電機(jī)學(xué)：直流機(jī) 1章 概述

1、第一篇 直流機(jī)第1章 直流機(jī)概述第2章 直流機(jī)的電樞繞組第3章 直流機(jī)原理第4章 直流機(jī)特性第5章 直流電動(dòng)機(jī)的起調(diào)制各章簡(jiǎn)稱(chēng)：概述、繞組、原理、特性、三項(xiàng)（電動(dòng)機(jī)三項(xiàng)）。第1章 直流機(jī)概述1.1 直流機(jī)的基本原理1.2 直流機(jī)的結(jié)構(gòu)1.3 直流機(jī)的勵(lì)磁方式1.1 直流機(jī)的基本構(gòu)理1.1.1 直流機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.1.2 直流發(fā)電機(jī)的基本原理1.1.3 直流電動(dòng)機(jī)的基本原理1.1.4 直流機(jī)的可逆性1.1.5 脈動(dòng)的減小1.1.1 直流機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子：磁極+電刷轉(zhuǎn)子：電樞+換向氣隙：定轉(zhuǎn)之間1.1.2 直流發(fā)電機(jī)的基本原理1 定子磁場(chǎng)2 轉(zhuǎn)子電勢(shì)3 線(xiàn)圈電勢(shì)的波形4 換向器的整流作用1 定子磁

2、場(chǎng)主磁場(chǎng)的N、S極沿氣隙圓周交替排列。 定子磁場(chǎng)即主磁場(chǎng)。2 轉(zhuǎn)子電勢(shì)e-導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)b()-導(dǎo)體所處位置的磁密，單位：Wb/m2；l-導(dǎo)體有效長(zhǎng)度，即切割磁力線(xiàn)部分的長(zhǎng)度，單位：m；V-導(dǎo)體的線(xiàn)速度，單位：m/s。 先看導(dǎo)體電勢(shì)。2 續(xù)1導(dǎo)體電勢(shì)的方向不難用右手定則確定。此略。從整個(gè)線(xiàn)圈來(lái)看，導(dǎo)體A與導(dǎo)體X的電勢(shì)是相加的，故線(xiàn)圈電勢(shì)為2e。 導(dǎo)體電勢(shì)方向、線(xiàn)圈電勢(shì)3 線(xiàn)圈電勢(shì)的波形 對(duì)已制成電機(jī)，l不變。如果轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)，則v為常數(shù)。因此，eb()。 可見(jiàn)，導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律與氣隙磁場(chǎng)(此時(shí)為主磁場(chǎng))沿氣隙的分布規(guī)律相同。 因此，導(dǎo)體電勢(shì)，從而線(xiàn)圈電勢(shì)，是交變的。4 換向器

3、的整流作用4 續(xù)1線(xiàn)圈電勢(shì)并不直接引出，而是通過(guò)換向器引出。電刷B1只與N極下的導(dǎo)體所連換向片相接觸；電刷B2只與S極下的導(dǎo)體所連換向片相接觸。因此，B1、B2的極性都是固定的：電刷B1極性永遠(yuǎn)為“+”，電刷B2極性永遠(yuǎn)為“”。交流電勢(shì)的負(fù)半波被改變了方向，電刷間輸出的是直流電勢(shì)。這就是換向器的“整流”作用。這也是直流發(fā)電機(jī)的工作原理。 1.1.3 直流電動(dòng)機(jī)的基本原理1 線(xiàn)圈通直流，平均轉(zhuǎn)矩為零2 線(xiàn)圈通交流，平均轉(zhuǎn)矩為正1 線(xiàn)圈通直流，平均轉(zhuǎn)矩為零 如果將直流電壓通過(guò)刷-環(huán)機(jī)構(gòu)加到線(xiàn)圈AX上，則線(xiàn)圈電流為直流i。由f=bil和左手定則知，作用在導(dǎo)體A、X上的轉(zhuǎn)矩T大小、方向均同，T=bil

4、D/2,式中：D為轉(zhuǎn)子外徑。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一周，b的方向正負(fù)交替一次，而電流方向恒定。因此線(xiàn)圈所受轉(zhuǎn)矩的方向亦正反交替一次，轉(zhuǎn)子將經(jīng)歷加速、減速的交替，無(wú)法持續(xù)加速，最終歸于不動(dòng)。2 線(xiàn)圈通交流,平均轉(zhuǎn)矩為正線(xiàn)圈AX上，則線(xiàn)圈電流為交流i。由f=bil和左手定則知,作用在導(dǎo)體A、X上轉(zhuǎn)矩的大小、方向均同，T=bilD/2,式中：D為轉(zhuǎn)子外徑。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一周，b的方向正負(fù)交替一次，而電流亦然。因此，線(xiàn)圈所受轉(zhuǎn)矩方向恒定，轉(zhuǎn)子將持續(xù)加速，最終轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 如果將直流電壓通過(guò)刷-換機(jī)構(gòu)加到1.1.4 直流機(jī)的可逆性 一定的條件下，直流電機(jī)既可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。直流機(jī)的這種性質(zhì)稱(chēng)為直流機(jī)的可逆

5、性。 但是，針對(duì)專(zhuān)門(mén)用途（發(fā)電或電動(dòng)）設(shè)計(jì)的直流電機(jī)，逆向運(yùn)行性能不太理想?？赡嫘砸话銇?lái)說(shuō)，只具有理論意義。 直流機(jī)的可逆性亦適用于其他各種電機(jī)。換言之，其他電機(jī)也具有可逆性。1.1.5 脈動(dòng)的減小1.2 直流機(jī)的結(jié)構(gòu)1.2.0 直流機(jī)結(jié)構(gòu)概觀1.2.1 直流機(jī)定子1.2.2 直流機(jī)轉(zhuǎn)子1.2.3 直流機(jī)端蓋1.2.4 直流機(jī)附件1.2.5 直流氣隙主極、電樞、氣隙、刷-換、機(jī)座、端蓋、風(fēng)扇、換向極1.2.0直流機(jī)結(jié)構(gòu)概觀1.2.1 直流機(jī)定子1 機(jī)座2 主極3 換向極4 電刷裝置機(jī)座相關(guān)圖-機(jī)座的作用：支撐、導(dǎo)磁、導(dǎo)熱和保護(hù)。作為部分磁路，機(jī)座提供主磁路的磁軛。如圖。作為框架，機(jī)座支撐主磁極

6、、換向極及端蓋等。作為散熱機(jī)構(gòu)，機(jī)座傳導(dǎo)來(lái)自電機(jī)內(nèi)部的熱量。作為保護(hù)機(jī)構(gòu)，機(jī)座避免異物進(jìn)入機(jī)內(nèi)。-機(jī)座一般用導(dǎo)磁性較好的厚鋼板焊接而成，或用鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁等澆鑄而成。機(jī)座用螺栓固定在地板等基礎(chǔ)上。1 機(jī)座2 主極主極有兩種：永久磁鐵、電磁鐵。電磁鐵就是電流+磁鐵。如前頁(yè)圖示。鐵心的繞組部分稱(chēng)極身，較寬部分稱(chēng)極靴。極靴可改善磁場(chǎng)分布，并使勵(lì)磁繞組套裝牢固。勵(lì)磁繞組通以直流，建立恒定的主磁場(chǎng)。主極沿周向呈N、S交替排列，成對(duì)出現(xiàn)。 主極鐵心用11.5mm厚低碳鋼板沖片疊壓緊固而成。主極用螺栓固定在機(jī)座上。主磁極簡(jiǎn)稱(chēng)主極。其作用是建立主磁場(chǎng)。3 換向極鐵心用整塊鋼或11.5mm厚的低碳鋼板沖片，疊

7、壓緊固而成；繞組采用較粗的扁導(dǎo)體繞成。換向極用螺栓固定在機(jī)座上，位于兩個(gè)主極之間。換向極的功能：改善換向。如主極，它亦由鐵心和繞組構(gòu)成,如圖示。 4 電刷裝置電刷裝置由電刷、刷握、壓指、銅絲辮等構(gòu)成。刷握用以固定電刷。壓指用以壓緊刷-換間滑動(dòng)接觸。銅絲辮用以引導(dǎo)電流。同極性電刷用連接線(xiàn)連在一起，再引到出線(xiàn)盒。功能：與換向器配合，進(jìn)行動(dòng)靜轉(zhuǎn)換、交直轉(zhuǎn)換：整流、逆變。 1 電樞鐵心2 電樞繞組3 換向器4 轉(zhuǎn)軸1.2.2 直流機(jī)轉(zhuǎn)子 同步機(jī)定子叫電樞，直流機(jī)轉(zhuǎn)子叫電樞。1 電樞鐵心電樞鐵心功能：提供部分主磁路、嵌放電樞繞組。電樞鐵心常用0.5mm厚硅鋼片疊壓夾緊而成。硅鋼片周邊之槽用以嵌放電樞繞組

8、。有時(shí)沖片沖有軸向通風(fēng)孔。有時(shí)沖片沿軸向分幾段壓裝，以構(gòu)成徑向通風(fēng)道。 2 電樞繞組電樞繞組功能：提供電流、感應(yīng)電勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩的載體。它是直流電機(jī)的核心部分，與主極配合，用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。電樞繞組組成：電樞繞組由沿電樞外圓分布的線(xiàn)圈連接而成。線(xiàn)圈由導(dǎo)體繞成，分上、下層嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)。 組成：橫截面為楔形、外觀為燕尾形的銅換向片，排成一個(gè)圓筒，兩端用兩個(gè)V形環(huán)夾緊。換向片之間用云母片絕緣；換向片與V形環(huán)之間用V形圈和圓筒絕緣。 每個(gè)電樞線(xiàn)圈的首、末端分別與相應(yīng)的連接片相連。3 換向器功能：與電刷裝置配合，進(jìn)行動(dòng)靜轉(zhuǎn)換、交直轉(zhuǎn)換：整流、逆變。 轉(zhuǎn)軸一般由優(yōu)等碳

9、素鋼制成，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度。 4 轉(zhuǎn)軸功能：支撐電樞、換向器，傳遞轉(zhuǎn)矩。1.2.3 直流機(jī)端蓋 端蓋功能：支撐轉(zhuǎn)子、保護(hù)繞組。 端蓋組成：端蓋體、軸承、軸承蓋和固定螺栓。1.2.4 直流機(jī)附件 附件包括：風(fēng)扇、出線(xiàn)盒、連接鍵和銘牌等。1.2.5 直流機(jī)氣隙 氣隙功能：儲(chǔ)存磁能、便于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 小型電機(jī)的氣隙為0.53mm，大型電機(jī)可達(dá)1012mm。 氣隙雖然很小，也不是結(jié)構(gòu)部件，然而，它是主磁路的主要部分，它對(duì)電機(jī)性能有很大影響。由于空氣的磁阻大，氣隙磁壓降占整個(gè)主磁路的80%左右。1.3 直流機(jī)的勵(lì)磁方式1.3.1 他勵(lì)1.3.2 自勵(lì)1.3.1 他勵(lì) 他勵(lì)特征：勵(lì)磁繞組與電樞繞組不相連接。1.3.2 自勵(lì) 自勵(lì)特征：勵(lì)磁繞組與電樞繞組相連。 自勵(lì)的種類(lèi)：按勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方式，分為三種-并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)。1.3.2 續(xù)1短復(fù)勵(lì)：并勵(lì)繞組兩端均接電刷。長(zhǎng)復(fù)