第1章直流電機(jī)

1、 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)1電機(jī)是利用電磁作用原理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置。直流電機(jī)電機(jī)是利用電磁作用原理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置。直流電機(jī)能將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或?qū)C(jī)械能換轉(zhuǎn)為直流電能。將直流電能將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或?qū)C(jī)械能換轉(zhuǎn)為直流電能。將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的叫做直流電動(dòng)機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能的叫做能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的叫做直流電動(dòng)機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能的叫做直流發(fā)電機(jī)。直流發(fā)電機(jī)。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)2 直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)和調(diào)速性能好，過(guò)是啟動(dòng)和調(diào)速性能好，過(guò)載能力大，因此應(yīng)用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速性能要求較載能力大，因此應(yīng)用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速

2、性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，例如電力機(jī)車，造紙機(jī)和紡織機(jī)高的生產(chǎn)機(jī)械，例如電力機(jī)車，造紙機(jī)和紡織機(jī)械等械等 直流發(fā)電機(jī)主要用作直流發(fā)電機(jī)主要用作直流電源，供給直流電動(dòng)機(jī)，直流電源，供給直流電動(dòng)機(jī)，電解，電鍍等所需的直流電能。電解，電鍍等所需的直流電能。 直流電機(jī)的主要缺點(diǎn)直流電機(jī)的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用有色金屬是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用有色金屬多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，運(yùn)行可靠性差多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，運(yùn)行可靠性差 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)31.3 直直流電機(jī)的電樞繞組流電機(jī)的電樞繞組1.1 直直流電機(jī)的基本工作原理流電機(jī)的基本工作原理1.4 直直流電機(jī)的磁場(chǎng)流電機(jī)的磁場(chǎng)1.2 直直流電機(jī)的

3、結(jié)構(gòu)，額定值和主要系列流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，額定值和主要系列1.5 直直流電動(dòng)機(jī)流電動(dòng)機(jī)1.6 直直流發(fā)電機(jī)流發(fā)電機(jī)1.7 直直流電機(jī)的換向流電機(jī)的換向 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)41.1 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)5 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)6（二）直流發(fā)電機(jī)的工作原理（二）直流發(fā)電機(jī)的工作原理1.1 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)7圖1.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)8圖1.2 直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)91.2 1.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、額定值和主要系列

4、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、額定值和主要系列1.2.1 1.2.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)(1)(1)定子：產(chǎn)生磁場(chǎng)并作為機(jī)械支撐定子：產(chǎn)生磁場(chǎng)并作為機(jī)械支撐1)1)主磁極主磁極：建立主磁場(chǎng)：建立主磁場(chǎng)2)2)換向極換向極: :改善換向，減小產(chǎn)生火花改善換向，減小產(chǎn)生火花3)3)機(jī)座機(jī)座：電機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)架：電機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)架4)4)電刷裝置電刷裝置：用以引出或引入直流電壓或電流：用以引出或引入直流電壓或電流 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)10 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)11 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)122)2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子( (電樞電樞) )部分部分1)1)電樞鐵芯電樞鐵芯：主磁路的一部分，電樞繞組

5、的支撐部件主磁路的一部分，電樞繞組的支撐部件2)2)電樞繞組電樞繞組：直流電機(jī)的電路部分，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和：直流電機(jī)的電路部分，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和 感應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3)3)換向器換向器：在直流電動(dòng)機(jī)中，使得流入磁極下的電流方向保：在直流電動(dòng)機(jī)中，使得流入磁極下的電流方向保持不變，從而電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，能將持不變，從而電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，能將電樞線圈中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為直流電動(dòng)勢(shì)。電樞線圈中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為直流電動(dòng)勢(shì)。4)4)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，具有一定的強(qiáng)度和剛：轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，具有一定的強(qiáng)度和剛度。度。 出版社 理工分社

6、電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)13 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)14 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)151.2.2 1.2.2 直流電機(jī)的額定值直流電機(jī)的額定值為了保證電機(jī)安全而有效地運(yùn)行，電機(jī)制造廠都對(duì)它所生為了保證電機(jī)安全而有效地運(yùn)行，電機(jī)制造廠都對(duì)它所生產(chǎn)的電機(jī)工作條件加以規(guī)定。電機(jī)按制造工廠所規(guī)定的條件工產(chǎn)的電機(jī)工作條件加以規(guī)定。電機(jī)按制造工廠所規(guī)定的條件工作的情況，叫額定工作情況。表征電機(jī)額定工作情況的各種數(shù)作的情況，叫額定工作情況。表征電機(jī)額定工作情況的各種數(shù)據(jù)叫做額定值。據(jù)叫做額定值。直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)Z3-95產(chǎn)品編號(hào)7009結(jié)構(gòu)類型勵(lì)磁方式他勵(lì)功率30kW勵(lì)磁電壓220V電壓220V工作方式連

7、續(xù)電流160.5A絕緣等級(jí)定子B轉(zhuǎn)子B轉(zhuǎn)速750r/min重量685kg標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)JB1104-68出廠日期年 月 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)16額定條件下電機(jī)額定條件下電機(jī)所能的供給功率所能的供給功率NP額額定定功功率率指電刷間輸出的指電刷間輸出的額定額定電功率電功率發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)指軸上輸出指軸上輸出的額定的額定機(jī)械機(jī)械功率功率電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)在額定工況下，電機(jī)出線端的出線端的平均電壓平均電壓NU額定電壓額定電壓在額定電壓下，運(yùn)行于在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流額定

8、功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流NI額額定定電電流流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速.Nn額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速fNI額額定定勵(lì)勵(lì)磁磁電電流流對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。期、出廠編號(hào)等。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)17 此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。期、出廠編號(hào)等。 電機(jī)運(yùn)行

9、時(shí)，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行于電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流額定狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流欠載運(yùn)行；運(yùn)欠載運(yùn)行；運(yùn)行電流大于額定電流行電流大于額定電流過(guò)載運(yùn)行。長(zhǎng)期欠載運(yùn)行將造成電過(guò)載運(yùn)行。長(zhǎng)期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好機(jī)浪費(fèi)，而長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。作性能等比較好。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)18 例例1-1 一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：一臺(tái)直流

10、發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：PN200kW，UN230V，nN1450r /min，N90，求該發(fā)電機(jī)，求該發(fā)電機(jī)的額定電流和輸入功率各為多少的額定電流和輸入功率各為多少? 解：解：NNNIUPAAUPINNN6.869230102003kWkWPPNN2.2229.02001NNNIUPAAUPINNN6.869230102003kWkWPPNN2.2229.02001上一頁(yè)下一頁(yè)返回 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)19 例例1-2 一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)如下：一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)如下：PN160kW，UN=220V，nN1500r/min，N90，求額定電流和，求額定電流和輸入功率各為多少輸入

11、功率各為多少? 解：解： NNNNIUPAAUPINNNN8082209.0101603kWkWPPNN8.1779.01601上一頁(yè)下一頁(yè)返回 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)201 結(jié)構(gòu)相同，用途相似，容量遞增的一系列電機(jī)構(gòu)成一個(gè)系列。我國(guó)目前生結(jié)構(gòu)相同，用途相似，容量遞增的一系列電機(jī)構(gòu)成一個(gè)系列。我國(guó)目前生產(chǎn)的主要有以下系列型號(hào)：產(chǎn)的主要有以下系列型號(hào)： Z2-9 2Z2-9 2 鐵心長(zhǎng)度代號(hào)鐵心長(zhǎng)度代號(hào) 機(jī)座號(hào)機(jī)座號(hào) 第二次改型設(shè)計(jì)第二次改型設(shè)計(jì) 直流直流 Z2Z2系列功率范圍為系列功率范圍為0.4-200KW,0.4-200KW,轉(zhuǎn)速范圍為轉(zhuǎn)速范圍為600-3000600-3000 Z

12、3 Z3，Z4Z4系列是一般用途中小型直流電機(jī)的新產(chǎn)品。與系列是一般用途中小型直流電機(jī)的新產(chǎn)品。與Z2Z2相比，體積小，重相比，體積小，重量輕，慣量小，調(diào)速范圍大，還適用于靜止的整流電源供電。量輕，慣量小，調(diào)速范圍大，還適用于靜止的整流電源供電。 ZD2ZD2，ZF2ZF2系列是一般用途的中型直流電機(jī)，系列是一般用途的中型直流電機(jī)，ZD2ZD2是中型直流電動(dòng)機(jī)，是中型直流電動(dòng)機(jī)，ZF2ZF2是是中型直流發(fā)電機(jī)，功率范圍為中型直流發(fā)電機(jī)，功率范圍為55-1000KW,55-1000KW,轉(zhuǎn)速范圍為轉(zhuǎn)速范圍為900-155900-155 ZZF ZZF系列是起重冶金用直流電動(dòng)機(jī)，功率范圍為系列是起

13、重冶金用直流電動(dòng)機(jī)，功率范圍為3-30KW,3-30KW,轉(zhuǎn)速范圍為轉(zhuǎn)速范圍為900-900-155015501.2.3 1.2.3 直流電機(jī)的主要系列直流電機(jī)的主要系列 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)211.3 1.3 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電電樞繞組是直流電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐，電樞繞組的名稱由此而來(lái)，并為此把直流電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換的樞紐，電樞繞組的名稱由此而來(lái)，并為此把直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子稱為電樞轉(zhuǎn)子稱為電樞電樞繞組由許多線圈（元件）按一定規(guī)律鏈接而成。按鏈接電樞繞組由許多線圈（元件）按一定規(guī)律鏈接而成。

14、按鏈接規(guī)律不同可以分為單疊繞組和單波繞組等多種形式。規(guī)律不同可以分為單疊繞組和單波繞組等多種形式。(1)電樞繞組元件電樞繞組元件(2)節(jié)距：表征電樞繞組本身和元件之間鏈接規(guī)律的數(shù)據(jù)為節(jié)節(jié)距：表征電樞繞組本身和元件之間鏈接規(guī)律的數(shù)據(jù)為節(jié)據(jù)。據(jù)。1.3.1 1.3.1 元件與節(jié)距元件與節(jié)距 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)22圖圖1.121.12 電樞繞組元件電樞繞組元件1 1 端接部分端接部分 2 2 有效邊有效邊 3 3 末端末端 4 4 換向片換向片 5 5首端首端 元件一般放在電樞槽中，線圈嵌入槽內(nèi)的部分稱為有效元件一般放在電樞槽中，線圈嵌入槽內(nèi)的部分稱為有效邊，伸出槽外的部分稱作端接部分。

15、每個(gè)元件由兩個(gè)出線邊，伸出槽外的部分稱作端接部分。每個(gè)元件由兩個(gè)出線端。，均與端。，均與4 4相連相連 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)23 （1 1）第一節(jié)距）第一節(jié)距 y1y1：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過(guò)的距離。：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過(guò)的距離。 （2 2）第二節(jié)距）第二節(jié)距 y2y2：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：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個(gè)元件的上層邊間的距離。與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。 （3 3）合成節(jié)距）合成節(jié)距 y y：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。（4 4

16、）換向節(jié)距）換向節(jié)距yk yk ：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)24元件數(shù)等于換向片數(shù)等于槽數(shù)元件數(shù)等于換向片數(shù)等于槽數(shù)虛槽數(shù)與實(shí)槽數(shù)之間的關(guān)系虛槽數(shù)與實(shí)槽數(shù)之間的關(guān)系極距：一個(gè)磁極在電樞圓周上所跨的距離極距：一個(gè)磁極在電樞圓周上所跨的距離 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)25 后一元件的端接部分緊疊在前一元件的端接部分后一元件的端接部分緊疊在前一元件的端接部分之上，稱為疊繞組之上，稱為疊繞組 首末端之間的距離接近兩個(gè)極距，兩個(gè)元件串聯(lián)首末端之間的距離接近兩個(gè)極距，兩個(gè)元件串聯(lián)起來(lái)稱波浪形，稱為波繞組起來(lái)稱波浪形，稱

17、為波繞組 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)261.4 1.4 直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)無(wú)論是作發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，都直流電機(jī)無(wú)論是作發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，都必須具有一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，所以磁場(chǎng)是直流電機(jī)進(jìn)行能量必須具有一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，所以磁場(chǎng)是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的媒介。轉(zhuǎn)換的媒介。 直流電機(jī)產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵(lì)磁繞組的接線方式稱為勵(lì)磁方式直流電機(jī)產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵(lì)磁繞組的接線方式稱為勵(lì)磁方式。實(shí)質(zhì)上就是勵(lì)磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接，就決定了它是什。實(shí)質(zhì)上就是勵(lì)磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接，就決定了它是什么樣的勵(lì)磁方式。如圖所示，以直流電動(dòng)機(jī)為例有四種勵(lì)磁方么樣的勵(lì)磁方式。如圖所示，以直流電動(dòng)

18、機(jī)為例有四種勵(lì)磁方式式。1.4 .1 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)27（一）他勵(lì)直流電機(jī)一）他勵(lì)直流電機(jī) 這種電機(jī)的勵(lì)磁電流是由另外的直流電源供給，如圖（這種電機(jī)的勵(lì)磁電流是由另外的直流電源供給，如圖（a a），其），其特點(diǎn)是勵(lì)磁電流特點(diǎn)是勵(lì)磁電流IfIf與電樞電壓與電樞電壓U U及負(fù)載電流及負(fù)載電流I I無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。（二）并勵(lì)直流電機(jī)（二）并勵(lì)直流電機(jī) 這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖（這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖（b b），其特點(diǎn)是勵(lì)），其特點(diǎn)是勵(lì)磁電流磁電流IfIf不僅與勵(lì)磁回路電阻有關(guān)，還受電樞端電壓不僅與勵(lì)磁回路電阻有關(guān)，還受電

19、樞端電壓U U的影響。的影響。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)28 ( (三）串勵(lì)直流電機(jī)三）串勵(lì)直流電機(jī) 這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖（這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖（c c），其特），其特點(diǎn)是勵(lì)磁電流點(diǎn)是勵(lì)磁電流IfIf電樞電流電樞電流I I相等，電樞電流變化勵(lì)磁電流就變相等，電樞電流變化勵(lì)磁電流就變化，串勵(lì)電機(jī)極少采用?；畡?lì)電機(jī)極少采用。（四）復(fù)勵(lì)直流電機(jī)（四）復(fù)勵(lì)直流電機(jī) 這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組即有并聯(lián)線圈，又有串聯(lián)線圈，串勵(lì)這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組即有并聯(lián)線圈，又有串聯(lián)線圈，串勵(lì)繞組和并勵(lì)繞組共同接在主極上，并勵(lì)匝數(shù)較多，串勵(lì)匝數(shù)繞組和并勵(lì)繞組共同接在主極上，并勵(lì)匝數(shù)較多

20、，串勵(lì)匝數(shù)較少，如圖（較少，如圖（d d）。所以具有串勵(lì)和并勵(lì)電機(jī)的特點(diǎn)。若串、）。所以具有串勵(lì)和并勵(lì)電機(jī)的特點(diǎn)。若串、并勵(lì)磁勢(shì)方向相同為積復(fù)勵(lì)（常用），若串、并勵(lì)磁勢(shì)方向并勵(lì)磁勢(shì)方向相同為積復(fù)勵(lì)（常用），若串、并勵(lì)磁勢(shì)方向相反為差復(fù)勵(lì)相反為差復(fù)勵(lì) 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)29直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者很小，可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)。很小，可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)。直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)可以認(rèn)為就是直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)可以認(rèn)為就是主磁場(chǎng)，即由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)（稱主磁場(chǎng)，即由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)（稱為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)）單獨(dú)建立的磁場(chǎng)

21、。為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)）單獨(dú)建立的磁場(chǎng)。圖圖3.183.18是一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)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）。圖中，同時(shí)交鏈分布示意圖（一對(duì)極）。圖中，同時(shí)交鏈勵(lì)磁繞組和電樞繞組的磁通，稱為主磁通，勵(lì)磁繞組和電樞繞組的磁通，稱為主磁通，用用 表示。此外還有一小部分磁通不表示。此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過(guò)相鄰的磁極或者定子進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過(guò)相鄰的磁極或者定子磁軛形成閉合磁路，僅與勵(lì)磁繞組交鏈，磁軛形成閉合磁路，僅與勵(lì)磁繞組交鏈，稱為漏磁通，用稱為漏磁通，用 表示。表示。01.4 .2 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)00（1 1）主磁通和漏磁通）主磁通和漏

22、磁通 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)30 直流電機(jī)中，直流電機(jī)中，主磁通主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)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，而生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通漏磁通沒(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，度。在數(shù)量上，漏磁通漏磁通比比主磁通主磁通小得多，大約是主磁通的小得多，大約是主磁通的20%20%。磁力線由磁力線由N N極出來(lái)，經(jīng)氣隙、極出來(lái)，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入電樞齒部、氣隙進(jìn)入S S極，再極，再經(jīng)定子鐵軛回到經(jīng)定子鐵軛回到N N極極主磁通

23、主磁通主磁路主磁路磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過(guò)氣隙、相鄰磁極直接經(jīng)過(guò)氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁通漏磁路漏磁路 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)31 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。大小和形狀。幾何中性線幾何中性線極靴極靴極身極身（a）氣隙形狀氣隙形狀 磁極中心及附近的氣磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極大

24、且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。密度為零。（2 2）空載磁場(chǎng)氣隙磁密分布曲線）空載磁場(chǎng)氣隙磁密分布曲線 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)32 空載時(shí)的空載時(shí)的氣隙磁通密度為氣隙磁通密度為一平頂波，一平頂波，如下圖如下圖(b) (b) 所示。所示。 空載時(shí)主磁極磁通的分空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如右圖布情況，如右圖(c) (c) 所示。所示。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)33 為

25、了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通的每極磁通 ，空載時(shí)，氣隙磁，空載時(shí)，氣隙磁通通 與空載磁動(dòng)勢(shì)與空載磁動(dòng)勢(shì) 或空載勵(lì)磁或空載勵(lì)磁電流電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖所示。載磁化特性。如右圖所示。000fF0fI 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，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)，額定磁一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中 A A點(diǎn)點(diǎn)，即在磁化特，即在磁化特性曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。性曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。NfNI0fF0fIINfIA

26、0N0（3 3）直流電機(jī)的空載磁化曲線）直流電機(jī)的空載磁化曲線 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)34 當(dāng)直流電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，電樞繞組中有電流通過(guò)，該電流也當(dāng)直流電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，電樞繞組中有電流通過(guò)，該電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱之為電樞磁場(chǎng)。它與主磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱之為電樞磁場(chǎng)。它與主磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。為電樞反應(yīng)。 1.4 .3 1.4 .3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)及負(fù)載磁場(chǎng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)及負(fù)載磁場(chǎng)（1 1）直流電機(jī)的電樞反應(yīng)）直流電機(jī)的電樞反應(yīng)（2 2）直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)）直流電機(jī)的電

27、樞磁場(chǎng)電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)351 1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將、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，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，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況，如圖（如圖（a a）所示。）所示。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)36xB0axBxB勵(lì)磁磁場(chǎng)勵(lì)磁磁場(chǎng)的磁通密的磁通密度分布曲度分布曲線線電樞磁場(chǎng)磁通電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線的磁通密度分布曲線物理中性線物理中性線幾何中

28、性線幾何中性線 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)37由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)： 2)2)、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用1)1)、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 空載時(shí)電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于空載時(shí)電機(jī)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(gè)磁極下，一半磁場(chǎng)被增強(qiáng)，一半被削電樞反應(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，物理中性線偏離幾何中性線弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載角，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。時(shí)不同。 磁路飽和時(shí)，有去磁作用，使

29、每個(gè)磁極下總的磁通有所減小磁路飽和時(shí)，有去磁作用，使每個(gè)磁極下總的磁通有所減小 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)382 2、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)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(dòng)勢(shì)軸線也隨角，電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也隨之移動(dòng)之移動(dòng) 角，如圖角，如圖(a)(b)(a)(b)所示。所示。adFaqF 電樞磁動(dòng)勢(shì)可以分電樞磁動(dòng)勢(shì)可以分解為兩個(gè)垂直分量：交解為兩個(gè)垂直分量：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)軸電樞磁動(dòng)勢(shì) 和直軸和直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì) 。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助磁交軸和直軸助磁電動(dòng)

30、機(jī)電動(dòng)機(jī)交軸和直軸助磁交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁交軸和直軸去磁 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)391.4.4 1.4.4 電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)無(wú)論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)，電樞導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；無(wú)論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)，電樞導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力，將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力，將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 一、直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電一、直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì) 產(chǎn)生：從一對(duì)正負(fù)電刷之間引出的電勢(shì)，也稱為電樞電勢(shì)，也就是電樞繞組一產(chǎn)生：從一對(duì)正負(fù)電刷之間引出的電勢(shì)，也稱為電樞電勢(shì)，也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢(shì)。

31、也稱為記作條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢(shì)。也稱為記作E Ea a。 如果設(shè)如果設(shè)N 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)，2 2a a為并聯(lián)支路數(shù)，為并聯(lián)支路數(shù)，B Bavav為一個(gè)磁極內(nèi)的平均磁為一個(gè)磁極內(nèi)的平均磁密，密，l l為導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度，為導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度，v v為導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的速度，則電樞電勢(shì)為每一條并為導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的速度，則電樞電勢(shì)為每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)乘以一根導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)乘以一根導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： nCnapNnpllaNlvBaNEeava6060222 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)40apNCe60nCEea 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基

32、礎(chǔ)411.4.5 1.4.5 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過(guò)時(shí)電樞繞組中有電樞電流流過(guò)時(shí), ,在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的作用在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的作用, ,該該 力力與電樞鐵心半徑之積稱與電樞鐵心半徑之積稱為一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電為一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩。一根一根導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為 aaaavavIapNNpaIllNDliBNDfT222222乘以總的導(dǎo)體數(shù)為所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，乘以總的導(dǎo)體數(shù)為所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，D D為電樞為電樞外徑外徑 ，等于等于等于等于 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)42aTICTapN

33、Ce60apNCe255. 9260602apNapNCCeT 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)431.51.5 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式的不同，直流電動(dòng)機(jī)分他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直按勵(lì)磁方式的不同，直流電動(dòng)機(jī)分他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)4類。類。1.5.1 1.5.1 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本關(guān)系式穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本關(guān)系式如圖為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。如圖為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。接通電源時(shí)，勵(lì)磁繞組中流過(guò)接通電源時(shí)，勵(lì)磁繞組中流過(guò)勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流IfIf建立主磁場(chǎng)，電樞建立主磁場(chǎng)，電樞繞組流過(guò)電樞電流繞組流過(guò)電樞電流I

34、a,Ia,一方面一方面形成電樞磁通勢(shì)形成電樞磁通勢(shì)Fa,Fa,另一方面使另一方面使得電樞元件導(dǎo)體流過(guò)支路電流得電樞元件導(dǎo)體流過(guò)支路電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T,T,電電樞朝樞朝T T的方向以轉(zhuǎn)速的方向以轉(zhuǎn)速n n旋轉(zhuǎn)，電旋轉(zhuǎn)，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢(shì)樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢(shì)Ea.Ea. 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)44(1)(1)電壓平衡方程式電壓平衡方程式(2)(2)轉(zhuǎn)矩平衡方轉(zhuǎn)矩平衡方程式程式有三個(gè)轉(zhuǎn)矩，一個(gè)是有三個(gè)轉(zhuǎn)矩，一個(gè)是T T，方向與，方向與n n同，拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩同，拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；一個(gè)是空載轉(zhuǎn)矩；一個(gè)是空載轉(zhuǎn)矩To,To,，方向與，方向與n n反，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩反，制動(dòng)

35、轉(zhuǎn)矩一個(gè)是機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩一個(gè)是機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2,T2,也就是電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也就是電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(2)(2)功率平衡方程式功率平衡方程式 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)45（a) 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖（b) 他勵(lì)他勵(lì)功率流程圖功率流程圖圖中圖中，PcufPcuf為勵(lì)磁繞組的銅損耗，并勵(lì)時(shí)，為勵(lì)磁繞組的銅損耗，并勵(lì)時(shí)， PcufPcuf 由輸入功率P1P1供給，他勵(lì)時(shí)，供給，他勵(lì)時(shí)， PcufPcuf由其他直流電源供給由其他直流電源供給 。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)461.5.2 1.5.2 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)的工

36、作特性并勵(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U=UN,U=UN,勵(lì)勵(lì)磁電流磁電流If=IfN.If=IfN.電樞回路不串外加電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，效率，與電樞回路不串外加電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，效率，與電樞電流之間的關(guān)系電樞電流之間的關(guān)系（1 1）轉(zhuǎn)速特性）轉(zhuǎn)速特性當(dāng)當(dāng)U=UNU=UN時(shí)，時(shí)，I=IfNI=IfN時(shí)，轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速速n n與電樞電流與電樞電流IaIa之間的關(guān)系之間的關(guān)系n=f(Ia)n=f(Ia)稱為轉(zhuǎn)速特性，將電稱為轉(zhuǎn)速特性，將電動(dòng)勢(shì)公式帶入電壓平衡方程式動(dòng)勢(shì)公式帶入電壓平衡方程式得到得到 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)47圖1.30

37、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性可見(jiàn)，如果忽略電樞可見(jiàn)，如果忽略電樞反應(yīng)的影響，磁通保持不反應(yīng)的影響，磁通保持不變，電流增加時(shí)，電樞回變，電流增加時(shí)，電樞回路電阻一般很小，所以轉(zhuǎn)路電阻一般很小，所以轉(zhuǎn)速下降不大，如果考慮負(fù)速下降不大，如果考慮負(fù)載較大，隨著電流的增加載較大，隨著電流的增加，磁通將減小，因而轉(zhuǎn)速，磁通將減小，因而轉(zhuǎn)速可能出現(xiàn)虛線所示的情況可能出現(xiàn)虛線所示的情況 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)48 （2 2）轉(zhuǎn)矩特性）轉(zhuǎn)矩特性 當(dāng)當(dāng)U=UNU=UN時(shí)，時(shí)，I=IfNI=IfN時(shí)，電磁時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T T與電樞電流與電樞電流IaIa之間的關(guān)之間的關(guān)系系T=f(Ia)T=f(Ia)稱為轉(zhuǎn)矩特性。

38、轉(zhuǎn)稱為轉(zhuǎn)矩特性。轉(zhuǎn)矩特性為過(guò)原點(diǎn)的直線矩特性為過(guò)原點(diǎn)的直線 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)491.5.3 1.5.3 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性IIIfaNUU )(aIfn)(fRRInCUaeefaCRIUnaR 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)500IIIfan則0%1004/1NNnnnn4/1n41 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)51NUU )(aIfT 22aTafTaffTaTICIKCIIKCICT2aIT aIT 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)521.5.4 1.5.4 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)其轉(zhuǎn)速特性介于并勵(lì)和串

39、勵(lì)之間，如果是復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)其轉(zhuǎn)速特性介于并勵(lì)和串勵(lì)之間，如果是并勵(lì)繞組磁通勢(shì)起主要作用，它的轉(zhuǎn)速特性與并勵(lì)直流電并勵(lì)繞組磁通勢(shì)起主要作用，它的轉(zhuǎn)速特性與并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相接近，反之和串勵(lì)接近動(dòng)機(jī)相接近，反之和串勵(lì)接近 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)53圖1.34 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性 一般情況下，積復(fù)勵(lì)一般情況下，積復(fù)勵(lì)轉(zhuǎn)速特性，如曲線轉(zhuǎn)速特性，如曲線2所示，既有較高的啟所示，既有較高的啟動(dòng)能力和過(guò)載能力，動(dòng)能力和過(guò)載能力，又可空載或輕載運(yùn)行又可空載或輕載運(yùn)行 1：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 3：串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)：串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性，不允許空轉(zhuǎn)速特性，不允許空載或輕載

40、運(yùn)行載或輕載運(yùn)行 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)541.6 1.6 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流發(fā)電機(jī)可以分為他勵(lì)直根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流發(fā)電機(jī)可以分為他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。現(xiàn)在主要采用他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，為此本節(jié)只流發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)在主要采用他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，為此本節(jié)只介紹這種發(fā)電機(jī)。介紹這種發(fā)電機(jī)。如圖為一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的如圖為一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的示意圖，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割示意圖，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割主磁通，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)主磁通，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Ea,外電路接有外電路接有負(fù)載，則產(chǎn)生電樞電流負(fù)

41、載，則產(chǎn)生電樞電流Ia,根據(jù)基爾根據(jù)基爾霍夫定律：霍夫定律：(1)(1)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式1.6.11.6.1 直流發(fā)電直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)55(2)(2)轉(zhuǎn)矩平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程式式三個(gè)轉(zhuǎn)矩：一個(gè)是原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩三個(gè)轉(zhuǎn)矩：一個(gè)是原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1，方向與，方向與n同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T，方向與，方向與n相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 一個(gè)是空載轉(zhuǎn)矩一個(gè)是空載轉(zhuǎn)矩T0，方向與，方向與n相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(3)(3)功率平衡方程式功率平衡方程式 出版社 理工

42、分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)56圖1.36 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖圖中圖中，PcufPcuf為勵(lì)磁繞組的銅損耗，他勵(lì)時(shí)，為勵(lì)磁繞組的銅損耗，他勵(lì)時(shí)， PcufPcuf 由其他直他直流電源供給，不在流電源供給，不在P1P1的范圍內(nèi)的范圍內(nèi) 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)571.6.2 1.6.2 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)的四個(gè)基本物理量：直流發(fā)電機(jī)的四個(gè)基本物理量： U U、I I、IfIf、n n。（n n由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，保持不變），運(yùn)行特性指在由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，保持不變），運(yùn)行特性指在U U、I I、IfIf之間之間，保證其中一個(gè)量不變，另外兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，保

43、證其中一個(gè)量不變，另外兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系 空載特性空載特性n n常數(shù)，常數(shù)， I I常數(shù)，常數(shù)， U Uf f（IfIf）；）； 外特性外特性n n常數(shù)，常數(shù)， IfIf常數(shù)，常數(shù)，U Uf f（I I）；）； 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性n n常數(shù)，常數(shù)， U U常數(shù)，常數(shù)，IfIff f（I I）。）。 (1)(1)空載特性空載特性 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)58發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，轉(zhuǎn)速保持恒定，閘刀保持恒定，閘刀K K斷開(kāi)，斷開(kāi)，（a)a)逐步調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路的分逐步調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路的分壓電阻壓電阻rfrf, ,使得勵(lì)磁電流使得勵(lì)磁電流IfIf單方單方向由向由0 0逐步增加

44、直到逐步增加直到UO=1.25UN.UO=1.25UN.(b)(b)單方向逐步減小單方向逐步減小If,If,直到直到If=0,If=0,測(cè)取相應(yīng)的測(cè)取相應(yīng)的UOUO和和If,If,作作出特性曲線出特性曲線 圖圖 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)試驗(yàn)線路他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)試驗(yàn)線路 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)59他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，所求特性的上升分支所求特性的上升分支3 3和下降分和下降分支支1 1不重合，一般取其平均值作不重合，一般取其平均值作為該電機(jī)的空載特性，如圖中曲為該電機(jī)的空載特性，如圖中曲線線2 2圖中圖中If=0If=0時(shí)，時(shí)

45、，U0=U0=ErEr為剩磁為剩磁電壓，為額定電壓的電壓，為額定電壓的2%-4%2%-4%IfIf比較小時(shí)，鐵芯磁路不飽比較小時(shí)，鐵芯磁路不飽和，特性近似為直線和，特性近似為直線. .IfIf較大時(shí)，鐵芯隨著較大時(shí)，鐵芯隨著IfIf的增的增大而逐漸飽和，空載特性出現(xiàn)大而逐漸飽和，空載特性出現(xiàn)飽和段，一般情況下，電機(jī)的額飽和段，一般情況下，電機(jī)的額定電壓處于定電壓處于A A附近附近. .這樣既能使得這樣既能使得磁通勢(shì)的較小變化不致引起端電磁通勢(shì)的較小變化不致引起端電壓的變化，同時(shí)又能通過(guò)調(diào)節(jié)壓的變化，同時(shí)又能通過(guò)調(diào)節(jié)IfIf在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓 出版社 理工分社電機(jī)及

46、拖動(dòng)基礎(chǔ)60(2)(2)外特性外特性外特性是一條稍稍向外特性是一條稍稍向下傾斜的曲線下傾斜的曲線 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)61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)從一條支路經(jīng)過(guò)電刷換到另過(guò)電刷換到另一條支路一條支路，該元，該元件中的電件中的電流就流就要改變一次方向，這種電流方向的改變稱為換向要改變一次方向，這種電流方向的改變稱為換向。 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)62 為了分析方便假定換向片的寬度等為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。于電刷的寬度。 電樞移到電刷與換向片電樞移到電刷與換向片2 2接觸時(shí)，元接觸時(shí)

47、，元件件1 1的被短路，電流被分流。的被短路，電流被分流。 電刷與換向片電刷與換向片1 1接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1 中的中的電流方向如圖所示，大小為電流方向如圖所示，大小為 aii 電刷僅與換向片電刷僅與換向片2 2接觸時(shí)，元件接觸時(shí)，元件1 1 中中的電流方向如圖所示，大小為的電流方向如圖所示，大小為aii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)從一條支路經(jīng)過(guò)電刷換到另過(guò)電刷換到另一條支路一條支路，該元，該元件中的電件中的電流就流就要改變一次方向，這種電流方向的改變稱為換向要改變一次方向，這種電流方向的改變稱為換向。1.7

48、 1.7 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)63圖1.40 電樞繞組元件的換向過(guò)程 出版社 理工分社電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)64 換向問(wèn)題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生換向問(wèn)題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機(jī)不能正常工作。使電機(jī)不能正常工作。 產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原因。此外換向過(guò)程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。因。此外換向過(guò)程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。 元件從開(kāi)始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周元件從開(kāi)始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周期