項(xiàng)目二 直流電機(jī)

1、項(xiàng)目二項(xiàng)目二 直流電機(jī)直流電機(jī)直流電機(jī)直流電機(jī)英文：英文：direct current machinedirect current machine，DC machineDC machine定義：將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能定義：將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能( (直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)) ) 或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能( (直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)) )的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。特點(diǎn)：具有良好的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能。特點(diǎn)：具有良好的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能。缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜，消耗有色金屬多；缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜，消耗有色金屬多； 運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間用以產(chǎn)生火花，維護(hù)困難。運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間用以

2、產(chǎn)生火花，維護(hù)困難。應(yīng)用：用于啟動(dòng)和調(diào)速要求較高的場(chǎng)合。應(yīng)用：用于啟動(dòng)和調(diào)速要求較高的場(chǎng)合。 直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。2.1.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理電磁力定律電磁力定律直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。2.1.2直流發(fā)電機(jī)的工作原理電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律從上述直流電機(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)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)。這種一臺(tái)電機(jī)既能作電動(dòng)機(jī)又能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為電機(jī)的可逆原理電

3、機(jī)的可逆原理。2.1.3 直流電機(jī)的可逆性定子轉(zhuǎn)子主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成換向磁極：改善換向性能。電刷裝置：與換向片配合,完成直流與交流的互換機(jī)座和端蓋：起支撐和固定作用。電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組：由帶絕緣的導(dǎo)線繞制而成，是電路部分。換向器：與電刷裝置配合,完成直流與交流的互換轉(zhuǎn)軸軸承2.2.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（1 1）主磁極）主磁極 主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。 主磁極由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組兩部分組成。 鐵心一般用0.5mm1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，上面套勵(lì)磁繞組的部分稱為極身，下面擴(kuò)寬的部分稱為極靴，極靴寬

4、于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場(chǎng)的分布，又便于固定勵(lì)磁繞組。 勵(lì)磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。 整個(gè)主磁極用螺釘固定在機(jī)座上。定子定子（2 2）換向極）換向極 換向極的作用是改善換向，減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩個(gè)相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成。 換向極繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成，套在換向極鐵心上，換向極的數(shù)目與主磁極相等。 定子定子（3 3）機(jī)座）機(jī)座電機(jī)定子的外殼稱為機(jī)座。機(jī)座的作用有兩個(gè)： 一是用來(lái)固定主磁極、換向極。二是機(jī)座本身也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。 為保證機(jī)座具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)

5、磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。 定子定子4 4）電刷裝置）電刷裝置電刷裝置是用來(lái)引入或引出直流電壓和直流電流的。 電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。 電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動(dòng)接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。 定子定子（1 1）電樞鐵心）電樞鐵心電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。 一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。 鐵心

6、的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子（2 2）電樞繞組）電樞繞組電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件，所以叫電樞。 它是由許多線圈按一定規(guī)律連接而成，線圈采用高強(qiáng)度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔固定。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無(wú)緯玻璃帶進(jìn)行綁扎。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1. 直流電機(jī)的電樞繞組 直流電機(jī)的電樞繞組是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能轉(zhuǎn)換的核心部件。 在實(shí)際的直流電機(jī)中，為增加電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩其電樞

7、表面均勻分布的槽內(nèi)嵌放了許多線圈，這些線圈按一定規(guī)律與換向器聯(lián)接起來(lái)，組成電樞繞組。 電樞繞組每個(gè)元件的匝數(shù)可以是單匝，也可以是多匝。元件依次嵌放在電樞槽內(nèi)，一條元件邊放在槽的上層，另一條邊放在另一槽的下層，構(gòu)成雙層繞組。 按照元件首尾端與換向片聯(lián)接規(guī)律的不同，電樞繞組可分為按照元件首尾端與換向片聯(lián)接規(guī)律的不同，電樞繞組可分為疊繞組疊繞組和和波繞波繞組組，疊繞組又有，疊繞組又有單疊單疊和和復(fù)疊復(fù)疊之分，波繞組也有之分，波繞組也有單波單波和和復(fù)波復(fù)波之分。之分。單疊繞組是直單疊繞組是直流電機(jī)電樞繞組的基本形式流電機(jī)電樞繞組的基本形式。 3 3）換向器）換向器在直流電動(dòng)機(jī)中，換向器配以電刷，能將外

8、加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動(dòng)勢(shì)。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子云母片V形套筒換向片連接片4 4）轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，一般用圓鋼加工而成。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式是指電機(jī)勵(lì)磁電流的供給方式，分為他勵(lì)和自勵(lì)他勵(lì)和自勵(lì)兩大類。他勵(lì)他勵(lì)勵(lì)磁電流由另外的電源供給。勵(lì)磁電路與電樞無(wú)電的聯(lián)系。自勵(lì)自勵(lì)勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)本身供給。自勵(lì)電動(dòng)按勵(lì)磁繞組與電樞的聯(lián)接方式不同，又可分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三

9、種。他勵(lì)他勵(lì)并勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì) 4 4) )復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì): : 發(fā)電機(jī)既有并勵(lì)繞組，又有串勵(lì)繞組。 串勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)可以與并勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)方向相同（稱為積復(fù)勵(lì)），也可以相反（稱為差復(fù)勵(lì)）。 并勵(lì)繞組與電樞并聯(lián)，流過的電流小，故并勵(lì)繞組匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)；串勵(lì)繞組與電樞串聯(lián)，流過的電流大，故串勵(lì)繞組匝數(shù)少、導(dǎo)線粗。1)1)他勵(lì)：他勵(lì)：他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同。aII3)3)串勵(lì)：串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。afII I 2 2) )并勵(lì)：并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。afIII 通常If 僅為電視額定電流IN的1%-5%。 1 1）額定容量（額定功率）額定容量（額定功率）P P

10、N N 指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率，以 “W” 為量綱單位。 電機(jī)制造廠按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)電機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)定了電機(jī)的正常運(yùn)行狀態(tài)和條件，通常稱之為額定運(yùn)行情況額定運(yùn)行情況。凡表征電機(jī)額定運(yùn)行情況的各種數(shù)據(jù)，稱為額定值。額定值一般都標(biāo)注在電機(jī)的銘牌上，所以也稱為銘牌數(shù)據(jù)，它是正確合理使用電機(jī)的依據(jù)。直流電機(jī)的額定值主要有下列四項(xiàng)：2 2）額定電壓）額定電壓U UN N 指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 “V” 為單位。 3 3）額定電流）額定電流I IN N 指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電樞電流值，以 “A” 為單位。 4 4）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速n nN N 指

11、額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為單位。 對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，PNUNINN 對(duì)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定電流的乘積。 PNUNIN 例：一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=13kw，UN=220V，nN=1500r/min, N =90%,求額定輸入功率P1N、額定電流IN和額定輸出轉(zhuǎn)矩TN 。 直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者很小，電樞磁動(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)

12、磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為 N 極和 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，因此只要分析一對(duì)極的磁路情況就可以了。2.3.1直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 下圖是一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布示意圖（一對(duì)極的情形）。直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布示意圖 從圖中看出，由N極出來(lái)的磁通，大部分經(jīng)過氣隙和電樞齒,再經(jīng)過電樞磁軛到另一部分的電樞齒,又通過氣隙進(jìn)入S極，再經(jīng)過定子磁軛回到原來(lái)出發(fā)的N極，成為閉合回路。這部分磁通同時(shí)匝鏈著勵(lì)磁繞組和電樞繞組，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，把這部分磁通稱為主磁通，用表示 此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過相鄰的

13、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，稱為漏磁通，用表示。 主磁通磁路的氣隙較小，磁導(dǎo)較大，漏磁通磁路的氣隙較大，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路的磁動(dòng)勢(shì)是相同的。 當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過電流 ，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：fNfIfffNIF 所以漏磁通在數(shù)量上比主磁通要小得多，大約是主磁通的（1520）%左右。 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，沒有這個(gè)作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。因此，可只分析主磁通。 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

14、數(shù)；在極靴范圍外，氣隙明顯增大，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。 如圖所示：幾何中性線極靴極身氣隙形狀 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。 空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如圖 (b) 所示。 空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如圖(c) 所示。圖（b）圖（c） 在直流電機(jī)中，為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，氣隙里要有一定數(shù)量的主磁通，也就是需要有一定的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff。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)主磁通與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff或勵(lì)磁電流If的關(guān)系曲線稱為直流電機(jī)的磁化曲線，如圖所示，

15、它表明了電機(jī)磁路的特性。圖 直流電機(jī)的磁化曲線 當(dāng)磁通較小時(shí)，鐵磁部分沒有飽和，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)磁系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，因此曲線近似為一直線（圖中0A段）；當(dāng)磁通增大時(shí)，曲線逐漸彎曲，很大時(shí)，呈飽和特性。fNI0fF0fIINfIA0N0 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通 設(shè)定在圖中A點(diǎn)（膝部），即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。N 直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)。它的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)生變化。 圖（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)分布情況。 假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有

16、電樞電流。由圖可見電樞磁動(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)。 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。 圖（a）電樞磁場(chǎng)2.3.2電樞磁動(dòng)勢(shì) 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無(wú)窮多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如右圖 所示。axF 由于主磁極下氣隙長(zhǎng)度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長(zhǎng)度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的馬鞍型，如圖中 所示。axBaxFaxB圖電樞

17、磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)的分布 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，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時(shí)的電樞反應(yīng)。1、電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞反應(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)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27（a）所示。2.3.3電樞反應(yīng) 若電樞上半部分電流方向?yàn)榱鞒黾埫?，則電樞下半部分電流方向?yàn)榱魅爰埫?/p>

18、，其電樞磁場(chǎng)磁力線分布如圖示。圖27（a） 交軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)分布 此時(shí)電樞磁場(chǎng)的軸線與電刷軸線重合，并與主極軸線垂直，這時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)稱為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，它對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為交軸電樞反應(yīng)。 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)。 NSxB0axBxB電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線Bax主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線Box兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線Bx圖27（b）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線下面通過磁通密度分布曲線說(shuō)明電樞反應(yīng)的作用如圖27（b）所示:比較Bx 和Box 兩條曲線，得出電樞反應(yīng)

19、的性質(zhì)： 磁場(chǎng)為零的位置由空載時(shí)在幾何中性線逆轉(zhuǎn)向移動(dòng)了一個(gè)角度。 說(shuō)明物理中性線與幾何中性線不再重合。xB0axBxB圖27（b）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線 每一磁極下，主磁場(chǎng)一半被削弱，另一半被加強(qiáng)。幾何中性線物理中性線（1）使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 圖27（a） 交軸電樞反應(yīng)磁場(chǎng)分布 物理中性線是指電機(jī)中N極與S極的分界線，此處磁場(chǎng)為零。 幾何中性線是指電氣結(jié)構(gòu)上兩磁極的中線。 （2）對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用 磁路不飽和時(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

20、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27（b）交軸電樞反應(yīng)磁通密度分布曲線2、電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)如圖28所示，圖28 電刷不在幾何中性線上的電樞反應(yīng)NS假設(shè)電刷從幾何中性線順電樞轉(zhuǎn)向移動(dòng)角度，因?yàn)殡娝⑹请姌斜砻鎸?dǎo)體電流方向的分界線，故電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也隨之移動(dòng)角。 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)Faq和直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)Fad。FaqFad 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Fad和主磁場(chǎng)方向相同，起增磁作用；相反則起去磁作用。n 必須說(shuō)明，為了使電樞反應(yīng)能起增磁作用而移動(dòng)電刷，從換向的角度

21、看，都是不允許的。 上述分析是以發(fā)電機(jī)為例說(shuō)明的。對(duì)電動(dòng)機(jī)而言，若保持主磁場(chǎng)的極性和電樞電流的方向不變，則可看出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?qū)⑴c發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)向相反，其電樞反應(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*2.3.4電樞反應(yīng)對(duì)換向的影響及改善換向的措施1.電樞反應(yīng)對(duì)換向的影響2.換向的基本概念3.改善換向的方法1.電樞反應(yīng)對(duì)換向的影響1)由于幾何中性線處的氣隙磁密不再為零，于是，處在幾何中性線處的換向元件(電刷是與處在幾何中性線處的元件

22、所連接的換向片接觸的)中必然會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使換向發(fā)生困難。2)氣隙磁場(chǎng)畸變使換向器上的片間電壓不均勻，尤其當(dāng)電機(jī)負(fù)載突變時(shí)，形成強(qiáng)烈的電樞反應(yīng)，氣隙磁場(chǎng)嚴(yán)重畸變，有可能使相鄰兩換向片之間的電位差超過一定的限度，從而產(chǎn)生電位差火花，而且隨著電弧的拉長(zhǎng)可能出現(xiàn)環(huán)火。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，隨著電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞繞組的元件從一條支路經(jīng)過電刷短路后進(jìn)入另一條支路，元件中的電流隨之改變方向的過程稱為換向過程，簡(jiǎn)稱換向。2.換向的基本概念換向的物理過程：如圖所示，（1）換向極應(yīng)裝在幾何中性線處； （2）換向極的極性應(yīng)使所產(chǎn)生的方向與電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)的方向相反。（3）由于 是隨負(fù)載的大小及轉(zhuǎn)速而變化的，為使換向電動(dòng)

23、勢(shì) 在任何負(fù)載下都能抵消 ，要求 。根據(jù) ，需要 ， 所以換向極繞組必須與電樞繞組串聯(lián)，而且換向極磁路應(yīng)不飽和。一般，容量為1kW以上的直流電機(jī)都裝有換向極。3.改善換向的方法目前最有效的辦法是裝換向極。對(duì)換向極的要求是：nIearKerenIeaKaKIBnIeaK2.4.1直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2.4.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),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)。大小:60aepNE nC na)(電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中apNCe60可見,直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)結(jié)構(gòu)、每極磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。性質(zhì): 發(fā)電機(jī)電源電勢(shì)(與電樞電流同方向); 電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)(與電樞電流

24、反方向).2.4.1直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時(shí),在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。大小:2emaTapNT IC Ia為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中apNCT2eTCC9.55 可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通及電樞電流成正比。性質(zhì): 發(fā)電機(jī)制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反)； 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)。2.4.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩2.5.1直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2.5.2他勵(lì)(并勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)的工作特性并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 1. 電壓平衡方程式faaaaIIIIREU2. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式3. 功率平衡方程式 電動(dòng)機(jī)輸入功率 2.5.1直流電動(dòng)機(jī)的基本

25、方程式電磁功率 由并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式 2.5.2他勵(lì)(并勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1.他勵(lì)(并勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)2.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性3.復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的端電壓 ，勵(lì)磁電流 ，電樞回路不串外加電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率分別與電樞電流 之間的關(guān)系。 aIfNfII1. 轉(zhuǎn)速特性)(aIfn NUU )(NfNfII)(aIfn 當(dāng)、轉(zhuǎn)速n與電樞電流時(shí)，之間的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)速特性。 nCEeaaaaIREU代入得1.他勵(lì)(并勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)2. 轉(zhuǎn)矩特性)(aIfT NUU )(NfNf

26、IIaI)(aIfT 當(dāng)、時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流之間的關(guān)系 稱為轉(zhuǎn)矩特性。 3. 效率特性)(aIf NUU )(NfNfIIaI)(aIf 當(dāng)、時(shí)，效率與電樞電流的關(guān)系稱為效率特性。 %100)(1%1001%100112faCuamecFeIIUPPPPPPP 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 1. 轉(zhuǎn)速特性 2. 轉(zhuǎn)矩特性 3. 效率特性 由于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)，所以勵(lì)磁電流就是電樞電流，即它是隨負(fù)載的變化而變化的。因此，其工作特性將與他（并）勵(lì)直流電機(jī)的工作特性有所不同。1）轉(zhuǎn)速特性：電壓平衡方程 2）轉(zhuǎn)矩特性：aaaafaaafaaaIREIRREIRIREUnCEea代入得aea

27、eICRCUnafffIkIk而eaaeaafeaafeCRICUIIkCRIkCUn故有22aTafTaTICIkCICT電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正比 2.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與過載能力，這是兩個(gè)很好的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械過載時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降，其輸出功率變化不大，使電機(jī)不致因負(fù)載過重而損壞。當(dāng)負(fù)載減輕時(shí)，轉(zhuǎn)速又自動(dòng)上升。因此，電力機(jī)車、電車等一類牽引機(jī)械大都采用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的效率特性，和他（并）勵(lì)電動(dòng)機(jī)相似。 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 1. 轉(zhuǎn)速特性 2. 轉(zhuǎn)矩特性 3. 效率特性 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常接成積復(fù)勵(lì)，它的工作特性介乎并

28、勵(lì)與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性之間。如果并勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)起主要作用，它的工作特性就接近并勵(lì)電動(dòng)機(jī)；如果串勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)起主要作用，它的工作特性就接近串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。因?yàn)橛胁?lì)磁動(dòng)勢(shì)的存在，空載時(shí)沒有飛車的危險(xiǎn) ，復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性如圖所示。 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性 1. 并勵(lì) 2. 積復(fù)勵(lì) 3.串勵(lì) 3.復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性如圖規(guī)定各物理量的參考方向 UaI1T0TemTnaEfIfU（一）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式2aaabaaEUI RUUI R10emTTT從方程式可見，直流發(fā)電機(jī)滿足aEU（二） 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 、電磁轉(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：1