船舶電氣系統全套課程課件一零

第五章直流電機§5—1．直流電機的構造及勵磁方式§5—2．直流電機的基本工作原理§5—3．直流發(fā)電機§5—4．直流電動機學習第五章應該注意的點第五章學習應注意的幾個問題：

1.直流電機由什么組成？換向器的作用是什么？繞組元件中的電量是交流還是直流？

2.電樞電勢和電磁轉矩的表達式是怎樣的？如何運用它們進行分析計算？

3.直流發(fā)電機有什么特性？直流發(fā)電機如何自勵起壓？

4.直流電動機的機械特性有什么特點？為什么直流電動機通常不能直接起動？本章的計算任務主要是：

根據電壓平衡方程和有關特性進行計算。比較難理解的點：

1.直流電機電刷位置；2.直流電機電樞反應去磁作用?！?-1.直流電機的構造及勵磁方式

本節(jié)的主要內容有三部分：構造：

主要點：主要組成及作用，如換相器等。銘牌數據：

參數個數、數據含義。勵磁方式：

種類?；緲嬙欤骸ā⑥D子。電刷、換向器作用：——起機械整流器作用。后續(xù)基本原理中進一步介紹（元件交流，電刷兩端直流）。注意：各部件的作用。一、構造風葉磁極電刷電樞轉子轉軸換向器換向片壓緊環(huán)電樞繞組繞組端部結構細說注：書P.62.圖5-1-1的電機是較大型的電機，其電樞繞組中間開有通風槽。換向器電樞繞組另外一半電樞繞組也構成另外一條支路。不管電樞如何轉動，一條支路中繞組感應的總電勢大小基本不變（微小脈動）。二、主要銘牌數據銘牌數據：——額定容量、電壓、電流、轉速、勵磁（電壓、電流）等?！獣鳳.64。額定容量：都是指輸出。發(fā)電機：電樞繞組輸出的電功率；電動機：轉子軸上輸出的機械功率。

額定勵磁電流：——額定負載時勵磁繞組通過的勵磁電流。通常由勵磁回路串聯的變阻器調節(jié)。

通常還標明勵磁電壓——以備采用與電樞電壓不同等級時參考。

勵磁方式：他勵、并勵、串勵和復勵4種。

復勵：（從磁通疊加效果看）積復勵、差復勵；（從繞組連接情況看）長復勵、短復勵。

積復勵：平復勵、過復勵、欠復勵。直流電動機不能采用差復勵，直流發(fā)電機不能采用串勵。[第一節(jié)要點]：基本結構（電刷、換向器作用）；銘牌數據；勵磁方式。三、勵磁方式§5-2.直流電機的基本工作原理

本節(jié)的主要內容有三部分：基本工作原理：

主要點：注意元件和電刷兩端電量的性質；注意：“電刷”、“換向器”的作用。

電勢和轉矩：

掌握電勢和轉矩的計算公式。P.66.式（5-2-1）、（5-2-2）。電刷位置：

注意分清：“實際空間位置”和“短接元件邊位置”。一、工作原理

電刷A總是與處于正電位的換向片接觸，而電刷B總是與處于負電位的換向片接觸。雖然bc和de感應的電勢是交變的，但電刷AB兩端的電壓卻是直流的。

實際直流電機的換向片較多，電刷和換向器配合起機械整流器的作用。電刷和換向器配合：每個繞組元件內部感應電勢是交流的，但，一對電刷之間電勢等于一個支路中各繞組電勢之和，因此，電刷間的電勢為合成電勢，是一個脈動的直流電勢。二、恒定的電動勢和電磁轉矩

并聯支路圖說明，轉子旋轉后電樞繞組所有元件被兩個電刷所平分為2個支路（1對極），當n或Ia不變，電刷之間串接的繞組電勢或產生電磁轉矩不變（書P.66.公式）。電勢公式：E=Ke?n，式（5-2-1）轉矩公式：T=KT?Ia

，式（5-2-2）

Ke與KT關系是常數：Ke=pN/60a；KT=pN/2πa?！郖e/KT=π/30≈1/9.55。N：總有效導體數，a：并聯支路對數，p：極對數。電刷放置的原則：

為了感應最大電勢或產生最大電磁轉矩，電刷所短接的（換向）元件的兩個邊應處于磁通最弱（幾何中性線）的位置上。電刷的位置：

1.實際位置：磁極的正中（說明不了原理等問題）。

2.示意圖位置：直接放在幾中線的元件上。三、電刷的正確位置展開圖上位置原理圖上位置電刷與磁極的相對位置不變

換向定義：從一條支路換到另一條支路，元件內的電流改變方向。元件必須經過電刷短接后才能進入另一條支路，換向元件中若存在電勢則短接時會產生火花——電磁原因（還有機械、電化學等原因）。

換向火花危害：燒壞換向器、繞組，過熱、引爆引燃。

換向火花克服：（通過磁極尖增、去磁電樞反應的情況說明）：1.換向極；2.移動電刷（與轉向有關，發(fā)電機和電動機正好相反）?！姇鳳.67圖5-2-4，注意：發(fā)電機和電動機的電流與轉向的關系正好相反。

克服火花應移動的方向（助記）：——“順發(fā)、逆動”。[第二節(jié)要點]：原理（AC/DC轉換）；電勢、轉矩計算；電刷位置；換向定義。換向及換向火花§5-3.直流發(fā)電機

本節(jié)的主要內容有四部分：空載特性：掌握空載特性的實質。

自勵起壓過程：

掌握自勵起壓的條件及起壓過程分析。外特性：定義、電壓變化率。轉矩和功率的平衡：注意平衡關系。一、空載特性條件：I=0，n=nN。特性：E=f（If）或U0=f（If）實質：——磁化曲線。與同步發(fā)電機相似，也是電機磁路的磁化曲線。實驗測量時注意：也應該單方向調節(jié)勵磁電流，否則磁滯的影響，將使結果出現偏差。紅色的曲線為空載特性過程：發(fā)電機轉動，依靠剩磁可產生很小的剩磁電壓，如果接線正確，流過勵磁繞組的微小勵磁產生的磁通方向與剩磁磁通方向相同，電樞繞組感應的電勢增強，于是出現正反饋，如果勵磁回路電阻足夠小，正反饋的作用將繼續(xù)下去，直到磁路飽和，電勢穩(wěn)定在一個確定的數值上。條件：1.有剩磁（若無，應可充磁）；

2.接線正確（勵磁與剩磁同向）；

3.場阻線與空載特性有一個確定的交點（勵磁電路電阻適當）。二、自勵起壓三、外特性勵磁方式：他勵、并勵和復勵（前面已講）——P.69圖5-3-3。

外特性與勵磁方式有關，以并勵發(fā)電機為主進行說明，注意“條件”。

關系式——P.69式（5-3-2）。他勵：勵磁電壓不受影響，只有內阻壓降?！炔钶^硬。并勵：∵內阻壓降使端電壓略有下降，勵磁相對減少?！⒁猓弘妷鹤兓实挠嬎愫蛥^(qū)別（P.69）重新解釋：——

直流發(fā)電機不用串勵的原因。轉矩平衡方程：T1=T+T0，——T電磁轉矩，T1輸入轉矩，T0空載轉矩。功率和效率公式：書P.70.式（5-3-6）、（5-3-7）。功率平衡：由轉矩平衡關系及電壓平衡方程得到功率的平衡關系。并由此引出效率的計算公式。[第三節(jié)要點]：空載特性；自勵起壓過程、條件；外特性（各種勵磁對應曲線形狀）。四、轉矩和功率平衡§5-4.直流電動機

本節(jié)的主要內容有三大部分：機械特性：

主要點：轉動原理、影響特性的因素、特性表達式和形狀。轉矩特性：

了解不同勵磁所對應的轉矩特性形狀。起動與反轉：

主要點：起動的特點和方法（注意起動時勵磁的作用）；反轉的方法。直流電動機說明原理：結構上保證在相同極性磁極下，電流方向相同。因此就能產生恒定轉矩。電壓平衡方程式：U=E+Ia（Ra+R）勵磁方式：——并、串、復勵磁，書P.71.圖5-4-1。電流之間的關系與勵磁方式有關：書P.71.圖5-4-1。注意：不用差復勵。轉動原理：電樞通電，在勵磁繞組產生的磁場下，受力起動。電刷和換向器保證每個磁極下導體電流方向始終不變。電磁轉矩：——書P.71.式（5-4-3）與發(fā)電機相同。一、機轉械特性機械諸特性錯方程莫式：利用E0=KeΦn束、T抹=KTΦIa和電壓葡平衡方壩程可得駕：n=艇U/甲KeΦ–頁Ra/KeKTΦ2=否n0-k閣△n。特點：并（他賀）勵特腸性，蘿直線、林硬特性；串勵，算∵空載咱時Φ≈0乘，∴無理想架空載轉墓速，注荒意“飛城車”；作（積）設復勵，傲介于并抽勵和串攀勵之間潑。自然纖機械脫特性慕：又稱為谷“固有鏟機械特僅性”（菊不人為針改變參鋪數）；人工機奸械特性戀：是人為個改變參撕數（弱怪磁、降意壓、串會電阻）吧。二、轉偶矩特性轉矩爬特性莊是指案：電騾磁轉摸矩T和電樞虛電流Ia的關系略曲線，實際就辛是電磁建轉矩的惰計算公酒式。不同的伏勵磁方釘式，轉淚矩特性憶的形狀壞不同。因為起貧動時，糊轉速為士零，電亭樞感應盜的電勢洲為零，袍根據電因壓平衡邊方程，僅起動時楚電樞電捏流Ia=（吉U-耕Ea）/麗Ra=絲式U/板Ra。而∵束電樞刺電阻尖通常虹很小奴，所斯以起境動電蠻流很濤大（島10租～2希0倍組的額弦定電翠流）存。∴充0.犬5kW以上張的直流電燃動機不認能直接心起動，否則Ia、T沖擊很狂大，火賢花很大杰。起動方鴨法：在昌保持最大味勵磁崇電流情況雄下，1.電樞回少路串電腿阻起動萍；2.降壓起亦動。起香動電流充控制在取1.5繩～2.渴0In。注：1若.起動燦時，掏勵磁洋磁場肆通常飛應該瘡最大蠢，才易能減皂少起偵動電垂流，泛并增墻加起武動轉添矩；2.電樞繞詳組串聯偽的起動悄電阻不尿能采用憶滑動變寄阻器，撇應采用旋分段切遷除的變艦阻器（句∵大電尸流）。三、起姻動和反磨轉反轉方法：1.傷改變捐電樞濱電流菠方向要，勵攝磁電糾流方呼向不禿變；2.改變酷勵磁綠電流肺方向幻玉，電贏樞電蓮流方知向不所變。即：單聲獨改變骨電樞繞憲組或單歐獨改變水勵磁繞擠組的接備線（將就兩個接須線端反動接）。注意患：反轉脾時電幼樞電天流更召大，昆應該梯采取章措施桿限流。同時改梯變電樞耍和勵磁翠繞組的圓接線，遭則電樞尼電流和蘭勵磁電緣瑞流的方離向將同子時改變取，電動俱機的電端磁轉矩困的方向侵不變，聞電動機泄的轉速綿也不變鴨。交、讓直流手兩用厚電動致機的工固作原福理就劣是以拘此為獻依據假的。漆交、垂直流脈兩用碌電動女機實鋼際上餡是一當臺直筍流電伴動機政，使族用時唯若電藥源為棄交流巴電，目則轉淋向仍券然不軌會發(fā)迫生變蹄化。[媽第四堅節(jié)要唯點放]到：機順械特緞性（妙各種廈勵磁孫）；驗轉矩避特性題；起竊動、價反轉姐（方衡法）艙。第五章援各偏節(jié)要點各節(jié)要任點：第一役節(jié)：基本結康構（電元刷、換牛向器的憐作用）汗；銘牌她數據；哭勵磁方嬌式。第二節(jié)：原理（AC新/D割C轉換鐵）；匆電勢閣、轉榆矩計笨算；勺電刷附位置之；換播向。第三思節(jié)：空載特區(qū)性；自座勵起壓沙過程、監(jiān)條件；呼外特性釘（各種添勵磁曲躺線）。第四節(jié)：機械特食性（各爭種勵磁乒）；轉綠矩特性纏；起動膊、反轉柳（方法慣）。第五寫章的馳主要形內容主要扁內容百：知霸道直碰流電壤機的目結構然原理況和勵脂磁方沸式；爐掌握尊直流抗電機外電樞零電勢盆和電勁磁轉傷矩的授分析由方法涉；掌痛握直賣流發(fā)篩電機召的特觸性；命掌握況直流屯電動巷機機槍械特燙性；腐能夠列根據緞電壓敲平衡恩方程芳和有礎關特儉性進就行相多應計屠算?！彩瞧鳌坝嬁缢泓c