第一章直流電機(jī)

1、第一章 直流電機(jī) 直流電機(jī)的基本原理和結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)的電樞繞組 直流電機(jī)的磁場(chǎng) 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩 和電磁功率 直流電機(jī)的換向 直流電機(jī)的用途電源勵(lì)磁機(jī)測(cè)速伺服直流電機(jī)的特點(diǎn) 直流發(fā)電機(jī)的電勢(shì)波形較好，對(duì)電磁干擾的影響小。 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動(dòng)機(jī)過載能力較強(qiáng)，熱動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。 由于存在換向器，其制造復(fù)雜，價(jià)格較高一、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)11 直流電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)定子和轉(zhuǎn)子直流電機(jī)電樞繞組結(jié)構(gòu)直流電機(jī)電刷和換向器結(jié)構(gòu)直流電機(jī)電刷結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)總結(jié)主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成直流電機(jī)定子轉(zhuǎn)子機(jī)座換向極主磁極電刷裝置電樞鐵心軸承換向器風(fēng)扇 轉(zhuǎn)軸電樞繞組二、

2、直流電機(jī)的工作原理二、直流電機(jī)的工作原理磁場(chǎng)定義直流電機(jī)的物理模型直流電機(jī)的物理模型電勢(shì)正方向：abcdB+,A-1 直流發(fā)電機(jī)的工作原理（1）、換流過程abcdABabcdABdcabAB電勢(shì)正方向：電勢(shì)正方向：dcbaB+,A-（2）直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的幾點(diǎn)結(jié)論1. 電樞線圈內(nèi)電勢(shì)、電流方向是交流電；2. 電刷間為直流電勢(shì)。線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向一致；3. 從空間看， 電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的磁場(chǎng)；4. 產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反， 是制動(dòng)性質(zhì)；2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理（1）、換流過程abcdabcddcab電流正方向：dcba轉(zhuǎn)矩方向：順時(shí)針電勢(shì)方向：abcd電流正方向

3、：dcba轉(zhuǎn)矩方向：電勢(shì)方向：電流正方向：abcd轉(zhuǎn)矩方向：順時(shí)針電勢(shì)方向：dcba（2）直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的幾點(diǎn)結(jié)論1. 外施電壓、電流是直流， 電樞線圈內(nèi)電流是交流；2. 線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向相反；3. 線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的。 電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的；4. 產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同， 是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)；直流電機(jī)的可逆原理 同一臺(tái)直流電機(jī)， 通過改變外界條件， 可當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行， 也可當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。三、直流電機(jī)的額定值額定容量PN： 輸出功率額定電壓UN：額定狀態(tài)下出線端電壓；額定電流IN：額定狀態(tài)下出線端電流；額定轉(zhuǎn)速n： 額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速直流發(fā)電機(jī)： PNU

4、N IN直流電動(dòng)機(jī)： PNUN IN 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)1-2 直流電機(jī)電樞繞組對(duì)電樞繞組的要求：在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩前提下，所消耗的有效材料最省， 強(qiáng)度高（機(jī)械、電氣、熱）， 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。 電樞繞組: 直流電機(jī)的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一, 是直流電機(jī)的電路部分，亦是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。繞組實(shí)物圖電樞繞組的形式環(huán)形繞組鼓形繞組疊繞組波繞組y=y1-y2有關(guān)電樞繞組名詞、術(shù)語元件：第一節(jié)距y1極距：鐵心表面， 一個(gè)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：磁極之間的平分線一、 單迭繞組：迭： 兩個(gè)相臨聯(lián)接的元件， 后以元

5、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(gè)換向片的寬度。特點(diǎn)： 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(shí)例1。 數(shù)據(jù)計(jì)算：yyk1計(jì)算數(shù)據(jù)y和y1畫繞組展開圖安放電刷和磁極實(shí)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123456789101112131416152345678910111213141615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+展開圖（展開圖（2 2）112345678910111213141615234567891011121314161

6、5NSNS+繞組放置 元件1： 上元件邊在1槽， 下元件邊放在相距y1=5即6槽下層。 元件2： 上元件邊在2槽， 下元件邊放在相距y1=5即7槽下層。以此類推某一瞬間某一瞬間電刷、磁極放置磁極：磁極寬度約0.7 , 均勻分布，N、S極交替安排。 電刷：連接內(nèi)、外電路。為了在正負(fù)電刷間獲得最大直流電勢(shì)以及產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩， 電刷放在被電刷短路的元件電勢(shì)為零的位置。 電勢(shì)為零的元件：在一個(gè)主極下的元件邊電勢(shì)具有相同的方向。 在磁極的幾何中心線上電勢(shì)為零。 電刷放置：電刷放置在使電刷的中心線與主磁極軸線對(duì)準(zhǔn)的換向片上。 元件連接順序圖繞電樞一周， 所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。結(jié)合電刷的放置，

7、 得到該瞬時(shí)的電路圖每個(gè)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(diǎn)之一。 元件的兩個(gè)出線端連接于相鄰兩個(gè)換向片上。 并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)， 2a=2p; 整個(gè)電樞繞組的閉合回路中， 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)即為每一支路的電動(dòng)勢(shì)， 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(gè)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(shì)同向相加， 元件邊應(yīng)

8、處于相同磁極極性下， 即合成節(jié)距 2,2yy單波繞組： 換向片極距yk必須符合 即 1kyPkCPkyk1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(diǎn)相鄰的一片上， 則可由此再繞下去。 單波繞組實(shí)例：P2， Z=SK15 左單波繞組計(jì)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(jì)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(duì)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：

9、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(duì)準(zhǔn)的換向片上。 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、電刷從繞組展開圖可以看出， 全部15個(gè)元件串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)閉合回路的順序是：1815 714 6 13 5 124 11 310 291用聯(lián)接順序圖表示為：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上層邊下層邊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

10、繞組的支路對(duì)數(shù)a與極對(duì)數(shù)多少無關(guān)， 永遠(yuǎn)為1，即a1。 714613151031142512891125415189單波繞組的特點(diǎn)同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路， 支路對(duì)數(shù)a1， 與磁極對(duì)數(shù)p無關(guān)。當(dāng)元件的幾何尺寸對(duì)稱時(shí)， 電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線， 支路電動(dòng)勢(shì)最大。電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）; 電樞電流 Ia2ia 。 直流電機(jī)繞組的歸納 所有的直流電機(jī)的電樞繞組總是自成閉路. 電樞繞組的支路數(shù)（2a）永遠(yuǎn)是成對(duì)出現(xiàn)，這是由于磁極數(shù)(2p)是一個(gè)偶數(shù).注：a支路對(duì)數(shù) p極對(duì)數(shù) 為了得到最大的直流電勢(shì)，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸。單迭繞組和單波繞組的區(qū)別單迭繞組：先串聯(lián)所有上元件邊在同一極下的元件， 形成一條支路。 每增加一對(duì)主