第 3 章直流電機

1、重點內(nèi)容：重點內(nèi)容：（1）直流電機的工作原理）直流電機的工作原理（2）直流電機的基本概念）直流電機的基本概念（3）電樞感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩）電樞感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩（4）基本方程）基本方程難點：難點：（1）電樞繞組及電路圖）電樞繞組及電路圖（2）電樞反應(yīng)）電樞反應(yīng)3.1 3.1 直流電機的工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機的工作原理及結(jié)構(gòu)3.2 3.2 直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組3.3 3.3 直流電機的電樞反應(yīng)直流電機的電樞反應(yīng)3.4 3.4 電流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢電流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢3.5 3.5 直流電動機的運行分析直流電動機的運行分析3.6 3.6 直流電動機的功率和轉(zhuǎn)矩直流電動機

2、的功率和轉(zhuǎn)矩3.7 3.7 直流發(fā)電機的運行分析直流發(fā)電機的運行分析3.8 3.8 直流發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩直流發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩NS3.1 直流電機的工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機的工作原理及結(jié)構(gòu)1. 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理NSUU電刷電刷換向片換向片直流電機模型直流電機模型電刷電刷轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸換向片換向片直流電機模型直流電機模型轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向電流方向電流方向換向片換向片線圈線圈磁極磁極直流直流電流電流交流交流電流電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩(拖動轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)矩)換向換向機械機械負(fù)載負(fù)載旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 電磁關(guān)系電磁關(guān)系NS2. 直流發(fā)電機的工作原理直流發(fā)電機的工作原理NSEE輸出輸出直流電直流電換向換向原動機

3、原動機感應(yīng)電動感應(yīng)電動勢、電流勢、電流電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩（阻轉(zhuǎn)矩）（阻轉(zhuǎn)矩）做功做功 電磁電磁 關(guān)系關(guān)系1.直流電機的工作原理 圖3-1表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分(定子)上，裝有一對用直流勵磁的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分(轉(zhuǎn)子)上裝設(shè)電樞。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。電樞鐵心上裝有由A和X兩根導(dǎo)體連接而成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別接到兩個圓弧形的銅片K1和K2，此銅片稱為換向片，換向片之間互相絕緣。由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器，換向器固定在轉(zhuǎn)軸上。換向器上放置著一對靜止不動的電刷B1和B2，電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。1.直流電機的工作原理1.直流電機的

4、工作原理圖3-2氣隙磁場的分布波形1.直流電機的工作原理1.直流電機的工作原理圖3-4電樞上裝有6個線圈(11到66)的情況圖3-5每條支路有3個串聯(lián)線圈時，電刷上的電動勢波形 電動勢脈動的減小電動勢脈動的減小*實際的電樞繞組在電機轉(zhuǎn)子表面相隔一定實際的電樞繞組在電機轉(zhuǎn)子表面相隔一定角度的多個線圈串聯(lián)組成，可以減小脈動角度的多個線圈串聯(lián)組成，可以減小脈動軸承機座轉(zhuǎn)子電樞主磁極電刷換向器接線盒轉(zhuǎn)子軸端蓋 直流電機的結(jié)構(gòu)直流電機的結(jié)構(gòu)3. 直流電機的基本結(jié)構(gòu)直流電機的基本結(jié)構(gòu)主磁極主磁極換向磁極換向磁極機座機座電刷電刷u 定子定子主磁極主磁極作用：建立主磁場。 構(gòu)成：構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的

5、勵磁繞組。電刷電刷構(gòu)成：構(gòu)成：電刷、刷握、刷桿和連線等。作用：把直流電壓、直流電流引入或引出u轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子（電樞） 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器 轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇電樞繞組電樞繞組作用：作用：直流電機的電路部分。構(gòu)成：構(gòu)成：用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成，上下層以及線圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊。換向器換向器作用：作用：和電刷配合將直流電引入或引出的裝置。構(gòu)成：構(gòu)成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個圓筒，片間用V形云母絕緣。M4. 勵磁方式勵磁方式If+UaIa+Uf他他勵勵并并勵勵串串勵勵復(fù)復(fù)勵勵(1) 直流電動機按勵磁方式分類直流電動機按勵磁方式分類M

6、+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UIG(2) 直流發(fā)電機按勵磁方式分類直流發(fā)電機按勵磁方式分類自自勵勵GIa+Ua他他勵勵串串勵勵復(fù)復(fù)勵勵并并勵勵I(lǐng)a+UIfIGGIfIa+UI+UIfIIaIf+Uf 1 1）額定容量（額定功率）額定容量（額定功率）P PN N 指電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機的輸出功率，以 “W” 為量綱單位。 電機制造廠按照國家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)電機的設(shè)計和試驗數(shù)據(jù)，規(guī)定了電機的正常運行狀態(tài)和條件，通常稱之為額定運行情額定運行情況況。凡表征電機額定運行情況的各種數(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的依據(jù)。直流電

7、機的額定值主要有下列四項：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 指電機在額定電壓、額定功率時的電樞電流值，以 “A” 為單位。 4 4）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速n nN N 指額定狀態(tài)下運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為單位。 對于直流電動機，PN是指輸出的機械功率，PNUNINN 對于直流發(fā)電機，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 3.2 直流電機的電樞繞組1、直流電樞繞組的構(gòu)成l 組成繞組的基本單元稱為組成繞組的基本單元稱為元件元件。元件有單匝的，也有多匝的。一元件有單匝

8、的，也有多匝的。一個元件由兩個元件邊和端接線組個元件由兩個元件邊和端接線組成。元件邊置于槽內(nèi)稱為成。元件邊置于槽內(nèi)稱為有效邊有效邊，端接線端接線置于鐵心外，不切割磁場，置于鐵心外，不切割磁場，僅起到連接作用。僅起到連接作用。上元件邊下元件邊后端接前端接電樞繞組是電機能量轉(zhuǎn)換的樞紐。電樞繞組是電機能量轉(zhuǎn)換的樞紐。構(gòu)成原則：產(chǎn)生足夠的感生電勢；允許一定的電流；構(gòu)成原則：產(chǎn)生足夠的感生電勢；允許一定的電流； 結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。電樞繞組元件兩匝元件單匝元件疊繞組元件波繞組元件l元件的一條有效邊放在槽的上部，另一條有效邊放在另一槽元件的一條有效邊放在槽的上部，另一條有效邊放在另一槽

9、底部，每一槽內(nèi)有上層和下層兩個元件邊構(gòu)成底部，每一槽內(nèi)有上層和下層兩個元件邊構(gòu)成雙層繞組雙層繞組。元件元件首尾首尾按一定規(guī)律接到不同的換向器片上，最后使整個繞組通過按一定規(guī)律接到不同的換向器片上，最后使整個繞組通過換向片連接成一個閉合回路。換向片連接成一個閉合回路。 因為每一個元件有兩個元件邊，而每一換向片連接一個元件的始端和另一個元件的末端；又因為每一個虛槽包含著兩個元件邊，所以繞組的元件數(shù)繞組的元件數(shù)S S、換、換向片數(shù)向片數(shù)K K和虛槽數(shù)和虛槽數(shù)Z Zi i三者應(yīng)相等，三者應(yīng)相等，即即S=K=ZS=K=Zi i=uZ =uZ 為了確切地說明每個元件邊所處的具體位置，引入“虛槽”的概念。

10、設(shè)槽內(nèi)每層有u個元件邊，則把每個實際槽看作包含有u個“虛槽”，每個虛槽的上、下層各有一個元件邊，如圖表示u=3時，元件邊的布置情況。 若實槽數(shù)為Z，虛槽數(shù)為Zi，則Zi=uZ 2、直流電樞繞組的節(jié)距電樞繞組的連接規(guī)律是通過繞組的節(jié)距來表征的。電樞繞組的連接規(guī)律是通過繞組的節(jié)距來表征的。（1）第一節(jié)距）第一節(jié)距y1一個元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的虛槽數(shù)，稱一個元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的虛槽數(shù)，稱為第一節(jié)距，用為第一節(jié)距，用y1表示。表示。為得到較大的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，第一節(jié)距應(yīng)等于為得到較大的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，第一節(jié)距應(yīng)等于或接近一個極距?；蚪咏粋€極距。上元件邊下元件邊后

11、端接前端接y1y21215262aDp2iZp極距極距NSNS12345（2）第二節(jié)距）第二節(jié)距y2相串聯(lián)的兩個元件中，第一個元件的下層邊與第二個元件的上相串聯(lián)的兩個元件中，第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為層邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為第二節(jié)距。第二節(jié)距。，用，用y2表示，表示，也用虛槽數(shù)計算。也用虛槽數(shù)計算。56y1y2121526 相串聯(lián)的兩個元件的對應(yīng)邊之間的距離稱為合成節(jié)距，用虛槽數(shù)表示。 合成節(jié)距表示每串聯(lián)一個元件后，繞組在電樞表面前進或后退了多少個虛槽，它是反映不同形式繞組的一個重要標(biāo)志。 單疊繞組單疊繞組 y=y1-y2 單波繞組單波繞組

12、y=y1+y2 y1y2121526 一個元件的兩個出線端所聯(lián)接的換向片之間的距離稱為換換向器節(jié)距向器節(jié)距，以換向片數(shù)表示。 由于元件數(shù)等于換向片數(shù)，因此元件邊在電樞表面前進（或后退）多少個虛槽，其出線端在換向器上也必然前進（或后退）多少個換向片，所以換向器節(jié)距必然等于合成換向器節(jié)距必然等于合成節(jié)距節(jié)距，即： y yk k = y = y 疊繞組：疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。波繞組：波繞組：指把相隔約為一對極距的指把相隔約為一對極距的同極性

13、同極性磁場下的相應(yīng)元件串磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。聯(lián)起來，象波浪式的前進。波繞組示意圖波繞組示意圖疊繞組示意圖疊繞組示意圖電樞繞組的常用術(shù)語電樞繞組的常用術(shù)語 單疊繞組單疊繞組的特點是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即：y=yc=1。單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對位置關(guān)系。3、直流電樞繞組展開圖12315161234567891011121314161545678910121314 15161514電樞轉(zhuǎn)向SNNSS下下層層元元件件邊邊上上層層元元件件邊邊y1

14、yyy212345678910111213141615678910111213141615123451閉閉合合ap單疊繞組的的特點：單疊繞組的的特點：同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主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。磁極數(shù)與支路數(shù)相同。電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。電動勢。電樞電流等于各支路電流之和。電樞電流等于各支路電流之和。單波繞組的特點是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。兩個串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個極距；沿圓周向一個方向繞一周后，其末

15、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234761011121415A1A2B1B21158954139128151a 下層元件邊下層元件邊上層元件邊上層元件邊y1yyy212345689101112136789101112131415123451閉合閉合15714單波繞組單波繞組單波繞組的特點：單波繞組的特點：1 1）上層邊位于同一極性磁極下的所有元件串聯(lián)起來組成一條支）上層邊位于同一極性磁極下的所有元件串聯(lián)起來組成一條支路，并聯(lián)支路路，并聯(lián)支路對數(shù)對數(shù)恒等于恒等于1 1，與磁極，與磁極對數(shù)對數(shù)無關(guān)；無關(guān)；2 2）當(dāng)元件的幾何形狀左右對稱，電刷在換向器表面上的位置對）當(dāng)元件的幾

16、何形狀左右對稱，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線時，支路電動勢最大；準(zhǔn)主磁極中心線時，支路電動勢最大；3 3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)（）電刷數(shù)等于磁極數(shù)（全額電刷全額電刷）。）。4 4）電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；）電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；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。 單疊繞組與單波繞組的主要區(qū)別在于單疊繞組與單波繞組的主要區(qū)別在于并聯(lián)支路對數(shù)的多少并聯(lián)支路對數(shù)的多少。單疊繞組可以通過增加極對數(shù)來增加并聯(lián)支路對數(shù)。適用于低單疊繞組可以通過增加極對數(shù)來增加并聯(lián)支路對數(shù)。適用于低電壓大電流的電機；單波繞組的并聯(lián)支路對數(shù)電壓大電流的電機；單波繞組的

17、并聯(lián)支路對數(shù)a=1a=1，但每條支路，但每條支路串聯(lián)的元件數(shù)較多，適用于小電流較高電壓的電機。串聯(lián)的元件數(shù)較多，適用于小電流較高電壓的電機。單波繞組單波繞組1、直流電機的空載磁場空載時的氣隙磁密為一平頂波空載時主磁極磁通的分布情況xB（b b）氣隙磁密分布）氣隙磁密分布3.3 直流電機的磁場及電樞反應(yīng)直流電機的磁場及電樞反應(yīng)（a a）主磁通與漏磁通）主磁通與漏磁通直軸直軸交軸交軸2、直流電機負(fù)載時的負(fù)載磁場 直流電機帶上負(fù)載后，電樞繞組中直流電機帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電

18、機的磁場發(fā)生變化。機的磁場發(fā)生變化。 假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為交在空間的分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。軸磁動勢。3、直流電機的合成磁場及電樞反應(yīng)當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負(fù)載后，氣隙中的電機帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞動勢共同作用的結(jié)果。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。(1)當(dāng)電刷在幾何中性線上當(dāng)電刷在幾何中性線上時，將主磁場分布和電樞磁時，將主磁場

19、分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后場分布疊加，可得到負(fù)載后電機的磁場分布情況，如圖電機的磁場分布情況，如圖（a）所示。）所示。 電樞反應(yīng)：電樞反應(yīng)：電樞磁通勢對主極磁場的影響。電樞磁通勢對主極磁場的影響。xB0axBxB主磁場的主磁場的磁通密度磁通密度分布曲線分布曲線電樞磁場磁通電樞磁場磁通密度分布曲線密度分布曲線兩條曲線逐點疊加后兩條曲線逐點疊加后得到負(fù)載時氣隙磁場得到負(fù)載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線的磁通密度分布曲線NS幾何幾何中心線中心線 N S勵磁磁場勵磁磁場（空載磁場）（空載磁場）物理物理中心線中心線電樞磁場電樞磁場合成磁場合成磁場（負(fù)載時的磁場）（負(fù)載時的磁場）物理物理中性線中性

20、線 2) 2)對主磁場起去磁作用對主磁場起去磁作用1)1)使氣隙磁場發(fā)生畸變使氣隙磁場發(fā)生畸變 空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線角，磁通密度的曲線與空載時不同。與空載時不同。 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。磁路飽和時，主磁極增磁部此每極量的磁通量與

21、空載時相同。磁路飽和時，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，增加的磁通少分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：(2)(2)當(dāng)電刷不在幾何中性線上時當(dāng)電刷不在幾何中性線上時電刷從幾何中性線偏移電刷從幾何中性線偏移角，電樞磁動勢軸線角，電樞磁動勢軸線也隨之移動也隨之移動角。角。這時電樞磁動勢可以分這時電樞磁動勢可以分解為

22、兩個垂直分量解為兩個垂直分量: :交交軸電樞磁動勢軸電樞磁動勢Faq和直和直軸電樞磁動勢軸電樞磁動勢Fad。順電樞轉(zhuǎn)向移刷逆電樞轉(zhuǎn)向移刷發(fā)電機交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁電動機交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁NSU3.4 電樞的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩電樞的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩NSU一、電樞繞組的感應(yīng)電動勢一、電樞繞組的感應(yīng)電動勢1.電樞繞組的感應(yīng)電動勢圖3-27氣隙磁場分布和導(dǎo)體感應(yīng)電動勢和電磁力的計算空載時直流電機氣隙磁場空載時直流電機氣隙磁場Bl極距極距R平均磁密：平均磁密： B = l (1) 產(chǎn)生產(chǎn)生 電樞旋轉(zhuǎn)電樞旋轉(zhuǎn) n 磁磁 場場 (2) 大小大小l 每個導(dǎo)體：每個導(dǎo)體：e = B l

23、vl 導(dǎo)體切割磁場的線速度：導(dǎo)體切割磁場的線速度：l 電動勢：電動勢： E = N1e ee E v = n2 R60=N1B l v = N1 l n 2p 60 l= n2p 60= n 2pN60*2a注意注意：N N1 1為串聯(lián)支路的總導(dǎo)體數(shù)，而電樞總導(dǎo)體數(shù)為串聯(lián)支路的總導(dǎo)體數(shù)，而電樞總導(dǎo)體數(shù)N=NN=N1 1* *2a2a E = CE n CE 電動勢常數(shù)：電動勢常數(shù)： CE =pN60a單位：單位：Wb單位：單位：r/min(V) (3) 方向：方向： 由由 和和 n 共同決定。共同決定。(4) 性質(zhì)：性質(zhì)： 發(fā)電機為電源電動勢；電動機為反電動勢。發(fā)電機為電源電動勢；電動機為反電

24、動勢。二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩二、直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩(1) 產(chǎn)生產(chǎn)生 電樞電流電樞電流 i 磁磁 場場 F T (2) 大小大小l 電磁力：電磁力： F = B l i l 平均磁密：平均磁密：l 每根導(dǎo)線上電磁力所每根導(dǎo)線上電磁力所 形成的電磁轉(zhuǎn)矩：形成的電磁轉(zhuǎn)矩： FRB = lBl極距極距R Rl電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)電樞繞組總導(dǎo)體數(shù): Nl電樞繞組串聯(lián)支路總導(dǎo)體數(shù)：電樞繞組串聯(lián)支路總導(dǎo)體數(shù)： N1=N/ 2al 電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)：電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)：2al電樞的周長：電樞的周長： 2 R = 2p l 電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩： T = NFR = N B l i p =N l i p l =N

25、i p = 2ai pN 2a 電樞電流電樞電流 Ia(2) 大小大小 T = CT IaCT 轉(zhuǎn)矩常數(shù)：轉(zhuǎn)矩常數(shù)：(3) 方向方向 由由 和和 Ia 共同決定。共同決定。(4) 性質(zhì)性質(zhì)CT =pN2a 單位：單位：Wb單位：單位：A(Nm) CTCE=602 = 9.55 CT = 9.55 CECT =pN2a CE =pN60a3.5 直流電機基本方程直流電機基本方程基本方程：電壓方程，轉(zhuǎn)矩方程，功率方程1、他勵直流電機2aabaaaUEI RUEI R UEa他勵電動機電樞電流與線路電流相等：aII電壓方程：電樞繞組內(nèi)阻電樞繞組內(nèi)阻電樞回路電樞回路總電阻總電阻UaEMaIemTnfI

26、fUI*電動機慣例：以輸入電流作為電樞電流正方向，Ia與Ea方向相反2aabaaEUI RUUI R aEU他勵發(fā)電機電樞電流與線路電流相等：aII電壓方程：電樞繞組內(nèi)阻電樞繞組內(nèi)阻電樞回路電樞回路總電阻總電阻aEMUaIemTnfIfUI電機向負(fù)載供電，電樞感應(yīng)電勢Ea作為電源電勢必定大于端電壓U，采用發(fā)電機慣例。*發(fā)電機慣例：以輸出電流作為電樞電流正方向，Ia與Ea方向相同2、并勵直流電機aEMaIemTnfIfUIU2aabaaaUEI RUEI R UEa并勵電動機電樞電流與線路電流：afIII電壓方程：2aabaaEUI RUUI R aEU并勵發(fā)電機勵磁電流由電樞供給：afII I

27、 電壓方程：M1T0TeTn電動機電動機發(fā)電機發(fā)電機NSneTNSneTMeT0T2Tn20eTTT1、電動機轉(zhuǎn)矩平衡方程10eTTT2、發(fā)電機轉(zhuǎn)矩平衡方程Te為電磁轉(zhuǎn)矩，T2為輸出的負(fù)載機械轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩。T1為原動機動力轉(zhuǎn)矩，Te為電磁轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩。MeT0T2Tn電動機電動機電磁功率：eaaPE I60aaapNE In Ia260n轉(zhuǎn)子機械角速度：則有：ea aePE IT9.55eeePPTn2229.55PPTn9.55NNNNPPTn260 2an pNIaTaCI eT1.他勵電動機功率平衡方程輸入功率：P1=UI1eCuaPPp電樞回路功率平衡方程:2()eme

28、cFeadPPppp0mecFeadpppp20ePPp輸出功率平衡方程:空載損耗12PPp功率平衡方程:CuamecFeadppppp他勵電動機總損耗2. 直流發(fā)電機的功率（并勵）直流發(fā)電機的功率（并勵）(1) 輸入功率輸入功率 P1 :(2) 空載損耗空載損耗 p0 :(3) 電磁功率電磁功率 Pe :(4) 銅損耗銅損耗 pCu :(5) 輸出功率輸出功率 P2 :P1 = T1p0 = pFepmecpadPe= P1 p0= T = Ea Ia pCu = Ra Ia2Rf If2P2 = U I = Pe pCu2 60= T1n(6) 效率效率 = 100%P2P1P1pmec+

29、 padpFePepCuP2功率流程圖功率流程圖 小型發(fā)電機：小型發(fā)電機： N = 70% 85% 中大型發(fā)電機：中大型發(fā)電機： N = 91% 96% 發(fā)電機功率平衡方程式：發(fā)電機功率平衡方程式：P1= P2+ p p= pCua + pCufpmec + pFe pad一一. 并勵直流發(fā)電機并勵直流發(fā)電機3.6 直流發(fā)電機及運行直流發(fā)電機及運行 并勵的勵磁是由發(fā)電機本身的端電壓提供的，而端電壓是在并勵的勵磁是由發(fā)電機本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵磁電流作用下建立的，這一點與他勵發(fā)電機不同。并勵發(fā)電勵磁電流作用下建立的，這一點與他勵發(fā)電機不同。并勵發(fā)電機建立電壓的過程稱為機建立電壓的過程

30、稱為自勵過程自勵過程，滿足建壓的條件稱為，滿足建壓的條件稱為自勵條自勵條件件。MIa+U0IfE+ -rfrjAIVARLn定子鐵心RLB定子鐵心轉(zhuǎn)子電樞u定子采用永磁體勵磁NSIaIaIan定子鐵心RL0r定子鐵心轉(zhuǎn)子電樞u定子采用電流勵磁繞組NSEaEau定子鐵心有剩磁, 向上u空載u轉(zhuǎn)子順轉(zhuǎn)au剩磁通和勵磁電流磁通方向相同，正反饋n定子鐵心RL0r定子鐵心轉(zhuǎn)子電樞u定子采用電流勵磁繞組NSEaEau定子鐵心有剩磁, 向上u空載u轉(zhuǎn)子逆轉(zhuǎn)au剩磁通和勵磁電流磁通方向相反，負(fù)反饋并勵發(fā)電機自勵條件并勵發(fā)電機自勵條件EUaGIfIaI E ? E ? 主磁極必須有剩磁主磁極必須有剩磁r ：rE

31、rIfrEEr與與r 方向相同方向相同EEr與與r 方向相反方向相反 勵磁電流產(chǎn)生的磁通必須與剩磁同方向：勵磁電流產(chǎn)生的磁通必須與剩磁同方向：rErIfrEEr IfIfr E E 與與 If 既應(yīng)滿足空載特性又應(yīng)滿足歐姆定律。既應(yīng)滿足空載特性又應(yīng)滿足歐姆定律。當(dāng)當(dāng) Rf Rk 時，時， E Er ， 能夠自勵。能夠自勵。當(dāng)當(dāng) Rf = Rk 時，時， E不確定，不能自勵。不確定，不能自勵。當(dāng)當(dāng) Rf Rk 時，時， EEr，不能自勵。，不能自勵。 勵磁電路的電阻必須小于臨界電阻。勵磁電路的電阻必須小于臨界電阻。If =ERaRfOIfEErQIfrIf1If2If場阻線：場阻線：場阻線的斜率

32、：場阻線的斜率：= RaRftan =EIfOIfEErRf =RkRf RkRfRkGIa+UaIf+Uf二、直流發(fā)電機的運行分析二、直流發(fā)電機的運行分析1. 他勵發(fā)電機他勵發(fā)電機外電源外電源Uf If E n原動機原動機電樞電樞Ua (1) 空載運行空載運行勵磁電路：勵磁電路：If =UfRf勵磁電路勵磁電路總電阻總電阻電樞電路：電樞電路： Ia = 0， Ua = U0 = E調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RfIf 可變可變 可變可變 E 可變可變 Ua可變。可變。 E U0 = E = f (If ) 空載特性空載特性O(shè)IfU0Er剩磁感應(yīng)剩磁感應(yīng)電動勢電動勢(2) 負(fù)載運行負(fù)載運行 輸出電壓輸出電壓: U

33、 = Ua 輸出電流輸出電流: I = Ia 電壓平衡方程式電壓平衡方程式 U = Ua = ERa Ia當(dāng)當(dāng) Ia Ra Ia E (電樞反應(yīng)電樞反應(yīng))Ua n = nNIa = 0空載特性空載特性當(dāng)當(dāng)n、I為常值，發(fā)電機端電壓為常值，發(fā)電機端電壓U與勵磁電流的關(guān)系，稱為發(fā)與勵磁電流的關(guān)系，稱為發(fā)電機的負(fù)載特性。電機的負(fù)載特性。OIfUn =CI= CIf1U0負(fù)載特性負(fù)載特性U=f(If) 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率VR =U0UNUN100% ( 5% 10% ) 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 當(dāng)當(dāng) n = nN，U = UN 時：時： If = f ( I )OI If IfNIN調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 外特

34、性外特性 U = f (I )n = nNIf = 常數(shù)常數(shù)OIUn = nNIf = IfNINUNU0外特性外特性 【例例】 一他勵直流發(fā)電機，一他勵直流發(fā)電機， PN = 10 kW，UN = 230 V，nN = 1 000 r/min ，Ra = 0.4。如果磁通如果磁通 保保持不變，求持不變，求 1 000 r/min 時的空載電壓時的空載電壓 U0 和和 900 r/min 時時的滿載電壓的滿載電壓 U 。 解：解：在在 nN 和和 UN 時的電樞電流時的電樞電流9001 000E = E U0 = E = UaRa IaN = (2300.443.5) V = 247 V 在在

35、 保持不變時，保持不變時， E n10103230= A = 43.5 A PNUaIaN = 9001 000= 247 V = 222 V U = ERa IaN = (222 0.443.5) V = 205 V2、并勵發(fā)電機運行分析、并勵發(fā)電機運行分析I = Ia IfU = Ua = UfUa = E RaIaI Ia RaIa E ( (電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)) )Uf Ua 外特性外特性 U = f ( I )EUaGIfIaIn = nNRf = 常數(shù)常數(shù)OIUU0他勵他勵并勵并勵 負(fù)載增加時，負(fù)載增加時， U 下降較快。下降較快。 VR 20% 外特性有拐彎現(xiàn)象。外特性有拐彎現(xiàn)象。

36、OI UU0他勵他勵并勵并勵I(lǐng)NUNRL I (Ia) U 低飽和磁路低飽和磁路RL U If E (較大幅度較大幅度) U 的下降比的下降比 RL的減少得更快的減少得更快 I = U / RLRL U I RL = 0，U = 0， If = 0 =r ， E = Er ISC 較小。較小。 穩(wěn)態(tài)短路電流不大。穩(wěn)態(tài)短路電流不大。 P2 = UI = 230100 W = 23 000 WIa = IIf = (1002) A =102 APCu = Ra Ia2 Rf If2 = ( 0.2102211522 ) W = 2 540.8 W Pe = P2PCu = 25 540.8 W 【

37、例例】 一并勵直流發(fā)電機，輸出電壓一并勵直流發(fā)電機，輸出電壓 U = 230 V，輸出電流輸出電流 I = 100 A ，Ra = 0.2，Rf = 115，n = 1 500 r/min ， T0 =17.32 Nm 。求發(fā)電機的輸出功率求發(fā)電機的輸出功率P2 、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩 T、輸入功率、輸入功率 P1 和效率和效率 。 解：解：230115= A = 2 A URfIf = P0 = T0n2 60= 17.321 500 W 2 60 = 2 719.24 W P1 = PeP0 = (25 540.82 719.24) W = 28 260 W = 100%P2P1= 100%

38、 = 81.39% 23 00028 260M3.7 直流電動機的運行分析直流電動機的運行分析1. 他勵電動機他勵電動機勵磁電壓勵磁電壓 Uf If 電樞電壓電樞電壓 Ua Ia T n E E(1) 電壓平衡方程式電壓平衡方程式勵磁電路：勵磁電路： Uf = Rf If電樞電路：電樞電路： Ua = E + Ra Ia+UaIaIf+Uf 穩(wěn)態(tài)電樞電流穩(wěn)態(tài)電樞電流 Ia 由誰確定由誰確定？ T = CT Ia ， Ua = E + Ra Ia例如：例如：負(fù)載不變負(fù)載不變 ( T 不變不變)，Ua (Ra) 變化時，變化時， Ia 變化否（設(shè)變化否（設(shè) 不變）？不變）？Ua (或或Ra ) 瞬

39、間瞬間 n 不變不變 E 不變不變Ia T TTLE n Ia T T = TLIa不變不變 結(jié)論：結(jié)論：Ia 的大小取決于負(fù)載的大小。的大小取決于負(fù)載的大小。 當(dāng)當(dāng) Ia= = IaN 時為滿載，當(dāng)時為滿載，當(dāng) IaIaN 時為過載。時為過載。 規(guī)定短時過載的最大電樞電流：規(guī)定短時過載的最大電樞電流： Iamax =( (1.5 2) )IaN =MC IaN機械特性機械特性E CE n = UaRa IaCE=UaCE=RaCECT2T (2) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速O nTn0當(dāng)當(dāng)T 時，時， n 下降不多下降不多 硬特性硬特性。 勵磁電路斷電的后果勵磁電路斷電的后果 當(dāng)當(dāng) If = 0， =r 很小

40、，很小，n 不能突變，不能突變，E 很小很小T = CTr Ia 仍有一定數(shù)值。仍有一定數(shù)值。Ia 若若 T TL n 飛車！飛車！ T TL n n = 0 悶車！悶車！ (3) 轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向取決于電磁轉(zhuǎn)矩取決于電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向。的方向。 T 的方向取決于的方向取決于 和和 Ia 的方向。的方向。M+UaIaIf+UfM+UaIaIfUf+MUa+IaIf+Uf磁磁場場反反向向電電樞樞反反向向2. 并勵電動機并勵電動機 并勵與他勵的區(qū)別并勵與他勵的區(qū)別:(1) 輸入電壓輸入電壓 U = Ua = Uf(2) 輸入電流輸入電流 I = Ia + If(3) 輸入功率輸入功率 P1 = UI =

41、 UIa + UIfMIa+UIIf 【例例】 某并勵直流電動機，某并勵直流電動機，UN = 220 V，IN = 12.5 A，nN = 3 000 r/min ，Rf = 628 ，Ra = 0.41 。求該電機在額定狀態(tài)下運行時的：。求該電機在額定狀態(tài)下運行時的： (1) If ； (2) Ia； (3) E ； (4) T 。 解：解： (1) 勵磁電流勵磁電流 If UfRfIf =220628= A = 0.35A(2) 電樞電流電樞電流 Ia Ia = IN If = (12.50.35) A = 12.15 A (2) 電動勢電動勢 E E = UN Ra Ia = (2200.4112.15) V = 215 VCT = 9.55 CE = 0.685T = CT Ia = 0.68512.15 Nm = 8.32 Nm (4) 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩CE =EnN2153 000= = 0.071 7 E3. 串