第二章直流電機(jī)

1、淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.2 2.2 直流電機(jī)電樞繞組直流電機(jī)電樞繞組2.3 2.3 空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 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)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。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。2.4 2.4 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2.62.6直流電機(jī)的運(yùn)行特性直流電機(jī)的運(yùn)行特性 2.72.7直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制

2、動(dòng) 2.8 2.8 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向2.12.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)第二章 直流電機(jī)2.52.5直流電機(jī)的基本方程直流電機(jī)的基本方程 淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.1.1直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)2.1 2.1 直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系一、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，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線(xiàn)圈，線(xiàn)圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱(chēng)為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線(xiàn)圈的首末端a、d連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線(xiàn)

3、圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈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。（動(dòng)畫(huà)）2.1.2 直流電機(jī)的工作原理淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 后 ，如右圖。0180 可見(jiàn)，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下。（動(dòng)畫(huà)） 導(dǎo)體ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體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)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 可見(jiàn)，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。 實(shí)

4、際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)線(xiàn)圈。線(xiàn)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)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理 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(xiàn)圈中將電流流過(guò)。 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。 在磁場(chǎng)作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體cd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)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S 極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N

5、極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。線(xiàn)圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。（動(dòng)畫(huà)） 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí) 同直流發(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(xiàn)圈，磁極也并非一對(duì)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.1.3 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 額定值是制造廠(chǎng)對(duì)各種電氣設(shè)備（本章指直流電機(jī)）在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以保證各電氣設(shè)備長(zhǎng)期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠(chǎng)和用戶(hù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或試驗(yàn)的依據(jù)。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌數(shù)據(jù)。 1、額定功率 PN 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

6、率，以 “W” 為量綱單位。若大于 1kW 或 1MW 時(shí)，則用 kW 或 MW 表示。 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。 即 ：PNUNIN 對(duì)于直流電機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，所以：PNUNINN 淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系額定電壓 UN 指額定狀態(tài)下電樞出線(xiàn)端的電壓，以 “V” 為單位。 額定電流 IN 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。 額定轉(zhuǎn)速 nN 指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為單位。 額定勵(lì)磁電流 If 指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。 淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.2.1 直流樞繞組基本概念2.2

7、 直流電機(jī)的電樞繞組元件：構(gòu)成繞組的線(xiàn)圈稱(chēng)為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線(xiàn)與換向片相連，其中一根稱(chēng)為首端，另一根稱(chēng)為末端。極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線(xiàn)沿電樞表面之間的距離，用 表示。pD2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一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。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)元件串聯(lián)起來(lái)，象波浪式的前進(jìn)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系合成節(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。y 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。1y第二節(jié)距 ：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二

8、個(gè)元件的上層邊間的距離。2y21yyy單疊繞組21yyy單波繞組換向節(jié)距 ：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。 （動(dòng)畫(huà)）ky淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.2.2 單疊繞組 單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件(線(xiàn)圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即： 。1kyy單疊繞組的的特點(diǎn)：1） 同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。2）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，電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)。3）電樞電流等于各支路電流之和?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 單疊繞組的展開(kāi)圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來(lái)畫(huà)在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片

9、、電刷間的相對(duì)位置關(guān)系。淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系繞組的并聯(lián)支路電路圖淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.2.3 單波繞組單波繞組的合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。單波繞組的特點(diǎn)單波繞組的特點(diǎn) 1）同極下各元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為1，與磁極對(duì)數(shù)無(wú)關(guān)； 2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱(chēng)時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線(xiàn)，支路電動(dòng)勢(shì)最大； 3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)； 5）電樞電流等于兩條支路電流之和。 4）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 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。單波繞組的并聯(lián)

10、支路圖單波繞組的并聯(lián)支路圖單波繞組的繞組展開(kāi)圖單波繞組的繞組展開(kāi)圖淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.3.1 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)2.3 空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢(shì)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)的影響稱(chēng)為 電樞反應(yīng)。 右圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過(guò)電流為 每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：fNfIfffNIF 淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 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。幾何中性線(xiàn)極靴極身（a）氣隙形

11、狀 磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減?。粯O尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線(xiàn)處，氣隙磁通密度為零。 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，而漏磁通沒(méi)有這個(gè)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20%?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b) 所示。 空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如右圖(c) 所示。xB（b）氣隙磁密分布淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定

12、量的每極磁通 ，空載時(shí)，氣隙磁通 與空載磁動(dòng)勢(shì) 或空載勵(lì)磁電流 的關(guān)系，稱(chēng)為直流電機(jī)的空載磁化特性。000fF0fI 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)，即在磁化特性曲線(xiàn)開(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N0淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.3.2 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場(chǎng) 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(chēng)為電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)生變化。 右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性線(xiàn)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)

13、勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 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，如圖中 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(chēng)的馬鞍型，如圖中 所示。axBaxBaxF淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.3.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場(chǎng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱(chēng)為電樞反應(yīng)。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(xiàn)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

14、布情況，如圖（a）所示?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系xB0 xBaxB主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線(xiàn)電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線(xiàn)兩條曲線(xiàn)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(xiàn)淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系由圖可知，電刷在幾何中性線(xiàn)時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)： 2)、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用1)、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 空載時(shí)電機(jī)的物理中性線(xiàn)與幾何中性線(xiàn)重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個(gè)磁極下，一半磁場(chǎng)被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線(xiàn)偏離幾何中性線(xiàn) 角，磁通密度的曲線(xiàn)與空載時(shí)不同。 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，因此每極量的磁通量與空載時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線(xiàn)的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽

15、和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線(xiàn)時(shí)的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2、當(dāng)電刷不在幾何中性線(xiàn)上時(shí)電刷從幾何中性線(xiàn)偏移 角，電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線(xiàn)也隨之移動(dòng) 角，如圖(a)(b)所示。adFaqF這時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)可以分解為兩個(gè)垂直分量：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì) 和直軸電樞磁動(dòng)勢(shì) 。如圖(a)(b)所示。淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.4.1 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)2.4 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 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(chēng)為電樞電動(dòng)勢(shì)。nCnapNEea60性質(zhì)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

16、勢(shì)(與電樞電流反方向).，稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)式中：apNCe60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)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.4.2 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 電樞繞組中有電樞電流流過(guò)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(chēng)為電磁轉(zhuǎn)矩。aTaemICIapNT2性質(zhì)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)?？梢?jiàn)，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中apNCT2eTCC55.9淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系一、電動(dòng)勢(shì)平衡方程一、電動(dòng)勢(shì)平衡方程 2.5 2.5 直流電機(jī)的基本方程式直流

17、電機(jī)的基本方程式 baaaURIUE2式中： 為電樞回路總電阻； 為正、負(fù)電刷電壓降，一般為0.62伏；發(fā)電機(jī)：取“+”；電動(dòng)機(jī)：取“-”； aRbU2忽略電刷壓降，則 aaaRIUE結(jié)論：發(fā)電機(jī)： ； 電動(dòng)機(jī)： ； 即根據(jù) 與U的大小判斷直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。UEaUEaaE淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系二、轉(zhuǎn)矩方程二、轉(zhuǎn)矩方程01TTTem02TTTem1.發(fā)電機(jī)2.電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)： 機(jī)械能電能電動(dòng)機(jī)： 電能機(jī)械能電機(jī)效率：三、功率方程三、功率方程01pPPempPpppPPbCufCuaem12bCufCuaempppPP1pPpPPem102%10012PP淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 一、直流

18、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式一、直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式2.6.1 2.6.1 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī) 供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱(chēng)為勵(lì)磁方式。分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類(lèi)，自勵(lì)方式又分并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種方式。1、他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。aII GUUfIFaII 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：2.6 2.6 直流電機(jī)的運(yùn)行特性直流電機(jī)的運(yùn)行特性 淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2、并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿(mǎn)足 。faIIIfIFIGUaI3、串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿(mǎn)足 。IIIfaGIaIfIFU淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系4、復(fù)勵(lì)：并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電

19、機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。2fIFGIaI1fIFUIGUaI1fI2fIF淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向aEGUaI1T0TemTnfIfU1、電樞電動(dòng)勢(shì)和電動(dòng)勢(shì)平衡方程aabaaaRIUURIUE2aR 為電樞回路總電阻， 為正負(fù)電刷與換向器表面的接觸壓降。則電動(dòng)勢(shì)平衡方程為：bU2電樞電動(dòng)勢(shì)：nCEea從方程式可見(jiàn)，直流發(fā)電機(jī)UEa淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡方程01TTTem電磁轉(zhuǎn)矩：aTemICT直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流ffRUI emT直流發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動(dòng)

20、機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)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 。平衡方程為：1T0T3、勵(lì)磁特性公式每極氣隙磁通),(faIIf淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系4、功率平衡方程原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率 1P電磁功率01PPPemaaemIETmecP機(jī)械摩擦損耗、鐵損耗FeP、附加損耗 。adP空載損耗 包括：0PaE 電磁功率一方面代表電動(dòng)勢(shì)為 的電源輸出電流 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)械功率。aICuaP電樞回路繞組電阻及電刷與換向器表面接觸電阻是的銅損耗輸出的電功率CuaemPPP2fP自勵(lì)發(fā)電機(jī)中還應(yīng)減去勵(lì)磁損耗淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系三、三、

21、 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1、空載特性1Cn0I)(fIfU 定義：當(dāng) 、 時(shí)， 直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線(xiàn)性的的，上升與下降的過(guò)程是不相同的。實(shí)際中通常取平均特性曲線(xiàn)作為空載特性曲線(xiàn)。 空載時(shí)， 。由于 ，因此空載特性實(shí)質(zhì)上就是 。由于 正比于 ，所以空載特性曲線(xiàn)的形狀與空載磁化特性曲線(xiàn)相同。aEUnCEea)(faIfE aE空載特性曲線(xiàn)上升分支空載特性曲線(xiàn)下降分支平均空載特性曲線(xiàn)UfI淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2、外特性NnnfNfII )(IfU 定義：當(dāng) 、 時(shí)， 外特性曲線(xiàn)如圖所示 由曲線(xiàn)可見(jiàn)，負(fù)載電流增大時(shí)，端電壓有所下降。他勵(lì)并勵(lì)U0U0IaaeRInCU 根據(jù)

22、 可知，端電壓下降有兩個(gè)原因：一是在勵(lì)磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通量減少，使電動(dòng)勢(shì)減少；另一個(gè)原因是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?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系3、調(diào)節(jié)特性1Cn2CU )(IfIf定義：當(dāng) 、 時(shí)， 外特性曲線(xiàn)如圖所示 由曲線(xiàn)可見(jiàn)，在負(fù)載電流變化時(shí)，若保持端電由曲線(xiàn)可見(jiàn)，在負(fù)載電流變化時(shí)，若保持端電壓不變，必須改變勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回壓不變，必須改變勵(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。路電阻壓降對(duì)對(duì)輸出端電壓的影響。fI0I四、四、 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特

23、性 并勵(lì)的勵(lì)磁是由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵(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)建立電壓的過(guò)程稱(chēng)為自勵(lì)過(guò)程，滿(mǎn)足建壓的條件稱(chēng)為自勵(lì)條件?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系1、自勵(lì)條件fI0U10fIA20U3 曲線(xiàn)1為空載特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)2為勵(lì)磁回路總電阻 特性曲線(xiàn)，也稱(chēng)場(chǎng)阻線(xiàn) 。 fffRIUfR 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)電動(dòng)勢(shì)。在電動(dòng)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)生勢(shì)作用下勵(lì)磁回路產(chǎn)生 。如果勵(lì)磁繞組和電樞。如果勵(lì)磁繞組和電樞繞組連接正確，繞組連接正確， 產(chǎn)生

24、與剩磁方向相同的磁通，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，使主磁路磁通增加，電動(dòng)勢(shì)增大， 增加。如此增加。如此不斷增長(zhǎng)，直到勵(lì)磁繞組兩端電壓與不斷增長(zhǎng)，直到勵(lì)磁繞組兩端電壓與 相等時(shí)，相等時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點(diǎn)達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點(diǎn)A。fIfIfIffRI增大 ，場(chǎng)阻線(xiàn)變?yōu)榍€(xiàn)3時(shí)， 稱(chēng)為臨界電阻 。如圖所示。fRfRcrR若再增加勵(lì)磁回路電阻，發(fā)電機(jī)將不能自勵(lì)。淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系可見(jiàn)，并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件有：2、空載特性 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性與一般電機(jī)的空載特性一樣，也是磁化曲線(xiàn)。由于勵(lì)磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線(xiàn)只在第一象限。（1）電機(jī)的主磁路有剩磁

25、（3）勵(lì)磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵(lì)磁繞組極性要正確淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系3、外特性4、調(diào)節(jié)特性 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電樞電流，比起他勵(lì)發(fā)電機(jī)僅僅多了一個(gè)勵(lì)磁電流，所以調(diào)節(jié)特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)的相差不大。 對(duì)并勵(lì)發(fā)電機(jī)，除了像他勵(lì)發(fā)電機(jī)存在的電樞反應(yīng)去磁作用和電樞回路上的電阻壓降使端電壓下降外，還有第三個(gè)原因：由于上述兩個(gè)原因使端電壓下降，引起勵(lì)磁電流減小，端電壓進(jìn)一步下降。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)相似，也是一條下降曲線(xiàn)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2.6.2 2.6.2 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)一、直流電機(jī)的可逆原理一、直流電機(jī)的可逆原理以他勵(lì)電機(jī)為例說(shuō)明可逆原理

26、： 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，這就是直流電機(jī)的可逆原理。 把一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運(yùn)行， 保持不變。 U 保持發(fā)電機(jī)的 不變，減少原動(dòng)機(jī)的輸出功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng) 下降到一定程度時(shí)，使得 ，此時(shí) ，發(fā)電機(jī)輸出的電功率 ，原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率僅僅用來(lái)補(bǔ)償電機(jī)的空載損耗。繼續(xù)降低原動(dòng)機(jī)的 ，將有 ， 反向，這時(shí)電網(wǎng)向電機(jī)輸入電功率，電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行。同理，上述的物理過(guò)程也可以反過(guò)來(lái)，電機(jī)從電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機(jī)狀態(tài)。nUEa0I02PnUEaUaI淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系二、二、 直流電動(dòng)機(jī)的基本方程直流電動(dòng)機(jī)的基本方程aEMUaIemT0T2Tnf

27、IfU如圖規(guī)定各物理量的參考方向電機(jī)的基本方程如下：aTemICT02TTTem)(02adFemecememPPPPPPPaaemCuaemIETPPP1nCEeaaaabaaaRIEURIEU2UEa淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系三、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性三、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性（1）轉(zhuǎn)速特性1、他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的工作特性NUU 定義：當(dāng) 、 時(shí)，fNII )(aIfn 由方程式可得aeaeNICRCUn 忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線(xiàn)性關(guān)系變化。流按線(xiàn)性關(guān)系變化。（2）轉(zhuǎn)矩特性NUU 定義：當(dāng) 、 時(shí)，fNII )(aemIfT轉(zhuǎn)矩表達(dá)式a

28、NTemICT 考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。流上升的慢。aIn0n2T0TemTT淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系（3）、效率特性NUU 定義：當(dāng) 、 時(shí)，fNII )(aIf由方程式可得aNaaIUIRPPPPn20111 空載損耗為不變損耗，不隨負(fù)載電流變化，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負(fù)載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流增大到一定程度時(shí)銅損快速增大此時(shí)效率又變小。aI0淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系2、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，電機(jī)磁路不飽和，每極氣隙磁通

29、與勵(lì)磁電流呈線(xiàn)性關(guān)系。即：afffIkIk轉(zhuǎn)速特性effaaefNeaaeNCkRRICkUCIRCUn轉(zhuǎn)矩特性2aTfaTemICkICTaI0nemTnemT 當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，磁路飽和，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同。 當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于無(wú)窮大，所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不宜輕載或空載運(yùn)行?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 2.7 2.7 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng) 一、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 1、對(duì)起動(dòng)性能的要求：、對(duì)起動(dòng)性能的要求： Tst足夠大足夠大 Ist盡量?。ㄐ∮谠试S值）盡量小（小于允許值） 2、起動(dòng)方法、起動(dòng)方法 直接起動(dòng)直接起動(dòng)

30、直接將電樞投入直接將電樞投入U(xiǎn)N起動(dòng)起動(dòng) 電樞回路串變阻器起動(dòng)電樞回路串變阻器起動(dòng)起動(dòng)時(shí)在電樞回路串入起動(dòng)起動(dòng)時(shí)在電樞回路串入起動(dòng)電阻電阻Rst 降壓起動(dòng)降壓起動(dòng)起動(dòng)降低電樞繞組電壓起動(dòng)降低電樞繞組電壓 UUN 淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系二、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1對(duì)調(diào)速性能的要求：對(duì)調(diào)速性能的要求：（1） 調(diào)速范圍大（調(diào)速范圍大（2） 調(diào)速平滑（調(diào)速平滑（3） 經(jīng)濟(jì)性好經(jīng)濟(jì)性好（4） 方法簡(jiǎn)便可靠方法簡(jiǎn)便可靠2調(diào)速方法調(diào)速方法 因?yàn)橐驗(yàn)?n=U/Ce-Ia(Ra+R)/CeCT2 所以所以 （1）電樞回路串電阻）電樞回路串電阻R （2）改變勵(lì)磁電流）改變勵(lì)磁電流 If （勵(lì)磁回

31、路串電阻）（勵(lì)磁回路串電阻） （3）改變電樞電壓）改變電樞電壓U淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系三、直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)（電磁制動(dòng)）三、直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)（電磁制動(dòng)）一般保持原磁場(chǎng)大小，方向不變。一般保持原磁場(chǎng)大小，方向不變。 制動(dòng)的方法：制動(dòng)的方法： 1、 能耗制動(dòng)能耗制動(dòng) 2、反接制動(dòng)反接制動(dòng) 3、回饋制動(dòng)、回饋制動(dòng) 淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系一、換向概述一、換向概述2.8 2.8 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。 直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷，從一條支路換到另一條支路時(shí),元件里的電流方向改變，即換向。 電樞移到電刷與換向片2接觸時(shí)，元件1的被短路，電流被分流。如圖所示。 電刷與換向片1接觸時(shí)，元件1 中的電流方向如圖所示，大小為 。aii 電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件1 中的電流方向如圖所示，大小為 。aii元件1av1 2iiai 2aiai2i1iaiiaii ai 2aiai