電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)課件 2

1、 1 2 緒緒 論論123 3電力拖動(dòng)基本概念電力拖動(dòng)基本概念電力拖動(dòng)：電力拖動(dòng)：是指用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)是指用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)使之運(yùn)轉(zhuǎn)的一種方式。使之運(yùn)轉(zhuǎn)的一種方式。用用電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以完成一定的生產(chǎn)任完成一定的生產(chǎn)任務(wù)務(wù)。 廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中的各式各樣的生產(chǎn)機(jī)械，如車床、廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中的各式各樣的生產(chǎn)機(jī)械，如車床、鉆床、銑床、造紙機(jī)、軋鋼機(jī)等。鉆床、銑床、造紙機(jī)、軋鋼機(jī)等。 4電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電源電源控制設(shè)備控制設(shè)備電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和工作機(jī)構(gòu)傳動(dòng)和工作機(jī)構(gòu)上上下下 5電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由四個(gè)子系統(tǒng)組成：電力拖動(dòng)系統(tǒng)

2、一般由四個(gè)子系統(tǒng)組成：（1）電源）電源是電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備的能源。是電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備的能源。 分為交流電源和直流電源；分為交流電源和直流電源；（2）電動(dòng)機(jī)）電動(dòng)機(jī)是生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)，其是生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)，其作用是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。作用是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 可分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)?？煞譃榻涣麟妱?dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。（3）控制設(shè)備）控制設(shè)備是用來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)是用來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，由各種控制電器、自動(dòng)化元件及工業(yè)轉(zhuǎn)，由各種控制電器、自動(dòng)化元件及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等組成?？刂朴?jì)算機(jī)等組成。（4）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械工是電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械工作機(jī)構(gòu)之間的傳遞動(dòng)力的裝置。如減速箱、作機(jī)構(gòu)之

3、間的傳遞動(dòng)力的裝置。如減速箱、傳動(dòng)帶、連軸器等。傳動(dòng)帶、連軸器等。 6電力拖動(dòng)的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）電力拖動(dòng)的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）1.方便經(jīng)濟(jì)方便經(jīng)濟(jì)電能生產(chǎn)、交換、傳輸都比較經(jīng)電能生產(chǎn)、交換、傳輸都比較經(jīng)濟(jì)，分配、檢測和使用比較方便濟(jì)，分配、檢測和使用比較方便2.效率高效率高比蒸汽機(jī)、壓縮空氣機(jī)的拖動(dòng)效率比蒸汽機(jī)、壓縮空氣機(jī)的拖動(dòng)效率要高，且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單要高，且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單3.調(diào)節(jié)性能好調(diào)節(jié)性能好電動(dòng)機(jī)類型多，具有各種運(yùn)行電動(dòng)機(jī)類型多，具有各種運(yùn)行特性，適應(yīng)不同生產(chǎn)機(jī)械需要；且電力拖動(dòng)的特性，適應(yīng)不同生產(chǎn)機(jī)械需要；且電力拖動(dòng)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)等控制簡便、迅速，啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)等控制簡便、迅速

4、，能實(shí)現(xiàn)較理想的控制目的能實(shí)現(xiàn)較理想的控制目的4.易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化電力拖動(dòng)可電力拖動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制與自動(dòng)調(diào)節(jié)，且各種非電量以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制與自動(dòng)調(diào)節(jié)，且各種非電量（位移、速度、溫度）都可以通過傳感器轉(zhuǎn)變（位移、速度、溫度）都可以通過傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔饔糜陔娏ν蟿?dòng)系統(tǒng)，因而能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)為電量作用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)，因而能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化過程的自動(dòng)化 7電力拖動(dòng)的發(fā)展過程電力拖動(dòng)的發(fā)展過程按電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的組合數(shù)量來分，按電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的組合數(shù)量來分，電力拖動(dòng)經(jīng)歷了三個(gè)階段：電力拖動(dòng)經(jīng)歷了三個(gè)階段：成組拖動(dòng)成組拖動(dòng)單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)多

5、電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)按電力拖動(dòng)的控制方式來分，可分為：按電力拖動(dòng)的控制方式來分，可分為：斷續(xù)控制系統(tǒng)斷續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng) 8電力拖動(dòng)的發(fā)展過程電力拖動(dòng)的發(fā)展過程-成組拖動(dòng)成組拖動(dòng)成組拖動(dòng)：一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)傳動(dòng)軸，再由傳動(dòng)軸通過成組拖動(dòng)：一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)傳動(dòng)軸，再由傳動(dòng)軸通過帶傳動(dòng)分別拖動(dòng)多臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械。帶傳動(dòng)分別拖動(dòng)多臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械。特點(diǎn)：能量損失大，效率低，不安全，且不能利用電特點(diǎn)：能量損失大，效率低，不安全，且不能利用電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此已被淘汰。動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此已被淘汰。19世紀(jì)末，電動(dòng)機(jī)逐步取代蒸汽機(jī)以后，最初采用成世紀(jì)末，電動(dòng)機(jī)逐步取代蒸汽機(jī)以后

6、，最初采用成組拖動(dòng)。組拖動(dòng)?！咀ⅲ旱谝淮喂I(yè)革命：【注：第一次工業(yè)革命：18世紀(jì)世紀(jì)60年代年代-19世紀(jì)中期世紀(jì)中期（人類開始進(jìn)入蒸汽時(shí)代）（人類開始進(jìn)入蒸汽時(shí)代） 第二次工業(yè)革命：第二次工業(yè)革命：19世紀(jì)下半葉世紀(jì)下半葉-20世紀(jì)初（人類開始世紀(jì)初（人類開始進(jìn)入電氣時(shí)代，并在信息革命、資訊革命中達(dá)到頂峰）進(jìn)入電氣時(shí)代，并在信息革命、資訊革命中達(dá)到頂峰） 第三次工業(yè)革命：第二次世界大戰(zhàn)之后人類進(jìn)入科技時(shí)第三次工業(yè)革命：第二次世界大戰(zhàn)之后人類進(jìn)入科技時(shí)代，生物克隆技術(shù)的出現(xiàn)，航天科技的出現(xiàn)，歐美有代，生物克隆技術(shù)的出現(xiàn)，航天科技的出現(xiàn)，歐美有稱為稱為21世紀(jì)系統(tǒng)與合成生物學(xué)將引發(fā)第三次工業(yè)革命

7、，世紀(jì)系統(tǒng)與合成生物學(xué)將引發(fā)第三次工業(yè)革命，（生物科技與產(chǎn)業(yè)革命）】（生物科技與產(chǎn)業(yè)革命）】 9電力拖動(dòng)的發(fā)展過程電力拖動(dòng)的發(fā)展過程-單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)：由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)生產(chǎn)單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)：由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械。機(jī)械。特點(diǎn)：簡化了中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高了效率，特點(diǎn)：簡化了中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高了效率，同時(shí)可充分利用電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，易于實(shí)同時(shí)可充分利用電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?，F(xiàn)自動(dòng)控制。20世紀(jì)世紀(jì)20年代開始采用單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)年代開始采用單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 10電力拖動(dòng)的發(fā)展過程電力拖動(dòng)的發(fā)展過程-多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)多電動(dòng)機(jī)控制：即一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械中由多臺(tái)多電動(dòng)機(jī)控

8、制：即一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械中由多臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別拖動(dòng)不同的運(yùn)動(dòng)部件。電動(dòng)機(jī)分別拖動(dòng)不同的運(yùn)動(dòng)部件。特點(diǎn)：簡化了生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高特點(diǎn)：簡化了生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高了傳動(dòng)效率，求容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提高了傳動(dòng)效率，求容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提高了生產(chǎn)率。了生產(chǎn)率。20世紀(jì)世紀(jì)30年代，隨現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)年代，隨現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)械越來越復(fù)雜，一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械展，生產(chǎn)機(jī)械越來越復(fù)雜，一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械有許多運(yùn)動(dòng)部件，若仍用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，有許多運(yùn)動(dòng)部件，若仍用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將十分復(fù)雜，因此出現(xiàn)了多電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將十分復(fù)雜，因此出現(xiàn)了多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 11電力拖動(dòng)的發(fā)展過程電力拖動(dòng)的發(fā)展過程-斷

9、續(xù)控制和連續(xù)控?cái)嗬m(xù)控制和連續(xù)控制制在電力拖動(dòng)發(fā)展的不同階段，這兩種拖動(dòng)方式占有不同在電力拖動(dòng)發(fā)展的不同階段，這兩種拖動(dòng)方式占有不同的地位，且呈現(xiàn)交替發(fā)展的趨勢的地位，且呈現(xiàn)交替發(fā)展的趨勢隨著電力拖動(dòng)的出現(xiàn)，最早產(chǎn)生的是由手動(dòng)控制電器控隨著電力拖動(dòng)的出現(xiàn)，最早產(chǎn)生的是由手動(dòng)控制電器控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的手動(dòng)斷續(xù)控制方式。隨后逐步發(fā)展為由制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的手動(dòng)斷續(xù)控制方式。隨后逐步發(fā)展為由繼電器、接觸器得主令電器等組成的繼電接觸式有觸點(diǎn)繼電器、接觸器得主令電器等組成的繼電接觸式有觸點(diǎn)斷續(xù)控制方式。這種控制方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、斷續(xù)控制方式。這種控制方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、成本低、維護(hù)方便，不僅可以

10、方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自成本低、維護(hù)方便，不僅可以方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，而且可實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)距離控制。所以目前生動(dòng)化，而且可實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)距離控制。所以目前生產(chǎn)機(jī)械中仍廣泛采用。但這種控制只有通和斷兩種狀態(tài)，產(chǎn)機(jī)械中仍廣泛采用。但這種控制只有通和斷兩種狀態(tài)，其控制作用是斷續(xù)的，即只能控制信號(hào)的有無，而不能其控制作用是斷續(xù)的，即只能控制信號(hào)的有無，而不能連續(xù)地控制信號(hào)的變化。連續(xù)地控制信號(hào)的變化。為適應(yīng)控制信號(hào)連續(xù)變化的場合，又出現(xiàn)了直流電動(dòng)機(jī)為適應(yīng)控制信號(hào)連續(xù)變化的場合，又出現(xiàn)了直流電動(dòng)機(jī)連續(xù)控制。這種控制方式可充分利用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性連續(xù)控制。這種控制方式可充分利用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能

11、好的特點(diǎn)，得到高精度、寬范圍的平滑調(diào)速系統(tǒng)。能好的特點(diǎn)，得到高精度、寬范圍的平滑調(diào)速系統(tǒng)。 12電力拖動(dòng)的發(fā)展過程電力拖動(dòng)的發(fā)展過程-多種控制方式多種控制方式近年來，隨著電子技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，相近年來，隨著電子技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，相繼出現(xiàn)了順序控制、可編程無觸點(diǎn)斷續(xù)控制、采樣繼出現(xiàn)了順序控制、可編程無觸點(diǎn)斷續(xù)控制、采樣控制等多種控制方式。控制等多種控制方式。電子功率器件與自動(dòng)控制相結(jié)合：晶閘管電子功率器件與自動(dòng)控制相結(jié)合：晶閘管-直流電動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；交流變頻調(diào)速系統(tǒng)等。機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；交流變頻調(diào)速系統(tǒng)等。 13電能是現(xiàn)代能源中應(yīng)用最廣的二次能源，它的生產(chǎn)、電能是現(xiàn)代能源中應(yīng)用

12、最廣的二次能源，它的生產(chǎn)、變換、傳輸、分配、使用和控制都比較方便經(jīng)濟(jì)，而變換、傳輸、分配、使用和控制都比較方便經(jīng)濟(jì)，而要實(shí)現(xiàn)電能的生產(chǎn)、變換和使用等都離不開電機(jī)。要實(shí)現(xiàn)電能的生產(chǎn)、變換和使用等都離不開電機(jī)。電機(jī)是一種利用電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，將能量電機(jī)是一種利用電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，將能量或信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換或變換的電磁機(jī)械裝置。電機(jī)在國民或信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換或變換的電磁機(jī)械裝置。電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域起著重要作用。在電力工業(yè)中，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域起著重要作用。在電力工業(yè)中，產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)和對(duì)電能進(jìn)行變換、傳輸與分配的變壓電能的發(fā)電機(jī)和對(duì)電能進(jìn)行變換、傳輸與分配的變壓器是電站和變電所的主要設(shè)備

13、。在工業(yè)企業(yè)中，人們器是電站和變電所的主要設(shè)備。在工業(yè)企業(yè)中，人們利用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械，利用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械，從而滿足生產(chǎn)工藝過程的要求。在交通運(yùn)輸業(yè)中，需從而滿足生產(chǎn)工藝過程的要求。在交通運(yùn)輸業(yè)中，需要大量的牽引電動(dòng)機(jī)。在電力排灌、播種、收割等農(nóng)要大量的牽引電動(dòng)機(jī)。在電力排灌、播種、收割等農(nóng)用機(jī)械中，都需要規(guī)格不同的電動(dòng)機(jī)。在品種繁多的用機(jī)械中，都需要規(guī)格不同的電動(dòng)機(jī)。在品種繁多的家用電器中，也離不開功能各異的小功率電動(dòng)機(jī)。家用電器中，也離不開功能各異的小功率電動(dòng)機(jī)。電機(jī)和電力拖動(dòng)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用電機(jī)和電力拖動(dòng)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用

14、14本課程是電氣自動(dòng)化、電氣技術(shù)和機(jī)電一體化等專業(yè)本課程是電氣自動(dòng)化、電氣技術(shù)和機(jī)電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。的一門專業(yè)基礎(chǔ)課?！半姍C(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”是是“電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)”和和“電力拖動(dòng)技術(shù)電力拖動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)”兩部分內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合，它是在學(xué)習(xí)了兩部分內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合，它是在學(xué)習(xí)了“電工電工基礎(chǔ)基礎(chǔ)”等課程的基礎(chǔ)上，通過講授直流電機(jī)、變壓器、等課程的基礎(chǔ)上，通過講授直流電機(jī)、變壓器、交流電機(jī)的基本理論和電力拖動(dòng)的基本原理等知識(shí)，交流電機(jī)的基本理論和電力拖動(dòng)的基本原理等知識(shí)，以期達(dá)到下列要求：以期達(dá)到下列要求：（1） 熟悉直流電機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，熟悉直流電機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)

15、的基本結(jié)構(gòu)，掌握它們的工作原理。掌握它們的工作原理。（2） 掌握直流電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性掌握直流電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的基本理論。及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的基本理論。（3） 掌握直流電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)、掌握直流電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速的電力拖動(dòng)基本原理和計(jì)算方法。調(diào)速的電力拖動(dòng)基本原理和計(jì)算方法。（4） 掌握電力拖動(dòng)基本控制線路的安裝和維修技能。掌握電力拖動(dòng)基本控制線路的安裝和維修技能。 本課程的主要內(nèi)容、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法本課程的主要內(nèi)容、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 15“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”既是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，又具有既是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，又具有

16、專業(yè)課的性質(zhì)，不僅有理論的分析推導(dǎo)、磁場的抽專業(yè)課的性質(zhì)，不僅有理論的分析推導(dǎo)、磁場的抽象敘述，還要用基本理論去分析比較復(fù)雜又帶有機(jī)、象敘述，還要用基本理論去分析比較復(fù)雜又帶有機(jī)、電、磁綜合性的工程實(shí)際問題，這是學(xué)習(xí)本課程的電、磁綜合性的工程實(shí)際問題，這是學(xué)習(xí)本課程的難點(diǎn)。學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：難點(diǎn)。學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1） 牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性。牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性。（2） 可運(yùn)用類比或比較的學(xué)習(xí)方法，找出各種電可運(yùn)用類比或比較的學(xué)習(xí)方法，找出各種電機(jī)的共性和個(gè)性，以加深對(duì)各種電機(jī)及拖動(dòng)系統(tǒng)性機(jī)的共性和個(gè)性，以加深對(duì)各種電機(jī)及拖動(dòng)系統(tǒng)性能的理解。能的理解。

17、（3） 要理論聯(lián)系實(shí)際，重視實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。要理論聯(lián)系實(shí)際，重視實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。（4） 課前應(yīng)預(yù)習(xí)，課后應(yīng)及時(shí)復(fù)習(xí)課前應(yīng)預(yù)習(xí)，課后應(yīng)及時(shí)復(fù)習(xí),并選擇適當(dāng)?shù)牟⑦x擇適當(dāng)?shù)乃伎碱}和習(xí)題作為課外作業(yè)，以鞏固理論知識(shí)，提思考題和習(xí)題作為課外作業(yè)，以鞏固理論知識(shí)，提高理解和運(yùn)算能力高理解和運(yùn)算能力。本課程的主要內(nèi)容、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法本課程的主要內(nèi)容、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 16現(xiàn)代能源的主要形式是電能，與電能密切關(guān)聯(lián)的電機(jī)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)部門和社會(huì)生活的各個(gè)方面。電機(jī)的品種繁多，按其功能用途可分為變壓器、直流電機(jī)、交流電機(jī)和控制電機(jī)，如圖0.1所示。無論是哪一種電機(jī)，都 必須以磁場作為其耦合 場，通過電磁感

18、應(yīng)作用 來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。為了 在一定的勵(lì)磁電流下產(chǎn) 生較強(qiáng)的磁場,電機(jī)的磁 路均用導(dǎo)磁性能良好的 鐵磁材料組成。圖圖0.1 電機(jī)的分電機(jī)的分類類電機(jī)的分類及使用電機(jī)的分類及使用 17 電機(jī)的分類及所用的材料電機(jī)的分類及所用的材料 18電機(jī)的類型及所用的材料電機(jī)的類型及所用的材料D DIANIANJ JI I Y YU U T TUOUOD DONGONGJ JI IC CHUHU19主主 編：李慶武編：李慶武 劉子林劉子林副主編：張之光副主編：張之光 王宏玉王宏玉主主 審：李梅芳審：李梅芳電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)1 1 直流電機(jī)直流電機(jī) 201 1 直流電機(jī)直流電機(jī)目目 錄錄1234 21

19、【知識(shí)目標(biāo)】【知識(shí)目標(biāo)】掌握直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的基本原理、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場分布、直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩以及直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性?！灸芰δ繕?biāo)】【能力目標(biāo)】學(xué)習(xí)直流電機(jī)的拆卸、接線方法；計(jì)算直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢、電磁轉(zhuǎn)矩；掌握直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 22直流電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類。將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的直流電機(jī)是直流發(fā)電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的直流電機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力，一般應(yīng)用于對(duì)起動(dòng)和調(diào)速要求較高的場合。另外，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、維護(hù)

20、較困難是直流電機(jī)的不足之處。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 23圖1.1所示為直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型。在圖1.1中，N、S為一對(duì)固定的磁極，稱為直流電機(jī)的定子。abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)鐵質(zhì)圓柱體上的線圈，線圈連同鐵質(zhì)圓柱體是直流電機(jī)可轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，稱為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子（或電樞）。線圈的末端a、d聯(lián)結(jié)到兩個(gè)相互絕緣并可以隨線圈一同轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)電片上，該導(dǎo)電片稱為換向片。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的聯(lián)結(jié)是通過放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。在定子與轉(zhuǎn)子間有間隙存在，稱為氣隙。圖1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型在直流發(fā)電機(jī)的模型中，當(dāng)有原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定

21、律可知，在線圈abcd中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 24圖圖1.1直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型 1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 25導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向可用右手定則確定。在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)情況下，導(dǎo)體ab在N極下，感應(yīng)電動(dòng)勢的極性為a點(diǎn)高電位，b點(diǎn)低電位；導(dǎo)體cd則在S極下，感應(yīng)電動(dòng)勢的極性為c點(diǎn)高電位，d點(diǎn)低電位，在此狀態(tài)下電刷A的極性為正，電刷B的極性為負(fù)。當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)180后，導(dǎo)體ab在S極下，導(dǎo)體cd則在N極下，此時(shí)導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢方向已改變，但由于原來與電刷A接觸的換向片已經(jīng)與電刷B接觸，而與電

22、刷B接觸的換向片同時(shí)換到與電刷A接觸，因此電刷A的極性仍為正，電刷B的極性仍為負(fù)。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 26從圖1.1中可以看出，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的極性總為正，而電刷B的極性總為負(fù)，使電刷獲得直流電動(dòng)勢。實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)具體應(yīng)用情況需要有多個(gè)線圈。線圈分布于電樞表面的不同位置上，并按照一定的規(guī)定聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成直流電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要,N、S極交替放置多對(duì)。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 27圖1.2 1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理

23、與結(jié)構(gòu) 28圖圖1.2 直流電動(dòng)機(jī)的模型直流電動(dòng)機(jī)的模型 1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 29導(dǎo)體受力方向由左手定則確定。在第一種情況下，位于N極下的導(dǎo)體ab受力方向?yàn)閺挠蚁蜃?，而位于S極下的導(dǎo)體cd受力方向從左到右。導(dǎo)體所受電磁力對(duì)軸產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，這種由于電磁作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)槟鏁r(shí)針。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻力矩時(shí)，線圈按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)到第二個(gè)位置時(shí)，原位于S極下的導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，其受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?；而原位于N極下的導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，導(dǎo)體ab受力方向變?yōu)閺淖笙蛴?，該轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針方向，線圈在此轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)

24、。這樣雖然導(dǎo)體中流通的電流為交變的，但N極下的導(dǎo)體受力方向和S極下導(dǎo)體的受力方向并未發(fā)生變化，電動(dòng)機(jī)在此方向不變的轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 30同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對(duì)。由以上分析可以看出：任何一臺(tái)電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這一性質(zhì)稱為電機(jī)的可逆原理。電機(jī)的可逆原理不僅適用于直流電機(jī)，也適用于交流電機(jī)。電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行方式由外施條件決定，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子輸入機(jī)械能，而電樞繞組輸出電能，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；如果在電樞繞組中輸入電能，轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械能，則電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。1.1 直流電機(jī)的工

25、作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 31直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本是相同的，即都有可旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分?？尚D(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子，靜止部分稱為定子，在定子和轉(zhuǎn)子之間存在著氣隙。小型直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，其剖面結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。（1） 定子部分定子部分定子的作用，在電磁方面是產(chǎn)生磁場和構(gòu)成磁路，在機(jī)械方面是整個(gè)電機(jī)的支撐。定子由磁極、機(jī)座、換向極、電刷裝置、端蓋和軸承等組成，如圖1.3所示。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 32圖圖1.3小型直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)小型直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 33圖圖1.4小型直流電動(dòng)

26、機(jī)的剖面結(jié)小型直流電動(dòng)機(jī)的剖面結(jié)構(gòu)構(gòu)1電樞繞組；2電樞鐵芯；3機(jī)座；4主磁極鐵芯；5勵(lì)磁繞組；6換向繞組；7換向極鐵芯；8主磁極極靴；9機(jī)座底腳1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 34 主磁極主磁極的作用是在定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場。主磁極由主磁極鐵芯和放置在鐵芯上的勵(lì)磁繞組構(gòu)成。主磁極鐵芯分成極身和極靴兩部分，極靴的作用是使氣隙磁通密度的空間分布均勻并減小氣隙磁阻，同時(shí)極靴對(duì)勵(lì)磁繞組也起支撐作用。為減小渦流損耗，主磁極鐵芯是用1.01.5 mm厚的低碳鋼板沖成一定形狀，用鉚釘把沖片鉚緊，然后再固定在機(jī)座上。主磁極上的線圈是用來產(chǎn)生主磁通的，稱為勵(lì)磁繞組。主磁極的結(jié)

27、構(gòu)如圖1.5所示。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 35圖圖1.5直流電機(jī)主磁極的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)主磁極的結(jié)構(gòu)1機(jī)座；2主磁極鐵芯；3勵(lì)磁繞組1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 36 機(jī)座直流電機(jī)的機(jī)座有兩種形式，一種為整體機(jī)座，另一種為疊片機(jī)座。整體機(jī)座是用導(dǎo)磁性能較好的鑄鋼材料制成的，該種機(jī)座能同時(shí)起到導(dǎo)磁和機(jī)械支撐的作用。由于機(jī)座起導(dǎo)磁作用，因此機(jī)座是主磁路的一部分，稱為定子鐵軛。主磁極、換向極及端蓋均固定在機(jī)座上，因此，機(jī)座起到了支撐的作用。一般直流電機(jī)均采用整體機(jī)座。疊片機(jī)座是用薄鋼沖片疊壓成定子鐵軛，再把定子鐵軛固定在一個(gè)專門起支撐作用的機(jī)

28、座里，這樣定子鐵軛和機(jī)座是分開的，機(jī)座只起支撐作用，可用普通鋼板制成。疊片機(jī)座主要用于主磁通變化快、調(diào)速范圍較高的場合。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 37 換向極換向極結(jié)構(gòu)如圖1.6所示。換向極安裝在相鄰的兩個(gè)主磁極之間，固定在機(jī)座上，用來改善直流電機(jī)的換向。一般電機(jī)容量超過1 kW時(shí)均應(yīng)安裝換向極。換向極是由換向極鐵芯和換向極繞組組成。換向極鐵芯可根據(jù)要求用整塊鋼制成，也可用1.01.5 mm厚的鋼板疊成，所有的換向極線圈串聯(lián)后稱為換向極繞組，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極繞組數(shù)目一般與主磁極數(shù)目相同，但在功率很小的直流電機(jī)中，只裝主磁極數(shù)一半的換向極或不裝換向

29、極。換向極的極性根據(jù)換向要求確定。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 38 電刷電刷裝置的作用是通過電刷和旋轉(zhuǎn)的換向器表面的滑動(dòng)接觸，把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與外電路聯(lián)結(jié)起來，并與換向器配合，起到整流或逆變的作用。電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿座和壓緊彈簧組成，其結(jié)構(gòu)如圖1.7所示。 端蓋電機(jī)中的端蓋主要起支撐作用。端蓋固定在機(jī)座上，其上放置軸承支撐直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使直流電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 39圖圖1.6 直流電動(dòng)機(jī)換向極結(jié)直流電動(dòng)機(jī)換向極結(jié)構(gòu)構(gòu)1換向極鐵芯；2換向極繞組圖圖1.7 電刷的結(jié)構(gòu)電刷的結(jié)構(gòu)1刷握；2電刷；3壓緊彈簧

30、；4銅絲辮 1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 40（2） 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子又稱電樞，是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，是用來產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。它包括電樞鐵芯、換向器、電機(jī)轉(zhuǎn)軸、電樞繞組、軸承和風(fēng)扇等。 電樞鐵芯電樞鐵芯是主磁路的一部分，同時(shí)用來嵌放電樞繞組。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，為減小電樞鐵芯中的磁通變化引起的磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵芯用涂有絕緣漆的0.5 mm厚的硅鋼片疊成。電樞鐵芯沖片上沖有放置電樞繞組的電樞槽、軸孔和通風(fēng)口。小型直流電機(jī)的電樞沖片形狀如圖1.8所示。 電樞繞組電樞繞組是用絕緣銅線繞制的線圈按一定規(guī)律放置在電樞鐵芯槽內(nèi)，并與換向

31、器聯(lián)結(jié)。電樞繞組是直流電機(jī)的重要組成部分，電機(jī)工作時(shí)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 41圖圖1.8電樞沖片形狀電樞沖片形狀1齒；2槽；3軸向通風(fēng)孔1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 42 換向器換向器又稱整流子。對(duì)于發(fā)電機(jī)，換向器的作用是把電樞繞組中的交變電動(dòng)勢轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢向外部輸出直流電壓；對(duì)于電動(dòng)機(jī)，它是把外界供給的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)槔@組中的交變電流以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。換向器如圖1.9所示。換向器是由換向片組合而成的，是直流機(jī)的關(guān)鍵部件，也是最薄弱的部分。換向器采用導(dǎo)電性能好、硬度大、耐磨性能好的

32、紫銅或銅合金制成。換向片的底部做成燕尾形，嵌在含有云母絕緣的V形鋼環(huán)內(nèi)，拼成圓筒形套在鋼套筒上，相鄰的兩換向片間以0.61.2 mm厚的云母片作為絕緣，最后用螺紋壓圈壓緊。換向器固定在轉(zhuǎn)軸的一端。換向片靠近電樞繞組的部分與繞組引出線間焊接。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 43圖圖1.9 換向器結(jié)構(gòu)換向器結(jié)構(gòu)1V形套筒；2云母片；3換向片；4聯(lián)結(jié)片1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 44表征電機(jī)額定運(yùn)行情況的各種數(shù)據(jù)稱為額定值。額定值一般標(biāo)注在電機(jī)的銘牌上，所以又稱為銘牌數(shù)據(jù)。它是正確合理使用電機(jī)的依據(jù)。銘牌數(shù)據(jù)主要包括電機(jī)型號(hào)、額定功率、額定電壓

33、、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和額定勵(lì)磁電流及勵(lì)磁方式等，此外還有電機(jī)的出廠數(shù)據(jù)，如出廠編號(hào)、出廠日期等。國產(chǎn)電機(jī)型號(hào)一般采用大寫的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其格式為：第一部分用大寫的拼音表示產(chǎn)品代號(hào)，第二部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)序號(hào)，第三部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示機(jī)座代號(hào)，第四部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示電樞鐵芯長度代號(hào)。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 45如：Z292中的Z表示一般用途直流電機(jī)；2表示設(shè)計(jì)序號(hào)，第二次改型設(shè)計(jì)；9表示機(jī)座代號(hào)；2表示電樞鐵芯長度代號(hào)。電機(jī)銘牌上所標(biāo)的數(shù)據(jù)稱為額定數(shù)據(jù)，具體含義如下：額定功率PN是指在額定條件下電機(jī)所能供給的功率。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，額定功率是指

34、電動(dòng)機(jī)軸上輸出的最大機(jī)械功率；對(duì)于發(fā)電機(jī)，額定功率是指電刷間輸出的最大電功率。額定功率的單位為kW。額定電壓UN是指額定工作條件下電機(jī)出線端的平均電壓。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，額定電壓是指輸入額定電壓；對(duì)于發(fā)電機(jī)，額定電壓是指輸出額定電壓。額定電壓的單位為V。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 46額定電流IN是指電機(jī)在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值。額定電流的單位為A。額定功率、額定電壓和額定電流的關(guān)系為：發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 指對(duì)應(yīng)于額定電流、額定電壓，電機(jī)運(yùn)行于額定功率時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速的單位為 。額定勵(lì)磁電流 是指對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)

35、的勵(lì)磁電流。額定勵(lì)磁電流的單位為A。勵(lì)磁方式是指直流電機(jī)的勵(lì)磁線圈與其電樞線圈的聯(lián)結(jié)方式。根據(jù)電樞線圈與勵(lì)磁線圈的聯(lián)結(jié)方式不同，直流電機(jī)勵(lì)磁有并勵(lì)、串勵(lì)、他勵(lì)和復(fù)勵(lì)等方式。kWIUPNNN310kWIUPNNNN310minrfNINn1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 47在電機(jī)的銘牌上還標(biāo)有其他數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。額定值是選用或使用電機(jī)的主要依據(jù)。電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的各種數(shù)據(jù)可能與額定值不同，由負(fù)載大小決定。若電機(jī)的電流正好等于額定值，稱為滿載運(yùn)行；若電機(jī)的電流超過額定值，稱為過載運(yùn)行；若比額定值小得多，稱為輕載運(yùn)行。長期輕載運(yùn)行使電機(jī)的容量不能充分利用

36、。故在選擇電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，盡可能使電機(jī)運(yùn)行在額定值附近。1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 48由直流電機(jī)的基本工作原理可知，電樞旋轉(zhuǎn)切割氣隙中的磁力線而感應(yīng)電動(dòng)勢，電樞電流與氣隙中的磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，因而氣隙磁場是電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介。直流電機(jī)的氣隙磁場是在主磁極的勵(lì)磁繞組中通以直流電流建立的。所以直流電機(jī)有兩種基本繞組，即勵(lì)磁繞組和電樞繞組。勵(lì)磁繞組和電樞繞組之間的聯(lián)結(jié)方式稱為勵(lì)磁方式。勵(lì)磁方式不同，電機(jī)的運(yùn)行特性有很大的差異。直流電機(jī)的勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四類，如圖1.10所示。1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁

37、方式和磁場 49圖圖1.10直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式（a） 他勵(lì)； （b）并勵(lì)； （c） 串勵(lì)； （d）、（e） 復(fù)勵(lì)1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 50(1) 他勵(lì)電機(jī)他勵(lì)電機(jī)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)相互獨(dú)立的電源供電，如圖1.10（a）所示。勵(lì)磁電流If的大小僅決定于勵(lì)磁電源的電壓和勵(lì)磁回路的電阻，而與電機(jī)的電樞電壓及負(fù)載基本無關(guān)。(2) 并勵(lì)電機(jī)并勵(lì)電機(jī)并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一電源供電，如圖1.10（b）所示。勵(lì)磁電流一般為額定電流的5%，要產(chǎn)生足夠大的磁通需要有較多的匝數(shù)，所以并勵(lì)繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線較細(xì)。

38、并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)一般用于恒壓系統(tǒng)。中小型直流電動(dòng)機(jī)多為并勵(lì)式。1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 51(3) 串勵(lì)電機(jī)串勵(lì)電機(jī)串勵(lì)式直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如 圖1.10（c）所示。勵(lì)磁電流與電樞電流相同，數(shù)值較大，因此，串勵(lì)繞組匝數(shù)很少，導(dǎo)線較粗。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)具有很大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但其機(jī)械特性很軟，且空載時(shí)有極高的轉(zhuǎn)速。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)不準(zhǔn)空載或輕載運(yùn)行。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大且轉(zhuǎn)速允許有較大變化的負(fù)載等。1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 52(4) 復(fù)勵(lì)電機(jī)復(fù)勵(lì)電機(jī)復(fù)勵(lì)電機(jī)的主磁極由兩個(gè)勵(lì)磁繞組組成:一個(gè)與電樞繞組串

39、聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組；另一個(gè)為他磁（或并勵(lì)）繞組，如圖1.10（d）、（e）所示。通常他磁（或并勵(lì)）繞組起主要作用，串勵(lì)繞組起輔助作用。若串勵(lì)繞組和他勵(lì)（或并勵(lì)）繞組的磁動(dòng)勢方向相同，稱為積復(fù)勵(lì)；該型電機(jī)多用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，轉(zhuǎn)速變化不大的負(fù)載。由于積復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)在兩個(gè)不同旋轉(zhuǎn)方向上的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行特性不同，因此不能用于可逆驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。若串勵(lì)繞組和并勵(lì)（或他勵(lì)）繞組的磁動(dòng)勢方向相反，稱為差復(fù)勵(lì)；差復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)一般用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，而要求轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的小型恒壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。這種勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)也不能用于可逆驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 531.2.2.1直流

40、直流電機(jī)的電機(jī)的空載磁場空載磁場直流電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，電樞電流為零。這時(shí)的氣隙磁場是由勵(lì)磁電流If通過勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢Ff所建立。所以，直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場又稱勵(lì)磁磁場。1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 54（1） 直流電機(jī)的磁路直流電機(jī)的磁路以四極電機(jī)為例，當(dāng)勵(lì)磁繞組流過勵(lì)磁電流If時(shí)，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢為建立的空載磁場的分布如圖1.11所示。其中絕大部分的磁通是從N極出來，經(jīng)過氣隙進(jìn)入電樞的齒槽，再經(jīng)過電樞的鐵軛到電樞的另一邊齒槽，又通過氣隙進(jìn)入S極，通過定子鐵軛回到N極。這部分磁通同時(shí)交鏈勵(lì)磁繞組和電樞繞組，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通。

41、另外，還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞鐵芯，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路，這部分稱為漏磁通。漏磁通只是增加主磁極磁路的飽和程度，使電機(jī)的損耗加大，效率降低。一般情況下，漏磁通為主磁通的15%20%。1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 55圖圖1.11 四極電機(jī)空載磁場示意圖四極電機(jī)空載磁場示意圖 1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 56主磁通對(duì)應(yīng)的主磁路的組成分為氣隙、電樞齒、電樞鐵軛、主磁極和定子鐵軛五部分，簡化為主磁路由氣隙和鐵磁材料兩大部分組成。根據(jù)磁路定律，產(chǎn)生空載磁場的磁動(dòng)勢全部降落于氣隙和鐵磁材料之中，即勵(lì)磁磁動(dòng)勢為氣隙磁動(dòng)勢與

42、鐵磁材料磁動(dòng)勢之和。雖然氣隙長度在閉合磁路中只占很小的一部分，但是，由于氣隙中的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鐵磁材料的磁導(dǎo)率，所以氣隙的磁阻很大?？梢哉J(rèn)為，磁路的勵(lì)磁磁動(dòng)勢幾乎都消耗在氣隙上。1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 57（2） 空載時(shí)氣隙磁通密度分布空載時(shí)氣隙磁通密度分布因?yàn)殡姌欣@組是在氣隙磁場下進(jìn)行電磁感應(yīng)的，所以氣隙磁通密度的分布是我們分析的主要對(duì)象。當(dāng)忽略主磁路中鐵磁材料的磁阻時(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。一般情況下，磁極極靴寬度約為極距的75%，磁極中心及附近的氣隙較小且均勻不變，磁通密度較大且基本為常數(shù)；接近極尖處氣隙逐漸變大，磁通密度減小

43、；極尖以外氣隙明顯增大，磁通密度顯著減??；在磁極的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。因此，空載時(shí)的氣隙磁通密度分布為一平頂波，如圖1.12所示。1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 58圖圖1.12 氣隙磁密分布圖氣隙磁密分布圖a） 氣隙形狀；（b） 氣隙磁密分布1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 591.2.2.2直流電機(jī)的負(fù)載磁場直流電機(jī)的負(fù)載磁場直流電機(jī)帶有負(fù)載時(shí)，電樞繞組中有電流通過，電樞繞組的電流也會(huì)產(chǎn)生磁場，稱為電樞磁場。電樞磁場與主磁極磁場一起，在氣隙中建立一個(gè)合成磁場。下面以兩極電動(dòng)機(jī)為例分析合成磁場分布情況。為了方便，換向器通常不畫出來

44、，而把電刷畫在電樞圓周上，如圖1.13所示。圖中，電刷處在幾何中性線 上。nn1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 60圖圖1.13直流電動(dòng)機(jī)氣隙磁場分布示意圖直流電動(dòng)機(jī)氣隙磁場分布示意圖（a） 主磁極磁場； （b） 電樞磁場； （c） 合成磁場 1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 61圖1.13(a)所示為空載磁場分布情況。在電樞表面上磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方是物理中性線m-m ?？蛰d時(shí)物理中性線與幾何中性線重合。圖1.13(b)所示為電樞磁場，它的方向由電樞電流確定，電樞電流的分界線是電刷，在電刷軸線兩側(cè)對(duì)稱分布。圖1.13(c)所示為合成磁場，它是主

45、磁極磁場與電樞磁場合在一起產(chǎn)生的?？梢钥闯?，由于電樞磁場的出現(xiàn)，對(duì)主磁極磁場的分布有明顯的影響，這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。從圖1.13看出，當(dāng)電刷在幾何中性線時(shí)，電樞反應(yīng)表現(xiàn)如下：1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 62（1） 使氣隙磁場發(fā)生畸變。在每一磁極下，主磁極磁場的一半被削弱，另一半被加強(qiáng)。這時(shí)物理中性線與幾何中性線不再重合。（2） 對(duì)主磁極磁場有去磁作用。在磁場不飽和時(shí)，主磁極磁場被削弱數(shù)量與加強(qiáng)數(shù)量恰好相等，每極下的合成磁通量與空載時(shí)相同。實(shí)際上電機(jī)一般工作在磁化曲線的膝部，磁路總是飽和的。這樣，因磁飽和的影響，主磁極的增磁部分要小于不飽和時(shí)的增磁部分，因此合成的

46、磁通量比空載時(shí)略有減少。 1.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場 63直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其電樞中產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢。電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過電動(dòng)機(jī)的軸帶動(dòng)負(fù)載；電樞感應(yīng)電動(dòng)勢為反向電動(dòng)勢，與電樞所加外電壓相平衡。電樞電動(dòng)勢是指直流電機(jī)正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢，也就是每個(gè)支路里的感應(yīng)電動(dòng)勢。在直流電機(jī)中，感應(yīng)電動(dòng)勢是由于電樞繞組和磁場之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)即導(dǎo)線切割磁力線而產(chǎn)生的。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電樞繞組中每根導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢為 對(duì)于給定的電機(jī)，電樞繞組的電動(dòng)勢（即每一并聯(lián)支路的電動(dòng)勢）等于并聯(lián)支路每根導(dǎo)體電動(dòng)勢之和，線速度v與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n成正比。因此，電樞電動(dòng)勢可用下式表示

47、：lvBex1.3 直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩 641.3 直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩 65在直流電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩是由電樞電流與氣隙磁場相互作用而產(chǎn)生的電磁力所形成的。根據(jù)電磁力定律，當(dāng)電樞繞組有電樞電流流過時(shí)，在磁場內(nèi)將受到電磁力的作用，該力與電機(jī)電樞鐵芯半徑的乘積為電磁轉(zhuǎn)矩。一根導(dǎo)體在磁場中所受電磁力的大小為 ，對(duì)于給定的電機(jī)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與每極的磁通成正比；每根導(dǎo)體中的電流ia與從電刷流入（或流出）的電樞電流Ia成正比；導(dǎo)線長度l在電機(jī)制成后是個(gè)常量。因此，電磁轉(zhuǎn)矩T與電磁力f成正比，即電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通和電樞電流Ia成正比，其大小用下

48、式來表示： axliBf 1.3 直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩 661.3 直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩 67直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩 之間的關(guān)系，即 。emT)(emTfn 1.4 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖圖1.14 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路原理圖的電路原理圖 681.4 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 69圖1-15 1.4 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 70因?yàn)殡姌须娮鑂a很小，特性斜率很小，通常額定轉(zhuǎn)速降nN只有額定轉(zhuǎn)速的百分之幾到百分之十幾，所以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固

49、有機(jī)械特性是硬特性， 如圖1.16中的直線 所示。0aR n圖圖1.15 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖圖1.16電動(dòng)機(jī)的固有特性和電樞電動(dòng)機(jī)的固有特性和電樞串聯(lián)電阻的人為特性串聯(lián)電阻的人為特性1.4 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 71人為機(jī)械特性可用改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)的方法獲得，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有電樞回路串電阻、降低電樞電壓和減弱勵(lì)磁磁通三種人為機(jī)械特性。1.4.2.1電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性 保持 、 不變，只在電樞回路中串入電阻Rs時(shí)的人為特性為 （1.11） 與固有機(jī)械特性相比，電樞回路串電阻時(shí)人為特性的理想空載轉(zhuǎn)速 不變，但斜率隨串聯(lián)電阻Rs的增大而增大，所以特性變軟。改變Rs的大小，可以得到一簇通過理想空載點(diǎn) 并具有不同斜率的人為特性，如圖1.16