直流電機(jī)原理

1、 1.1 1.1 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 1.2 1.2 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列 1.3 1.3 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 1.4 1.4 直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場 1.5 1.5 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢的計算直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢的計算 1.6 1.6 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 1.7 1.7 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī) 1. 1.8 8 直流電動機(jī)直流電動機(jī)直流電機(jī)特點直流電機(jī)特點v直流電機(jī)優(yōu)點易于控制，可靠性高調(diào)速范圍廣，平滑。過載能力強、起動、制動轉(zhuǎn)矩大。v直流電機(jī)缺點換向困難結(jié)構(gòu)復(fù)雜價格高第一節(jié)

2、第一節(jié) 直流電機(jī)的工作原理及結(jié)直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)構(gòu)直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理 一、一、直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理換向器的作用：直流發(fā)電機(jī)中，換向器將繞組中的換向器的作用：直流發(fā)電機(jī)中，換向器將繞組中的交變電勢變?yōu)殡娝㈤g的直流電勢（整流作用）。交變電勢變?yōu)殡娝㈤g的直流電勢（整流作用）。( )()LVeBLVeBBBfef wt電勢波形分析： 設(shè)導(dǎo)體有效長度為 ，速度為恒速，由可知， 的波形 由磁密 確定。 在氣隙空間分布波形為、。*實際的電樞繞組在電機(jī)轉(zhuǎn)子表面相隔一定實際的電樞繞組在電機(jī)轉(zhuǎn)子表面相隔一定角度的多個線圈串聯(lián)組成，可以減小脈動角度的多個線圈串聯(lián)組成，可以

3、減小脈動直流電動機(jī)的工作原理直流電動機(jī)的工作原理NSU電刷電刷換向片換向片abdcNSUadbc換向器的作用：在直流電動機(jī)中將電刷端的直流轉(zhuǎn)換為繞組中的交變電流換向器的作用：在直流電動機(jī)中將電刷端的直流轉(zhuǎn)換為繞組中的交變電流（逆變作用）。（逆變作用）。 從上述直流電機(jī)的工作原理來看，一臺直流電機(jī)若在電刷兩端加上直流電壓，輸入電能，即可拖動生產(chǎn)機(jī)械，將電能變?yōu)闄C(jī)械能而成為電動機(jī)；反之若用原動機(jī)帶動電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，就可在電刷兩端得到一個直流電動勢作為電源，將機(jī)械能變?yōu)殡娔芏蔀榘l(fā)電機(jī)。這種一臺電機(jī)既能作電動機(jī)又能作發(fā)電機(jī)運行的原理，在電機(jī)理論中稱為電機(jī)的可逆原理電機(jī)的可逆原理。二、二、 直流

4、電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)由兩大部分由兩大部分組成組成定子部分定子部分轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子（電樞）部分部分主磁極主磁極換向磁極換向磁極機(jī)座機(jī)座電刷電刷u 定子定子產(chǎn)生磁場，做電機(jī)的機(jī)械支撐產(chǎn)生磁場，做電機(jī)的機(jī)械支撐 主磁極主磁極作用：建立主磁場。 構(gòu)成：構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組。換向極換向極:作用：改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運行時不產(chǎn)生有作用：改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運行時不產(chǎn)生有 害的火花。害的火花。構(gòu)成：由鐵心和繞組組成構(gòu)成：由鐵心和繞組組成主磁極主磁極換向磁極換向磁極機(jī)座作用：1)作為磁路的一部分； 2)固定主磁極、換向極和端蓋。構(gòu)成:通常由鑄鋼或厚鋼板焊成機(jī)座機(jī)座No

5、Image電刷電刷構(gòu)成：構(gòu)成：電刷、刷握、刷桿和連線等。作用：把直流電壓、直流電流引入或引出u轉(zhuǎn)子（電樞）轉(zhuǎn)子（電樞） 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器 轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇NoImage電樞鐵心硅鋼片電樞鐵心硅鋼片(0.5mm)電樞鐵心電樞鐵心作用：作用：1、主磁路的一部分； 2、電樞繞組的支撐部件。 構(gòu)成：構(gòu)成：一般用厚0.5且沖有齒、槽的DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成。電樞繞組電樞繞組作用：作用：感應(yīng)電動勢和通過電流，使電機(jī)實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，是電 機(jī)的主要電路部分。構(gòu)成：構(gòu)成：用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成，上下層以及線 圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔

6、壓緊。1槽楔槽楔2線圈絕緣線圈絕緣3導(dǎo)體導(dǎo)體44層間絕緣層間絕緣55槽絕緣槽絕緣66槽底絕緣槽底絕緣電樞槽內(nèi)的絕緣電樞槽內(nèi)的絕緣換向器換向器作用：作用：和電刷配合將直流電引入或引出的裝置。構(gòu)成：構(gòu)成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個圓筒，片間用V形云母絕緣。勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。直流電機(jī)按勵磁方式可分：他勵自勵三、三、 勵磁方式勵磁方式1 1、他勵式、他勵式（圖（圖a a）其勵磁繞組由其他電源供電，勵磁繞組與電樞繞組不相連。復(fù)勵式復(fù)勵式( (圖圖d) d) ： 裝有兩個勵磁繞組，一為與電2 2、自勵式、自勵式并勵式并勵式( (圖圖b b) ) ： 勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)；串勵式串勵式(

7、 (圖圖c) c) ： 勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)；樞并聯(lián)的并勵繞組，二為與電樞串聯(lián)的串勵繞組。MIf+UaIa+Uf(a)他他勵勵(b)并并勵勵(c)串串勵勵(d)復(fù)復(fù)勵勵 直流電動機(jī)按勵磁方式分類直流電動機(jī)按勵磁方式分類M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI(1) 額定電壓額定電壓 UN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 UN ：指輸出電壓的額定值。：指輸出電壓的額定值。 電動機(jī)的電動機(jī)的 UN ：指輸入電壓的額定值。：指輸入電壓的額定值。(2) 額定電流額定電流 IN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 IN ：指輸出電流的額定值。：指輸出電流的額定值。 電動機(jī)的電動機(jī)的 IN ：指輸入電流的額定值。：指輸入電流的額定

8、值。(3) 額定功率額定功率 PN 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的 PN ：指輸出電功率的額定值：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動機(jī)的電動機(jī)的 PN ：指輸出機(jī)械功率的額定值：指輸出機(jī)械功率的額定值 (UN INN ) 。四、四、 額定值額定值(4) 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN： 額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 額定狀態(tài)額定狀態(tài) ： 指指 U、I、P、n 均為額定值的狀態(tài)。均為額定值的狀態(tài)。 滿載狀態(tài)滿載狀態(tài) ： 指指 I = IN 的狀態(tài)。的狀態(tài)。 欠載狀態(tài)欠載狀態(tài) ： 指指 I IN 的狀態(tài)。的狀態(tài)。 第二節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組直流電樞繞組的結(jié)構(gòu)直流電樞繞組的結(jié)構(gòu)對電

9、樞繞組的要求對電樞繞組的要求：(1)產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動勢；產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動勢；(2)允許通過一定的電流；允許通過一定的電流；(3)節(jié)省有色金屬和絕緣材料；節(jié)省有色金屬和絕緣材料； (4)結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。上元件邊下元件邊后端接前端接有效邊有效邊:元件邊鉗放在槽內(nèi)，切割磁力線感應(yīng)出電動勢。直流電機(jī)電樞繞組是一個通過換向片連接起來的閉合繞組。直流電機(jī)電樞繞組是一個通過換向片連接起來的閉合繞組。這是直流電機(jī)電樞繞組構(gòu)成的原則。這是直流電機(jī)電樞繞組構(gòu)成的原則。一個元件有兩個元件邊，同一個換向片上，連有一個元件的一個元件有兩個元件邊，同一個換向片上，連有一個元件的首端和另一個元件

10、的末端。因此，電樞繞組的元件數(shù)等于換首端和另一個元件的末端。因此，電樞繞組的元件數(shù)等于換向片數(shù)，即向片數(shù)，即S S= =K K，其中，其中 K K為換向片數(shù)，為換向片數(shù)，S S為元件數(shù)。為元件數(shù)。“虛槽虛槽”概念概念 設(shè)槽內(nèi)每層有設(shè)槽內(nèi)每層有u個元件邊，則意味著一個實際槽內(nèi)個元件邊，則意味著一個實際槽內(nèi)包含了包含了u個個“虛槽虛槽”，而每個虛槽的上、下層依然只，而每個虛槽的上、下層依然只有一個元件邊。有一個元件邊。 實槽數(shù)用實槽數(shù)用Z表示，虛槽數(shù)用表示，虛槽數(shù)用Zi表示，則有表示，則有 Zi=uZ注意：元件數(shù)注意：元件數(shù)S S，換向片數(shù)，換向片數(shù)K K，虛槽數(shù)，虛槽數(shù)Z Zi i滿足下式滿足下

11、式 S=K=ZS=K=Zi iu=2u=2（2 2）磁極軸線：）磁極軸線： 平分主極成左右兩部分的直線。平分主極成左右兩部分的直線。（3 3）幾何中性線：）幾何中性線： 相鄰兩主極的幾何分界線相鄰兩主極的幾何分界線, ,該處的氣隙磁密為零。該處的氣隙磁密為零。直流電樞繞組的基本概念直流電樞繞組的基本概念（1 1）極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距）極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距 離，用離，用 表示。表示。22iZDppD-電樞外徑；電樞外徑；p-磁極對數(shù)；磁極對數(shù)；l 繞組的型式繞組的型式l節(jié)距節(jié)距（1）第一節(jié)距）第一節(jié)距y1一個元件的兩條有效邊在電樞表一個元件的兩條有效邊

12、在電樞表面上所跨的虛槽數(shù)，稱為第一節(jié)面上所跨的虛槽數(shù)，稱為第一節(jié)距，用距，用y1表示。表示。y1y2單疊繞組單疊繞組的特點:每個元件的兩個出線端連接在相鄰的兩個換向片上。是指被連接起來的兩個元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的是指被連接起來的兩個元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來表示。元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來表示。（2）合成節(jié)距）合成節(jié)距y相串聯(lián)的兩個元件對應(yīng)邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為相串聯(lián)的兩個元件對應(yīng)邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為合成節(jié)合成節(jié)距距。單疊繞組。單疊繞組y=1，y=+1，右行繞組，右行繞組，y=-1，左行繞組。，左行繞組。y1y212y

13、yky1y2161yyk右行繞組右行繞組左行繞組左行繞組為了獲得最大感應(yīng)電動勢，為了獲得最大感應(yīng)電動勢， y1是等于或接近于一個極距是等于或接近于一個極距11112(1)0( 2 )0 ,iZypyyy整 數(shù)， 整 距 繞 組 ；， 長 距 繞 組；， 短 距 繞 組（3）換向器節(jié)距）換向器節(jié)距yk一個元件的首末端在換向器上的距離稱為換向片節(jié)距一個元件的首末端在換向器上的距離稱為換向片節(jié)距,用換向片用換向片數(shù)表示。由于數(shù)表示。由于S=K，元件邊在電樞表面跨過的槽數(shù)，等于其出線，元件邊在電樞表面跨過的槽數(shù)，等于其出線端在換向片上跨過的換向片數(shù)端在換向片上跨過的換向片數(shù) yk=y單疊繞組，單疊繞組

14、， yk=1。y1y212yyk（4）第二節(jié)距）第二節(jié)距y2連至同一換向片上的兩個元件中相連至同一換向片上的兩個元件中相鄰有效邊的距離稱為鄰有效邊的距離稱為第二節(jié)距第二節(jié)距，用，用y2表示，也用虛槽數(shù)計算。表示，也用虛槽數(shù)計算。直流電機(jī)的直流電機(jī)的 ，試將其繞，試將其繞成單疊右行繞組。成單疊右行繞組。24,p 16iZSK1kyy213yyy116(/ 2 )44iyZp電樞轉(zhuǎn)向1231516123456789101112131416154567891012131415161514電樞轉(zhuǎn)向下下層層元元件件邊邊上上層層元元件件邊邊y1yyy2123456789101112131416156789

15、10111213141615123451閉閉合合ap23478610111214161551391A1A2B1B212109651314單疊繞組的的特點：單疊繞組的的特點：l 同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極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。數(shù)與支路數(shù)相同。l 電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置對準(zhǔn)磁極軸電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置對準(zhǔn)磁極軸線（使正、負(fù)電刷之間得到的感應(yīng)電動勢最線（使正、負(fù)電刷之間得到的感應(yīng)電動勢最大）。大）。l 電樞電動勢等于并聯(lián)支路電動勢，電樞電流電樞電動勢等于并聯(lián)支路電動勢，電樞電流等于各支路電流之和。等于各支路電流之和。l 并聯(lián)支路數(shù)多，每條支

16、路中串聯(lián)元件數(shù)少，并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路中串聯(lián)元件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的電機(jī)。適用于較低電壓、較大電流的電機(jī)。單波繞組 單波繞組:每個元件是和相距約兩個極距的元件相連，即是與相鄰的一對極下所處磁場位置相近的元件相連。2NNSSl 單波繞組的節(jié)距單波繞組的節(jié)距12yyy (1) 第一節(jié)距第一節(jié)距1y2iZp1y11=ikZKyypp整數(shù) (2) 合成節(jié)距合成節(jié)距2y (3) 第二節(jié)距第二節(jié)距1kKyyp單波左行，1kKyyp單波右行，以一臺以一臺 的直流電機(jī)為例。的直流電機(jī)為例。24,p 15iZSK7kyy21743yyy1151(/ 2 )444iyZp115 172kKyp1a

17、下下層層元元件件邊邊上上層層元元件件邊邊y1yyy212345689101112136789101112131415123451閉閉合合15714234761011121415A1A2B1B2151985413112895單波繞組的特點單波繞組的特點: :l 同極下各元件串聯(lián)組成一條支路，支路對數(shù)為同極下各元件串聯(lián)組成一條支路，支路對數(shù)為1 1，與極對數(shù)無關(guān)；與極對數(shù)無關(guān)；l 電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置對準(zhǔn)磁極軸線電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置對準(zhǔn)磁極軸線（使正、負(fù)電刷之間得到的感應(yīng)電動勢最大）。（使正、負(fù)電刷之間得到的感應(yīng)電動勢最大）。l 電樞電動勢等于并聯(lián)支路電動勢，電樞電流等于電樞電動勢

18、等于并聯(lián)支路電動勢，電樞電流等于各支路電流之和。各支路電流之和。l 并聯(lián)支路數(shù)少，每條支路中串聯(lián)元件數(shù)多，并聯(lián)支路數(shù)少，每條支路中串聯(lián)元件數(shù)多， 適用適用于較高電壓，較小電流的電機(jī)于較高電壓，較小電流的電機(jī)GIa+UaEM+UaIaIf+Uf直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場一、直流電機(jī)的空載磁場Ia=0,PIa=0,P2 2=0=0Ia=0,PIa=0,P2 2=0=0四極直流電機(jī)空載時的磁路四極直流電機(jī)空載時的磁路漏磁通漏磁通 比主磁通比主磁通 小得多，大約是主磁通的小得多，大約是主磁通的20%20%。 u空載氣隙磁密波形空載氣隙磁密波形空載時，忽略鐵心磁阻時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上氣隙磁密

19、的分布就取決于氣隙的大小和形狀平頂波（梯形波）磁化曲線磁化曲線或或()ff F ()ff I A-膝點氣隙線氣隙線二、直流電機(jī)負(fù)載時的磁場二、直流電機(jī)負(fù)載時的磁場 直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過, , 并產(chǎn)生電樞磁場（與電樞電流分布有并產(chǎn)生電樞磁場（與電樞電流分布有關(guān)）。關(guān)）。 負(fù)載時氣隙磁場由主磁場和電樞磁場共負(fù)載時氣隙磁場由主磁場和電樞磁場共同作用同作用 電樞磁場會對主磁場產(chǎn)生一定的影響，電樞磁場會對主磁場產(chǎn)生一定的影響，這一影響稱為電樞反應(yīng)。這一影響稱為電樞反應(yīng)。 電樞反應(yīng)會使氣隙磁場發(fā)生畸變，從而電樞反應(yīng)會使氣隙磁場發(fā)生畸變，從而影響電機(jī)的性能。影

20、響電機(jī)的性能。NSX1.電樞磁場電樞磁場2aaxFxAFAx直軸：與主極軸線重合的軸交軸：與主極軸線正交的軸A-A-表示電樞圓周單位長度上的安培數(shù)，表示電樞圓周單位長度上的安培數(shù)，aaN iAD主主磁磁場場電電樞樞磁磁場場物理中性線電樞表面磁通密度的實際過零點的連線。物理中性線交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)電樞表面磁通密度的實際過零點的連線。B(x)NSB0(x)Ba(x) 2) 2)對主磁場起去磁作用對主磁場起去磁作用1)1)使氣隙磁場發(fā)生畸變使氣隙磁場發(fā)生畸變 空載時電機(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，每一個磁極下，一半磁

21、場被增強，一半被電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線角，磁通密度的曲線與空載時不同。與空載時不同。 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極磁通量與空載時相同。磁路飽和時，主磁極增磁部分因此每極磁通量與空載時相同。磁路飽和時，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，增加的磁通少些，磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷

22、在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。由圖可知，交軸電樞反應(yīng)的特點：由圖可知，交軸電樞反應(yīng)的特點：將電刷位置逆時針（順時針）移動將電刷位置逆時針（順時針）移動角，則電樞磁勢可分為兩部分。角，則電樞磁勢可分為兩部分。（1 1）(-2)(-2)角度內(nèi)的磁勢為交角度內(nèi)的磁勢為交軸電樞磁動勢軸電樞磁動勢Faq Faq （2 2）22范圍內(nèi)的磁勢為直軸電樞范圍內(nèi)的磁勢為直軸電樞磁動勢磁動勢FadFad。直軸電樞磁勢的作用為： 1.發(fā)電機(jī)，電刷順轉(zhuǎn)向去磁；電刷逆轉(zhuǎn)向去增磁； 2.電動機(jī)，電刷順轉(zhuǎn)向為增磁，逆轉(zhuǎn)向為去磁。2.電刷不在幾何中性線時的電樞反應(yīng)電刷不在幾何中性線時的電樞反應(yīng)直

23、流電機(jī)的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢為一、電樞繞組的感應(yīng)電動勢一、電樞繞組的感應(yīng)電動勢電樞繞組的感應(yīng)電動勢為一條支路內(nèi)所有串聯(lián)導(dǎo)體電樞繞組的感應(yīng)電動勢為一條支路內(nèi)所有串聯(lián)導(dǎo)體的電動勢之和。的電動勢之和。 lvbeBav 極距極距（1）大小）大小l 每個導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動勢：每個導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動勢：e av= Bav l vl 導(dǎo)體切割磁場的線速度：導(dǎo)體切割磁場的線速度： v = n Da a60= n2p 60l 電樞感應(yīng)電動勢：電樞感應(yīng)電動勢：226060avnpelpnl260aaveNNpEenCnaa 與與 無關(guān)，與導(dǎo)體每秒切無關(guān)，與導(dǎo)體每秒

24、切割的總的磁通量割的總的磁通量 有關(guān)有關(guān) B2p Ea = Ce n Ce 電動勢常數(shù)：電動勢常數(shù)： Ce = pN60a單位：單位：Wb單位：單位：r/min(V) (2) 方向：方向： 由由 和和 n 共同決定。共同決定。(3) 性質(zhì)：性質(zhì)： 發(fā)電機(jī)為電源電動勢；電動機(jī)為反電動勢。發(fā)電機(jī)為電源電動勢；電動機(jī)為反電動勢。二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(1) 產(chǎn)生產(chǎn)生 電樞電流電樞電流 i 磁磁 場場 Tem (2) 大小大小總電磁轉(zhuǎn)矩總電磁轉(zhuǎn)矩Tem=總導(dǎo)體數(shù)總導(dǎo)體數(shù) Tav22avaavaaavf DB li DTNoImageNoImageavBlaIiaa22aPD.2e

25、mavaTaNPTN TICIa Tem = CT IaCT 轉(zhuǎn)矩常數(shù)：轉(zhuǎn)矩常數(shù)：單位：單位：Wb單位：單位：A(Nm) CTCe=602 = 9.55 CT = 9.55 CeCT =pN2a Ce =pN60a(2)(2) 方向：方向： 由由 和和 I Ia a 共同決定。共同決定。(3) (3) 性質(zhì)：性質(zhì)：發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī): :制動制動( (與轉(zhuǎn)速方向相反與轉(zhuǎn)速方向相反) )； 電動機(jī)電動機(jī): :驅(qū)動驅(qū)動( (與轉(zhuǎn)速方向相同與轉(zhuǎn)速方向相同) )。 直流發(fā)電機(jī)按勵磁方式分類直流發(fā)電機(jī)按勵磁方式分類GIf+UaIa+Uf他他勵勵并并勵勵串串勵勵復(fù)復(fù)勵勵G+UIIfIaG+UIIaGIaIf+U

26、I直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)一、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式一、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)2aaabEUI RU 1.1.電壓平衡方程式電壓平衡方程式aa aEU I R fffRUIUfIfEa+-UIa勵磁回路：勵磁回路：電樞回路：電樞回路：注：注：EaU2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式0TTem T負(fù) 載 時 ： iaTemT0TnNSem0TTT原動機(jī)拖動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩（制動，與n反向）由機(jī)械損耗及電樞鐵損耗產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩3.功率平衡關(guān)系功率平衡關(guān)系0TTemT0TTemT10emPPPemPTem2aaabEI RUU222a aaaab aCuaCubE II RUIU

27、IpPp 2emCuaCubPPpp10202emCuaCubPPPPppPPp0FesppppNSP)%15 . 0(p CuaCubFespppppp2260aNpnIa60aN pnIaaaE I直流發(fā)電機(jī)功率流程圖直流發(fā)電機(jī)功率流程圖P1=TPem=Tem=EaIapCua，pCubUIa=P20FesPppp1020emCuaCubPPPPppPNnn 0Ia )I (fUf定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時，時， 空載特性空載特性ARfUf-+IfGA+-VKRLn二、他勵直流發(fā)電機(jī)的運行特性二、他勵直流發(fā)電機(jī)的運行特性研究條件：保持轉(zhuǎn)速研究條件：保持轉(zhuǎn)速n不變且等于額定轉(zhuǎn)速不變且等于額定轉(zhuǎn)

28、速nN.三個物理量：端電壓三個物理量：端電壓U、負(fù)載電流、負(fù)載電流I、勵磁電流、勵磁電流If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UfIUNIfNA 空載特性（續(xù)）空載特性（續(xù)）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UfIUNIfNA分析：分析： U0=Ea-IaRa=Ea=CenN If= Ff/N 結(jié)論：結(jié)論：1.1.經(jīng)過一定比例轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過一定比例轉(zhuǎn)換后，開路特性開路特性U U0 0=f(I=f(If f) )曲線與電機(jī)的磁化曲線曲線與電機(jī)的磁化曲線=f(F=f(Ff f) )形狀完形狀完全相同。全相同。 2.2.一臺電機(jī)的磁化曲線只有一條，而空載特性

29、曲線會隨一臺電機(jī)的磁化曲線只有一條，而空載特性曲線會隨著轉(zhuǎn)速著轉(zhuǎn)速n n的升降而成比例的上升或下移。的升降而成比例的上升或下移。3.3.一般電機(jī)的工作點位于開路特性上曲線開始彎曲的膝一般電機(jī)的工作點位于開路特性上曲線開始彎曲的膝點點A A附近。據(jù)此可以判斷電機(jī)的飽和程度。附近。據(jù)此可以判斷電機(jī)的飽和程度。NnnfNfII )(IfU 定義：當(dāng)定義：當(dāng) 、 時，時， 外特性外特性 ARfUf-+IfGA+-VKRLnOIUn = nNIf = IfNINUNU0外特性外特性 電壓平衡方程式電壓平衡方程式 U = EaRa Ia當(dāng)當(dāng) Ia Ra Ia Ea (電樞反應(yīng)電樞反應(yīng))U 電壓調(diào)整率（電壓

30、調(diào)整率（當(dāng)當(dāng) 額定負(fù)載過渡到空載時）額定負(fù)載過渡到空載時）U0UNUNUN =100%( 5% 10% ) 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 當(dāng)當(dāng) n = nN，U = UN 時：時： If = f ( I )OI If IfNIN調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性Nnn fNfII 效率是指輸出功率與輸入功率之比效率是指輸出功率與輸入功率之比22212b100%cucuaFesmPPPPPpUIppppp P2/PN0 效率特性效率特性 當(dāng)當(dāng) n = nN，U = UN 時時, ,效率與負(fù)載的關(guān)系效率與負(fù)載的關(guān)系ddI令令 =0=0可求得效率最高點，得可求得效率最高點，得到效率最大的條件：當(dāng)電動機(jī)中不到效率最大的條件：當(dāng)電動

31、機(jī)中不變損耗等于可變損耗時，效率最高。變損耗等于可變損耗時，效率最高。且通常出現(xiàn)在（且通常出現(xiàn)在（75% 75% 100%100%）P PN N 區(qū)區(qū)域內(nèi)。域內(nèi)。cua,Femscubspp pppp中一部分損耗不變損耗，不隨負(fù)載的變化而變化中一部分損耗可變損耗，與負(fù)載電流的二次方成正比三、并勵直流發(fā)電機(jī)三、并勵直流發(fā)電機(jī)自勵：勵磁繞阻并接于電樞繞組兩自勵：勵磁繞阻并接于電樞繞組兩端，由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供端，由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供勵磁，而發(fā)電機(jī)的端電壓又必須勵磁，而發(fā)電機(jī)的端電壓又必須在有了勵磁電流后才能產(chǎn)生，所在有了勵磁電流后才能產(chǎn)生，所以并勵發(fā)電機(jī)由初始的以并勵發(fā)電機(jī)由初始的U=0到

32、正到正常運行時常運行時U為一定值，有一個自為一定值，有一個自己建立電壓的過程己建立電壓的過程(自勵過程自勵過程). G+UIIfIa自勵條件：自勵條件：（1 1）發(fā)電機(jī)必須有剩磁，如果無剩磁，必須用另外的直流）發(fā)電機(jī)必須有剩磁，如果無剩磁，必須用另外的直流電源充磁。電源充磁。（2 2）勵磁繞組并聯(lián)到電樞兩端，線端的接法應(yīng)與旋轉(zhuǎn)方向）勵磁繞組并聯(lián)到電樞兩端，線端的接法應(yīng)與旋轉(zhuǎn)方向配合，以使勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁的磁場方向一配合，以使勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁的磁場方向一致。致。（3 3）勵磁回路的總電阻必須小于臨界電阻。）勵磁回路的總電阻必須小于臨界電阻?？蛰d特性勵磁回路場阻線臨界電阻線

33、AG+UIIfIa00f()=ffUf IIUR電樞回路：勵磁回路：a00,faIIIUE空載時：，勵磁回路的總電阻必須小于勵磁回路的總電阻必須小于臨界電阻。臨界電阻。l并勵發(fā)電機(jī)的外特性并勵發(fā)電機(jī)的外特性 n=nN 、勵磁回路總電阻不變時，、勵磁回路總電阻不變時， U =f (I )關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。并勵他勵UI U = Ea - Ra( I+If ) =( Cen RaIf ) - RaI 一般一般 U= U=（10103030）% %。 并勵比他勵電機(jī)外特性下降得快并勵比他勵電機(jī)外特性下降得快原因：原因： （1 1）電樞電阻壓降）電樞電阻壓降 （2 2）電樞反應(yīng)去磁）電樞反應(yīng)去磁 （3

34、 3）U IfU IfG+UIIfIa 【例例】 一他勵直流發(fā)電機(jī)，一他勵直流發(fā)電機(jī)， PN = 10 kW，UN = 230 V，nN = 1 000 r/min ，Ra = 0.4。如果磁通如果磁通 保保持不變，求持不變，求 1 000 r/min 時的空載電壓時的空載電壓 U0 和和 900 r/min 時時的滿載電壓的滿載電壓 U 。 解：解：在在 nN 和和 UN 時的電樞電流時的電樞電流9001 000E = E U0 = E = UNRa IaN = (2300.443.5) V = 247 V 在在 保持不變時，保持不變時， E n10103230= A = 43.5 A PN

35、UNIaN = 9001 000= 247 V = 222 V U = ERa IaN = (222 0.443.5) V = 205 V P2 = UI = 230100 W = 23 000 WIa = IIf = (1002) A =102 APCu = Ra Ia2 Rf If2 = ( 0.2102211522 ) W = 2 540.8 W Pem = P2PCu = 25 540.8 W 【例題例題】 一并勵直流發(fā)電機(jī)，輸出電壓一并勵直流發(fā)電機(jī)，輸出電壓 U = 230 V，輸出電流，輸出電流 I = 100 A ，Ra = 0.2，Rf = 115，n = 1 500 r/mi

36、n ， T0 =17.32 Nm 。求發(fā)電機(jī)的輸出功率求發(fā)電機(jī)的輸出功率P2 、電磁功率、電磁功率 Pem 、輸入功率、輸入功率 P1 和效率和效率 。 解：解：230115= A = 2 A URfIf = P0 = T0n2 60= 17.321 500 W 2 60 = 2 719.24 W P1 = PemP0 = (25 540.82 719.24) W = 28 260 W = 100%P2P1= 100% = 81.39% 23 00028 260 直流電動機(jī)按勵磁方式分類直流電動機(jī)按勵磁方式分類MIf+UaIa+Uf他他勵勵并并勵勵串串勵勵復(fù)復(fù)勵勵M+UIIfIaM+UIIaM

37、IaIf+UI直流電動機(jī)直流電動機(jī) 直流電動機(jī)直流電動機(jī)1.直流電動機(jī)的基本方程直流電動機(jī)的基本方程(1) 電壓平衡方程式電壓平衡方程式 U=Ua= Ea + R Ia +2Ub R=Ra+Rpa 02emTTT電動機(jī)電動機(jī)NSnemTMemT0T2Tn(2) 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式MIf+UaIa+Uf02TTTem02TTTem02empPP(3) (3) 功率平衡方程式功率平衡方程式emaaPE ITem122emCuaCubCufFesCuaCubCufPPpppPppppppPp電動機(jī)從電網(wǎng)吸收的電功率電動機(jī)從電網(wǎng)吸收的電功率 P1 =UI ，減去電樞繞，減去電樞繞組銅損組銅損

38、pcua，電刷接觸損耗，電刷接觸損耗pcub以及勵磁回路銅損以及勵磁回路銅損pcuf，余下的轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率，余下的轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率的電磁功率的電磁功率P Pemem。220emFesPPpppPP直流電動機(jī)功直流電動機(jī)功率流程圖率流程圖P1PCuPemP0P2 并勵電動機(jī)并勵電動機(jī)輸入電壓輸入電壓 U = Ua = Uf = Ea + RaIa+2Ub(2) 輸入電流輸入電流 I = Ia + If(3) 輸入功率輸入功率 MIa+UIIf1()afPUIU II 【例例】 某并勵直流電動機(jī)，某并勵直流電動機(jī)，UN = 220 V，IN = 12.5 A，nN = 3 000 r/min ，Rf

39、 = 628 ，Ra = 0.41 。求該電機(jī)在額定狀態(tài)下運行時的：。求該電機(jī)在額定狀態(tài)下運行時的： (1) If ； (2) Ia； (3) E ； (4) Tem 。 解：解： (1) 勵磁電流勵磁電流 If UfRfIf =220628= A = 0.35A(2) 電樞電流電樞電流 Ia Ia = IN If = (12.50.35) A = 12.15 A (2) 電動勢電動勢 E E = UN Ra Ia = (2200.4112.15) V = 215 VCT = 9.55 Ce = 0.685Tem = CT Ia = 0.68512.15 Nm = 8.32 Nm (4) 電磁

40、轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩Ce =EnN2153 000= = 0.071 7 直流電動機(jī)的工作特性直流電動機(jī)的工作特性 一、并(他)勵電動機(jī)的工作特性 )(2Pfn aNaaeeeEUI RnCCC（1 1）轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 據(jù)轉(zhuǎn)速公式 ,0NffNpaUUIIR2,()emn Tf P指 時， 或,()eman Tf I2Pn0nn0影響轉(zhuǎn)速影響轉(zhuǎn)速n n的因素有二：的因素有二： 1 1）電流）電流IaIa增大時電樞電阻壓降增大時電樞電阻壓降IaRaIaRa也增大，也增大， 使轉(zhuǎn)速趨于下降；使轉(zhuǎn)速趨于下降；2 2）隨著負(fù)載的增大，電樞電流增大時，電樞反）隨著負(fù)載的增大，電樞電流增大時，電樞反 應(yīng)的去磁作

41、用使得磁通應(yīng)的去磁作用使得磁通下降，使轉(zhuǎn)速趨于上升。下降，使轉(zhuǎn)速趨于上升。2. 2. 一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低。由于電阻低。由于電阻RaRa的值很小，所以轉(zhuǎn)速下降比較平緩。電流增大，電壓的值很小，所以轉(zhuǎn)速下降比較平緩。電流增大，電壓恒定時意味著恒定時意味著P P2 2增大，所以增大，所以n=f(Pn=f(P2 2) )是一條較平的下降曲線（硬特性）。是一條較平的下降曲線（硬特性）。%1000NNnnnnn額定轉(zhuǎn)速調(diào)整率 % ：表示電動機(jī)從空載到滿載轉(zhuǎn)速變化的程度。（2）轉(zhuǎn)矩特性）轉(zhuǎn)矩特性 轉(zhuǎn)矩方程2( )emTf P22020060=2 nemPPTTTTT0T2PnemT2T二二 、串勵電動機(jī)的工作特性、串勵電動機(jī)的工作特性afIIINUU 2,()emn Tf P,()eman Tf I特點： 工作特性