電機(jī)與變壓器 課件全套 模塊1-4 直流電機(jī)、變壓器、交流電機(jī)、特種電機(jī)

模塊一

直流電機(jī)

模塊一

直流電機(jī)任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)任務(wù)6推導(dǎo)直流發(fā)電機(jī)基本方程式實訓(xùn)1直流電動機(jī)的拆裝實訓(xùn)2

驗證直流電動機(jī)的起動、調(diào)速與制動知識目標(biāo)：1.

學(xué)習(xí)直流電動機(jī)的基本工作原理、結(jié)構(gòu)、電樞反應(yīng)、基本參數(shù)及特性分析。2.學(xué)習(xí)直流電動機(jī)的運(yùn)行。3.了解直流發(fā)電機(jī)的工作原理、基本參數(shù)技能目標(biāo)：1.直流電動機(jī)的銘牌識別。2.直流電動機(jī)的拆裝。3.驗證直流電動機(jī)的起動、調(diào)速與制動。模塊一任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)知識導(dǎo)入

如圖所示為直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖，請同學(xué)們觀察其組成部分。

通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，了解直流電動機(jī)的組成及各部分的作用；掌握直流電動機(jī)是如何實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的；分析電樞反應(yīng)是導(dǎo)致直流電動機(jī)帶負(fù)載能力下降的主要原因之一。

模塊一相關(guān)知識

一、直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)及各部分作用

直流電動機(jī)主要由靜止的定子、可以轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子及定轉(zhuǎn)子之間的氣隙等組成，其外形如圖1-3所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。模塊一任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)圖1-3直流電動機(jī)外形圖圖1-4直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)1-軸承2-軸3-電樞繞組4-換向極繞組5-電樞鐵心6-后端蓋7-刷桿座8-換向器9-電刷10-主磁極11-機(jī)座12-勵磁繞組13-風(fēng)扇14-前端蓋任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)1.定子部分

它主要包括機(jī)座、主磁極、換向磁極、端蓋和電刷裝置等。直流電動機(jī)定子主要作用是產(chǎn)生主磁場和支撐電動機(jī)。（1）機(jī)座

機(jī)座一般用導(dǎo)磁性能較好的鑄鋼件或鋼板焊接成，也可直接用無縫鋼管加工而成。機(jī)座有兩方面的作用：一方面用來固定主磁極、換向磁極和端蓋等，另一方面作為電機(jī)磁路的一部分稱為磁軛。模塊一圖3-1彩燈亮燈方式任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)（2）主磁極

它由主磁極鐵心和主磁極勵磁繞組組成，主磁極總是成對出現(xiàn)的，并按N極S和極交替排列，如圖1-5所示。主磁極鐵心為電動機(jī)磁路的一部分，一般采用1～1.5mm厚的低碳鋼板沖制后疊裝制成，用鉚釘鉚緊成為一個整體，目的是為了減少渦流損耗。主磁極的作用是用來產(chǎn)生電動機(jī)工作的主磁場。模塊一圖1-5主磁極的結(jié)構(gòu)1-主磁極2-勵磁繞組3-機(jī)座任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

目前，直流電動機(jī)的直流電源常采用晶閘管整流電源，晶閘管整流電源一般是通過單相或三相交流電整流獲得，它輸出的電壓、電流并不是純直流，還含有一定的交流諧波，為了減少交流諧波在主磁極和機(jī)座中造成的渦流損耗，常采用表面有絕緣層的厚0.5mm的硅鋼片制作主磁極和定子磁軛。（3）換向磁極

它裝在兩個主磁極之間，又稱為附加磁極。它由換向極鐵心和換向磁極繞組組成。換向極鐵心常用整塊鋼或鋼板制成。功率較大的電動機(jī)，為了能更好地改善電動機(jī)的換向，換向磁極鐵心也采用硅鋼片疊片結(jié)構(gòu)（防止直流電中含有的交流諧波在鐵心中產(chǎn)生磁滯和渦流損耗）。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

換向磁極繞組和主磁極繞組一起制作，套裝在換向磁極鐵心上，最后固定在機(jī)座上。換向極繞組應(yīng)當(dāng)與電樞繞組串聯(lián)，而且極性不能接反，它的匝數(shù)少、導(dǎo)線粗。小型直流電動機(jī)換向不困難，一般不用換向極。

換向極的作用是產(chǎn)生換向磁場，用以改善電機(jī)的換向性能，減小電樞反應(yīng)。

（4）端蓋

機(jī)座兩側(cè)各有一個端蓋。端蓋的中心裝有軸承，中小型電動機(jī)一般用滾動軸承，大型電動機(jī)用滑動軸承，且通常由座或軸承座直接支撐在底板上。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

（5）電刷裝置

電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、刷桿座和壓力彈簧等組成。電刷一般是用石墨粉壓制而成的導(dǎo)電塊。電刷放置在刷盒內(nèi)，用壓力彈簧將它壓緊在換向器上，刷握用螺釘夾緊在刷桿上，通過銅絞線把電流從電刷引到刷桿上，再將導(dǎo)線接到接線盒中的端子上。彈簧壓力可以調(diào)節(jié)，以保證電刷與換向器表面接觸良好。電刷與刷握的配合應(yīng)良好，防止過緊與太松。一般電刷組數(shù)目等于主極數(shù)，各電刷組經(jīng)刷桿支臂裝在一個可以調(diào)整位置的座圈上。轉(zhuǎn)動座圈時，即可調(diào)整電刷桿在換向器表面上的相對位置。

電刷裝置的作用一方面是使電樞繞組與外電路相接，作為電流的通路；另一方面是與換向器配合，起整流作用。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一2.電樞（轉(zhuǎn)子）部分

電樞主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇和轉(zhuǎn)軸等組成，如圖1-6a所示。電樞的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、電流、電磁轉(zhuǎn)矩，是直流電動機(jī)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐。a）b）

圖1-6直流電動機(jī)電樞結(jié)構(gòu)

（a）電樞整體結(jié)構(gòu)

（b）鐵心沖片

任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

（1）電樞鐵心

電樞鐵心是直流電動機(jī)主磁路的一部分，在鐵心槽中嵌放電樞繞組。鐵心通常用0.35～0.5mm厚涂絕緣漆的圓形低硅硅鋼片或冷軋硅鋼片疊壓而成，以減小損耗（當(dāng)轉(zhuǎn)子在主磁場旋轉(zhuǎn)時，鐵心中磁通方向是不斷變化的，鐵心將產(chǎn)生渦流及磁滯損耗）。

圖1-6b所示的是鐵心沖片，鐵心外圓周上均勻地分布著槽，用以嵌放電樞繞組。軸向有軸孔和通風(fēng)孔，以形成軸向風(fēng)路。對較大功率的電動機(jī)，為加強(qiáng)冷卻，常把電樞沿軸向分成若干段，各段間留出10mm左右的間隙，稱為徑向通風(fēng)溝。這些電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，可形成徑向風(fēng)路，降低繞組及鐵心的溫升。

電樞鐵心的作用是通過磁通和電樞繞組來實現(xiàn)的。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

（2）電樞繞組

電樞繞組是直流電動機(jī)電路的主要組成部分，是電動機(jī)中重要的部件,如圖1-7所示。它由許多形狀完全相同的繞組元件按一定的規(guī)律聯(lián)接到相應(yīng)換向片上。

繞組元件是由一匝或多匝導(dǎo)線繞制成的、兩端分別與兩片換向片相連的線圈，是構(gòu)成電樞繞組的基本單元。繞組導(dǎo)線截面積取決于其通過電流的大小，小型電機(jī)常用帶絕緣漆的圓導(dǎo)線，較大功率的電機(jī)，一般用矩形截面的導(dǎo)線。

它的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和通過電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一圖1-8

換向器結(jié)構(gòu)圖1-換向片2-連接部分

圖1-7電樞繞組示意圖任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

（3）換向器

換向器是直流電動機(jī)中最重要部件之一，它由許多上寬下窄的冷拉梯形銅排疊成圓筒形，片間用0.16～0.6mm的云母作為絕緣，如圖1-8所示。

將換向器疊成圓筒形，以便于電刷接觸良好，常用鋼質(zhì)套筒或塑料緊固。常見有拱形塑料緊圈式和綁環(huán)式換向器。其直徑一般為電樞直徑的0.65～0.9倍，由較多的換向片組成，因換向器外徑小于電樞外徑，故換向器尾端有一升高部分（稱升高片），電樞繞組首、尾端即接至升高片上。

大中型電動機(jī)常用套筒式的拱形換向器，片間以云母片作為絕緣層，下部為燕尾形，利用換向器套筒、V形壓圈及螺旋壓圈將換向片極云母片緊固成一個整體。小型電動機(jī)多用云母板作為絕緣層，并將銅片熱壓在塑料基體上，制成一個整體。

換向器的作用是將電樞中的交流電動勢和電流，轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動勢和電流，從而保證所有導(dǎo)體上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向一致。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

（4）風(fēng)扇

風(fēng)扇為自冷式電動機(jī)中冷卻氣流的主要來源，它的作用是用來降低運(yùn)行中電機(jī)的溫升。

（5）轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸是電樞主要支撐件，一般用合金鋼鍛壓加工而成,目的就是保證電動機(jī)能可靠地運(yùn)行,它的作用是用來傳遞轉(zhuǎn)矩。

換向器的作用：對電動機(jī)來講是將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組內(nèi)的交變電流，從而保證所有導(dǎo)體上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向一致；對發(fā)電機(jī)來講是將電樞繞組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動勢。

（6）支架

支架是大中型電動機(jī)電樞或轉(zhuǎn)子組件的支撐件，有利于通風(fēng)和減輕質(zhì)量。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

二、直流電動機(jī)的工作原理

直流電動機(jī)是通電導(dǎo)體在磁場當(dāng)中受力而運(yùn)動的。圖1-9所示為直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)模型。a)b)圖1-9直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)模型A接換向片1b)A接換向片2模塊一

圖1-9中，N極和S極是固定不變的主磁極，線圈abcd是一個裝在可以轉(zhuǎn)動的圓柱體上的線圈，把線圈的兩端分別接到兩個半圓換向片(合稱為換向器)上。圓柱體、線圈和兩個換向片可以一齊轉(zhuǎn)動，這個可以轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子稱轉(zhuǎn)子電樞（簡稱為電樞）。換向片上放著兩個固定不動的電刷A和B。通過電刷A、B把外部靜止的電源正、負(fù)極與旋轉(zhuǎn)著的電路相連接。

圖1-9a所示瞬間，直流電流從電源的正極通過電刷A，換向片

、線圈邊ab和cd，最后經(jīng)換向片2及電刷B回到電源的負(fù)極。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

由于換向器的作用，電樞轉(zhuǎn)動以后，導(dǎo)體ab和cd在磁場中交換位置，如圖1-9b所示，使與它們相連的電刷也同時改變，這樣進(jìn)入N極的導(dǎo)體的電流方向總是流入的，進(jìn)入S極的導(dǎo)體的電流方向總是流出的（即流入或流出同一磁極下導(dǎo)體的電流方向不變），電動機(jī)電樞將沿著逆時針方向一直轉(zhuǎn)動下去。

【工作原理簡述】：直流電動機(jī)在外加電壓的作用下，在導(dǎo)體中形成電流，載流導(dǎo)體在磁場中將受電磁力的作用，由于換向器的換向作用，導(dǎo)體進(jìn)入異性磁極時，導(dǎo)體中的電流方向也相應(yīng)改變，從而保證了電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，使直流電動機(jī)能連續(xù)旋轉(zhuǎn)，把直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

三、直流電動機(jī)的分類及特點(diǎn)

直流電動機(jī)的性能各異，種類很多，一般按照電動機(jī)勵磁方式、結(jié)構(gòu)和工作原理、用途等進(jìn)行分類。1.按勵磁方式分類

勵磁方式是指電動機(jī)主磁場的建立方式。直流電動機(jī)的主磁場有永久磁鐵式主磁場和勵磁繞組通入直流電后產(chǎn)生的主磁場兩種（也稱電磁場）。電磁場根據(jù)勵磁方式不同，電動機(jī)的輸出特性也是不同的，適應(yīng)的場合也是不同的。

按主磁極勵磁繞組與電樞繞組的不同接線方式，直流電動機(jī)可以分為自勵式和他勵式。自勵式包括并勵、串勵、復(fù)勵等，復(fù)勵又可分為積復(fù)勵和差復(fù)勵，見表1-1。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一表1-1直流電動機(jī)按勵磁方式分類名稱電動機(jī)繞組接線圖特點(diǎn)他勵直流電動機(jī)勵磁繞組與電樞繞組無連接關(guān)系，二者的電源是相對獨(dú)立的自勵直流電動機(jī)并勵串勵1.磁繞組和電樞繞組串聯(lián)后，接到同一電源上，根據(jù)串聯(lián)電路的特性，勵磁電流就是電樞電流2.勵磁繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線的截面直徑大，根據(jù)電阻定律可知，其電阻值小，則其兩端分得的電壓小積復(fù)勵1.勵磁繞組分為兩個繞組，一組與電樞繞組串聯(lián)，一組與電樞繞組并聯(lián)2.如果兩個繞組所產(chǎn)生的磁通方向相一致，則稱為積復(fù)勵；如果兩個繞組所產(chǎn)生的磁通方向相反，則稱為差復(fù)勵任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一2.按結(jié)構(gòu)和工作原理分類見表1-2。表1-2直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)和工作原理分類分類形式種類外觀圖無刷直流電動機(jī)一有刷直流電動機(jī)永磁式有刷直流電動機(jī)電磁式任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一3.按用途分類

見表1-3。表1-3直流電動機(jī)按用途分類序號名

稱主要用途型號代號意義1直流電動機(jī)基本系列，一般工業(yè)應(yīng)用Z直流2直流測流機(jī)測定原動機(jī)效率和輸出功率CZ測流直流3起重冶金直流電動機(jī)冶金輔助傳動機(jī)械ZZJ冶金直流4直流牽引電動機(jī)電力傳動機(jī)車、工礦電動機(jī)車和蓄電池ZQ牽引直流5船用直流電動機(jī)船舶上各種輔助機(jī)械Z-H船用直流6精密機(jī)床用直流電動機(jī)磨床、坐標(biāo)捶床等精美機(jī)床ZJ精密直流7汽車起動機(jī)汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等ST起動直流8挖掘機(jī)用直流電動機(jī)冶金礦山挖掘機(jī)ZKJ挖掘直流9龍門刨直流電動機(jī)龍門刨床ZU刨床類直流10無槽直流電動機(jī)快速動作伺服系統(tǒng)ZW直流無槽11防爆增安型直流電動機(jī)礦井和有易燃?xì)怏w場所ZA防爆直流12力矩直流電動機(jī)作為速度和位置伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件ZLJ直流力矩任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

四、直流電動機(jī)的電樞反應(yīng)

當(dāng)電樞繞組中沒有電流通過時，由磁極所形成的磁場稱為主磁場，近似按正弦規(guī)律分布，如圖1-10所示。

當(dāng)電樞繞組中有電流通過時，繞組本身產(chǎn)生一個磁場，稱為電樞磁場。當(dāng)有負(fù)載時，電動機(jī)在定子與電樞的氣隙間會產(chǎn)生一個磁場，稱為合成磁場。電樞磁動勢對主磁極磁動勢的影響稱為電樞反應(yīng)，電樞磁場對主磁場的作用將使主磁場發(fā)生畸變。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

幾何中性線

、物理中性線

：

幾何中性線

指通過電樞中心的異性主磁極之間的平分線，如圖1-10所示。

物理中性線

指通過電樞軸中心并與電樞鐵心的磁力線相垂直的直線,如圖1-10所示。圖1-10直流電動機(jī)空載時磁場分布1-極靴2-機(jī)身3-定子磁軛4-勵磁線圈5-氣隙6-電樞齒7-電樞磁軛任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

在電樞電流等于零時，主極磁場的這兩條中性線是重合的。1.直流電動機(jī)的空載磁場（主磁場）

直流電動機(jī)空載時，電樞電流近似等于零，空載磁場可認(rèn)為是勵磁電流通過勵磁繞組產(chǎn)生的勵磁磁通建立的。該磁場的特性在很大程度上決定了直流電動機(jī)的運(yùn)行特性。如圖1-11a所示。2.直流電動機(jī)的電樞磁場

當(dāng)電樞繞組中有電流流過時，產(chǎn)生電樞磁場。電樞電流的方向以電刷為界限。只要電樞固定不動，電樞磁場就不動，如圖1-11b所示。3.合成磁場

當(dāng)帶負(fù)載時，電動機(jī)內(nèi)的磁場是由主磁場和電樞磁場的合成，如圖1-11c所示。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一圖1-11直流電動機(jī)的電樞反應(yīng)示意圖a)主磁極磁場b)電樞磁場分布圖c)合成磁場分布圖任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一4.電樞反應(yīng)

電樞反應(yīng)涉及兩個磁場，即主磁場和電樞磁場，正是這兩個磁場的作用才使電能與機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)化。假定電樞逆時針轉(zhuǎn)動，主極磁場和電樞磁場疊加后的合成磁場如圖1-11c所示，在主磁極的右側(cè)(即電樞旋轉(zhuǎn)時進(jìn)入的一端)，主極磁場和電樞磁場方向相同，磁通增加；而在主磁極的左側(cè)，主極磁場和電樞磁場方向相反，磁通減少。因此，電樞反應(yīng)使合成磁場的物理中性線逆著電樞轉(zhuǎn)動方向移過β

。同樣

，β

的大小決定于電樞電流的大小，電樞電流越大，電樞磁場越強(qiáng)，β

就越大，合成磁場就扭曲得越厲害。模塊一5.電樞反應(yīng)對直流電動機(jī)工作的影響

（1）純電阻性負(fù)載時的電樞反應(yīng)

電樞磁場的電動勢與電流相位相同，電樞磁場使主磁場發(fā)生畸變，一半加強(qiáng)，一半削弱。

（2）純電感性負(fù)載時的電樞反應(yīng)

電樞磁場的電動勢超前電流

，電樞磁場產(chǎn)生的電動勢與主磁場產(chǎn)生的電動勢方向相反，因此削弱了主磁場電動勢，這就是為什么三相電路中含有電感性元件時電壓下降的原因。

（3）純電容性負(fù)載時的電樞反應(yīng)

電樞磁場的電動勢滯后電流

，因電樞磁場與主磁場成

，電樞磁場產(chǎn)生的電動勢與主磁場產(chǎn)生的電動勢方向相同，因此加強(qiáng)了主磁場電動勢，這就是為什么三相電路中含有電容性元件時端電壓上升的原因。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

總之，電樞反應(yīng)對直流電動機(jī)的工作影響很大，使磁極半邊的磁場加強(qiáng)，另半邊的磁場減弱。負(fù)載越大，電樞反應(yīng)引起的磁場畸變越強(qiáng)烈，其結(jié)果將破壞電樞繞組元件的正常換向，易引起火花，使電機(jī)工作條件惡化。同時電樞反應(yīng)將使極靴尖處磁通密集，造成換向片間的最大電壓過高，也易引起火花甚至造成電機(jī)環(huán)火。電樞反應(yīng)嚴(yán)重時，會損壞電動機(jī)的電刷、換向器和電樞繞組。任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)任務(wù)1認(rèn)識直流電動機(jī)模塊一

在20世紀(jì)80年代以前，直流電動機(jī)雖然應(yīng)用較為廣泛，但由于制造工藝復(fù)雜、消耗有色金屬較多、生產(chǎn)成本高、運(yùn)行可靠性較差、維護(hù)比較困難等缺點(diǎn)，所以制約了它的市場需求和今后發(fā)展。由于直流電動機(jī)具有良好的起動和調(diào)速性能，常應(yīng)用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大和調(diào)速范圍較寬的場合，如大型可逆式軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、賓館高速電梯、龍門刨床、電力機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車、城市電車、地鐵列車、電動自行車、造紙和印刷機(jī)械、船舶機(jī)械、大型精密機(jī)床和大型起重機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械中。新開發(fā)生產(chǎn)的一種釹鐵硼永磁同步電動機(jī)，如圖1-11所示，其結(jié)構(gòu)是將轉(zhuǎn)子上的磁體切向安置，轉(zhuǎn)子的直軸對稱地設(shè)置空槽，從而既保持轉(zhuǎn)子的機(jī)械完整性，又可有效地降低電樞反應(yīng)。圖1-11釹鐵硼永磁電動機(jī)任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一任務(wù)分析

通過對本任務(wù)的學(xué)習(xí)，了解直流電動機(jī)的基本參數(shù)，它關(guān)系到直流電動機(jī)的運(yùn)行損耗和效率。其中電磁轉(zhuǎn)矩與電磁功率是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一

相關(guān)知識任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一

任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)

其中

。

我們稱之為電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)。電樞電動勢在電動機(jī)運(yùn)行時，電動勢與電流方向相反，稱為反電動勢。模塊一

二、直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電磁功率

當(dāng)電流流過電樞繞組時，載流導(dǎo)體在氣隙磁場中將受到電磁力的作用，電樞全部導(dǎo)體受到的電磁力與電樞半徑的乘積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一

任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一

任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一

任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一

三、直流電動機(jī)的平衡方程式及應(yīng)用1.功率平衡方程式

（1）輸入功率、電磁功率和銅損耗

直流電動機(jī)從電源吸取的電功率稱為輸入功率

；將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的功率為電磁功率

；由于直流電動機(jī)的電樞繞組、電刷、電刷與換向器的接觸處等存在的電阻，統(tǒng)稱為的是電阻

，電樞電流流過時，就會發(fā)熱，產(chǎn)生損耗，稱為銅損耗，簡稱銅耗

。當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生變化時，銅耗也會跟著發(fā)生變化，因此，又被稱為可變損耗。即：(1-8)任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一

（2）機(jī)械損耗、鐵損耗、空載損耗和輸出功率

機(jī)械損耗是指產(chǎn)生于電刷與換向器之間，旋轉(zhuǎn)部分與空氣的摩擦，軸承、風(fēng)扇等處，用

表示。鐵損耗是指在電樞鐵心中存在的磁滯損耗和渦流損耗，用

表示?？蛰d損耗是指直流電動機(jī)通電后，在不帶負(fù)載的情況下，仍然存在的機(jī)械損耗和鐵損耗。因為空載損耗和負(fù)載無關(guān)，因此又被稱為不變損耗，用

表示。即

=+(1-9)電磁功率和輸出功率的關(guān)系：P=P2+=P2++(1-10)直流電動機(jī)通電后的功率平衡方程式為：P1=P+=P2++(1-11)直流電動機(jī)的效率

為：

η=×100%=×100%(1-12)任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一2.電壓平衡方程式因為P1=UIP=EaIa=Ia2Ra式（1-8）可以改為：UIa=EaIa+Ia2Ra經(jīng)整理得：U=Ea+IaRa(1-13)

這就是直流電動機(jī)的電壓平衡方程式。電樞繞組通以電流后，在氣隙磁場中切割主磁場的磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢Ea

，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電動勢的方向是與電樞電流的方向相反，故被稱為反電動勢。電源必須克服反電動勢做功，達(dá)到電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的目的。

任務(wù)2分析直流電動機(jī)基本參數(shù)模塊一3.轉(zhuǎn)矩平衡方程式

式（1-10）除以電動機(jī)的角速度ω得T=T2+T0(1-14)式中T——電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，（N·m）；T2——電動機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，（N·m）；T0——電動機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩，（N·m）。式（1-14）為電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式。由T2=,聯(lián)立可得到：

(1-15)任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一

任務(wù)分析

電動機(jī)的機(jī)械特性對分析電力拖動系統(tǒng)的起動、調(diào)速、制動等運(yùn)行性能是十分重要的，通過對本任務(wù)的學(xué)習(xí)，掌握當(dāng)直流電動機(jī)所帶負(fù)載發(fā)生變化時，其轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。人為機(jī)械特性的分析是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一

任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一

任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一

任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一圖1-13

他勵直流電動機(jī)自然機(jī)械特性

圖1-14

他勵直流電動機(jī)的電路

任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一

任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一

圖1-15電樞回路串接電阻的人為機(jī)械特性

任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性

模塊一圖1-16

改變電樞電壓的人為機(jī)械特性

圖1-17

減少氣隙磁通量的人為機(jī)械特性任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一

任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一

任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一

在磁極未飽和的條件下，串勵電動機(jī)的機(jī)械特性為圖1-19所示的曲線。圖1-18

串勵直流電動機(jī)的接線圖

圖1-19

串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性曲線任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一1.串勵直流電動機(jī)具有以下特性:1）機(jī)械特性曲線是一條非線性的曲線，機(jī)械特性為軟特性。隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增大（減小），轉(zhuǎn)速自動減小（增大），保持功率基本不變，即有很好牽引性能，廣泛用于機(jī)車類負(fù)載的牽引動力。2）理想空載轉(zhuǎn)速為無窮大，實際上由于有剩磁磁通存在，n0

一般可達(dá)（5-6）nN

，空載運(yùn)行會出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象。因此，串勵電動機(jī)是不允許空載或輕載運(yùn)行或用皮帶傳動的。3）由于U與Ia

的平方成正比，因此串勵電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。4）串勵直流電動機(jī)同樣可以采用電樞串電阻、改變電源電壓和改變磁通的方法來獲得各種人為特性，其人為機(jī)械特性曲線的變化趨勢與他勵直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性曲線的變化趨勢相似。如圖1-20所示。任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一2.串勵與并勵電動機(jī)性能比較

串勵與并勵電動機(jī)性能比較，見表1-4。1-20串勵直流電動機(jī)為機(jī)械特性曲線任務(wù)3分析直流電動機(jī)機(jī)械特性模塊一表1-4串勵與并勵電動機(jī)性能比較類別串勵電動機(jī)并勵電動機(jī)主磁極繞組和電樞繞組連接方法兩個繞組串聯(lián)，主磁極繞組承受的電壓較低，流過的電流較大兩個繞組并聯(lián)，電樞繞組承受的電壓較低，流過的電流較大主磁極繞組構(gòu)造特點(diǎn)繞組匝數(shù)較少，導(dǎo)線線徑比較粗，繞組的電阻較小繞組匝數(shù)較多，導(dǎo)線線徑較細(xì)，繞組的電阻較大機(jī)械特性具有軟的機(jī)械特性，負(fù)載較小時，轉(zhuǎn)速較高，當(dāng)負(fù)載增大時，轉(zhuǎn)速迅速下降。具有恒功率特性具有硬的機(jī)械特性，負(fù)載增大時，匝數(shù)下降不多，具有恒轉(zhuǎn)速特性應(yīng)用范圍適用于恒功率負(fù)載，速度變化大的負(fù)載適用于負(fù)載變化但要求轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定的場合使用時注意事項負(fù)載或輕載時轉(zhuǎn)速很高，會造成換向困難或離心力過大而使電樞繞組損壞，不允許空載起動及皮帶傳動可以輕載或空載運(yùn)行，主磁通很小時可能造成飛車，主磁極繞組不允許開路任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

相關(guān)知識

一、他勵直流電動機(jī)的起動

要正確使用電動機(jī)，首先碰到的問題是怎樣使它起動

所謂直流電動機(jī)的起動，是指直流電動機(jī)接通電源后，轉(zhuǎn)速由靜止?fàn)顟B(tài)上升到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的全過程。要使電動機(jī)的起動過程合理，要考慮的問題包括起動電流的大小、起動轉(zhuǎn)矩的大小、起動時間的長短、起動過程是否平滑、起動過程的能量損耗、起動設(shè)備的簡單可靠等。其中，起動電流和起動轉(zhuǎn)矩是主要的。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一提示：

如果直流電動機(jī)在額定電壓下直接起動，由于電樞回路的電阻很小，起動時電樞電流非常大，通?？筛哌_(dá)額定電流的10～20倍。這不但會使電動機(jī)的換向情況惡化，而且會因過大的起動電流產(chǎn)生過大的起動轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)本身和它所驅(qū)動的生產(chǎn)機(jī)械遭到過大的沖擊以致破壞。

因此，一般電動機(jī)起動時，要使起動電流限制在額定電流的2～2.5倍，起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.2～2倍。所以，只有容量很小的直流電動機(jī)才能直接起動，而一般的直流電動機(jī)都要在起動時設(shè)法對電樞電流加以限制。為保證足夠的起動轉(zhuǎn)矩和不使起動時間過長，一般將起動電流限制在額定電流的2～2.5倍，以便使電樞電流最有效地產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

為了滿足電動機(jī)的起動要求，可以采取以下措施來起動:1.電樞回路串電阻起動

由以下公式

可知，一般情況下：

由上式可選定

，起動過程中要求電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)串入電阻后，電動機(jī)有了加速轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動，則有

（1-22）任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

額定功率較小的電動機(jī)可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動變阻器的方法起動。起動前先把起動變阻器調(diào)到最大值，加上勵磁電壓，保持勵磁電流為額定值不變。再接通電樞電源，電機(jī)開始起動。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動變阻器的電阻，直到全部切除。

額定功率較大的電動機(jī)一般采用分級起動的方法，以保證起動過程中既有比較大的起動轉(zhuǎn)矩，又使起動電流不會超過允許值。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一2.降低電樞電壓起動

除了增大電阻外，還可以通過減小電樞電壓來減小起動電流。在直流電動機(jī)起動瞬間，給電動機(jī)加上較低的電壓，以后隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，逐步增加直流電壓的數(shù)值，直到電動機(jī)起動完畢，加在電動機(jī)上的電壓即是電動機(jī)的額定電壓。

降低電樞電壓啟動方法一般只用于大功率且啟動頻繁的直流電動機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是啟動電流小，啟動時消耗能量小，升速比較平穩(wěn)，也有采用由晶閘管整流電路組成的“整流器-電動機(jī)”組，也適用于降低電樞電壓啟動。

降低電樞電壓起動雖然在起動過程中基本上不損耗能量，但是所需設(shè)備復(fù)雜，價格較貴；電樞回路串電阻起動方法，在起動過程中，起動電阻上有能量損耗，但所需設(shè)備簡單，價格較低。對于小型直流電動機(jī)一般用串聯(lián)電阻起動，功率稍大但不需經(jīng)常起動的電動機(jī)也可用串聯(lián)電阻起動，而需經(jīng)常起動的電動機(jī)，如運(yùn)輸、起重機(jī)械上的電動機(jī)，則宜用降低電樞電壓的方法起動。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

二、他勵直流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)

直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在電動運(yùn)行狀態(tài)時時是驅(qū)動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向，實質(zhì)上就是改變電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的方向，而電磁轉(zhuǎn)矩的方向由主磁極磁通方向和電樞電流的方向決定。因此，只要改變磁通或電樞電流任意一個參數(shù)的方向，電磁轉(zhuǎn)矩的方向即可改變。在控制時，通常通過以下兩種方向來實現(xiàn)直流電動機(jī)的反轉(zhuǎn)。1.改變勵磁電流方向

保持電樞兩端電壓極性不變，將勵磁繞組接入電源的兩出線端調(diào)換，使勵磁電流反向，也就是改變主磁極磁通的方向。2.改變電樞電流方向

保持勵磁繞組兩端的電壓極性不變，將電樞繞組反接，電樞電流即改變方向。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

由于他勵和并勵電動機(jī)勵磁繞組的匝數(shù)較多，電感較大，勵磁電流從正向額定值變到反向額定值的時間長，反向過程緩慢，而且在勵磁繞組反接斷開瞬間，繞組中將產(chǎn)生很大的自感電動勢，可能造成繞組絕緣結(jié)構(gòu)擊穿，所以實際應(yīng)用中大多采用改變電樞電流的方法來實現(xiàn)電動機(jī)的反轉(zhuǎn)。但在電動機(jī)功率很大，對反轉(zhuǎn)速度變化要求不高的場合，為了減少控制電器的容量，可采用改變勵磁繞組極性的方法實現(xiàn)電動機(jī)的反轉(zhuǎn)。

對于復(fù)勵電動機(jī)，一般也用改變電樞電流方向的方法來改變轉(zhuǎn)向，不過要注意保持串勵繞組流過的電流方向不能改變，否則將使積復(fù)勵電動機(jī)變?yōu)椴顝?fù)勵電動機(jī)，導(dǎo)致電動機(jī)反轉(zhuǎn)時不能穩(wěn)定工作。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

三、他勵直流電動機(jī)的調(diào)速

為了提高勞動生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，要求生產(chǎn)機(jī)械在不同的情況下有不同的工作速度，如軋鋼機(jī)在軋制不同的品種和不同厚度的鋼材時，就必須有不同的工作速度以保證生產(chǎn)的需要，這種人為改變速度的方法稱為調(diào)速。

調(diào)速可以通過機(jī)械或電氣兩種方法來實現(xiàn)。這里只分析電氣的調(diào)速方法及其性能特點(diǎn)。電氣調(diào)速是人為地改變電氣參數(shù)，有意識地使電動機(jī)工作點(diǎn)由一條機(jī)械特性曲線轉(zhuǎn)換到另一條機(jī)械特性曲線上，為了生產(chǎn)需要而對電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行的一種控制，它與電動機(jī)在負(fù)載或電壓隨機(jī)波動時而引起的轉(zhuǎn)速擾動變化是兩個不同的概念。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一1.電樞串電阻調(diào)速

他勵直流電動機(jī)拖動負(fù)載運(yùn)動時，保持電源電壓及勵磁電流為額定值不變，在電樞回路中串入不同阻值的電阻，電動機(jī)將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速如圖1-21所示，圖中的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

圖1-21電樞串電阻調(diào)速任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

當(dāng)電樞回路串入電阻

時，電動機(jī)的機(jī)械特性的斜率將增大，電動機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性的交點(diǎn)將下移，即電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速降低。調(diào)節(jié)過程為：增加電阻

。

電樞回路串電阻調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，調(diào)節(jié)方便，缺點(diǎn)是調(diào)速范圍小。它適合于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，轉(zhuǎn)速只能由額定轉(zhuǎn)速往下滑，只能分級調(diào)速，調(diào)速平滑性差。電樞回路串入電阻后，電動機(jī)的機(jī)械特性變“軟”，使負(fù)載變動時電動機(jī)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)速變化，即轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，而且調(diào)速效率較低任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行2.改變電樞電源電壓調(diào)速

他勵直流電動機(jī)的電樞回路不串聯(lián)電阻，由可調(diào)節(jié)的直流電源向電樞供電，最高電壓不應(yīng)超過額定電壓。勵磁繞組由另一電源供電，一般保持勵磁磁通為額定值。電樞電源電壓不同時，電動機(jī)拖動負(fù)載將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速上，如圖1-22所示，圖中的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。模塊一圖1-22

改變電樞電壓調(diào)速機(jī)械特性

任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

從圖1-22中可以看出，電樞電壓越低，轉(zhuǎn)速也越低。調(diào)節(jié)過程為：改變電壓

。同樣，改變電樞電源電壓調(diào)速方法的調(diào)速范圍也只能在額定轉(zhuǎn)速與零轉(zhuǎn)速之間調(diào)節(jié)。調(diào)速的特性是轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。也就是改變電樞電源電壓調(diào)速時，電動機(jī)機(jī)械特性的“硬度”不變，因此，即使電動機(jī)在低速運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變動而變化的幅度較小，即轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好。當(dāng)電樞電源電壓連續(xù)調(diào)節(jié)時，轉(zhuǎn)速變化也是連續(xù)的，所以這種調(diào)速稱為無級調(diào)速。

改變電樞電壓調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是速度可作連續(xù)變化，調(diào)速平滑性好，調(diào)速范圍廣，即可實現(xiàn)無極調(diào)速；機(jī)械特性的斜率不變，調(diào)速效率高，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好；屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電動機(jī)不允許電壓超過額定值，只能由額定值往下降低電壓調(diào)速，即只能減速；電能損耗小，效率高，還可用于降壓起動。此調(diào)速方法缺點(diǎn)是電源設(shè)備的投資費(fèi)用較大。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一3.弱磁調(diào)速

保持他勵直流電動機(jī)電樞電源電壓不變，電樞回路也不串接電阻，即保持電壓

，電阻

。在電動機(jī)拖動負(fù)載轉(zhuǎn)矩不很大（小于額定轉(zhuǎn)矩）時，減少直流電動機(jī)的勵磁磁通，可使電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高。他勵直流電動機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是弱磁調(diào)磁，如圖1-23所示。圖1-23

弱磁調(diào)速機(jī)械特性

任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行

三種調(diào)速方法的性能與比較：對于要求在一定范圍內(nèi)無極平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能是有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。

在實際電力拖動系統(tǒng)中，可以將幾種調(diào)速方法結(jié)合起來，這樣，可以得到較寬的調(diào)速范圍。電動機(jī)可以在調(diào)速范圍之內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速上運(yùn)行，而且調(diào)速時損耗較小，運(yùn)行效率較高，能很好地滿足各種生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速的要求。模塊一任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

四、他勵直流電動機(jī)的制動

電動機(jī)的制動有兩方面的意義：一是使拖動系統(tǒng)迅速減速停機(jī)，這時的制動是指電動機(jī)從某一轉(zhuǎn)速迅速減速到零的過程（包括只降低一段轉(zhuǎn)速的過程），在制動過程中電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩起著制動的作用，從而縮短停車時間，以提高生產(chǎn)率；二是限制位能性負(fù)載的下降速度，這時的制動是指電動機(jī)處于某一穩(wěn)定的制動運(yùn)行狀態(tài)，此時電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩起到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的作用。

例如起重機(jī)下放重物時，若不采取措施，由于重力作用，重物下降速度將越來越快，直到超過允許的安全下放速度。為防止這種情況發(fā)生，可采取制動措施，使電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與重物產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而使下放速度穩(wěn)定在某一安全下放速度上。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

電動機(jī)的制動分機(jī)械制動和電器制動兩種，這里只討論電氣制動。

所謂電氣制動，就是指使電動機(jī)產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)速方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，起到阻礙運(yùn)動的作用。他勵直流電動機(jī)的電氣制動方法有：能耗制動、反接制動和回饋制動等，下面分別討論。1.能耗制動

能耗制動的制動原理是利用雙擲開關(guān)將正常運(yùn)行的電動機(jī)電源切斷，并將電樞回路串入適當(dāng)阻值的電阻。進(jìn)入制動狀態(tài)后，電動機(jī)拖動系統(tǒng)由于有慣性作用會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞電流反向，轉(zhuǎn)矩也反向，其方向和轉(zhuǎn)速方向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)能很快地停轉(zhuǎn)。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一

任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一2.反接制動

直流電動機(jī)反接制動分為兩種，一種是電源反接制動，即改變電樞繞組上的電壓方向（使電樞電流反向）或改變勵磁電流的方向（使磁通反向），同時電樞中串入制動電阻；另一種是倒拉反接制動，可以使電動機(jī)得到反向力矩，產(chǎn)生制動作用。

在電源反接過程中，電源繼續(xù)向電動機(jī)輸入電能，這些能量大都消耗在電樞回路電阻中。

反接制動的優(yōu)點(diǎn)是制動轉(zhuǎn)矩比較恒定，制動較強(qiáng)烈，操作比較方便。其缺點(diǎn)是需要從電網(wǎng)吸取大量的電能，而且對機(jī)械負(fù)載有較強(qiáng)的沖擊作用。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行模塊一提示：

制動時，由于加有反向電源，當(dāng)在制動速度為零時，就標(biāo)志者制動階段結(jié)束，若不及時切除電源或進(jìn)行機(jī)械抱閘，電動機(jī)將要進(jìn)入反向電動運(yùn)行。

反接制動一般應(yīng)用在快速制動的小功率直流電動機(jī)上。任務(wù)4直流電動機(jī)的運(yùn)行3.回饋制動

電動機(jī)在電動運(yùn)行狀況下，由于某種條件的變化（如帶位能性負(fù)載下降、降壓調(diào)速等），使電樞轉(zhuǎn)速超過理想空載轉(zhuǎn)速，則進(jìn)入回饋制動。如直流電動機(jī)所拖動的電車或電力機(jī)車，在電車下坡時，電車位能負(fù)載使電車加速，轉(zhuǎn)速升高到一定值后，反向電動勢

大于電網(wǎng)電壓

，電動機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩，把能量反饋給電網(wǎng)，以限制轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，電動機(jī)將以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速控制電車下坡。這時，電動機(jī)從電動機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，向電源饋送，故稱為回饋制動也稱為再生制動或發(fā)電制動。

回饋制動的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的電能可以反饋回電網(wǎng)中去，使電能獲得利用，簡便可靠而經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)是回饋制動只能發(fā)生在電樞轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速的場合，限制了它的應(yīng)用范圍。模塊一任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)模塊一相關(guān)知識一、直流發(fā)電機(jī)簡介

直流電機(jī)包括能產(chǎn)生直流電流的發(fā)電機(jī)和輸入直流電流后使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動對外輸出機(jī)械功率的直流電動機(jī)。直流發(fā)電機(jī)與直流電動機(jī)在理論上是可逆的，即同一臺直流電動機(jī)，如果用原動機(jī)拖動它的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，可作為發(fā)電機(jī)向外輸出直流電。反過來，如果向它輸入直流電時，它又可以將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能拖動生產(chǎn)機(jī)械工作，這時它又成為電動機(jī)。任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)模塊一

二、直流發(fā)電機(jī)的工作原理

在直流電動機(jī)的調(diào)試和制動中曾經(jīng)提到，電動機(jī)由于某種原因轉(zhuǎn)速上升時，電樞電動勢也會上升。當(dāng)電樞電動勢上升到大于電網(wǎng)電壓值時，電樞電流就會反向，電動機(jī)向電網(wǎng)送出電流。這時電樞電動勢由反電動勢變?yōu)殡娫措妱觿?，電磁轉(zhuǎn)矩由驅(qū)動轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩，電動機(jī)由將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能變?yōu)闄C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，這就是直流電動機(jī)的逆運(yùn)行——發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

直流電動機(jī)與發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相同。一臺直流電機(jī)，原則上既可以做直流電動機(jī)運(yùn)行，又可以做直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，這叫做直流電機(jī)的可逆性。任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)模塊一

當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時，線圈12將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如圖1-24所示。導(dǎo)體1在N極處，高電位接電刷A，導(dǎo)體2在S極處，低電位接電刷B，電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)。導(dǎo)體轉(zhuǎn)過

，導(dǎo)體2在N極處，高電位接電刷A，導(dǎo)體1在S極處，低電位接電刷B，仍然是電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)，將內(nèi)部交變的感應(yīng)電動勢變成外部的直流電壓，向負(fù)載供電。直流發(fā)電機(jī)也可分為他勵和自勵兩大類，自勵發(fā)電機(jī)按勵磁繞組的接線不同，又可分為并勵、串勵和復(fù)勵三種。圖1-24

直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖

任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)模塊一

三、并勵直流發(fā)電機(jī)的自勵調(diào)節(jié)

并勵直流發(fā)電機(jī)的原理接線如圖1-25所示，它可利用其本身的剩磁建立起穩(wěn)定的電壓，該過程稱為自勵過程。直流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是不提供勵磁電源，由電樞電壓提供勵磁電源。在剩磁電壓的作用下，電樞電動勢和端電壓升高，使勵磁電流進(jìn)一步增加，磁場進(jìn)一步增加，直至發(fā)電機(jī)建立一個恒定的直流電壓。并勵直流發(fā)電機(jī)的建壓過程如圖1-26所示。

任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)模塊一圖1-25并勵發(fā)電機(jī)原理接線

任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)模塊一

自動建立穩(wěn)定電壓的四個必要條件為：

●發(fā)電機(jī)內(nèi)部的主磁極必須有剩磁；●勵磁繞組與電樞繞組的接法正確，即使勵磁電流產(chǎn)生的磁通方向與剩磁方向一致；●勵磁回路的總電阻應(yīng)小于建壓時的臨界電阻（電阻線與空載特性線性段重合時對應(yīng)的電阻）；●轉(zhuǎn)速不能偏低。

實際應(yīng)用中，并勵直流發(fā)電機(jī)自勵而電壓未能建立時，應(yīng)先減小勵磁圖電路外串電阻；若電壓仍不能建立，再改變勵磁繞組與電樞繞組連接的極性；若電壓還是不能建立，則應(yīng)考慮可能沒有剩磁，充磁后，再進(jìn)行自勵發(fā)電。任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)模塊一

四、并勵直流發(fā)電機(jī)的外特性

并勵直流發(fā)電機(jī)的外特性是指轉(zhuǎn)速等于額定轉(zhuǎn)速時和負(fù)載電阻為額定負(fù)載電阻時負(fù)載電流和端電壓之間的關(guān)系。

求取外特性時，先保持轉(zhuǎn)速等于額定轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)電流使發(fā)電機(jī)的端電壓為額定電壓時，負(fù)載電流為額定電流，此時的勵磁電阻值為額定負(fù)載電阻。若額定負(fù)載電阻不變，求取不同負(fù)載電流下的端電壓值，即可得到外特性曲線，如圖1-27所示。1-27

并勵直流發(fā)電機(jī)的外特性任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)模塊一

并勵發(fā)電機(jī)與他勵發(fā)電機(jī)的外特性曲線相比較，并勵發(fā)電機(jī)的外特性曲線有三個特性：●并勵發(fā)電機(jī)端電壓比他勵發(fā)電機(jī)端電壓下降速度快；●外特性曲線有“拐彎”現(xiàn)象；●短路電流較小。

并勵發(fā)電機(jī)外特性曲線下降較快的原因是勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓下降時，勵磁電流減少，磁通變?nèi)酰姌须妱觿萁档?，使端電壓進(jìn)一步下降，它的電壓變化率ΔU％可達(dá)20~30％。任務(wù)5認(rèn)識直流發(fā)電機(jī)模塊一

負(fù)載電流有“拐彎”現(xiàn)象的原因：由于在電樞回路,當(dāng)電壓下降不多時，發(fā)電機(jī)磁路較飽和，If

的減小使電壓U的減小不大，負(fù)載電流隨著負(fù)載電阻的減小而增大；當(dāng)電流I增大到臨界電流Icr（約為額定電流的2~3倍）后，電壓U的持續(xù)下降，已使If

的取值進(jìn)入低飽和或不飽和區(qū)，If

的減小使電壓U急速下降，從而使I不斷減小，直到短路，

，

短路電流為

，其中Ur

為剩磁電壓，數(shù)值很小。

當(dāng)電樞短路時，端電壓等于零，勵磁繞組內(nèi)無電流流過。此時，短路電流是電樞剩磁電壓所產(chǎn)生的，所以短路電流較小。任務(wù)6推導(dǎo)直流發(fā)電機(jī)基本方程式模塊一任務(wù)分析

通過對本任務(wù)的學(xué)習(xí)，掌握直流發(fā)電機(jī)的基本方程式的推導(dǎo)過程。

相關(guān)知識

根據(jù)勵磁方式的不同，直流發(fā)電機(jī)可分為他勵直流發(fā)電機(jī)、并勵直流發(fā)電機(jī)、串勵直流發(fā)電機(jī)和復(fù)勵直流發(fā)電機(jī)。以并勵直流發(fā)電機(jī)為例，如圖1-28所示，推導(dǎo)直流發(fā)電機(jī)的基本方程式。

各物理量正方向的規(guī)定：●電樞電動勢Ea

與電流Ia方向一致；●電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。任務(wù)6推導(dǎo)直流發(fā)電機(jī)基本方程式模塊一

圖1-28

直流發(fā)電機(jī)的電路圖任務(wù)6推導(dǎo)直流發(fā)電機(jī)基本方程式模塊一

二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式

發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)向與原動機(jī)拖動方向相反。為了使電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩

應(yīng)與空載制動轉(zhuǎn)矩

和電磁轉(zhuǎn)矩

相平衡，故(1-24)任務(wù)6推導(dǎo)直流發(fā)電機(jī)基本方程式模塊一

三、功率平衡方程式

如圖1-29所示，將

乘以發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速度Ω

，即發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，得式中P1——輸入功率；PM

——電磁功率；P0

——空載損耗功率。式中Pm——機(jī)械磨損損耗；PFe

——鐵損耗；Ps

——附加損耗。

圖1-29

他勵直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖

任務(wù)6推導(dǎo)直流發(fā)電機(jī)基本方程式模塊一

實訓(xùn)1直流電動機(jī)的拆裝模塊一任務(wù)準(zhǔn)備

直流電動機(jī)的拆裝所需設(shè)備和工具見表1-5。

表1-5直流電動機(jī)的拆裝所需設(shè)備、工器具序號名

稱數(shù)量單位1小型直流電動機(jī)1臺2500V兆歐表、萬用表、鉗形電流表、電橋1塊3常用電工工具1套4皮帶把子、銅棒、彈簧秤等專用工具1套51.5V1號電池、青殼紙、白紗帶、煤油、黃油、導(dǎo)線若干一6直流電源1組實訓(xùn)1直流電動機(jī)的拆裝模塊一任務(wù)實施1.拆裝前的準(zhǔn)備

（1）直流電動機(jī)解體前記錄電動機(jī)銘牌，將其記錄在報告頁中。

（2）用500V搖表測量勵磁繞組、電樞繞組對地絕緣電阻值并記錄。

（3）按拆卸順序完整、無錯地登記電機(jī)驅(qū)動端、非驅(qū)動端零部件。2.拆裝順序

（1）拆除直流電動機(jī)的接線。

（2）用彈簧秤測量各個電刷的工作壓力，工作壓力應(yīng)在15～25KPa。松開彈簧，將有碳刷從刷握中取出，拆開刷架與電樞電源的連接線并做好標(biāo)記。實訓(xùn)1直流電動機(jī)的拆裝模塊一

（3）用500V搖表（如圖1-30所示）測量繞組對地、電樞繞組對地以及電刷刷架對地的絕緣電阻值并記錄。圖1-30500V搖表外形圖圖1-31刷架結(jié)構(gòu)實訓(xùn)1直流電動機(jī)的拆裝模塊一

（4）拆除直流電動機(jī)非軸伸端的軸承油蓋及非軸伸端端蓋。

（5）將刷架（如圖1-31所示）取出放好，注意在取出時防止刷架劃傷換相器表面；拿出的刷架放置在安全處，防止損壞。

（6）用合適寬度的青殼紙包住整個換向器表面，并用白紗帶綁好，防止后續(xù)工作將其表面劃傷。

（7）拆除直流電動機(jī)軸伸端的軸承油蓋及軸伸端端蓋。

（8）將電動機(jī)電樞小心地從定子膛中抽出，并擺放到專用托架上；注意在抽取電樞的過程中，不要刮碰到電樞繞組、換向器及磁極繞組。實訓(xùn)1直流電動機(jī)的拆裝模塊一拆卸完后的直流電動機(jī)的各部分如圖1-32所示。

（9）電動機(jī)安裝順序可按拆卸的相反順序操作。圖1-32拆卸后的直流電動機(jī)實訓(xùn)1直流電動機(jī)的拆裝模塊一

檢查評議

直流電動機(jī)拆裝檢查評議見表1-6。

表1-6直流電動機(jī)拆裝檢查評議班級

姓名

學(xué)號

分?jǐn)?shù)序號主要內(nèi)容考核要求評分標(biāo)準(zhǔn)配分扣分得分1實訓(xùn)準(zhǔn)備1.工具、材料、儀表準(zhǔn)備完好2．穿戴勞保用品1.工具、材料、儀表未準(zhǔn)備完好，一項扣5分2.未穿戴勞保用品，扣10分20

2實訓(xùn)內(nèi)容1.儀器儀表使用2.繞組判別1.儀器儀表使用不正確，扣10分2.不能正確判別各繞組出線端，扣15分25

31.伺服電動機(jī)與伺服驅(qū)動器接線2.電源接線1.電動機(jī)與驅(qū)動器接線錯誤，扣15分

2.電源接線錯誤，扣10分25

4通電試驗1．通電試驗方法2．通電試驗步驟1.通電試驗方法不正確，扣10分2.通電試驗步驟不正確，扣10分20

5安全文明生產(chǎn)1.整理現(xiàn)場2.設(shè)備儀器完好3.工具遺忘4.遵守課堂紀(jì)律，不得延時1.未整理現(xiàn)場，扣10分2.設(shè)備儀器損壞，扣10分3.工具遺忘，扣10分4.不遵守課堂紀(jì)律或不尊重老師；取消實訓(xùn)10

時間150分鐘開始

結(jié)束

合計

備注

教師簽字

年

月

日實訓(xùn)2驗證直流電動機(jī)的起動、調(diào)速與制動模塊一

任務(wù)準(zhǔn)備

直流電動機(jī)的起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)和能耗制動所需設(shè)備和工具見表1-7。表1-7直流電動機(jī)的起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)、能耗制動所需設(shè)備、工器具序號名

稱型號數(shù)量單位1教學(xué)實驗臺主控制屏一1臺2電機(jī)導(dǎo)軌及測功機(jī)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量NMEL-131件3直流并勵電動機(jī)M031件4直流電機(jī)儀表、電源NMEL-181件5電機(jī)起動箱NMEL-091件6直流電壓、毫安、安培表NMEL-061件7繼電接觸箱NMEL-101件8轉(zhuǎn)速表一1件模塊一

任務(wù)實施1.直流電動機(jī)起動(按圖1-33進(jìn)行)

（1）檢查各實驗設(shè)備外觀及質(zhì)量是否良好。圖1-33

直流電動機(jī)電樞回路串電阻啟動接線圖實訓(xùn)2驗證直流電動機(jī)的起動、調(diào)速與制動實訓(xùn)2驗證直流電動機(jī)的起動、調(diào)速與制動（2）按并勵直流電動機(jī)電樞回路串電阻起動與調(diào)速控制線路進(jìn)行正確接線，先接主電路，再接控制電路。自己檢查無誤并經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可方可合閘實驗。

1）調(diào)節(jié)時間繼電器KT1的延時按鈕，使延時時間為3s。2）調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的阻值，使勵磁電流的大小達(dá)到額定值。3）合上空氣開關(guān)QF，接入220V交流電源。4）打開直流電源開關(guān)，接入220V可調(diào)直流電源。5）按下起動按鈕SB1，觀察電動機(jī)、時間繼電器以及各接觸器的工作情況，同時觀察轉(zhuǎn)速計的變化情況。6）調(diào)節(jié)電樞回路可調(diào)電阻的阻值，觀察轉(zhuǎn)速計的變化情況。7）按下空氣開關(guān)QF，斷開電源。模塊一實訓(xùn)2驗證直流電動機(jī)的起動、調(diào)速與制動模塊一2.調(diào)速(按圖1-34所示進(jìn)行)

（1）按照圖1-34進(jìn)行接線，將勵磁回路電阻短接，調(diào)節(jié)電動機(jī)電源電壓，使勵磁電流等于額定勵磁電流。

（2）在保持電動機(jī)的勵磁電流等于額定勵磁電流下，將電樞回路電阻逐次增加，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速逐次減小，每次測量n、Ia

，并記錄在表中。圖1-34直流并勵電動機(jī)電樞回路電阻調(diào)速的接線實訓(xùn)2驗證直流電動機(jī)的起動、調(diào)速與制動3.反轉(zhuǎn)

通過調(diào)節(jié)手動開關(guān)的位置，將電樞繞組兩端連線對調(diào)，合上開關(guān)起動電動機(jī)，觀察電動機(jī)轉(zhuǎn)動方向，看電動機(jī)是否能停轉(zhuǎn)。4.能耗制動（見圖1-35）

根據(jù)所學(xué)能耗制動的原理，觀察制動時間和直流電動機(jī)速度的變化。模塊一圖1-35直流電動機(jī)能耗制動實訓(xùn)接線圖實訓(xùn)2驗證直流電動機(jī)的起動、調(diào)速與制動模塊一

檢查評議

直流電動機(jī)的起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)和能耗制動檢查評議表見表1-8。表1-8直流電動機(jī)的起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)、能耗制動檢查評議班級

姓名

學(xué)號

分?jǐn)?shù)序號主要內(nèi)容考核要求評分標(biāo)準(zhǔn)配分扣分得分1實訓(xùn)準(zhǔn)備1.工具、材料、儀表準(zhǔn)備完好2．穿戴勞保用品1.工具、材料、儀表未準(zhǔn)備完好一項，扣5分2.未穿戴勞保用品，扣10分20

2正確接線起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)、能耗制動接線錯誤，每項扣25分25

3儀表使用正確使用儀器儀表，電阻的取值合適1.錯誤使用儀器儀表，扣15分2.電阻取值不合適，扣10分25

4通電試驗1.通電試驗方法2.通電試驗步驟1.通電試驗方法不正確，扣10分2.通電試驗步驟不正確，扣10分20

5安全文明生產(chǎn)1.整理現(xiàn)場2.設(shè)備儀器無損壞3.遵守課堂紀(jì)律，不得延時1.未整理現(xiàn)場，扣10分2.設(shè)備儀器損壞，扣10分3.工具遺忘，扣10分4.不遵守課堂紀(jì)律，必要時取消實訓(xùn)10

時間150分鐘開始

結(jié)束

合計

備注教師簽字

年

月

日模塊二變壓器

模塊二變壓器

單元1認(rèn)識變壓器 單元2變壓器基本工作原理分析 單元3分析變壓器的外特性 單元4認(rèn)識單相變壓器繞組的極性單元5認(rèn)識三相變壓器

模塊二變壓器

單元6三相變壓器繞組連接及運(yùn)行單元7認(rèn)識自耦變壓器單元8認(rèn)識儀用互感器單元9認(rèn)識電焊變壓器

知識目標(biāo)：1.學(xué)習(xí)變壓器的基本構(gòu)造、原理及分類。2.掌握變壓器的運(yùn)行特性。3.學(xué)習(xí)單相變壓器繞組的極性。4.了解三相變壓器的分類、結(jié)構(gòu)及并聯(lián)運(yùn)行。5.學(xué)習(xí)特殊變壓器。技能目標(biāo)：1.變壓器的相關(guān)實驗。2.變壓器繞組同名端的判別。3.電力變壓器的維護(hù)與檢修。模塊二任務(wù)1認(rèn)識變壓器看一看（見圖2-2所示）

圖2-2列舉出幾種常見的變壓器，我們來看一看它們的組成部分。

模塊二任務(wù)1認(rèn)識變壓器

一、變壓器的用途及分類變壓器的種類繁多，一般可按照相數(shù)、繞組結(jié)構(gòu)、鐵芯結(jié)構(gòu)、冷卻方式、用途、容量和工作頻率等分為以下幾種：

1.按結(jié)構(gòu)分類雙繞組、三繞組、多繞組變壓器和自耦變壓器。2.按相數(shù)分類單相、三相、多相變壓器。3.按鐵芯分類芯式變壓器（插片、C型）、殼式變壓器（插片、C型）、環(huán)形變壓器、金屬箔變壓器、輻射式變壓器等。4.按冷卻方式分類干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風(fēng)冷變壓環(huán)冷卻變壓器等。5.按調(diào)壓方式分類無勵磁調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器。模塊二任務(wù)1認(rèn)識變壓器

6.按用途分類電力變壓器（升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器、廠用變壓器等）；特種變壓器（電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器等）；儀用變壓器（電壓互感器、電流互感器）等。7.按容量分類小型變壓器，容量為630kV·A及以下；中型變壓器，容量為800kV·A～6300kV·A；大型變壓器，容量為8000kV·A～63000kV·A；特大型變壓器，容量為900000kV·A及以上。8.按導(dǎo)線材質(zhì)分類銅線變壓器、鋁線變壓器、半銅半鋁變壓器、超導(dǎo)變壓器等。模塊二任務(wù)1認(rèn)識變壓器

模塊二圖2-3心式和殼式變壓器a）心式b）殼式a—鐵芯b—繞組二、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

變壓器組成部分包括鐵芯和繞組。如圖2-3所示。任務(wù)1認(rèn)識變壓器

模塊二1.鐵芯

鐵芯既作為變壓器的磁路，又作為變壓器的機(jī)械骨架。它分為鐵芯柱和橫片兩部分。（1）鐵芯材料鐵芯通常采用含硅量約為5%，厚度為0.35mm-0.5mm的硅鋼片疊裝而成，硅鋼片兩面涂有絕緣層，起絕緣作用。硅鋼片是軟磁材料中應(yīng)用最為廣泛的一種，大容量變壓器多采用高磁導(dǎo)率、低損耗的冷軋硅鋼片，這類材料在較低的外磁場作用下，就能產(chǎn)生較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于硅的加入，使硅鋼片的電阻率提高了，渦流損耗降低了，老化現(xiàn)象有所減少。（2）鐵芯結(jié)構(gòu)按照繞組套入鐵芯柱的形式不同，我們將鐵芯分為心式和殼式結(jié)構(gòu)兩種，如圖2-3所示。任務(wù)1認(rèn)識變壓器

模塊二（3）鐵芯的疊片形式在鐵芯柱與鐵軛組合成整個鐵芯時，多采用交疊式裝配，使各層的接縫不在同一地點(diǎn)，交錯排列，這樣能減少勵磁電流，但缺點(diǎn)是裝配復(fù)雜，費(fèi)工費(fèi)時，如圖2-4所示。b)c)圖2-4鐵心疊片形式a)單相鐵心疊片b)三相直縫鐵心疊片c)三相斜縫鐵心疊片任務(wù)1認(rèn)識變壓器

模塊二

小型變壓器為了簡化工藝和減少氣隙，常采用口形、E形、F形、C形沖片交替疊裝而成，近來也有采用新型加工工藝制成的C、O形鐵心，如圖2-5所示。

a)b)圖2-5小型變壓器的O、C形鐵心a)O形鐵心片b)C形鐵心片任務(wù)1認(rèn)識變壓器

模塊二2.繞組

繞組是變壓器的電路部分，用來傳輸電能。一般分為高壓繞組和低壓繞組。從能量的變換傳遞來說，把接電源的繞組稱為一次繞組，接負(fù)載的繞組成為二次繞組。繞組一般是用絕緣銅線或者鋁線繞制而成。根據(jù)低壓繞組和高壓繞組相互位置的不同，繞組結(jié)構(gòu)可分為同心式和交疊式兩種。圖2-6同心式繞組

圖2-7交疊式繞組1-高壓繞組2-低壓繞組1-高壓繞組2-低壓繞組

任務(wù)2變壓器的基本工作原理分析模塊二一、變壓器的基本工作原理

變壓器的主體是鐵芯和套在鐵芯上的繞組。接交流電源的繞組稱為一次繞組，其匝數(shù)用N1表示，接負(fù)載（燈泡）的繞組稱為二次繞組，其匝數(shù)用N2表示，如圖2-9所示。圖2-9變壓器的工作原理

單元2變壓器基本工作原理分析

任務(wù)2變壓器的基本工作原理分析模塊二二、變壓器的空載運(yùn)行原理1.原理圖與正方向

變壓器的空載運(yùn)行是指變壓器的一次繞組接入電源，二次繞組開路的工作狀態(tài)，如圖2-10所示。圖中各電磁量均為正弦交變量，都用相量的形式來表示，規(guī)定如下：（1）與的正方向要一致；（2）主磁通與符合右手螺旋定則；（3）與的方向要一致，即有：圖2-10變壓器的空載運(yùn)行原理圖

任務(wù)2變壓器的基本工作原理分析模塊二2.相關(guān)量之間的關(guān)系

根據(jù)電磁感應(yīng)定律，主磁通將在一次繞組、二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果將一次繞組看成一次側(cè)電源的負(fù)載，將二次繞組看成是變壓器負(fù)載的電源，由基爾霍夫電壓定律可知，在一次繞組中的電動勢與外加電壓大小相等，方向相反。在二次繞組中，由于開路，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與端電壓大小相等，方向相同，即：任務(wù)2變壓器的基本工作原理分析模塊二理想變壓器空載運(yùn)行的相量圖，如圖2-11所示。任務(wù)2變壓器的基本工作原理分析

模塊二3.感應(yīng)電動勢E

式中

——主磁通幅值，單位是Wb；

——頻率，單位是Hz；

E——感應(yīng)電動勢有效值，單位是V。理想變壓器的一次、二次繞組中的感應(yīng)電動勢的有效值E1、E2可按照上式求得，即：

任務(wù)2變壓器的基本工作原理分析

模塊二4.變壓器的變比由于故有

式中，一次、二次繞組電動勢的比值，稱為變壓器的變壓比，簡稱變比，用符號K表示。通常，當(dāng)K>1時，構(gòu)成降壓變壓器；當(dāng)K=1時，構(gòu)成隔離變壓器；當(dāng)K<1時，構(gòu)成升壓變壓器。任務(wù)2變壓器的基本工作原理分析

模塊二5.變壓器實際運(yùn)行時空載電流、漏電動勢、漏電抗

一次繞組電壓平衡方程式

式中——電阻壓降

和漏磁電動勢

的等效阻抗。

上述幾個物理量

、

、

均很小，所以，實際變壓器空載運(yùn)行時：

一般在電力變壓器中，空載電流只有負(fù)載時一次繞組電流的2%～10%左右。

任務(wù)2變壓器的基本工作原理分析模塊二三、變壓器負(fù)