直流電機電樞繞組簡介

1.1直流電機的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電動機的工作原理與機構(gòu)直流發(fā)電機的工作原理直流電機的名牌數(shù)據(jù)第1頁/共73頁第一頁，共74頁。1.1.1直流電動機工作原理與結(jié)構(gòu)DCMotor,Howitworks_Lan.qlv

把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負極。此時電樞線圈中將電流流過。

直流電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。第2頁/共73頁第二頁，共74頁。當電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時原N極性下導體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S極下導體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。

在磁場作用下，N極性下導體ab受力方向從右向左，S極下導體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。第3頁/共73頁第三頁，共74頁。直流電動機的工作原理示意圖:第4頁/共73頁第四頁，共74頁。

直流電機的主要結(jié)構(gòu)主磁極：產(chǎn)生恒定的、有一定空間分布形狀的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。勵磁繞組用來產(chǎn)生主磁通。鐵心分為極身和極靴。換向磁極：改善換向。容量超過1KW時應安裝。電刷裝置：與換向片配合,完成直流與交流的互換。機座和端蓋：起支撐和固定作用。端蓋上放置轉(zhuǎn)軸。定子(靜止部分)轉(zhuǎn)子(可旋轉(zhuǎn)部分)電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。0.5mm的硅鋼片制成，減小磁滯和渦流損耗。電樞繞組：由帶絕緣的導線繞制而成，是電路部分。換向器：與電刷裝置配合,完成直流與交流的互換轉(zhuǎn)軸軸承第5頁/共73頁第五頁，共74頁。直流電機的主要結(jié)構(gòu)第6頁/共73頁第六頁，共74頁。直流電機的主要結(jié)構(gòu)第7頁/共73頁第七頁，共74頁。1.1.2直流發(fā)電機的工作原理

右圖為直流發(fā)電機的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導磁圓柱體上的線圈，線圈連同導磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。直流發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機械。第8頁/共73頁第八頁，共74頁。當原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)時，線圈abcd將產(chǎn)生感應電動勢。如右圖，由右手定則(拇指指轉(zhuǎn)向)可判斷，導體ab在N極下，a點高電位，b點低電位；導體cd在S極下，c點高電位，d點低電位；電刷A極性為正，電刷B極性為負。Ε=BLV。直流發(fā)電機工作原理第9頁/共73頁第九頁，共74頁。

當原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)后，如右圖。與電刷A接觸的導體總是位于N極下，與電刷B接觸的導體總是位于S極下,電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。

導體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導體cd在N極下，c點低電位，d點高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負。

實際直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對。第10頁/共73頁第十頁，共74頁。額定功率：額定條件下電機所能提供的有功功率（輸出功率）1.1.3直流電機的銘牌數(shù)據(jù)指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機指軸上輸出的機械功率電動機額定功率第11頁/共73頁第十一頁，共74頁。額定電壓UN：在額定工況下，電機出線端的平均電壓發(fā)電機：輸出的額定電壓電動機：輸入的額定電壓額定電流IN：電機在額定電壓下，運行于額定功率時對應的電流第12頁/共73頁第十二頁，共74頁。額定轉(zhuǎn)速nN：電機在額定電壓、額定電流下，運行于額定功率時轉(zhuǎn)速額定勵磁電流IfN：電機在額定電壓、額定電流、額定功率及額定轉(zhuǎn)速時的勵磁電流額定效率：電機在額定運行狀態(tài)下，輸出功率與輸入功率之比第13頁/共73頁第十三頁，共74頁。

此外，電機銘牌上還標有其它數(shù)據(jù)，如出廠日期、出廠編號等。

電機運行時，所有物理量與額定值相同——電機運行于額定狀態(tài)。電機的運行電流小于額定電流——欠載運行；運行電流大于額定電流——過載運行。長期欠載運行將造成電機浪費，而長期過載運行會縮短電機的使用壽命。電機最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機的運行效率、工作性能等比較好。第14頁/共73頁第十四頁，共74頁。思考題在直流電機中，電樞導體中的感應電動勢和由電刷引出的電動勢哪個為交流？哪個為直流？通過直流電機的哪幾個結(jié)構(gòu)部件實現(xiàn)交流和直流的轉(zhuǎn)換？判斷下列情況下電刷兩端電壓的性質(zhì)（1）磁極固定，電刷與電樞同時旋轉(zhuǎn)（2）電樞固定，電刷與磁極同時旋轉(zhuǎn)（3）電樞固定，電刷與磁極以不同速度旋轉(zhuǎn)。1.1直流電機的工作原理與結(jié)構(gòu)第15頁/共73頁第十五頁，共74頁。1.2直流電機的電樞繞組掌握直流電機電樞繞組的基本概念、參數(shù)及其計算了解單疊繞組展開圖的繪制方法掌握單疊繞組的特點了解單波繞組展開圖的繪制方法掌握單波繞組的特點第16頁/共73頁第十六頁，共74頁。1.2.1

電樞繞組基本概念元件（線圈，coil）：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端：每一個元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。第17頁/共73頁第十七頁，共74頁。1.2.1

電樞繞組基本概念極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用τ表示。兩個元件邊是上元件邊和下元件邊。

其中，Zu為轉(zhuǎn)子表面的虛槽數(shù)，一個元件的上層邊和另一個元件的下層邊為一個虛槽數(shù)，若元件數(shù)為S，換向片數(shù)為K，則有Zu=S=K單疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件出線端接到相鄰的兩個換向片上，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。單波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。第18頁/共73頁第十八頁，共74頁。合成節(jié)距：連接同一換向片上的兩個元件對應邊之間的距離。第二節(jié)距：連至同一換向片上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間的距離。單疊繞組單波繞組換向節(jié)距：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。第一節(jié)距y1：一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離。第19頁/共73頁第十九頁，共74頁。1.2.2.單疊繞組展開圖

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：。等于+1時為右行繞組，等于-1時為左行繞組。

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系及主磁極、換向片、電刷間的相對位置關系。第20頁/共73頁第二十頁，共74頁。單疊繞組的展開圖畫法：一、計算極距和繞組各節(jié)距

二、畫元件。實線代表元件上層邊，虛線代表元件下層三、放置主磁極。主磁極要均勻分布。四、放置換向片。五、連接元件與換向片。六、放置電刷。放置在主磁極中心線上。目的是使被端接的元件感應電動勢為零，同時正負電刷間的電動勢最大。第21頁/共73頁第二十一頁，共74頁。例已知一臺直流電機的數(shù)據(jù)為：磁極對數(shù)p=2，Zu=S=K=16，求極距及繞組各節(jié)距,繪制其右行單疊繞組展開圖，。第22頁/共73頁第二十二頁，共74頁。單疊繞組的展開圖第23頁/共73頁第二十三頁，共74頁。根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖:單疊繞組的的特點：1）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a=p。2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應使感應電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。3）電樞電流等于各支路電流之和。第24頁/共73頁第二十四頁，共74頁。１.２.３單波繞組

單波繞組的特點是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等，展開圖如下圖所示。

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，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。展開圖步驟與單疊繞組相同。第25頁/共73頁第二十五頁，共74頁。單波繞組的并聯(lián)支路圖:單波繞組的特點1）同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對數(shù)為1，與磁極對數(shù)無關；2）當元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線，支路電動勢最大；3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；4）電樞電動勢等于支路感應電動勢；5）電樞電流等于兩條支路電流之和。第26頁/共73頁第二十六頁，共74頁。單疊繞組和單波繞組的適用范圍當電機的極對數(shù)、元件數(shù)以及導體截面積相同的情況下，單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多、每個支路里的元件數(shù)少，支路合成感應電動勢較低；單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，所以允許通過的總電樞電流就大，因此單疊繞組適應于低電壓、大電流的直流電機。而對于單波，支路對數(shù)與主磁極對數(shù)無關永遠等于一，每個支路里含的元件數(shù)較多，支路合成感應電動勢較高；由于并聯(lián)支路數(shù)少，在支路電流與單疊繞組支路電流相同的情況下，單波繞組能允許通過的總電樞電流就小，所以單波繞組適合應用于較高電壓、較小電樞電流的直流電機。第27頁/共73頁第二十七頁，共74頁。1.3直流電機的電樞反應直流電機的空載磁場直流電機的負載磁場電樞反應第28頁/共73頁第二十八頁，共74頁。1.3.1直流電機的空載磁場

直流電機工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主磁極磁動勢的影響稱為電樞反應。

右圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖。當勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為，流過電流，每極的勵磁磁動勢為：Ff為磁動勢，單位是安匝。第29頁/共73頁第二十九頁，共74頁。

勵磁繞組里有勵磁電流，其它繞組里無電流的磁場情況，稱為電機的空載運行，此時的磁場稱為空載磁場。直流電機中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。磁力線由N極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁路磁力線不進入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁路第30頁/共73頁第三十頁，共74頁。大部分磁感線的路徑是由N極出來，經(jīng)氣隙進入電樞鐵心的鐵軛到另外的電樞齒，又通過氣隙進入S極，再經(jīng)過定子鐵軛回到原來的N極。這部分磁路通過的磁通稱為主磁通，主磁通所經(jīng)過的磁路稱為主磁路。還有小部分磁感線，它們不進入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或者定子鐵軛形成閉合回路，這部分磁通稱為漏磁通，所經(jīng)過的磁路稱為漏磁路。主磁通產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，只能增加主極磁路的飽和程度。主磁路分為五段：定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙(磁導率為常數(shù))；電樞齒；電樞鐵軛；主磁極和定子鐵軛。第31頁/共73頁第三十一頁，共74頁。

空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當忽略鐵磁材料的磁阻時，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。幾何中性線極靴極身（a）氣隙形狀

磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減?。粯O尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。磁極極靴寬度約為極距的75℅.第32頁/共73頁第三十二頁，共74頁。

空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b)所示。

空載時主磁極磁通的分布情況，如右圖(c)所示。第33頁/共73頁第三十三頁，共74頁。

為了產(chǎn)生感應電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機氣隙中需要有一定量的每極磁通，空載時，氣隙磁通與空載磁動勢或空載勵磁電流的關系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。

為了經(jīng)濟、合理地利用材料，一般直流電機額定運行時，額定磁通設定在圖中A點，即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。三、直流電機的空載磁化特性第34頁/共73頁第三十四頁，共74頁。1.3.2

直流電機負載時的負載磁場與電樞反應

直流電機帶上負載后，電樞繞組中有電流，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)使使得電機的磁場發(fā)生變化。一、電樞磁動勢的分布為了方便，把電機的氣隙圓周展開成直線，把直角坐標系統(tǒng)放在電樞的表面上，橫坐標表示沿氣隙圓周方向的空間距離，用x表示，坐標原點放在電刷所在位置，縱坐標表示氣隙消耗的磁動勢的大小，用F表示，并規(guī)定以磁動勢出電樞、進定子的方向作為磁動勢的正方向；反之，出定子、進電樞的方向為負方向。當元件中流過的電流為ia，元件匝數(shù)為Ny時，元件產(chǎn)生的磁動勢為Nyia

，若忽略電樞鐵磁阻則全部磁動勢均消耗在氣隙里，每段氣隙消耗的磁動勢為1/2Nyia

。第35頁/共73頁第三十五頁，共74頁。第36頁/共73頁第三十六頁，共74頁。主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線兩條曲線逐點疊加后得到負載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線第37頁/共73頁第三十七頁，共74頁。電刷在幾何中性線時的電樞反應的特點：1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變

電機中N極與S極的分界線稱為物理中性線。在物理中性線處，磁場為零。空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應的影響，氣隙磁場發(fā)生畸變，物理中性線發(fā)生偏移第38頁/共73頁第三十八頁，共74頁。課堂討論根據(jù)直流電機的磁化特性曲線，討論電樞反應使每極下的氣隙磁通發(fā)生怎樣的變化

2)、對主磁場的作用第39頁/共73頁第三十九頁，共74頁。原因電機正常運行于磁化曲線的膝部，因此，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，從而使實際的合成磁場曲線比不飽和時要低，與不飽和相比，增加的磁通少些；主磁極的去磁部分因磁通密度減小使飽和程度降低，與不飽和時相比減少的磁通要大些，由于磁阻變化的非線性，磁阻的減小要比磁阻的增加要大些，增加的磁通就會小于減少的磁通，因此負載時每極磁通比空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為交軸去磁性質(zhì)(由于磁路飽和引起又稱為附加的去磁作用)。

結(jié)論電樞反應對主磁場起去磁作用第40頁/共73頁第四十頁，共74頁。1.4直流電動機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電動機的電樞電動勢直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩直流電動機的電磁功率第41頁/共73頁第四十一頁，共74頁。1.4.1

直流電機的電樞電動勢產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時,主磁場在電樞繞組中感應的電動勢簡稱為電樞電動勢。大小:性質(zhì):發(fā)電機——電源電勢(與電樞電流同方向);

電動機——反電勢(與電樞電流反方向).)(電動勢常數(shù)為電機的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中可見,直流電機的感應電動勢與電機結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關。第42頁/共73頁第四十二頁，共74頁。1.4.2直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時,在磁場內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。大小:性質(zhì):發(fā)電機——制動(與轉(zhuǎn)速方向相反)；電動機——驅(qū)動(與轉(zhuǎn)速方向相同)。可見，制造好的直流電機其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比為電機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中第43頁/共73頁第四十三頁，共74頁。1.4.3直流電機的電磁功率電磁功率:電磁轉(zhuǎn)矩與機械角速度的乘積。發(fā)電機——電功率轉(zhuǎn)換成機械功率的功率電動機——電功率轉(zhuǎn)換成機械功率的功率上式說明了機械和電氣兩個方面的電磁功率表達式，很好的表明了電磁功率為機電能量相互轉(zhuǎn)換功率的關系第44頁/共73頁第四十四頁，共74頁。課堂討論直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩是怎樣產(chǎn)生的？各與哪些因素有關？第45頁/共73頁第四十五頁，共74頁。1.5.1換向概述1.5直流電機的換向

為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。

直流電機的某一個元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時,元件里的電流方向改變，即換向。

電樞移到電刷與換向片2接觸時，元件1的被短路，電流被分流。

電刷與換向片1接觸時，元件1中的電流方向如圖所示，大小為。

電刷僅與換向片2接觸時，元件1中的電流方向如圖所示，大小為元件112第46頁/共73頁第四十六頁，共74頁。

換向問題很復雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。

產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學和電熱學等現(xiàn)象。

元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間，稱為換向周期。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機在運行中，電樞繞組每個元件在經(jīng)過電刷時都要經(jīng)歷換向過程。第47頁/共73頁第四十七頁，共74頁。1.5.2換向的電磁理論換向元件中的電動勢：自感電動勢

和互感電動勢：換向元件（線圈）在多個元件同時換向過程中電流改變而產(chǎn)生的。自感電動勢和互感電動勢合稱為電抗電動勢。切割電動勢：在幾何中性線處，由于電樞反應在存在，電樞反應磁密不為零，在換向元件中感應切割電動勢。換向元件中的合成電動勢為：

根據(jù)楞次定律，自感電動勢、互感電動勢和切割電動勢總是阻礙換向的。換向電動勢：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場中感應的電動勢。換向電動勢是幫助換向的。第48頁/共73頁第四十八頁，共74頁。換向元件中的電流：

設兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是和，元件自身的電阻為,流過的電流為,元件與換向片間的連線電阻為,元件在換向時的回路方程：

忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設電刷與換向片的接觸總電阻為，則可推導出換向元件中的電流變化規(guī)律為第49頁/共73頁第四十九頁，共74頁。一、直線換向當時換向元件電流隨時間線性變化。當時換向元件電流隨時間不是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。二、延遲換向當時換向元件電流隨時間再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。三、超越換向直線換向延遲換向超越換向第50頁/共73頁第五十頁，共74頁。1.5.3改善換向的方法選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻裝設換向磁極位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，在換向元件處產(chǎn)生換向磁動勢抵消電樞反應磁動勢換向極極性的確定原則是使換向極磁場方向與電樞磁場方向相反。大型直流電機在主磁極極靴內(nèi)安裝補償繞組.補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動勢抵消電樞反應磁動勢，避免還火。第51頁/共73頁第五十一頁，共74頁。1.6直流發(fā)電機直流發(fā)電機的勵磁方式直流發(fā)電機的基本方程式直流發(fā)電機的運行特性并勵直流發(fā)電機自勵建立穩(wěn)定電壓的條件時間：2課時第52頁/共73頁第五十二頁，共74頁。1.6.1直流發(fā)電機的勵磁方式

供給勵磁繞組電流的方式稱為勵磁方式。分為他勵和自勵兩大類，自勵方式又分并勵、串勵和復勵三種方式。1、他勵：直流電機的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。

他勵直流發(fā)電機的電樞電流和負載電流相同，即：第53頁/共73頁第五十三頁，共74頁。2、并勵：發(fā)電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足3、串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足第54頁/共73頁第五十四頁，共74頁。4、復勵：

并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。第55頁/共73頁第五十五頁，共74頁。1.6.2直流發(fā)電機的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向，稱為發(fā)電機慣例。一.電動勢平衡方程從方程式可見，直流發(fā)電機滿足二.轉(zhuǎn)矩平衡方程發(fā)電機軸上有三個轉(zhuǎn)矩：原動機輸入給的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩和機械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩平衡方程為：電刷與換向器表面的接觸壓降一般為常數(shù)，也歸入電樞回路電阻中，用總電阻表示。第56頁/共73頁第五十六頁，共74頁。三.功率平衡方程原動機輸入給發(fā)電機的機械功率

電磁功率機械摩擦損耗、鐵損耗、附加損耗

空載損耗包括：Pcua為電樞回路電阻及電刷與換向器表面接觸電阻上的銅損耗輸出的電功率自勵發(fā)電機中還應減去勵磁損耗第57頁/共73頁第五十七頁，共74頁。課堂練習一臺并勵直流發(fā)電機，額定功率PN=20KW，額定電壓UN=230V，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min,電樞回路總電阻Ra=0.16歐姆，勵磁回路總電阻Rf=75歐姆，機械損耗Pmec=700W,鐵損耗PFE=300W,附加損耗Pad=200W,求：額定負載情況下的電樞繞組銅耗，勵磁銅耗，電磁功率，總損耗，輸入功率及效率。第58頁/共73頁第五十八頁，共74頁。1.6.3他勵發(fā)電機的運行特性一、空載特性定義:當、時，

直流發(fā)電機的空載特性是非線性的的，上升與下降的過程是不相同的。實際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線?？蛰d時空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線空載特性實質(zhì)上就是。所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。第59頁/共73頁第五十九頁，共74頁。二、外特性定義(他勵)：當、時，

由曲線可見，負載電流增大時，端電壓有所下降。他勵并勵

根據(jù)可知端電壓下降有兩個原因：(一)在勵磁電流一定情況下，負載電流增大，電樞反應的去磁作用使每極磁通量減少，使電動勢減少；(二)電樞回路上的電阻壓降隨負載電流增大而增加，使端電壓下降。為什么低?第60頁/共73頁第六十頁，共74頁。三、調(diào)節(jié)特性定義：當、時，

由曲線可見，在負載電流變化時，若保持端電壓不變，必須改變勵磁電流，補償電樞反應及電樞回路電阻壓降對對輸出端電壓的影響.第61頁/共73頁第六十一頁，共74頁。1.6.4

并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性

并勵發(fā)電機的勵磁是由發(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)電機建立電壓的過程稱為自勵過程，滿足建壓的條件稱為自勵條件。第62頁/共73頁第六十二頁，共74頁。一、自勵條件

曲線1為空載特性曲線,曲線2為勵磁回路總電阻特性曲線，也稱場阻線。

原動機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應電動勢。在電動勢作用下勵磁回路產(chǎn)生。增大,場阻線變?yōu)榍€3時，稱為臨界電阻。若再增加勵磁回路電阻，發(fā)電機將不能自勵。

如果勵磁繞組和電樞繞組連接正確，勵磁電流產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動勢增大，增加。如此不斷增長，直到勵磁繞組兩端的電壓與相等，達到穩(wěn)定的平衡工作點A。第63頁/共73頁第六十三頁，共74頁?？梢?，并勵直流發(fā)電機的自勵條件有：二、空載特性

并勵發(fā)電機的空載特性與一般電機的空載特性一樣，也是磁化曲線。由于勵磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線只在第一象限。（1）電機的主磁路有剩磁（3）勵磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵磁繞組極性要正確思考題電機正轉(zhuǎn)能自勵,反轉(zhuǎn)能自勵嗎?第64頁/共73頁第六十四頁，共74頁。三、外特性四、調(diào)節(jié)特性

并勵發(fā)電機的電樞電流，比起他勵發(fā)電機僅僅多了一個勵磁電流，所以調(diào)節(jié)特性與他勵發(fā)電機的相差不大。

對并勵發(fā)電機，除了像他勵發(fā)電機存在的電樞反應去磁作用和電樞回路上的電阻壓降使端電壓下降外，還有第三個原因：由于上述兩個原因使端電壓下降，引起勵磁電流減小，端電壓進一步下降。并勵發(fā)電機的外特性與他勵發(fā)電機相似，也是一條下降曲線。第65頁/共73頁第六十五頁，共74頁。1.7直流電動機直流電機的可逆原理他勵直流電動機的基本方程式他勵直流電動機的工作特性第66頁/共73頁第六十六頁，共74頁。1.7.1直流電機的可逆原理以他勵電機為例說明可逆原理：把一臺他勵直流發(fā)電機并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運行保持電源電壓不變。

一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行