電機(jī)及拖動基礎(chǔ)課件1

1、第一章第一章 直流電機(jī)直流電機(jī)Chapter 1 DC Machines本章教學(xué)基本要求：本章教學(xué)基本要求：n1.了解直流電機(jī)主要結(jié)構(gòu)，注意換向器和電了解直流電機(jī)主要結(jié)構(gòu)，注意換向器和電刷的作用；刷的作用；n2.熟悉直流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)基本工作原理，熟悉直流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)基本工作原理，熟悉電樞反應(yīng)，理解感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩這熟悉電樞反應(yīng)，理解感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩這兩個機(jī)電能量轉(zhuǎn)換要素的物理意義，掌握求兩個機(jī)電能量轉(zhuǎn)換要素的物理意義，掌握求解它們的計算方法；解它們的計算方法；n3.掌握直流電機(jī)的運行原理，電勢、轉(zhuǎn)矩平掌握直流電機(jī)的運行原理，電勢、轉(zhuǎn)矩平衡方程式，以及不同勵磁方式的直流電機(jī)的衡方程式，以

2、及不同勵磁方式的直流電機(jī)的工作特性；工作特性；n4.了解直流電機(jī)的換向。了解直流電機(jī)的換向。重點和難點重點和難點n重點：重點： 直流電機(jī)的基本平衡方程式和直流電機(jī)的基本平衡方程式和工作特性。工作特性。n難點：難點： 電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)。本次課程教學(xué)要求本次課程教學(xué)要求n了解直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)n熟悉直流電機(jī)的額定值n掌握直流電機(jī)基本工作原理機(jī)電能量關(guān)系機(jī)電能量關(guān)系n直流電機(jī)直流電機(jī)（dc machines）是將機(jī)械是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能或?qū)⒅绷麟娔苻D(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換為直流電能或?qū)⒅绷麟娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種裝置。換為機(jī)械能的一種裝置。n把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的直流電機(jī)稱把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的直流電機(jī)稱為為直流發(fā)電

3、機(jī)直流發(fā)電機(jī)(dc generators )。n把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的直流電機(jī)稱把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的直流電機(jī)稱為為直流電動機(jī)直流電動機(jī)(dc motor )。1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理1.1.1直流電機(jī)的基本工作原理直流電機(jī)的基本工作原理1、直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理、直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理 直流發(fā)電機(jī)的工作原理是建立在直流發(fā)電機(jī)的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律基礎(chǔ)上的。電磁感應(yīng)定律基礎(chǔ)上的。（下面用簡單直流電機(jī)模型來說明工作（下面用簡單直流電機(jī)模型來說明工作原理）原理）圖1-1 直流發(fā)電機(jī)工作原理直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理說明說明n給勵磁

4、繞組給勵磁繞組(the exciting winding)通入直流通入直流電，使在空中固定不動的主磁極呈現(xiàn)上為電，使在空中固定不動的主磁極呈現(xiàn)上為N極、下為極、下為S極（主磁極也可以是永久磁鐵做極（主磁極也可以是永久磁鐵做成）。在成）。在N和和S極之間有電樞，電樞鐵芯上極之間有電樞，電樞鐵芯上安放著由安放著由A和和X兩根導(dǎo)體組成的電樞線圈，兩根導(dǎo)體組成的電樞線圈，線圈的首端（線圈的首端（A）和末端（）和末端（X）分別連在兩）分別連在兩個相互絕緣的半圓形銅質(zhì)換相片上，換相個相互絕緣的半圓形銅質(zhì)換相片上，換相片形成的整體稱為換相器。換相器固定在片形成的整體稱為換相器。換相器固定在轉(zhuǎn)軸上，且與轉(zhuǎn)軸絕

5、緣。換相片上安放著轉(zhuǎn)軸上，且與轉(zhuǎn)軸絕緣。換相片上安放著一對固定不動的電刷一對固定不動的電刷B1和和B2，電刷能與外，電刷能與外電路連接。電路連接。氣隙磁密分布?xì)庀洞琶芊植紙D1-2a) 氣隙磁密分布波形圖定子、轉(zhuǎn)子和氣隙定子、轉(zhuǎn)子和氣隙n定子定子(stator) 在空中固定不動的部分（主磁極、電刷等）在空中固定不動的部分（主磁極、電刷等）稱為定子。稱為定子。n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子(rotor) 隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的部分（線圈、電樞鐵芯、換隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的部分（線圈、電樞鐵芯、換相器等）稱為轉(zhuǎn)子（或稱電樞相器等）稱為轉(zhuǎn)子（或稱電樞(armature) ）n氣隙氣隙(air gap) 定、轉(zhuǎn)子之間有一空隙，稱為氣隙。定、轉(zhuǎn)

6、子之間有一空隙，稱為氣隙。 當(dāng)原動機(jī)帶動電樞逆時針方向旋轉(zhuǎn)時當(dāng)原動機(jī)帶動電樞逆時針方向旋轉(zhuǎn)時導(dǎo)體切割磁力線，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)導(dǎo)體切割磁力線，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，大小：體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，大小：e=Bxlv（V）其中：其中：Bx導(dǎo)體所在處的磁通密度導(dǎo)體所在處的磁通密度（Wb/m2）, l 導(dǎo)體的有效長度（導(dǎo)體的有效長度（m），）， v 導(dǎo)體的線速度（導(dǎo)體的線速度（m/s）。）。發(fā)電機(jī)工作情況發(fā)電機(jī)工作情況感應(yīng)電勢方向感應(yīng)電勢方向n感應(yīng)電勢方向由右手定則判定：感應(yīng)電勢方向由右手定則判定： 伸開右手使大拇指與四指呈伸開右手使大拇指與四指呈90，當(dāng)磁力線指向手心，大拇指指向?qū)w運當(dāng)

7、磁力線指向手心，大拇指指向?qū)w運動方向，則四指的指向為導(dǎo)體中感應(yīng)電動方向，則四指的指向為導(dǎo)體中感應(yīng)電勢方向。勢方向。分析分析nt=0時，時，A端為，與之相接觸的電刷端為，與之相接觸的電刷B1為為+，X端為端為 ，與之相接觸的電刷，與之相接觸的電刷B2為為-；當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)了；當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)了180后，即后，即t=180時，時，X端旋轉(zhuǎn)到端旋轉(zhuǎn)到N極下，極下，X端為，端為，A端旋轉(zhuǎn)到端旋轉(zhuǎn)到S極下，極下，A端為端為 。圖1-2a) 線圈AX地感應(yīng)電勢波形圖換向器作用換向器作用Commutator Actionn從分析中可得出：從分析中可得出： N極下導(dǎo)體電勢指向紙外，電刷極下導(dǎo)體電勢指向紙外，電刷B1總

8、為總為+；S極下導(dǎo)體電勢指向紙內(nèi)，電極下導(dǎo)體電勢指向紙內(nèi)，電刷刷B2總為總為-，不難看出，不難看出，線圈中的電勢線圈中的電勢是交流電勢是交流電勢，而通過換向器的作用，而通過換向器的作用，使使電刷間的電勢為直流電勢電刷間的電勢為直流電勢。換向器和電刷作用換向器和電刷作用(brush)n換向器和電刷的共同作用：換向器和電刷的共同作用：將線圈中的交將線圈中的交流電勢整流成刷間的直流電勢；流電勢整流成刷間的直流電勢；把轉(zhuǎn)動的把轉(zhuǎn)動的電路與外面不轉(zhuǎn)的電路連接。電路與外面不轉(zhuǎn)的電路連接。n從刷間電勢波形看，電勢脈動很大，為了減從刷間電勢波形看，電勢脈動很大，為了減小電勢的脈動程度，實際電機(jī)采用很多元件小電

9、勢的脈動程度，實際電機(jī)采用很多元件組成電樞線圈，均勻分布在電樞表面，并按組成電樞線圈，均勻分布在電樞表面，并按一定規(guī)律連接，刷間串聯(lián)元件數(shù)增多，脈動一定規(guī)律連接，刷間串聯(lián)元件數(shù)增多，脈動減小，就得到所需的直流電。減小，就得到所需的直流電。圖1-2b) 電刷B1與B2間的電動勢波形圖電刷電刷B1與與B2間的電動勢波形間的電動勢波形2、直流電動機(jī)的基本工作原理、直流電動機(jī)的基本工作原理n將直流電加到電刷上將直流電加到電刷上（B1為為+、B2為為-），），線圈線圈AX上就有電流通過（上就有電流通過（A端為端為 、X端端為），根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體在磁為），根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體在磁場中要受力，大

10、小為：場中要受力，大小為：f=Bxli（N），其中），其中i為流過導(dǎo)體中的電流（為流過導(dǎo)體中的電流（A），方向由左手定），方向由左手定則確定，伸開左手使大拇指與四指呈則確定，伸開左手使大拇指與四指呈90，當(dāng)磁力線指向手心，四指的指向為導(dǎo)體中當(dāng)磁力線指向手心，四指的指向為導(dǎo)體中電流方向，則大拇指指向?qū)w受力方向。電流方向，則大拇指指向?qū)w受力方向。在電動機(jī)中換向器和電刷的作用在電動機(jī)中換向器和電刷的作用n換向器和電刷的共同作用是：換向器和電刷的共同作用是：n將刷間的直流電逆變成線圈中的將刷間的直流電逆變成線圈中的交流電；交流電；n把外面不轉(zhuǎn)的電路與轉(zhuǎn)動的電路把外面不轉(zhuǎn)的電路與轉(zhuǎn)動的電路連接。連接

11、。直流電動機(jī)工作原理示意圖直流電動機(jī)工作原理示意圖n n 圖圖1-3 直流電動機(jī)工作原理圖直流電動機(jī)工作原理圖直流機(jī)結(jié)構(gòu)直流機(jī)結(jié)構(gòu)n 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)n直流電機(jī)由兩大部分組成：直流電機(jī)由兩大部分組成：n定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分或稱電樞）。動部分或稱電樞）。1、定子、定子n定子由主磁極、換向極、電刷裝置、機(jī)座等組成。定子由主磁極、換向極、電刷裝置、機(jī)座等組成。n主磁極主磁極由主極鐵芯和勵磁繞組組成，鐵芯用由主極鐵芯和勵磁繞組組成，鐵芯用11.5mm的鋼板沖片疊成，外套勵磁繞組。主磁極的作用是建的鋼

12、板沖片疊成，外套勵磁繞組。主磁極的作用是建立主磁場，它總是成對出現(xiàn)，立主磁場，它總是成對出現(xiàn)，N、S極交替排列。極交替排列。n換向極換向極也由鐵芯和繞組組成，鐵芯一般是由整塊鋼組也由鐵芯和繞組組成，鐵芯一般是由整塊鋼組成，換向極安放在相鄰兩主磁極之間，它的作用是改成，換向極安放在相鄰兩主磁極之間，它的作用是改善電機(jī)的換向。善電機(jī)的換向。n電刷裝置電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、壓緊彈簧等組成，它由電刷、刷握、刷桿、壓緊彈簧等組成，它的作用是連接轉(zhuǎn)動和靜止之間的電路。的作用是連接轉(zhuǎn)動和靜止之間的電路。n機(jī)座機(jī)座作用是固定主磁極等部件，同時也是磁路的一部作用是固定主磁極等部件，同時也是磁路的一部分。分

13、。直流電機(jī)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖1-4 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖1-5 主磁極與換向極示意圖圖1-6電刷裝置圖主磁極、換向極、電刷裝置示意圖主磁極、換向極、電刷裝置示意圖2、轉(zhuǎn)子（電樞）、轉(zhuǎn)子（電樞）n轉(zhuǎn)子由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)子由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸等組成。轉(zhuǎn)軸等組成。n電樞鐵芯電樞鐵芯一般用一般用0.5mm涂過絕緣漆的硅涂過絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，作用是嵌放電樞繞組，鋼片疊壓而成，作用是嵌放電樞繞組，同時它又是電機(jī)主磁路的一部分。同時它又是電機(jī)主磁路的一部分。電樞繞組電樞繞組n電樞繞組電樞繞組由絕緣導(dǎo)線繞制成的線圈由絕緣導(dǎo)線繞制成的線圈（又稱繞組元件）按一定規(guī)律聯(lián)接組（又稱繞組元

14、件）按一定規(guī)律聯(lián)接組成，每個元件兩個有效邊分別嵌放在成，每個元件兩個有效邊分別嵌放在電樞鐵芯表面的槽內(nèi)，元件的兩個出電樞鐵芯表面的槽內(nèi)，元件的兩個出線端分別與兩個換向片相連。電樞繞線端分別與兩個換向片相連。電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，是實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。是實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。換向器換向器n換向器換向器由許多相互絕緣的換向片組由許多相互絕緣的換向片組成，作用是將電樞繞組中的交流電成，作用是將電樞繞組中的交流電整流成刷間的直流電或?qū)⑺㈤g的直整流成刷間的直流電或?qū)⑺㈤g的直流電逆變成電樞繞組中的交流電。流電逆變成電樞繞組中的交流電。換向片和換向器

15、換向片和換向器n 圖圖1-7 換向片和換向器換向片和換向器 3、氣隙、氣隙n為了使電機(jī)能夠運轉(zhuǎn)，定子和轉(zhuǎn)子為了使電機(jī)能夠運轉(zhuǎn)，定子和轉(zhuǎn)子之間要留有一定大小的間隙，此間之間要留有一定大小的間隙，此間隙稱為氣隙，它是主磁路的一部分。隙稱為氣隙，它是主磁路的一部分。課后復(fù)習(xí)要點課后復(fù)習(xí)要點n1.直流電機(jī)基本工作原理；換向器和電刷的直流電機(jī)基本工作原理；換向器和電刷的作用。作用。n2.直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)n預(yù)習(xí)直流電機(jī)繞組預(yù)習(xí)直流電機(jī)繞組(極軸線、幾何中線、極極軸線、幾何中線、極距、繞組元件、繞組節(jié)距等。距、繞組元件、繞組節(jié)距等。n3.預(yù)習(xí)電樞反應(yīng)和直流電機(jī)負(fù)載時的磁場。預(yù)習(xí)電樞反應(yīng)和直流

16、電機(jī)負(fù)載時的磁場。n4.預(yù)習(xí)直流機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電勢。預(yù)習(xí)直流機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電勢。n思考題：思考題：P33 1-11.1.3直流電樞繞組和電機(jī)模型直流電樞繞組和電機(jī)模型n1、直流電樞繞組、直流電樞繞組n（1）基本概念）基本概念n直流電機(jī)電樞繞組的基本形式是直流電機(jī)電樞繞組的基本形式是單疊單疊和和單波單波。圖1-11 兩匝元件示意圖電樞繞組節(jié)距圖繞組繞組（2）單疊繞組）單疊繞組n單疊繞組是以相鄰元件依次串聯(lián)的單疊繞組是以相鄰元件依次串聯(lián)的連接規(guī)律連成的，每個元件的兩個連接規(guī)律連成的，每個元件的兩個出線端分別接到相鄰的兩個換相片出線端分別接到相鄰的兩個換相片上，最后形成一閉合回路。上，最后形

17、成一閉合回路。實際電機(jī)模型圖實際電機(jī)模型實際電機(jī)模型圖1-12 單疊繞組展開圖（2p2 ZuS6）單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖單疊繞組等值電路單疊繞組等值電路 圖圖1-13 單疊繞組等值電路單疊繞組等值電路單疊繞組特點單疊繞組特點n支路對數(shù)支路對數(shù)a等于極對數(shù)等于極對數(shù)p，同，同時還等于電刷對數(shù)時還等于電刷對數(shù)b，即，即a=p=b；n電樞電流電樞電流Ia等于各支路電流等于各支路電流ia之和，即之和，即Ia=2aia。（3）單波繞組）單波繞組n單波繞組是將同一極性下的所有元件串單波繞組是將同一極性下的所有元件串聯(lián)成一條支路，相鄰兩個串聯(lián)連接元件聯(lián)成一條支路，相鄰兩個串聯(lián)連接元件形式似波浪向前延伸

18、。形式似波浪向前延伸。n其特點是：其特點是：n支路對數(shù)支路對數(shù)a等于等于1，與極對數(shù)，與極對數(shù)p無關(guān)，即無關(guān)，即a=1；n電樞電流電樞電流Ia等于等于2倍支路電流倍支路電流ia，即，即Ia=2ia；為了減小電刷的電流密度，實為了減小電刷的電流密度，實際電刷對數(shù)際電刷對數(shù)b等于極對數(shù)等于極對數(shù)p。2、電機(jī)模型、電機(jī)模型n展開圖雖然能反應(yīng)電樞繞組連接規(guī)律，也展開圖雖然能反應(yīng)電樞繞組連接規(guī)律，也能說明電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系，但畫展開圖太能說明電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系，但畫展開圖太麻煩，在分析電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系時，采用麻煩，在分析電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系時，采用電機(jī)模型。電機(jī)模型。n規(guī)定規(guī)定：無論電機(jī)有多少對磁極，都只用：無

19、論電機(jī)有多少對磁極，都只用N、S一對磁極表示，不畫換相器，電刷放在幾一對磁極表示，不畫換相器，電刷放在幾何中心線處，并與位于幾何中心線處的元何中心線處，并與位于幾何中心線處的元件接觸，一個圓圈代表一個元件。我們把件接觸，一個圓圈代表一個元件。我們把幾何中心線對應(yīng)的軸線又稱為交軸，用幾何中心線對應(yīng)的軸線又稱為交軸，用q-q表示；與交軸垂直的磁極軸線稱為直軸，表示；與交軸垂直的磁極軸線稱為直軸，用用d-d表示。為了方便，以后在分析電機(jī)內(nèi)表示。為了方便，以后在分析電機(jī)內(nèi)部電磁過程時均采用電機(jī)模型。部電磁過程時均采用電機(jī)模型。直流電機(jī)模型直流電機(jī)模型直流電機(jī)模型1.1.4直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)和主要系列直

20、流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)和主要系列n為使用戶正確使用電機(jī)，電機(jī)制造廠在每臺電為使用戶正確使用電機(jī)，電機(jī)制造廠在每臺電機(jī)的機(jī)座上都釘一塊金屬牌，上面標(biāo)有電機(jī)的機(jī)的機(jī)座上都釘一塊金屬牌，上面標(biāo)有電機(jī)的工作條件和根據(jù)國標(biāo)制定的額定數(shù)據(jù)（又稱額工作條件和根據(jù)國標(biāo)制定的額定數(shù)據(jù)（又稱額定值），該標(biāo)牌稱為銘牌，如圖所示。定值），該標(biāo)牌稱為銘牌，如圖所示。直流電機(jī)銘牌直流電動機(jī)型 號 Z272 產(chǎn)品編號 7001結(jié)構(gòu)類型 _ 勵磁方式 他勵功 率 22kW 勵磁電壓 220V電 壓 220V 工作方式 連續(xù)電 流 116.3A 絕緣等級 B級轉(zhuǎn) 速 1500r/min 重 量 _kg標(biāo)準(zhǔn)編號 JB1104-68 出

21、廠日期 _年_月說明說明n在實際運行時，電機(jī)各物理量在額定值時的運在實際運行時，電機(jī)各物理量在額定值時的運行，稱為行，稱為額定運行額定運行。電機(jī)處于額定運行狀態(tài)，。電機(jī)處于額定運行狀態(tài)，具有良好的性能，工作可靠。當(dāng)電機(jī)電流小于具有良好的性能，工作可靠。當(dāng)電機(jī)電流小于額定電流時的運行，稱為額定電流時的運行，稱為欠載運行欠載運行，電機(jī)長期，電機(jī)長期欠載，效率不高，造成浪費；當(dāng)電機(jī)電流大于欠載，效率不高，造成浪費；當(dāng)電機(jī)電流大于額定電流時的運行，稱為額定電流時的運行，稱為過載運行過載運行，長期過載，長期過載，使電機(jī)過熱，降低使用壽命甚至損壞電機(jī)。所使電機(jī)過熱，降低使用壽命甚至損壞電機(jī)。所以額定值是選

22、擇電機(jī)的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)實際使用以額定值是選擇電機(jī)的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)實際使用情況，合理選擇電機(jī)容量，使電機(jī)工作在額定情況，合理選擇電機(jī)容量，使電機(jī)工作在額定運行狀態(tài)。運行狀態(tài)。2、國產(chǎn)電機(jī)主要系列、國產(chǎn)電機(jī)主要系列 國產(chǎn)直流電機(jī)的系列產(chǎn)品代號采用大寫漢語國產(chǎn)直流電機(jī)的系列產(chǎn)品代號采用大寫漢語拼音字母表示，型號采用漢語拼音字母和阿拉伯拼音字母表示，型號采用漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組合表示，例如：數(shù)字組合表示，例如：“Z2-72”表示直流電動機(jī)、表示直流電動機(jī)、第二次改進(jìn)設(shè)計型，第二次改進(jìn)設(shè)計型，“7”表示機(jī)座號，表示機(jī)座號，7后面的后面的2表示長鐵芯（表示長鐵芯（2號表示長鐵芯，號表示長鐵芯，1號表示短

23、鐵芯）。號表示短鐵芯）。n國產(chǎn)直流電機(jī)的主要系列說明如下：國產(chǎn)直流電機(jī)的主要系列說明如下：n1）Z2系列是普通中小型直流電機(jī)。該系列直流系列是普通中小型直流電機(jī)。該系列直流電機(jī)有發(fā)電機(jī)、調(diào)壓發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等。其工作電機(jī)有發(fā)電機(jī)、調(diào)壓發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等。其工作方式為連續(xù)的。電機(jī)僅用于正常的使用條件，即方式為連續(xù)的。電機(jī)僅用于正常的使用條件，即非濕熱地區(qū)，非多塵或無有害氣體場所，非嚴(yán)重非濕熱地區(qū)，非多塵或無有害氣體場所，非嚴(yán)重過載或無沖擊性過載要求的情況下。系列容量范過載或無沖擊性過載要求的情況下。系列容量范圍從圍從0.4220kW，采用，采用E級和級和B級絕緣。新設(shè)計的級絕緣。新設(shè)計的Z4系列電動

24、機(jī)，可以取代系列電動機(jī)，可以取代Z2、Z3系列直流電動機(jī)。系列直流電動機(jī)。2）ZZJ系列系列nZZJ系列是一種冶金起重輔助傳動直流電動系列是一種冶金起重輔助傳動直流電動機(jī)，適用于軋鋼機(jī)、起重機(jī)、升降機(jī)、電機(jī)，適用于軋鋼機(jī)、起重機(jī)、升降機(jī)、電鏟等。該系列電動機(jī)的傳動慣量低、過載鏟等。該系列電動機(jī)的傳動慣量低、過載能力大，速度反應(yīng)快。因而能經(jīng)受快速而能力大，速度反應(yīng)快。因而能經(jīng)受快速而頻繁的起動、制動與反轉(zhuǎn)。頻繁的起動、制動與反轉(zhuǎn)。n其它系列的直流電機(jī)型號、技術(shù)數(shù)據(jù)可從其它系列的直流電機(jī)型號、技術(shù)數(shù)據(jù)可從產(chǎn)品目錄或相關(guān)的手冊中查到。產(chǎn)品目錄或相關(guān)的手冊中查到。1.2直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場n直

25、流電機(jī)的勵磁方式是指勵磁繞組獲得勵磁電流的直流電機(jī)的勵磁方式是指勵磁繞組獲得勵磁電流的方式。除永磁式微直流電機(jī)外，直流電機(jī)的磁場都方式。除永磁式微直流電機(jī)外，直流電機(jī)的磁場都是通過勵磁繞組通入電流激勵而建立的。按勵磁方是通過勵磁繞組通入電流激勵而建立的。按勵磁方式不同可分為四種：他勵、并勵、串勵和復(fù)勵。式不同可分為四種：他勵、并勵、串勵和復(fù)勵。n1、他勵、他勵n勵磁繞組接在獨立的電源上，與電樞繞組無關(guān)。勵磁繞組接在獨立的電源上，與電樞繞組無關(guān)。n2、并勵、并勵n勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。n3、串勵、串勵n勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。n4、復(fù)勵、復(fù)勵圖1

26、-19 直流電機(jī)的勵磁方式勵磁方式勵磁方式復(fù)勵復(fù)勵n主磁極上有兩套勵磁繞組，一套與電樞繞組并聯(lián)主磁極上有兩套勵磁繞組，一套與電樞繞組并聯(lián)稱并勵繞組，另一套與電樞繞組串聯(lián)稱串勵繞組。稱并勵繞組，另一套與電樞繞組串聯(lián)稱串勵繞組。若兩套勵磁繞組產(chǎn)生的磁勢是相加，則稱若兩套勵磁繞組產(chǎn)生的磁勢是相加，則稱積復(fù)勵積復(fù)勵；若兩套勵磁繞組產(chǎn)生的磁勢是相減，則稱若兩套勵磁繞組產(chǎn)生的磁勢是相減，則稱差復(fù)勵差復(fù)勵。實際應(yīng)用中常用積復(fù)勵。實際應(yīng)用中常用積復(fù)勵。積復(fù)勵與差復(fù)勵示意圖1.2.2直流電機(jī)空載時的磁場直流電機(jī)空載時的磁場n直流電機(jī)空載是指電機(jī)對外無功率輸出、不帶負(fù)載空轉(zhuǎn)的直流電機(jī)空載是指電機(jī)對外無功率輸出、不

27、帶負(fù)載空轉(zhuǎn)的一種狀態(tài)。直流電機(jī)空載時，勵磁繞組內(nèi)有勵磁電流，電一種狀態(tài)。直流電機(jī)空載時，勵磁繞組內(nèi)有勵磁電流，電動機(jī)電樞電流很小可忽略而發(fā)電機(jī)電樞電流為零，這時電動機(jī)電樞電流很小可忽略而發(fā)電機(jī)電樞電流為零，這時電機(jī)的磁場由勵磁電流單獨建立。機(jī)的磁場由勵磁電流單獨建立。圖1-8 直流電機(jī)的空載磁場分布說明說明n主磁極主磁極N、S交替分布，故磁場的分布是對稱的。交替分布，故磁場的分布是對稱的。其中絕大部分磁通經(jīng)主磁極、氣隙、電樞鐵芯及其中絕大部分磁通經(jīng)主磁極、氣隙、電樞鐵芯及定子磁軛閉合，這部分磁通同時鏈繞勵磁繞組和定子磁軛閉合，這部分磁通同時鏈繞勵磁繞組和電樞繞組，稱主磁通，記作：電樞繞組，稱主

28、磁通，記作：0，主磁通參與機(jī)，主磁通參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，能產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，是工電能量轉(zhuǎn)換，能產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，是工作磁通。還有一小部分磁通不穿過電樞，僅與勵作磁通。還有一小部分磁通不穿過電樞，僅與勵磁繞組自身鏈繞，稱漏磁通，記作：磁繞組自身鏈繞，稱漏磁通，記作：，漏磁通，漏磁通不穿過電樞表面，不參加機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，不是工不穿過電樞表面，不參加機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，不是工作磁通。主磁通通過的磁路稱主磁路，主磁路中作磁通。主磁通通過的磁路稱主磁路，主磁路中氣隙較小，故磁阻較小；漏磁通通過的磁路稱漏氣隙較小，故磁阻較小；漏磁通通過的磁路稱漏磁路，漏磁路中空氣隙較大，磁阻大。所以，漏磁路，漏磁路中空

29、氣隙較大，磁阻大。所以，漏磁通比主磁通小得多，約占主磁通的磁通比主磁通小得多，約占主磁通的20%左右。左右。1、空載時氣隙磁密分布、空載時氣隙磁密分布n如果不考慮電樞表面齒槽效應(yīng)，假設(shè)電樞表面是光滑的，如果不考慮電樞表面齒槽效應(yīng)，假設(shè)電樞表面是光滑的，根據(jù)磁路定律可推出氣隙磁密反比于氣隙長度，即有根據(jù)磁路定律可推出氣隙磁密反比于氣隙長度，即有B1/。主磁極下的氣隙小，而且均勻，氣隙磁密分布主磁極下的氣隙小，而且均勻，氣隙磁密分布均勻；在主磁極極靴尖，氣隙增大，磁阻增大，磁密下降；均勻；在主磁極極靴尖，氣隙增大，磁阻增大，磁密下降；在極靴尖外，氣隙迅速增大，氣隙磁密急劇下降，在相鄰在極靴尖外，氣

30、隙迅速增大，氣隙磁密急劇下降，在相鄰兩極的空間分界線上，磁密降為零。我們稱氣隙磁密沿電兩極的空間分界線上，磁密降為零。我們稱氣隙磁密沿電樞表面空間分布的波形為平頂波，也可稱之為鐘形曲線。樞表面空間分布的波形為平頂波，也可稱之為鐘形曲線。 圖1-10 氣隙磁密分布波形2、電機(jī)的磁化曲線、電機(jī)的磁化曲線n電機(jī)的磁化曲線是指電機(jī)主磁通電機(jī)的磁化曲線是指電機(jī)主磁通0與勵磁與勵磁磁勢磁勢Ff的關(guān)系曲線，即的關(guān)系曲線，即0=（Ff）。當(dāng)勵）。當(dāng)勵磁繞組的匝數(shù)磁繞組的匝數(shù)Nf一定時，改變勵磁電流一定時，改變勵磁電流If就就可改變磁勢，磁化曲線也可用可改變磁勢，磁化曲線也可用0=（If） 表示。電機(jī)的磁化曲線

31、可通過實驗或電機(jī)表示。電機(jī)的磁化曲線可通過實驗或電機(jī)磁路計算得到。圖中曲線磁路計算得到。圖中曲線1是電機(jī)磁化曲線，是電機(jī)磁化曲線，曲線曲線2是氣隙線，它表示氣隙中所消耗的磁是氣隙線，它表示氣隙中所消耗的磁勢，由于空氣中的勢，由于空氣中的0為常數(shù)，故氣隙線是為常數(shù)，故氣隙線是線性的。線性的。曲線特點曲線特點n電機(jī)的磁化曲線具有飽和特點，當(dāng)主磁通電機(jī)的磁化曲線具有飽和特點，當(dāng)主磁通0較小時，鐵磁材料的磁位降較小，勵磁較小時，鐵磁材料的磁位降較小，勵磁磁通主要消耗在氣隙中；當(dāng)主磁通磁通主要消耗在氣隙中；當(dāng)主磁通0較大較大時，鐵磁材料出現(xiàn)飽和，磁位降迅速增大，時，鐵磁材料出現(xiàn)飽和，磁位降迅速增大，使使

32、0=（If）曲線離開氣隙線彎曲呈非線性。）曲線離開氣隙線彎曲呈非線性。圖1-9 電機(jī)的磁化曲線曲線曲線分析分析n磁化曲線表征的磁路的飽和程度對電機(jī)運磁化曲線表征的磁路的飽和程度對電機(jī)運行性能有很大的影響。設(shè)計電機(jī)時，要考行性能有很大的影響。設(shè)計電機(jī)時，要考慮節(jié)省材料，磁通密度慮節(jié)省材料，磁通密度B值盡量取得大些，值盡量取得大些，但又不能使磁路太飽和，所以，為了更有但又不能使磁路太飽和，所以，為了更有效經(jīng)濟(jì)地利用材料，一般額定磁通取在直效經(jīng)濟(jì)地利用材料，一般額定磁通取在直流電機(jī)磁化曲線開始彎曲的地方。流電機(jī)磁化曲線開始彎曲的地方。飽和系數(shù)飽和系數(shù)n 電機(jī)的飽和程度可以用飽和系數(shù)表示。電機(jī)的飽和程

33、度可以用飽和系數(shù)表示。他是指主磁他是指主磁0通為額定磁通通為額定磁通N時，勵磁磁時，勵磁磁勢勢F0與氣隙磁勢與氣隙磁勢F 的比值，即的比值，即nk 的大小對電機(jī)的運行性能有很大的影響，的大小對電機(jī)的運行性能有很大的影響，一般電機(jī)中的一般電機(jī)中的k =1.111.35。abacFFk01.2.3直流電機(jī)負(fù)載時的磁場直流電機(jī)負(fù)載時的磁場n直流電機(jī)負(fù)載運行時，電樞電流直流電機(jī)負(fù)載運行時，電樞電流Ia不為零，氣隙不為零，氣隙中的磁勢由勵磁電流中的磁勢由勵磁電流If產(chǎn)生的勵磁磁勢產(chǎn)生的勵磁磁勢Ff和電樞電和電樞電流流Ia產(chǎn)生的電樞磁勢產(chǎn)生的電樞磁勢Fa共同建立。共同建立。n圖圖a表示由電樞電流單獨產(chǎn)生的

34、電樞磁場，根據(jù)電表示由電樞電流單獨產(chǎn)生的電樞磁場，根據(jù)電樞電流方向和右手螺旋定則，可判斷電樞磁勢的樞電流方向和右手螺旋定則，可判斷電樞磁勢的軸線與電刷軸線（也是幾何中心線）重合，并與軸線與電刷軸線（也是幾何中心線）重合，并與主磁極軸線正交，故電刷位于幾何中心線上時的主磁極軸線正交，故電刷位于幾何中心線上時的電樞磁勢也是交軸電樞磁勢。圖電樞磁勢也是交軸電樞磁勢。圖b表示僅由勵磁表示僅由勵磁電流產(chǎn)生的空載磁場。假設(shè)電機(jī)磁路不飽和，可電流產(chǎn)生的空載磁場。假設(shè)電機(jī)磁路不飽和，可利用疊加原理，得到負(fù)載時氣隙磁場如圖利用疊加原理，得到負(fù)載時氣隙磁場如圖c所示。所示。圖圖NSFaIa+NSIf=NSIfFa

35、FfIa（a）電樞磁場圖1-23 負(fù)載時的磁場（b）空載磁場（c）負(fù)載磁場線負(fù)荷線負(fù)荷n為了分析電樞磁勢沿電樞表面分布情況，現(xiàn)為了分析電樞磁勢沿電樞表面分布情況，現(xiàn)引入電樞線負(fù)荷的概念。引入電樞線負(fù)荷的概念。n線負(fù)荷是指在電樞表面單位長度上的安培導(dǎo)線負(fù)荷是指在電樞表面單位長度上的安培導(dǎo)體數(shù)，用體數(shù)，用A表示。設(shè)表示。設(shè)N為電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)，為電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)，ia為導(dǎo)體電流，為導(dǎo)體電流，Da為電樞直徑，則根據(jù)線負(fù)荷為電樞直徑，則根據(jù)線負(fù)荷定義有：定義有： aaDNiA電樞磁勢電樞磁勢n如果將電樞外表面從幾何中心線處展開成直如果將電樞外表面從幾何中心線處展開成直線如圖所，并設(shè)主磁極軸線與電樞表面

36、的交線如圖所，并設(shè)主磁極軸線與電樞表面的交點處為原點點處為原點0，這點的電樞磁勢為零，在離原，這點的電樞磁勢為零，在離原點點x處作一矩形磁閉合回路，根據(jù)安培環(huán)路定處作一矩形磁閉合回路，根據(jù)安培環(huán)路定律，當(dāng)磁路不飽和時，有律，當(dāng)磁路不飽和時，有 n即即Fax=Ax，其中，其中Fax為每個氣隙磁勢，可見為每個氣隙磁勢，可見Fax與與x成正比，則電樞磁勢分布波形是三角波，成正比，則電樞磁勢分布波形是三角波，如圖曲線如圖曲線Fax=(x)所示。所示。xAxDNiFHlaaax222)(電樞磁密電樞磁密n根據(jù)根據(jù)Bax=oHax，可推出電樞磁密為：，可推出電樞磁密為： n可見在磁極下，氣隙均勻，則可見在

37、磁極下，氣隙均勻，則Baxx；在極尖，；在極尖，因氣隙很大，則因氣隙很大，則Bax很小，電樞磁密沿電樞表面很小，電樞磁密沿電樞表面分布為一馬鞍波形，如圖曲線分布為一馬鞍波形，如圖曲線Bax=(x)所示所示。xDNiFHBaaaxaxax1000氣隙磁密氣隙磁密n曲線曲線Box=(x)表示勵磁磁通密度，亦即表示勵磁磁通密度，亦即電機(jī)空載時的磁通密度曲線。電機(jī)空載時的磁通密度曲線。n由上述分析可知，電機(jī)負(fù)載時的氣隙由上述分析可知，電機(jī)負(fù)載時的氣隙磁密磁密Bx應(yīng)等于勵磁磁密應(yīng)等于勵磁磁密Box與電樞磁密與電樞磁密的的Bax合成，如圖曲線合成，如圖曲線Bx=(x)所示。所示。圖1-17 直流電機(jī)負(fù)載時

38、氣隙磁密波形1.2.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)n當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后，電樞繞組流過電當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后，電樞繞組流過電流，出現(xiàn)電樞磁勢。從上面分析可流，出現(xiàn)電樞磁勢。從上面分析可知：電樞磁勢對主磁極產(chǎn)生的磁場知：電樞磁勢對主磁極產(chǎn)生的磁場有影響，故對電機(jī)的運行性能也會有影響，故對電機(jī)的運行性能也會產(chǎn)生一定的影響。我們把電樞磁勢產(chǎn)生一定的影響。我們把電樞磁勢對勵磁磁勢產(chǎn)生的影響稱為對勵磁磁勢產(chǎn)生的影響稱為電樞反電樞反應(yīng)應(yīng)。1.電刷位于幾何中性線時的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時電樞反應(yīng)表現(xiàn)為：電刷位于幾何中性線時電樞反應(yīng)表現(xiàn)為：（1）使氣隙磁場發(fā)生畸變）使氣隙磁場發(fā)

39、生畸變（2）使物理中性線偏移）使物理中性線偏移（3）當(dāng)磁路飽和時有祛磁作用）當(dāng)磁路飽和時有祛磁作用電刷位于幾何中性線時的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時的電樞反應(yīng)（1）使氣隙磁場發(fā)生畸變）使氣隙磁場發(fā)生畸變 設(shè)電樞旋轉(zhuǎn)時先進(jìn)入磁極的那個磁極設(shè)電樞旋轉(zhuǎn)時先進(jìn)入磁極的那個磁極尖稱為前極尖，電樞離開磁極的那個磁極尖稱為前極尖，電樞離開磁極的那個磁極尖稱為后極尖。電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生尖稱為后極尖。電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變，對發(fā)電機(jī)而言是前極尖磁場被削弱畸變，對發(fā)電機(jī)而言是前極尖磁場被削弱后極尖磁場被加強(qiáng)；對電動機(jī)而言是前極后極尖磁場被加強(qiáng)；對電動機(jī)而言是前極尖磁場被加強(qiáng)后極尖磁場被削弱。尖磁場被加強(qiáng)后

40、極尖磁場被削弱。電刷位于幾何中性線時的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時的電樞反應(yīng)n（2）使物理中性線偏移）使物理中性線偏移n我們把氣隙中各點磁通密度為零的點的連我們把氣隙中各點磁通密度為零的點的連線稱為物理中性線。直流電機(jī)空載時，幾線稱為物理中性線。直流電機(jī)空載時，幾何中性線與物理中性線重合。負(fù)載時，物何中性線與物理中性線重合。負(fù)載時，物理中性線偏離幾何中性線理中性線偏離幾何中性線角，對發(fā)電機(jī)而角，對發(fā)電機(jī)而言是順轉(zhuǎn)向偏離言是順轉(zhuǎn)向偏離角；對電動機(jī)而言是逆轉(zhuǎn)角；對電動機(jī)而言是逆轉(zhuǎn)向偏離向偏離角。角。電刷位于幾何中性線時的電樞反應(yīng)電刷位于幾何中性線時的電樞反應(yīng)n（3）當(dāng)磁路飽和時有祛磁作用）當(dāng)磁路飽

41、和時有祛磁作用n磁路未飽和時，氣隙里的磁通密度磁路未飽和時，氣隙里的磁通密度Bx由勵由勵磁磁密磁磁密Box與電樞磁密的與電樞磁密的Bax疊加得到。磁路疊加得到。磁路飽和時，要利用磁化曲線才能得到負(fù)載時飽和時，要利用磁化曲線才能得到負(fù)載時的氣隙磁通密度分布曲線，顯然由于磁化的氣隙磁通密度分布曲線，顯然由于磁化曲線進(jìn)入飽和點后具有飽和性，使負(fù)載時曲線進(jìn)入飽和點后具有飽和性，使負(fù)載時的氣隙磁場比空載時的磁場要弱，如圖虛的氣隙磁場比空載時的磁場要弱，如圖虛線線Bx =(x)所示。所示。2.電刷偏離幾何中性線時的電樞反應(yīng)電刷偏離幾何中性線時的電樞反應(yīng)n由于裝配或換相的需要等原因，有時電刷會偏離由于裝配或

42、換相的需要等原因，有時電刷會偏離幾何中性線。從上面分析得到，當(dāng)電刷位于幾何幾何中性線。從上面分析得到，當(dāng)電刷位于幾何中性線時，電樞電流只產(chǎn)生交軸電樞磁勢，而電中性線時，電樞電流只產(chǎn)生交軸電樞磁勢，而電刷偏離幾何中性線時，設(shè)以電動機(jī)為例電刷逆旋刷偏離幾何中性線時，設(shè)以電動機(jī)為例電刷逆旋轉(zhuǎn)方向偏離轉(zhuǎn)方向偏離角，產(chǎn)生的電樞磁勢為角，產(chǎn)生的電樞磁勢為Fa，將，將Fa分解分解成交軸電樞磁勢成交軸電樞磁勢Faq和直軸電樞磁勢和直軸電樞磁勢Fad，交軸電，交軸電樞磁勢樞磁勢Faq對主磁場的影響與上面分析的電刷位于對主磁場的影響與上面分析的電刷位于幾何中性線的電樞反應(yīng)情況一樣，而直軸電樞磁幾何中性線的電樞反應(yīng)

43、情況一樣，而直軸電樞磁勢勢Fad與主磁極軸線重合，方向相反，故有祛磁作與主磁極軸線重合，方向相反，故有祛磁作用；同理，當(dāng)電刷順電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向偏離用；同理，當(dāng)電刷順電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向偏離角時，角時，產(chǎn)生的直軸電樞磁勢產(chǎn)生的直軸電樞磁勢Fad有助磁作用。有助磁作用。電刷偏離幾何中線角時的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)1.2.5直流電機(jī)的感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩n1.直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電勢直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電勢n直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電勢是指從直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電勢是指從一對正負(fù)電刷之間引出的電勢，也稱一對正負(fù)電刷之間引出的電勢，也稱為電樞電勢，記作為電樞電勢，記作Ea。感應(yīng)

44、電勢感應(yīng)電勢n如果設(shè)如果設(shè)N為電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)，為電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)，a為并為并聯(lián)支路對數(shù)，聯(lián)支路對數(shù)，Bav為一個磁極內(nèi)的平均磁為一個磁極內(nèi)的平均磁密，密，l為導(dǎo)體的有效長度，為導(dǎo)體的有效長度，v為導(dǎo)體切割磁為導(dǎo)體切割磁場的速度，則電樞電勢為：場的速度，則電樞電勢為：n 式中式中 稱為電勢常數(shù)，稱為電勢常數(shù)，它是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)它是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)nCnapNnpllaNlvBaNEeava6060222nCEeaapNCe60說明說明n電勢表達(dá)式電勢表達(dá)式Ea=CennEan，改變，改變或或n的大小，可使的大小，可使Ea大小發(fā)生變化，當(dāng)磁通大小發(fā)生變化，當(dāng)磁通單位為單位為Wb，轉(zhuǎn)

45、速轉(zhuǎn)速n單位為單位為r/min，則電樞電勢，則電樞電勢Ea單單位為位為V；nEa方向取決于方向取決于和和n的方向，改變的方向，改變的方向（即改變勵磁電流的方向（即改變勵磁電流If的方向），的方向），就可改變就可改變Ea的方向。的方向。 2.直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩n直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是指電樞上所有載流直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是指電樞上所有載流導(dǎo)體在磁場中受力所形成的轉(zhuǎn)矩的總和。導(dǎo)體在磁場中受力所形成的轉(zhuǎn)矩的總和。設(shè)設(shè)D為電樞直徑，為電樞直徑，N為電樞總導(dǎo)體數(shù)，為電樞總導(dǎo)體數(shù)，fav每每根導(dǎo)體平均所受的力，則電磁轉(zhuǎn)矩為：根導(dǎo)體平均所受的力，則電磁轉(zhuǎn)矩為：aTaaaavavICIapNNpa

46、IllNDliBNDfT222222n即有： 式中 稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，它也是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)。aTICTapNCT2說明說明從電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式從電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式T=CTIa可見：可見：nTIa，改變，改變或或Ia的大小，可使的大小，可使T大小發(fā)大小發(fā)生變化，當(dāng)磁通生變化，當(dāng)磁通單位為單位為Wb，電樞電流，電樞電流Ia單位為單位為A，則電磁轉(zhuǎn)矩，則電磁轉(zhuǎn)矩T單位為單位為Nm；nT方向取決于方向取決于和和Ia的方向，改變的方向，改變的方向的方向（即改變勵磁電流（即改變勵磁電流If的方向），就可改變的方向），就可改變T的方向。的方向。電勢常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系式：電勢常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系式：n根據(jù)

47、根據(jù) 和和 可得到電勢常數(shù)與轉(zhuǎn)可得到電勢常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系式：矩常數(shù)之間的關(guān)系式：n所以有：所以有：CT=9.55Ce55. 9260602apNapNCCeTapNCe60apNCT2課后復(fù)習(xí)要點課后復(fù)習(xí)要點n1.直流電機(jī)繞組特點。直流電機(jī)繞組特點。n2.電樞反應(yīng)和直流電機(jī)負(fù)載時的磁場。電樞反應(yīng)和直流電機(jī)負(fù)載時的磁場。n3.直流機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電勢。直流機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電勢。n4.預(yù)習(xí)直流發(fā)電機(jī)。預(yù)習(xí)直流發(fā)電機(jī)。n思考題：思考題：P33 1-10 、 1-11、1-12 、1-15 、1-16n作業(yè)：作業(yè)：P33 1-3 、 1-41.3直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)n直流發(fā)電機(jī)是將原動機(jī)輸

48、入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變直流發(fā)電機(jī)是將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿碾姎庠O(shè)備，即有：機(jī)械能為直流電能的電氣設(shè)備，即有：機(jī)械能直流電能。直流電能。n1.3.1直流發(fā)電機(jī)的基本方程式直流發(fā)電機(jī)的基本方程式n 直流發(fā)電機(jī)的基本方程式與勵磁方式有直流發(fā)電機(jī)的基本方程式與勵磁方式有關(guān)，勵磁方式不同，基本方程式略有差別。關(guān)，勵磁方式不同，基本方程式略有差別。下面以他勵直流發(fā)電機(jī)為例，介紹其基本下面以他勵直流發(fā)電機(jī)為例，介紹其基本方程式。方程式。n1.電壓方程式電壓方程式n我們以發(fā)電機(jī)慣例，規(guī)定直流發(fā)電機(jī)各物我們以發(fā)電機(jī)慣例，規(guī)定直流發(fā)電機(jī)各物理量正方向如圖所示。理量正方向如圖所示。1.電壓方程式電壓方程式n他勵

49、直流發(fā)電機(jī)慣例他勵直流發(fā)電機(jī)慣例他勵直流發(fā)電機(jī)慣例方程式方程式n電樞回路方程為：電樞回路方程為：Ea=U+IaRa式中式中Ra為電樞回路總電阻，它包括電刷接為電樞回路總電阻，它包括電刷接觸電阻和電樞繞組內(nèi)阻。觸電阻和電樞繞組內(nèi)阻。n勵磁回路方程為：勵磁回路方程為：Uf=IfRf式中式中Rf為勵磁回路總電阻，它包括勵磁回為勵磁回路總電阻，它包括勵磁回路外串電阻和勵磁繞組內(nèi)阻。路外串電阻和勵磁繞組內(nèi)阻。n從發(fā)電機(jī)電壓基本方程式可見：電樞電從發(fā)電機(jī)電壓基本方程式可見：電樞電勢勢Ea必須大于電樞端電壓必須大于電樞端電壓U，這也是判斷，這也是判斷電機(jī)是否處于發(fā)電運行狀態(tài)的依據(jù)。電機(jī)是否處于發(fā)電運行狀態(tài)的

50、依據(jù)。2.轉(zhuǎn)矩方程式轉(zhuǎn)矩方程式n式中：式中：T1為原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩，為原動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩，T為發(fā)為發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，其性質(zhì)為制電機(jī)中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，其性質(zhì)為制動轉(zhuǎn)矩，動轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩，它是由電機(jī)為空載轉(zhuǎn)矩，它是由電機(jī)的機(jī)械摩擦和鐵損引起的轉(zhuǎn)矩。的機(jī)械摩擦和鐵損引起的轉(zhuǎn)矩。n發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向由原動機(jī)決定，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向由原動機(jī)決定，T1T，故電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，是阻礙原動故電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，是阻礙原動機(jī)的阻力矩。機(jī)的阻力矩。01TTT3.功率平衡關(guān)系功率平衡關(guān)系n從原動機(jī)輸入的機(jī)械功率為：從原動機(jī)輸入的機(jī)械功率為：nP1=Pem+p0 n式中：式中：P1為輸入的機(jī)械功率；為輸入的機(jī)械功率；

51、Pem為電為電磁功率；磁功率；p0為空載損耗。為空載損耗。n空載損耗等于鐵損空載損耗等于鐵損pFe、機(jī)械摩擦損耗、機(jī)械摩擦損耗pm、附加損耗、附加損耗pad，即：，即：p0=pFe+pm+padn其中附加損耗又稱雜散損耗，一般難以精其中附加損耗又稱雜散損耗，一般難以精確計算?？拷?jīng)驗估算約為額定功率確計算?？拷?jīng)驗估算約為額定功率P的的0.5%1%。功率公式功率公式n電磁功率為：電磁功率為：從中可見電磁功率可表示為：從中可見電磁功率可表示為：Pem=Tn上式說明電磁功率具有機(jī)械功率性質(zhì)。上式說明電磁功率具有機(jī)械功率性質(zhì)。n同時電磁功率又可表示為：同時電磁功率又可表示為：Pem=EaIan此表達(dá)式說

52、明電磁功率又具有電功率性質(zhì)，所以此表達(dá)式說明電磁功率又具有電功率性質(zhì)，所以電磁功率是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的橋梁。電磁功率是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的橋梁。n發(fā)電機(jī)輸出的電功率為：發(fā)電機(jī)輸出的電功率為：P2=Pem-pCuan式中：式中：pCua為電樞回路銅耗；為電樞回路銅耗；P2為輸出的電功率，為輸出的電功率，同時輸出功率又可表示為：同時輸出功率又可表示為： P2=UIaaaaaaTemIEnIapNnIapNICTP606022圖1-21 他勵直流發(fā)電機(jī)功率流程圖他勵直流發(fā)電機(jī)功率流程圖他勵直流發(fā)電機(jī)功率流程圖4.效率效率n他勵直流發(fā)電機(jī)的總損耗為他勵直流發(fā)電機(jī)的總損耗為p=pFe+pm+pad+pCua，即：

53、，即：np=p0+pCuan效率為：效率為： ，即有：，即有： pPpPpPPP211121pPp21例題例題n例題例題5-1一臺并勵直流發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)為：一臺并勵直流發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)為：PN=82kW，UN=230V，nN=970r/min，電樞繞組總電阻，電樞繞組總電阻Ra=0.0259，并勵繞組內(nèi)阻，并勵繞組內(nèi)阻Rf=22.8，額定負(fù)載，額定負(fù)載時，并勵回路串入的調(diào)節(jié)電阻時，并勵回路串入的調(diào)節(jié)電阻Rf=3.5，一對電，一對電刷壓降刷壓降2U=2V，pFe+pm=2.5kW，附加損耗，附加損耗pad=0.005PN，試求額定負(fù)載時，發(fā)電機(jī)的輸入功，試求額定負(fù)載時，發(fā)電機(jī)的輸入功率、電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩

54、和效率。率、電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩和效率。n解：（解：（1）求電磁功率）求電磁功率 勵磁電流為：勵磁電流為： 額定負(fù)載電流為：額定負(fù)載電流為：)(75. 85 . 38 .22230ffNfRRUI)(52.35623010823AUPINNN例題續(xù)例題續(xù)n電樞電流為：電樞電流為：n電樞電勢為：電樞電勢為：n電磁功率為：電磁功率為：n（2）求輸入功率）求輸入功率)(27.36575. 852.356AIIIfNa)(5 .2412029. 027.3652302VURIUEaaNa)(2 .8827.3655 .241kWIEPaaem)(9182005. 05 . 22 .881kWpppPPa

55、dmFeem例題續(xù)例題續(xù)n（3）求電磁轉(zhuǎn)矩）求電磁轉(zhuǎn)矩n（4）求效率）求效率)(4 .868970102 .8855. 955. 93mNnPTNem%1 .90%1009182%10012PP1.3.2他勵直流發(fā)電機(jī)的運行特性他勵直流發(fā)電機(jī)的運行特性n發(fā)電機(jī)的運行特性是指發(fā)電機(jī)運行時，端電壓發(fā)電機(jī)的運行特性是指發(fā)電機(jī)運行時，端電壓U、負(fù)載電流負(fù)載電流I、勵磁電流、勵磁電流If這三個基本物理量之間的這三個基本物理量之間的函數(shù)關(guān)系。一般保持其中一個物理量不變，討論函數(shù)關(guān)系。一般保持其中一個物理量不變，討論剩余兩個量之間的關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系就是運行剩余兩個量之間的關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系就是運行特性。特

56、性。n1.空載特性空載特性n空載特性是指原動機(jī)的轉(zhuǎn)速空載特性是指原動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=nN，輸出端開路，輸出端開路，負(fù)載電流負(fù)載電流I=0（Ia=0）時，電樞端電壓與勵磁電流）時，電樞端電壓與勵磁電流之間的關(guān)系，即：之間的關(guān)系，即：U0=E0=(If)圖1-23 他勵直流發(fā)電機(jī)空載特性發(fā)電機(jī)空載特性發(fā)電機(jī)空載特性實驗接線圖實驗接線圖n空載特性可以由實驗測出，實驗接線圖如所示?？蛰d特性可以由實驗測出，實驗接線圖如所示。圖圖1-24注意：注意：n實驗時一定要單方向改變勵磁回路電阻測實驗時一定要單方向改變勵磁回路電阻測取數(shù)據(jù)，在測取的數(shù)據(jù)中應(yīng)包含額定點，取數(shù)據(jù)，在測取的數(shù)據(jù)中應(yīng)包含額定點，電壓可測取到電壓

57、可測取到U0=（1.11.3）UN為止，線為止，線性部分測取的數(shù)據(jù)可稀疏一些，非線性部性部分測取的數(shù)據(jù)可稀疏一些，非線性部分測取的數(shù)據(jù)可密集一些，這樣得到的曲分測取的數(shù)據(jù)可密集一些，這樣得到的曲線較準(zhǔn)確。實驗可測取上、下兩個分支曲線較準(zhǔn)確。實驗可測取上、下兩個分支曲線，一般取平均值作為空載特性曲線，如線，一般取平均值作為空載特性曲線，如圖中虛線所示。另外，特性曲線與轉(zhuǎn)速有圖中虛線所示。另外，特性曲線與轉(zhuǎn)速有關(guān)，實驗時一定要保持額定轉(zhuǎn)速。關(guān)，實驗時一定要保持額定轉(zhuǎn)速。2.外特性外特性n外特性是指原動機(jī)的轉(zhuǎn)速外特性是指原動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=nN，勵磁，勵磁電流電流If=IfN時，電樞端電壓與負(fù)載電流時，

58、電樞端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系，即：之間的關(guān)系，即：U=(I)，如圖曲線，如圖曲線1所示。這是一條略微下斜的曲線。所示。這是一條略微下斜的曲線。n從空載到負(fù)載電壓下降的原因是：從空載到負(fù)載電壓下降的原因是：n負(fù)載增大，電樞電流增大，使電樞負(fù)載增大，電樞電流增大，使電樞回路電阻壓降增大，則端電壓下降；回路電阻壓降增大，則端電壓下降；n電樞電流增大，使電樞反應(yīng)的祛磁電樞電流增大，使電樞反應(yīng)的祛磁作用增強(qiáng)，端電壓進(jìn)一步下降。作用增強(qiáng)，端電壓進(jìn)一步下降。圖1-24 他勵（并勵）直流發(fā)電機(jī)的外特性直流發(fā)電機(jī)的外特性直流發(fā)電機(jī)的外特性電壓變化率電壓變化率n發(fā)電機(jī)的端電壓隨負(fù)載的變化程度可用電壓變化發(fā)電機(jī)的

59、端電壓隨負(fù)載的變化程度可用電壓變化率（或稱電壓調(diào)整率）表示。電壓變化率是指發(fā)率（或稱電壓調(diào)整率）表示。電壓變化率是指發(fā)電機(jī)從額定負(fù)載（電機(jī)從額定負(fù)載（U=UN，I=IN）過渡到空載）過渡到空載（U=U0，I=0）時，電壓升高的數(shù)值與額定電壓）時，電壓升高的數(shù)值與額定電壓的百分比，即：的百分比，即： n通常他勵直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率通常他勵直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率U%約為約為（510）%。%100%0NNUUUU1.3.3并勵直流發(fā)電機(jī)并勵直流發(fā)電機(jī)n他勵直流發(fā)電機(jī)運行特性好，但勵磁回路需一直流電他勵直流發(fā)電機(jī)運行特性好，但勵磁回路需一直流電源供電，若實際應(yīng)用中沒有條件，可采用并勵，這樣源供電，若

60、實際應(yīng)用中沒有條件，可采用并勵，這樣就不需設(shè)制專門的直流勵磁電源了。就不需設(shè)制專門的直流勵磁電源了。n1.自勵過程自勵過程n 當(dāng)發(fā)電機(jī)在原動機(jī)帶動下以恒定的額定轉(zhuǎn)速當(dāng)發(fā)電機(jī)在原動機(jī)帶動下以恒定的額定轉(zhuǎn)速nN運運轉(zhuǎn)時，在有剩磁條件下，電樞繞組切割剩磁，則電樞轉(zhuǎn)時，在有剩磁條件下，電樞繞組切割剩磁，則電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢Er（約為（約為25%UN），從而在發(fā)電），從而在發(fā)電機(jī)電樞兩端建立剩磁電壓機(jī)電樞兩端建立剩磁電壓Ur，在剩磁電壓，在剩磁電壓Ur作用下，作用下，產(chǎn)生不大的勵磁電流產(chǎn)生不大的勵磁電流If（If=Ur/Rf），此勵磁電流通過），此勵磁電流通過勵磁繞組會產(chǎn)生磁場，磁