為積復(fù)勵。6.1.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)

12、的基本結(jié)構(gòu) 圖6-1-5 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)(a) 半剖面圖 (b)實物圖 6.1.2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子定子固定部分固定部分轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)部分直直流流電電機(jī)機(jī)主磁極主磁極換向磁極換向磁極電刷裝置電刷裝置機(jī)座機(jī)座端蓋端蓋磁極鐵心磁極鐵心勵磁繞組勵磁繞組電刷電刷刷握刷握絕緣支架絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置壓緊力調(diào)整裝置電樞繞組電樞繞組電樞鐵心電樞鐵心換向器換向器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 直流電機(jī)的定子 (a) 主磁極結(jié)構(gòu)圖主磁極結(jié)構(gòu)圖 (b)實物圖實物圖 一一.定子部分定子部分1、主磁極、主磁極主磁極用來產(chǎn)生氣隙磁場并使電樞表面的氣隙磁通密度按一定主磁極用來產(chǎn)生氣隙磁場并使電樞表面的氣隙磁通密

13、度按一定波形沿空間分布，它由主極鐵芯波形沿空間分布，它由主極鐵芯(圖圖 (a)中中1) 和套在鐵芯上的勵和套在鐵芯上的勵磁繞組（圖磁繞組（圖 (a)中中2）構(gòu)成。）構(gòu)成。 為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時齒、槽依次掠過極靴表面，而形成磁為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時齒、槽依次掠過極靴表面，而形成磁密變化造成鐵芯渦流損耗，主磁極鐵芯通常用密變化造成鐵芯渦流損耗，主磁極鐵芯通常用11.5mm厚的鋼片疊成，它的外面套有絕緣銅線繞制的勵磁繞組，厚的鋼片疊成，它的外面套有絕緣銅線繞制的勵磁繞組，當(dāng)勵磁繞組通過直流電流時，就產(chǎn)生主磁極磁通，它通過當(dāng)勵磁繞組通過直流電流時，就產(chǎn)生主磁極磁通，它通過空氣隙進(jìn)入電樞。空氣隙進(jìn)入電樞。 為

14、了減少氣隙中有效磁通的磁阻，改善氣隙磁密的分布，為了減少氣隙中有效磁通的磁阻，改善氣隙磁密的分布，并使勵磁繞組牢固地套在磁極上，主磁極下部擴(kuò)大為極靴。并使勵磁繞組牢固地套在磁極上，主磁極下部擴(kuò)大為極靴。極靴表面沿圓周的長度稱為極弧，極弧與相應(yīng)的極距之比極靴表面沿圓周的長度稱為極弧，極弧與相應(yīng)的極距之比稱為極弧系數(shù)，通常為稱為極弧系數(shù)，通常為 左右左右 。 極弧的形狀對電機(jī)運行性能有一定影響，它能使氣隙中磁極弧的形狀對電機(jī)運行性能有一定影響，它能使氣隙中磁通密度按一定規(guī)律分布。整個磁極用螺釘固定在機(jī)座上。通密度按一定規(guī)律分布。整個磁極用螺釘固定在機(jī)座上。主磁極總是成對出現(xiàn)，沿圓周、主磁極總是成對

15、出現(xiàn)，沿圓周、N,S極交替排列。極交替排列。7 . 06 . 02.換向磁極換向磁極 簡稱換向極，它的作用是簡稱換向極，它的作用是改善電機(jī)的換向性能。由改善電機(jī)的換向性能。由換向極鐵芯（常用厚鋼板換向極鐵芯（常用厚鋼板或整塊鋼制成）和套在其或整塊鋼制成）和套在其上的換向極繞組構(gòu)成。上的換向極繞組構(gòu)成。圖圖6-1-7 直流電機(jī)的換向極圖直流電機(jī)的換向極圖 （1換向極鐵芯換向極鐵芯 2換向換向極繞組）極繞組） 3.機(jī)座機(jī)座 直流電機(jī)的機(jī)座既是電機(jī)的機(jī)械支撐，又是磁極外圍磁路閉合的部分，因此常用導(dǎo)常用導(dǎo)磁性能較好的鋼板焊接而成，或用鑄鋼制磁性能較好的鋼板焊接而成，或用鑄鋼制成。成。 主磁極和換向極都

16、用螺釘固定于機(jī)座的內(nèi)壁上。機(jī)座的兩端還各有一個端蓋。端蓋的中心裝有軸承，用來支撐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸。4. 電刷裝置電刷裝置 電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。它由電刷、刷握、刷桿、壓緊彈簧和匯流條等組成，如圖6-1-8所示。 圖6-1-8 電刷裝置(1刷握 2電刷 3壓緊彈簧 4刷辮 )（a）模型圖 （b） 實物圖 (a) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) (b)轉(zhuǎn)子實物圖圖6-1-9 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子二、二、 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分如圖直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分如圖6-1-9所示，它包括以下幾部分所示，它包括以下幾部分：電樞鐵芯是主磁路的組成部分，為了減少電

17、樞旋轉(zhuǎn)時鐵芯電樞鐵芯是主磁路的組成部分，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時鐵芯中磁通方向變化而產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗，電樞鐵芯通常中磁通方向變化而產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗，電樞鐵芯通常用用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，疊片間有一層絕緣漆。見厚的硅鋼片疊壓而成，疊片間有一層絕緣漆。見圖圖6-1-9(a)所示。所示。1.電樞鐵芯電樞鐵芯 電樞繞組有絕緣導(dǎo)體繞成線圈嵌放在電樞鐵芯槽電樞繞組有絕緣導(dǎo)體繞成線圈嵌放在電樞鐵芯槽內(nèi)，每一線圈有兩個端頭，按一定規(guī)律連接到相內(nèi)，每一線圈有兩個端頭，按一定規(guī)律連接到相應(yīng)的換向片上，全部線圈組成一個閉合的電樞繞應(yīng)的換向片上，全部線圈組成一個閉合的電樞繞組。組。 電樞繞組是直流電機(jī)的電路

18、部分，也是產(chǎn)生感應(yīng)電樞繞組是直流電機(jī)的電路部分，也是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩和進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的核心部電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩和進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的核心部件，繞組的構(gòu)成對電機(jī)的性能關(guān)系密切，其具體件，繞組的構(gòu)成對電機(jī)的性能關(guān)系密切，其具體連接方法，將在下一節(jié)中討論。連接方法，將在下一節(jié)中討論。2.電樞繞組電樞繞組3.換向器換向器 換向器由許多彼此換向器由許多彼此絕緣的換向片組合絕緣的換向片組合而成，如圖而成，如圖6-1-10所示。它的作用是所示。它的作用是將電樞繞組中的交將電樞繞組中的交流電動勢用機(jī)械換流電動勢用機(jī)械換向的方法轉(zhuǎn)變?yōu)殡娤虻姆椒ㄞD(zhuǎn)變?yōu)殡娝㈤g的直流電動勢，刷間的直流電動勢，或反之?；蚍粗?

19、圖圖6-1-10 換向器的構(gòu)造換向器的構(gòu)造(1換向片換向片 2連接部分連接部分)(a) 剖面圖片剖面圖片 (b) 實物圖實物圖 6.1.3直流電機(jī)的型號和額定值直流電機(jī)的型號和額定值額定值額定值 是制造廠對各種電氣設(shè)備在指是制造廠對各種電氣設(shè)備在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證值。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證各電氣設(shè)備長期可靠地工作。并具有各電氣設(shè)備長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計或試驗的依據(jù)。額定戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計或試驗的依據(jù)。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫

20、值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。銘牌值。 額定功率額定功率 PN 指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機(jī)的輸出功率，以指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機(jī)的輸出功率，以 W 為量綱單位。若大于為量綱單位。若大于 1kW 或或 1MW 時時,則用則用 kW 或或 MW 表示。表示。 對于直流發(fā)電機(jī)，對于直流發(fā)電機(jī)，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。定電流的乘積。PNUNIN 對于直流電動機(jī)，對于直流電動機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有是指輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率效率N存在。存在。PNUNINN 2額定電

21、壓額定電壓: 額定狀態(tài)下電樞繞組出線端的電壓，單位為 V 。 3額定電流額定電流 : 額定電壓下輸出額定功率時電機(jī)引出線中的電流，單位為 .NUNI A 4額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 : 在電機(jī)在額定運行狀態(tài)時的轉(zhuǎn)在電機(jī)在額定運行狀態(tài)時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位為子轉(zhuǎn)速，單位為 r/min .Nn 5額定勵磁電壓額定勵磁電壓 : (僅對他勵電機(jī))。 fNU作作 業(yè)業(yè)思考題：15習(xí) 題：16.2.1 電樞繞組簡介電樞繞組簡介:作用：電樞繞組作用：電樞繞組功率繞組功率繞組。當(dāng)電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)時。當(dāng)電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)時將感應(yīng)電勢，當(dāng)電樞繞組中流通電流時，電流和氣隙磁場相將感應(yīng)電勢，當(dāng)電樞繞組中流通電流時，電流和氣

22、隙磁場相互作用將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。通過電樞繞組直流電機(jī)進(jìn)行互作用將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。通過電樞繞組直流電機(jī)進(jìn)行電功率電功率和機(jī)械功率的轉(zhuǎn)換。和機(jī)械功率的轉(zhuǎn)換。 特點：直流繞組是特點：直流繞組是閉合繞組閉合繞組。每個元件的兩端點分別連接在。每個元件的兩端點分別連接在兩換向片上，每個換向片連接兩個元件，各元件依一定規(guī)律兩換向片上，每個換向片連接兩個元件，各元件依一定規(guī)律依次連接，形成閉合回路依次連接，形成閉合回路要求：在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢的前提下，要求：在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢的前提下，盡可能盡可能節(jié)約有色金屬和絕緣材料節(jié)約有色金屬和絕緣材料，并且要，并且要工藝結(jié)構(gòu)簡單、運工藝結(jié)

23、構(gòu)簡單、運行可靠行可靠 6.2 直流電機(jī)電樞繞組直流電機(jī)電樞繞組雙層繞組雙層繞組 線圈的兩邊都在電樞鐵芯表面的槽中：兩邊都線圈的兩邊都在電樞鐵芯表面的槽中：兩邊都能切割磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。能切割磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 兩邊電勢相加：線圈的兩邊必須處于不同極性兩邊電勢相加：線圈的兩邊必須處于不同極性的極面下，線圈的跨距的極面下，線圈的跨距約約等于一個極距。等于一個極距。 線圈對稱排列：當(dāng)一線圈的一個邊在某槽中占線圈對稱排列：當(dāng)一線圈的一個邊在某槽中占有上層位置時，則該線圈的另一邊必須放在另有上層位置時，則該線圈的另一邊必須放在另一槽下層。一槽下層。 虛槽概念虛槽概念 在大型電機(jī)中、在大型電機(jī)中、每

24、層可能有每層可能有N個并列圈邊個并列圈邊為了改善電機(jī)的性能，用更多的元件組成電樞繞組。為了改善電機(jī)的性能，用更多的元件組成電樞繞組。但電樞鐵心不能開太多的槽，采用在每槽的上下層各但電樞鐵心不能開太多的槽，采用在每槽的上下層各放置若干元件邊。放置若干元件邊。每層有每層有3個圈邊個圈邊實槽虛槽CZZeZeKS每一元件有兩個圈邊，每一元件有兩個圈邊，每一換向片上接有兩個圈邊，每一換向片上接有兩個圈邊，每一虛槽內(nèi)放置有兩個圈邊，每一虛槽內(nèi)放置有兩個圈邊，元件數(shù)S等于換向片數(shù)K，也等于虛槽數(shù) 每線圈有每線圈有Nc匝，則總導(dǎo)體數(shù)匝，則總導(dǎo)體數(shù)NNcZeCNcZN22ZeKSy=y1-y2有關(guān)電樞繞組名詞、

25、術(shù)語元件：第一節(jié)距y1極距：鐵心表面， 一個極所占的距離。第二節(jié)距y2合成節(jié)距y：換向器節(jié)距yk：極軸線：磁極中心線幾何中心線：磁極之間的平分線基本繞組形式一、 單迭繞組：迭： 兩個相臨聯(lián)接的元件， 后以元件的端部緊迭在前一元件的端部。單： 首末端相聯(lián)的兩換向片相隔一個換向片的寬度。特點： 槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片數(shù)K三者相同y=yk=1單迭繞組分析實例1。 數(shù)據(jù)計算：yyk1計算數(shù)據(jù)y和y1畫繞組展開圖安放電刷和磁極實例： P2， ZSK164221621pZy1單迭繞組展開圖單迭繞組展開圖1.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷12345678910111213141615234567891

26、0111213141615槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷NSNS+電刷放置法電刷放置法 使電刷間導(dǎo)出的電勢有最大值使電刷間導(dǎo)出的電勢有最大值 使與電勢為零的元件所連接的換向片相連接使與電勢為零的元件所連接的換向片相連接當(dāng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)至交軸時，感應(yīng)電勢當(dāng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)至交軸時，感應(yīng)電勢為零，電刷應(yīng)與處于交軸位置為零，電刷應(yīng)與處于交軸位置的導(dǎo)體相連的導(dǎo)體相連如導(dǎo)體對稱，則磁極的幾何中如導(dǎo)體對稱，則磁極的幾何中心線處為電刷位置心線處為電刷位置換向繞組的繞組軸線、磁極軸換向繞組的繞組軸線、磁極軸線和電刷位置在同一位置上。線和電刷位置在同一位置上。 N電路圖結(jié)合電刷的放置， 得到該瞬時的電路

27、圖每個極下的元件組成一條支路。 即單迭繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機(jī)的極數(shù)。 這是單迭繞組的重要特點之一。 單迭繞組的特點 元件的兩個出線端連接于相鄰兩個換向片上。 并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)， 2a=2p; 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)部無換流； 每條支路由不相同的電刷引出， 電刷不能少， 電刷數(shù)等于磁極數(shù); 正負(fù)電刷引出的電動勢即為每一支路的電動勢， 電樞電壓等于支路電壓; 由正負(fù)電刷引出的電樞電流Ia為各支路電流之和， 即aaaiI2 二、單波繞組波繞組：首末端所接的兩換向片相隔很遠(yuǎn)， 兩個元件緊相串聯(lián)后形似波浪。為了使緊相串聯(lián)的元件所生的電勢同向相加， 元件邊應(yīng)處

28、于相同磁極極性下， 即合成節(jié)距 2,2yy單波繞組： 換向片極距yk必須符合 即 1= kpyCpky=1為了使繞組從某一換向片出發(fā)， 沿電樞鐵心一周后回到原來出發(fā)點相鄰的一片上， 則可由此再繞下去。 單波繞組實例：P2， Z=SK15 左單波繞組計算數(shù)據(jù)y和y1畫繞組展開圖安放電刷和磁極1。繞組數(shù)據(jù)計算34341521pzy721151pKyyk43721yyy元件、磁極、電刷放置原則元件、換向片的放置：1元件上層邊1槽， 下層邊4槽;首末端所連的換向片相距yk7；為了端部對稱， 首末端所連的兩換向片之間的中心線與1元件的軸線重合。 1元件上層邊所連的換向片定為1。 依次聯(lián)接。 磁極放置：

29、N、S極磁極均勻交替的排列。電刷的放置：放在與主極軸線對準(zhǔn)的換向片上。 單波繞組展開圖3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512NSSN槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷單波繞組電路圖單波繞組把相同極性下的全部元件串聯(lián)起來組成一條支路。 由于磁極只有N、S之分， 所以單波繞組的支路對數(shù)a與極對數(shù)多少無關(guān)， 永遠(yuǎn)為1，即a1。 714613151031142512891125415189單疊繞組和單波繞組的差別單疊繞組和單波繞組的差別 單疊繞組：各個極面下上層的繞組元件構(gòu)成一支路，單疊繞組：各個極面下上層的繞組元件構(gòu)成一支路

30、，并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)電樞間電勢較小，電樞電流較大，稱并聯(lián)繞組電樞間電勢較小，電樞電流較大，稱并聯(lián)繞組 單波繞組：單波繞組：N極下上層的繞組元件串聯(lián)為一支路，極下上層的繞組元件串聯(lián)為一支路，S極極下的串聯(lián)為另一支路，并連支路數(shù)恒等于下的串聯(lián)為另一支路，并連支路數(shù)恒等于2電刷間電勢較大，電樞電流較小，稱串聯(lián)繞組。電刷間電勢較大，電樞電流較小，稱串聯(lián)繞組。NNSS疊繞波繞6.2.2 電樞電動勢及電磁轉(zhuǎn)矩電樞電動勢及電磁轉(zhuǎn)矩一、電樞電動勢一、電樞電動勢直流電機(jī)的電樞電動勢大小與哪些因素有關(guān)？它在發(fā)電機(jī)和直流電機(jī)的電樞電動勢大小與哪些因素有關(guān)？它在發(fā)電機(jī)和電動機(jī)中所起的作用有何不同？電

31、動機(jī)中所起的作用有何不同？直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)時，繞組中導(dǎo)體將切割氣隙磁場而感應(yīng)交直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)時，繞組中導(dǎo)體將切割氣隙磁場而感應(yīng)交流電勢，經(jīng)過換向，正負(fù)電刷間即獲得直流電勢，通常稱之為流電勢，經(jīng)過換向，正負(fù)電刷間即獲得直流電勢，通常稱之為電樞繞組電勢電樞繞組電勢。無論疊繞組或波繞組，正負(fù)電刷間的電勢就是支路電勢，也即無論疊繞組或波繞組，正負(fù)電刷間的電勢就是支路電勢，也即每條支路各串聯(lián)導(dǎo)體感應(yīng)電勢的總和。支路內(nèi)各導(dǎo)體分布在磁每條支路各串聯(lián)導(dǎo)體感應(yīng)電勢的總和。支路內(nèi)各導(dǎo)體分布在磁場內(nèi)各個不同的位置，故各導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電勢的大小是不同的。場內(nèi)各個不同的位置，故各導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)電勢的大小是不同的。計算支路

32、電勢時，最簡捷的方法是先求出一根導(dǎo)體的平均電勢，計算支路電勢時，最簡捷的方法是先求出一根導(dǎo)體的平均電勢，然后乘以支路內(nèi)的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)，由此推導(dǎo)求得電樞繞組電勢。然后乘以支路內(nèi)的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)，由此推導(dǎo)求得電樞繞組電勢。 圖圖6-2-7 氣隙磁通密度的分布?xì)庀洞磐芏鹊姆植?如圖如圖6-2-7所示，若把圖中一個磁極下磁通密度所示，若把圖中一個磁極下磁通密度 的分布的分布曲線化為底邊為極距曲線化為底邊為極距 高為高為 的矩形，并使它們的面的矩形，并使它們的面積相等，這樣積相等，這樣 就是一個磁極下的平均磁通密度，若導(dǎo)體就是一個磁極下的平均磁通密度，若導(dǎo)體的有效長度為的有效長度為 ，導(dǎo)體切割磁場的速度為，

33、導(dǎo)體切割磁場的速度為 ，則導(dǎo)體，則導(dǎo)體的平均電動勢為的平均電動勢為 （6-2-13） 式中：式中： 為某導(dǎo)體所在處的氣隙磁密；為某導(dǎo)體所在處的氣隙磁密； 為電樞導(dǎo)體有效長為電樞導(dǎo)體有效長度；度； 為導(dǎo)體切割氣隙磁場的速度為導(dǎo)體切割氣隙磁場的速度。 xBPBPBlvlvlvBepavPBN2aaNlvBaNeEpava222Nan mD設(shè)電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)為設(shè)電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)為 ，有條，有條 并聯(lián)支路，則每一并聯(lián)支路，則每一條支路中的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為條支路中的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為 ，支路電動勢為，支路電動勢為 （6-2-14） 設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)速為設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 ，電樞直徑為，電樞直徑為 ，則，則導(dǎo)體切割磁場的速度為：

34、導(dǎo)體切割磁場的速度為： （6-2-15） 60260npnDv 將式將式(6-2-15)代入代入(6-2-14)，得支路電動勢為：，得支路電動勢為： （6-2-16） nCaNnplBeaNEepava26022式中：式中： 為電樞旋轉(zhuǎn)速度，為電樞旋轉(zhuǎn)速度，r/min； 為每一磁極的總磁通量，為每一磁極的總磁通量， ; 為電樞繞組的支路電動勢，為電樞繞組的支路電動勢，V ; 為電動勢常為電動勢常數(shù)，數(shù)， .npB l WbaEeC6 0ep NCa式式(6-2-16) 表明：直流電機(jī)電樞電動勢的大小，決定于電機(jī)轉(zhuǎn)速的高表明：直流電機(jī)電樞電動勢的大小，決定于電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低與每極磁通的強(qiáng)弱。另外，

35、后文還會進(jìn)一步分析指出，電樞電動勢低與每極磁通的強(qiáng)弱。另外，后文還會進(jìn)一步分析指出，電樞電動勢的大小還與電刷的位置有關(guān)。當(dāng)電機(jī)空載時，電刷位于幾何中性線上的大小還與電刷的位置有關(guān)。當(dāng)電機(jī)空載時，電刷位于幾何中性線上時的電樞電動勢最大。時的電樞電動勢最大。需要指出的是，需要指出的是，直流電機(jī)電樞繞組電動勢為直流，但是電樞導(dǎo)體的感應(yīng)直流電機(jī)電樞繞組電動勢為直流，但是電樞導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢卻是交變的，其頻率為電動勢卻是交變的，其頻率為 （6-2-17） 60pnf二、電磁轉(zhuǎn)矩二、電磁轉(zhuǎn)矩在直流電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩由電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)在直流電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩由電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生的電磁力形成，這個

36、轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可用推導(dǎo)繞組感應(yīng)電生的電磁力形成，這個轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可用推導(dǎo)繞組感應(yīng)電動勢表達(dá)式類似的方法導(dǎo)出。動勢表達(dá)式類似的方法導(dǎo)出。若流過電樞導(dǎo)體的電流（即支路電流）為若流過電樞導(dǎo)體的電流（即支路電流）為 ，主磁極下磁通密度，主磁極下磁通密度的平均值為的平均值為 ，導(dǎo)體的有效長度為，導(dǎo)體的有效長度為 ,則導(dǎo)體受到的電磁力為則導(dǎo)體受到的電磁力為 （6-2-18） aipBlapliBF 電磁力的方向由左手定則確定，如圖電磁力的方向由左手定則確定，如圖(6-2-8)所示。若電所示。若電樞外徑為樞外徑為 ，則導(dǎo)體電磁力對轉(zhuǎn)軸形成的電磁轉(zhuǎn)，則導(dǎo)體電磁力對轉(zhuǎn)軸形成的電磁轉(zhuǎn)矩為矩為 （6-2-19） mD22

37、DliBDfTapp設(shè)電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)為設(shè)電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)為 ，則電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為，則電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為所有電樞導(dǎo)體對轉(zhuǎn)軸形成的轉(zhuǎn)矩之和，即所有電樞導(dǎo)體對轉(zhuǎn)軸形成的轉(zhuǎn)矩之和，即 N2DliNBNTTapp式中：式中： 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，為轉(zhuǎn)矩常數(shù)， ; 為每一磁極的為每一磁極的總磁通量總磁通量， ; 為電樞電流，為電樞電流， 。 設(shè)電樞繞組的支路數(shù)為設(shè)電樞繞組的支路數(shù)為 ，電樞繞組的總電流，電樞繞組的總電流為為 ，則，則支路電流支路電流 ，若電樞的圓周用，若電樞的圓周用 表表 示，則電樞外示，則電樞外徑為徑為 ，將這些關(guān)系及，將這些關(guān)系及 代入上式，則代入上式，則電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 （6-2-21）

38、 a2aIaIiaa2p2pD 2lBpaTaaICIaNpplaIlNT2222TCeTCNaPC55. 921WbaIA該式表明：該式表明： 電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通和電樞電流的乘積成正比。而電磁轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通和電樞電流的乘積成正比。而電磁轉(zhuǎn)矩的方向，由每極磁通和電樞電流的方向共同決定，矩的方向，由每極磁通和電樞電流的方向共同決定，每極磁每極磁通通和和電樞電流電樞電流任一項的方向改變，電磁轉(zhuǎn)矩的方向就隨之而任一項的方向改變，電磁轉(zhuǎn)矩的方向就隨之而改變。改變。對發(fā)電機(jī)來說，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與原動機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，即對發(fā)電機(jī)來說，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與原動機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，即電磁轉(zhuǎn)矩是制動性質(zhì)的，正常運行時，

39、原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩在電磁轉(zhuǎn)矩是制動性質(zhì)的，正常運行時，原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩在補(bǔ)償電磁轉(zhuǎn)矩對電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響后，就將輸入到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸補(bǔ)償電磁轉(zhuǎn)矩對電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響后，就將輸入到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電樞繞組的電能。上的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電樞繞組的電能。對電動機(jī)來說，電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)的，正常運行時，由對電動機(jī)來說，電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性質(zhì)的，正常運行時，由直流電源輸入到電機(jī)的電能轉(zhuǎn)換為拖動機(jī)械做功的機(jī)械能。直流電源輸入到電機(jī)的電能轉(zhuǎn)換為拖動機(jī)械做功的機(jī)械能。6.2.3 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)1.電流流過電樞繞組要產(chǎn)生磁動勢，因而電機(jī)運行時定電流流過電樞繞組要產(chǎn)生磁動勢，因而電機(jī)運行時定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙磁場，是由主磁極

40、的勵磁磁動勢子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙磁場，是由主磁極的勵磁磁動勢和負(fù)載電流產(chǎn)生的電樞磁動勢共同建立的。和負(fù)載電流產(chǎn)生的電樞磁動勢共同建立的。2.負(fù)載電流改變，電樞磁動勢相應(yīng)改變，故氣隙磁場也負(fù)載電流改變，電樞磁動勢相應(yīng)改變，故氣隙磁場也隨著負(fù)載電流的變化而變化。這樣，發(fā)電機(jī)的電動勢、隨著負(fù)載電流的變化而變化。這樣，發(fā)電機(jī)的電動勢、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速以及電機(jī)的換向，也就是電機(jī)的運行情電動機(jī)的轉(zhuǎn)速以及電機(jī)的換向，也就是電機(jī)的運行情況會受到影響。我們就將電樞磁動勢對主磁極勵磁磁況會受到影響。我們就將電樞磁動勢對主磁極勵磁磁動勢所建立的氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。動勢所建立的氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。3.分別研

41、究主磁場和電樞磁場在氣隙中的分布規(guī)律，然分別研究主磁場和電樞磁場在氣隙中的分布規(guī)律，然后再討論電樞磁場對主磁場的影響，即電樞反應(yīng)后再討論電樞磁場對主磁場的影響，即電樞反應(yīng)。空載時直流電機(jī)的磁場 由磁極的直流勵磁電流產(chǎn)生，空氣隙磁場由磁極的直流勵磁電流產(chǎn)生，空氣隙磁場不隨時間變不隨時間變化化，是恒定磁場；空間上，忽略極面下的齒槽效應(yīng)，是恒定磁場；空間上，忽略極面下的齒槽效應(yīng)，沿極面均勻分布沿極面均勻分布。邊緣磁通空間上，空間上，非正弦分布，在導(dǎo)體中感應(yīng)電勢將包在導(dǎo)體中感應(yīng)電勢將包括有高次諧波括有高次諧波。 如圖所示，磁極面下磁阻較小且較均勻，故磁密較高，而如圖所示，磁極面下磁阻較小且較均勻，故磁

42、密較高，而兩極之間的氣隙處，磁密顯著降低，從磁極邊緣至幾何中兩極之間的氣隙處，磁密顯著降低，從磁極邊緣至幾何中線處的磁通稱邊緣磁通。由圖可見，主磁場對稱于主磁極線處的磁通稱邊緣磁通。由圖可見，主磁場對稱于主磁極軸線。相鄰兩主磁極的中心線稱幾何中性線，幾何中性線軸線。相鄰兩主磁極的中心線稱幾何中性線，幾何中性線上主磁極的磁通密度為零上主磁極的磁通密度為零 。負(fù)載時磁場在氣隙中的分布負(fù)載時磁場在氣隙中的分布 在實際電機(jī)中，電刷放在磁極中心線上的換向片上，該換在實際電機(jī)中，電刷放在磁極中心線上的換向片上，該換向片所連的圈邊在兩磁極中間，即幾何中性線向片所連的圈邊在兩磁極中間，即幾何中性線(交軸線交軸

43、線)上，上，電樞磁動勢的軸線也在幾何中性線上。由于電樞磁動勢軸電樞磁動勢的軸線也在幾何中性線上。由于電樞磁動勢軸線與主磁極的軸線正交，故稱此為交軸電樞磁動勢。線與主磁極的軸線正交，故稱此為交軸電樞磁動勢。 此時，負(fù)載電流流過電樞繞組產(chǎn)生的電樞磁場在氣隙中的此時，負(fù)載電流流過電樞繞組產(chǎn)生的電樞磁場在氣隙中的分布情況如圖分布情況如圖6-2-10所示。在不同極性的主磁極下，導(dǎo)體所示。在不同極性的主磁極下，導(dǎo)體中的電流方向相反，主磁極軸線上的電樞磁動勢為零，幾中的電流方向相反，主磁極軸線上的電樞磁動勢為零，幾何中性線處的電樞磁動勢最大，電樞磁動勢沿定子與轉(zhuǎn)子何中性線處的電樞磁動勢最大，電樞磁動勢沿定子

44、與轉(zhuǎn)子之間的氣隙呈三角形分布，如圖中曲線之間的氣隙呈三角形分布，如圖中曲線1所示。所示。 由電樞磁動勢的分布曲線，可得電樞磁通密度在氣隙中的由電樞磁動勢的分布曲線，可得電樞磁通密度在氣隙中的分布曲線，如圖中的曲線分布曲線，如圖中的曲線2所示。由于直流電機(jī)定子為凸極，所示。由于直流電機(jī)定子為凸極，極面下磁阻少而極尖以外磁阻增大很多，盡管靠近幾何中極面下磁阻少而極尖以外磁阻增大很多，盡管靠近幾何中性線處電樞磁動勢有最大值，但此處的氣隙也最大，即磁性線處電樞磁動勢有最大值，但此處的氣隙也最大，即磁阻也最大，電樞磁通密度還是迅速減小。故電樞磁通密度阻也最大，電樞磁通密度還是迅速減小。故電樞磁通密度沿氣

45、隙的分布曲線呈馬鞍形。沿氣隙的分布曲線呈馬鞍形。 圖圖6-2-10 電樞磁場電樞磁場(a) 電樞磁場；電樞磁場； (b) 電樞磁場展開電樞磁場展開1一電樞磁動勢曲線；一電樞磁動勢曲線； 2一磁通密度曲線一磁通密度曲線 負(fù)載時的氣隙磁勢和磁場交軸直軸電樞磁勢位置取決于電刷電樞磁勢位置取決于電刷位置，電刷位于交軸，電位置，電刷位于交軸，電樞磁勢軸線也在交軸，為樞磁勢軸線也在交軸，為交軸電樞反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)。極尖處磁密最大極尖處磁密最大且由于其飽和程度的提高，且由于其飽和程度的提高，飽和影響使高峰略有下降，飽和影響使高峰略有下降，即極面下的總磁通略減小，即極面下的總磁通略減小，呈現(xiàn)去磁作用呈現(xiàn)去磁

46、作用負(fù)載時的負(fù)載時的氣隙磁勢和磁場氣隙磁勢和磁場交軸直軸交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)對氣隙磁場的影響：1. 使氣隙磁場發(fā)生畸變使氣隙磁場發(fā)生畸變2. 使物理中心線偏移幾何使物理中心線偏移幾何中心線一個角度（對發(fā)中心線一個角度（對發(fā)電機(jī)：順著旋轉(zhuǎn)方向）電機(jī)：順著旋轉(zhuǎn)方向）3. 磁路未飽和時，每極磁磁路未飽和時，每極磁通通 不變不變4. 如考慮磁路飽和的影響，如考慮磁路飽和的影響，則交軸電樞反應(yīng)有去磁則交軸電樞反應(yīng)有去磁作用作用空載氣隙磁場電樞磁場負(fù)載時合成磁場定義：電樞進(jìn)入極面處的磁極極尖為前極尖，電樞離開極面處的定義：電樞進(jìn)入極面處的磁極極尖為前極尖，電樞離開極面處的極尖為后極尖極尖為后極尖 發(fā)電

47、機(jī)的后極尖下磁通密度增強(qiáng)，電動機(jī)前極尖下磁通密度增強(qiáng)發(fā)電機(jī)的后極尖下磁通密度增強(qiáng)，電動機(jī)前極尖下磁通密度增強(qiáng) 直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng) 如電刷如電刷順著發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向順著發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向或逆著電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向移或逆著電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向移過一個角度過一個角度，則電樞電流的分布隨之改變，電樞磁勢的軸則電樞電流的分布隨之改變，電樞磁勢的軸線也隨著電刷移動。線也隨著電刷移動。 在角度在角度2范圍內(nèi)的導(dǎo)體所范圍內(nèi)的導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁勢固定作用在直產(chǎn)生的磁勢固定作用在直軸，稱為直軸電樞反應(yīng)，軸，稱為直軸電樞反應(yīng)，其方向與主磁極極性相反，其方向與主磁極極性相反，使主磁通減弱，呈現(xiàn)去磁使主磁通減弱，呈現(xiàn)去磁作用。

48、將使電樞電勢減小作用。將使電樞電勢減小在角度在角度2范圍以外的導(dǎo)體范圍以外的導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁勢作用在交軸，所產(chǎn)生的磁勢作用在交軸，為交軸電樞反應(yīng)。為交軸電樞反應(yīng)。 6.2.4 換向概述換向概述* 直流電機(jī)的電樞繞組是一個閉合繞組，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電直流電機(jī)的電樞繞組是一個閉合繞組，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組各條支路的線圈在各個磁極下依次循環(huán)輪換。當(dāng)繞樞繞組各條支路的線圈在各個磁極下依次循環(huán)輪換。當(dāng)繞組的線圈從一條支路經(jīng)電刷短路后進(jìn)入另一條支路時，電組的線圈從一條支路經(jīng)電刷短路后進(jìn)入另一條支路時，電流要改變方向，這個電流改變方向的過程就稱為換向。流要改變方向，這個電流改變方向的過程就稱為換向。 換向是直

49、流電機(jī)運行中的一個重要問題，若換向不良，將換向是直流電機(jī)運行中的一個重要問題，若換向不良，將在電刷下產(chǎn)生有害的火花，有燒壞電刷和換向器的危險，在電刷下產(chǎn)生有害的火花，有燒壞電刷和換向器的危險，使電機(jī)不能正常運行。使電機(jī)不能正常運行。 由于換向過程是一個十分復(fù)雜的問題，引起電刷下產(chǎn)生火由于換向過程是一個十分復(fù)雜的問題，引起電刷下產(chǎn)生火花的原因是多方面的，既有電磁方面的原因，又有機(jī)械方花的原因是多方面的，既有電磁方面的原因，又有機(jī)械方面和電化學(xué)方面的原因，但電磁方面的原因是主要的。面和電化學(xué)方面的原因，但電磁方面的原因是主要的。二、改善換向的方法二、改善換向的方法 1裝設(shè)換向極裝設(shè)換向極,位于幾何

50、中性線處裝換向磁極。換向繞組與位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動勢抵消電樞反電樞繞組串聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢應(yīng)磁動勢不良換向會給直流電機(jī)運行造成困難，所以要改善換向。改善不良換向會給直流電機(jī)運行造成困難，所以要改善換向。改善換向的方法，大多從減少甚至消除附加換向電流著手，常采用換向的方法，大多從減少甚至消除附加換向電流著手，常采用的方法有：的方法有：圖圖6-2-16安裝換向極改善元件安裝換向極改善元件 2合理選擇電刷合理選擇電刷增加換向片與電刷之間的接觸電阻增加換向片與電刷之間的接觸電阻(a) 環(huán)火環(huán)火 (b) 補(bǔ)償繞組補(bǔ)償繞

51、組 圖圖6-2-17環(huán)火和補(bǔ)償繞組環(huán)火和補(bǔ)償繞組 3裝設(shè)補(bǔ)償繞組裝設(shè)補(bǔ)償繞組大型直流電機(jī)在主磁極極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組，補(bǔ)償繞組與大型直流電機(jī)在主磁極極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組，補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢4移動電刷位置移動電刷位置移動電刷位置也能改善換向，將電刷從幾何中性上移開一移動電刷位置也能改善換向，將電刷從幾何中性上移開一個適當(dāng)角度，使換向元件切割主磁極磁場產(chǎn)生的速度電動個適當(dāng)角度，使換向元件切割主磁極磁場產(chǎn)生的速度電動勢勢 與電抗電動勢與電抗電動勢 ，方向相反，相互抵消，達(dá)到改，方向相反，相互抵消，達(dá)到改善換向的目的，但是移動

52、電刷后會產(chǎn)生直軸去磁電樞反應(yīng)，善換向的目的，但是移動電刷后會產(chǎn)生直軸去磁電樞反應(yīng)，對電機(jī)其它性能產(chǎn)生不良影響，故這種方法現(xiàn)在已很少使對電機(jī)其它性能產(chǎn)生不良影響，故這種方法現(xiàn)在已很少使用。用。aere作 業(yè) 思考題： 6、8 習(xí) 題： 3、56.3 直流電機(jī)運行直流電機(jī)運行 直流電機(jī)的運行情況可以用基本方程直流電機(jī)的運行情況可以用基本方程(即電壓平衡方程、即電壓平衡方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程和功率平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程和功率平衡方程)來研究。來研究。 一、電壓平衡方程一、電壓平衡方程1直流發(fā)電機(jī)電壓平衡方程直流發(fā)電機(jī)電壓平衡方程并勵直流發(fā)電機(jī)電路如圖并勵直流發(fā)電機(jī)電路如圖6-3-1(a)所示。所示。對于電

53、樞回路，若電機(jī)為發(fā)電機(jī)，電機(jī)向負(fù)載供電，則電樞對于電樞回路，若電機(jī)為發(fā)電機(jī)，電機(jī)向負(fù)載供電，則電樞繞組的感應(yīng)電動勢繞組的感應(yīng)電動勢 必定大于端電壓必定大于端電壓 。采用發(fā)電機(jī)慣。采用發(fā)電機(jī)慣例，以輸出電流作為電樞電流的正方向。此時有：例，以輸出電流作為電樞電流的正方向。此時有：aEU （6-3-1） fLaIII 式中：式中： 為發(fā)電機(jī)電樞電流；為發(fā)電機(jī)電樞電流； 為負(fù)載電流；為負(fù)載電流； 為勵磁為勵磁電流；電流； aILIfI 6.3.1 直流電機(jī)的基本方程直流電機(jī)的基本方程(a) 并勵直流發(fā)電機(jī)并勵直流發(fā)電機(jī) (b) 并勵直流電動機(jī)并勵直流電動機(jī) 圖圖6-3-1直流電機(jī)電路圖直流電機(jī)電路圖

54、 2aa aEU I rU+ （6-3-2）式中：式中： 為端電壓；為端電壓； 為電樞回路中各串聯(lián)繞組的電阻電壓降；為電樞回路中各串聯(lián)繞組的電阻電壓降； 為每一電刷的接觸電壓降，通?？梢哉J(rèn)為為每一電刷的接觸電壓降，通?？梢哉J(rèn)為 為常數(shù)，一般取為常數(shù)，一般取 =1V。此時，感應(yīng)電動勢與電流方向一致，電機(jī)輸出電功率。繞組感應(yīng)電動此時，感應(yīng)電動勢與電流方向一致，電機(jī)輸出電功率。繞組感應(yīng)電動勢勢 ，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于原動機(jī)，通常保持不變。，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于原動機(jī)，通常保持不變。 UaarIUUUnCEea2直流電動機(jī)電壓平衡方程直流電動機(jī)電壓平衡方程 并勵直流電動機(jī)電路圖如圖并勵直流電動機(jī)電路圖如圖

55、6-3-1(a)所示，以輸入電流所示，以輸入電流作為電樞電流的正方向。此時有：作為電樞電流的正方向。此時有：若電機(jī)為電動機(jī)電動機(jī)，則電機(jī)端電壓必定大于電機(jī)端電壓必定大于 電樞繞組的樞繞組的感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢 。采用電動機(jī)慣例電動機(jī)慣例。UaE （6-3-3） faIIIUrIUEaaa2 （6-3-4） 二、功率平衡方程二、功率平衡方程 式中：式中： 為輸出電功率，為輸出電功率， ； 為勵磁回路銅損為勵磁回路銅損耗，耗， ； 為電樞銅損耗，為電樞銅損耗， ； 為電刷的電為電刷的電損耗，損耗， ；1直流發(fā)動機(jī)功率平衡方程直流發(fā)動機(jī)功率平衡方程把式（把式（6-3-1）和式（）和式（6-3-2）相

56、乘，可得并勵直流發(fā)電機(jī)的電磁功率）相乘，可得并勵直流發(fā)電機(jī)的電磁功率 為為eP222ea aLfa aacufabP EIUIUII rUIP ppp （6-3-5） 2PLUIP 2fpcuffpUIcup2cua aP Irbp2bapUI 發(fā)電機(jī)輸入的是機(jī)械功率，外施機(jī)械功率不能全部轉(zhuǎn)化發(fā)電機(jī)輸入的是機(jī)械功率，外施機(jī)械功率不能全部轉(zhuǎn)化為電磁功率為電磁功率 ，因此，輸入功率為，因此，輸入功率為1P1eFePPppp （6-3-6） 式中：式中： 為機(jī)械損耗，即軸承摩擦損耗、電刷和換向器的摩為機(jī)械損耗，即軸承摩擦損耗、電刷和換向器的摩擦損耗、通風(fēng)損耗，它們都與轉(zhuǎn)速有關(guān)；擦損耗、通風(fēng)損耗，它們

57、都與轉(zhuǎn)速有關(guān)； 為鐵芯損耗，為鐵芯損耗，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，電樞鐵芯中的磁通是交變的，由此產(chǎn)生渦流和電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，電樞鐵芯中的磁通是交變的，由此產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，總稱鐵芯損耗；磁滯損耗，總稱鐵芯損耗； 為附加損耗，又稱雜散損耗，為附加損耗，又稱雜散損耗， 。pFepp2( 0. 51 ) %pP把式（把式（6-3-5）代入式（）代入式（6-3-6）得）得 （6-3-7）式中：式中： 總損耗?？倱p耗。122FecufbcuPPppppppPpFecufbcuppppppp 式（式（6-3-7）為并勵發(fā)電機(jī)的功率平衡式，由此可畫出并勵直）為并勵發(fā)電機(jī)的功率平衡式，由此可畫出并勵直流發(fā)電機(jī)功率流程圖，如圖流

58、發(fā)電機(jī)功率流程圖，如圖6-3-2(a)所示。所示。圖中機(jī)械損耗圖中機(jī)械損耗 和鐵芯損耗和鐵芯損耗 空載時就已存在，總稱空載空載時就已存在，總稱空載損耗損耗 ，當(dāng)負(fù)載變化時，它們的數(shù)值基本不變，故又稱，當(dāng)負(fù)載變化時，它們的數(shù)值基本不變，故又稱不變損耗。而電樞繞組的銅損耗不變損耗。而電樞繞組的銅損耗 和電刷接觸壓降損耗和電刷接觸壓降損耗 是由負(fù)載電流所引起的，稱負(fù)載損耗，受負(fù)載電流大小而是由負(fù)載電流所引起的，稱負(fù)載損耗，受負(fù)載電流大小而變化，故又稱可變損耗。而空載時電樞電流小，變化，故又稱可變損耗。而空載時電樞電流小， ，所引起的所引起的 和和 可忽略不計。勵磁損耗消耗的功率很小，可忽略不計。勵磁

59、損耗消耗的功率很小，一般僅為一般僅為 。并勵發(fā)電機(jī)的勵磁損耗與負(fù)載電流。并勵發(fā)電機(jī)的勵磁損耗與負(fù)載電流大小無關(guān)，可認(rèn)為是不變損耗。大小無關(guān)，可認(rèn)為是不變損耗。pFep0pcupbpfaIIcupbp(1 3)%fepP(a) 并勵發(fā)電機(jī)并勵發(fā)電機(jī) (b) 并勵電動機(jī)并勵電動機(jī) 圖圖6-3-2直流電機(jī)的功率流程圖直流電機(jī)的功率流程圖 輸出功率輸出功率 與輸入功率與輸入功率 之比就是電機(jī)的效率，即之比就是電機(jī)的效率，即 （6-3-8）式中：式中： 為總損耗。為總損耗。2P1P211111PPppPPP p三直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程三直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程1、直流發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程、直流發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程

60、由原動機(jī)供給的外由原動機(jī)供給的外施機(jī)械轉(zhuǎn)矩為施機(jī)械轉(zhuǎn)矩為11PT（6-3-12）式中：式中： 為輸入機(jī)械功率，單位為為輸入機(jī)械功率，單位為 ； 為角速度，為角速度，單位為單位為 ； 為輸入轉(zhuǎn)矩，單位為為輸入轉(zhuǎn)矩，單位為 。1PW1S1TNm直流發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 是電磁作用使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)是電磁作用使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受到的阻力轉(zhuǎn)矩，即所謂反轉(zhuǎn)矩子受到的阻力轉(zhuǎn)矩，即所謂反轉(zhuǎn)矩TeTaPTCI空載損耗空載損耗 所引起的阻力轉(zhuǎn)矩所引起的阻力轉(zhuǎn)矩為為0P00FeppppT（6-3-13） 直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為式為TTT01（6-3-14） 2、直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方