1、1.1 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理1.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值1.3 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組1.4 電流電機(jī)的電磁場(chǎng)電流電機(jī)的電磁場(chǎng)1.5 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩1.6 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)1.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.8 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)產(chǎn)生電樞繞組是直流電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩和和感應(yīng)電感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。的樞紐。通過換向片，6個(gè)元件依次串連構(gòu)成一個(gè)閉合回路。直流電機(jī)的電樞繞組直流電

2、機(jī)的電樞繞組幾個(gè)基本概念1.元件元件定義定義：元件就是兩端分別與兩片換向片連接的單匝或多匝元件就是兩端分別與兩片換向片連接的單匝或多匝線圈。元件是構(gòu)成繞組的基本單元。線圈。元件是構(gòu)成繞組的基本單元。電樞繞電樞繞組元件組元件疊繞組元件疊繞組元件波繞組元件波繞組元件直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組每一個(gè)元件有兩個(gè)放在槽每一個(gè)元件有兩個(gè)放在槽中切割磁力線、感應(yīng)電動(dòng)中切割磁力線、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效邊，稱為勢(shì)的有效邊，稱為元件邊元件邊。元件在槽外元件在槽外(電樞鐵心兩電樞鐵心兩端端)的部分一般只作為聯(lián)的部分一般只作為聯(lián)接引線，稱為接引線，稱為端接端接。與換。與換向片相聯(lián)的一端為向片相聯(lián)的一端為前端接前

3、端接，另一端叫另一端叫后端接后端接。直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組每片換向片又總是接一個(gè)元件的首段和另一個(gè)元件的末端，所每片換向片又總是接一個(gè)元件的首段和另一個(gè)元件的末端，所以元件數(shù)以元件數(shù)S總等于換向片數(shù)總等于換向片數(shù)K即即 S=K雙匝元件元件邊直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組每個(gè)電樞槽分上、下兩層嵌放兩個(gè)元件邊，所以元件數(shù)又等于每個(gè)電樞槽分上、下兩層嵌放兩個(gè)元件邊，所以元件數(shù)又等于槽數(shù)，即槽數(shù)，即 S=K=Z單匝元件元件邊直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組引入引入“虛槽虛槽”概念，設(shè)槽內(nèi)每層有概念，設(shè)槽內(nèi)每層有u個(gè)元件邊，則意味個(gè)元件邊，則意味著一個(gè)實(shí)際的槽包含了著一個(gè)實(shí)際的槽

4、包含了u個(gè)個(gè)“虛槽虛槽”，而每個(gè)虛槽的上、，而每個(gè)虛槽的上、下層依然只有一個(gè)元件邊。圖示為下層依然只有一個(gè)元件邊。圖示為u2，即一個(gè)實(shí)槽包，即一個(gè)實(shí)槽包含兩個(gè)虛槽的情況。一般情況下，實(shí)際槽數(shù)含兩個(gè)虛槽的情況。一般情況下，實(shí)際槽數(shù)Z與虛槽數(shù)與虛槽數(shù)Zi的關(guān)系為的關(guān)系為 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組對(duì)于小容量電機(jī)，電樞直徑小，電樞鐵心外對(duì)于小容量電機(jī)，電樞直徑小，電樞鐵心外圓不宜開太多槽時(shí)，往往在一個(gè)槽的上層和圓不宜開太多槽時(shí)，往往在一個(gè)槽的上層和下層各方下層各方u個(gè)元件邊，即把一個(gè)實(shí)槽當(dāng)成個(gè)元件邊，即把一個(gè)實(shí)槽當(dāng)成u個(gè)虛槽使用。虛槽數(shù)個(gè)虛槽使用。虛槽數(shù)Zu與實(shí)槽數(shù)與實(shí)槽數(shù)Z之間的關(guān)之間的

5、關(guān)系為：系為： Zu=uZ=S=K為分析方便起見，設(shè)為分析方便起見，設(shè)u=1直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組節(jié)距 表示元件幾何尺寸以及元件之間連接規(guī)律的數(shù)據(jù)為節(jié)距。表示元件幾何尺寸以及元件之間連接規(guī)律的數(shù)據(jù)為節(jié)距。1第一節(jié)距第一節(jié)距y1 元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的距離稱元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的距離稱為第一節(jié)距，用為第一節(jié)距，用y1表示。第一節(jié)距的大小通常用表示。第一節(jié)距的大小通常用所跨的虛槽數(shù)來計(jì)算。因?yàn)樵呏梅旁诓蹆?nèi)，所跨的虛槽數(shù)來計(jì)算。因?yàn)樵呏梅旁诓蹆?nèi)，所以所以y1必定是一個(gè)整數(shù)必定是一個(gè)整數(shù)。為得到較大的感應(yīng)電動(dòng)。為得到較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩

6、，y1最好等于或者接近于一個(gè)極距，最好等于或者接近于一個(gè)極距，即即 整數(shù)pZyi21直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組NS12312y1yy2yk直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 為使為使yl湊成整數(shù)的一個(gè)小數(shù)。通常，湊成整數(shù)的一個(gè)小數(shù)。通常，y1=稱為稱為整距元件；相應(yīng)的，整距元件；相應(yīng)的，y1為長(zhǎng)距；為長(zhǎng)距；y10為右行繞組，yk0為左行繞組，左行繞組每一個(gè)元件接到換向片上的兩根端接線要相互交又，亦較長(zhǎng)(用銅較多)，故較少采用。 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組NS12312y1yy2yk單疊繞組單疊繞組步驟：步驟： 近似的電機(jī)橫截面示意圖近似

7、的電機(jī)橫截面示意圖 元件連接次序表元件連接次序表 單疊繞組單疊繞組 元件連接次序表元件連接次序表 1.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷12345678910111213141615NSNS+-+-1A1B2A2B+AB 單波繞組:順序相連的兩元件處在相鄰極對(duì)下相近位置。1 1、單波繞組的節(jié)距、單波繞組的節(jié)距 (1) 第一節(jié)距第一節(jié)距1y1ypZ2 (2) 合成節(jié)距合成節(jié)距2ypKpZyyk11 (3) 第二節(jié)距第二節(jié)距12yyy直流電機(jī)： 42p15KSZ步驟：步驟：計(jì)算節(jié)距計(jì)算節(jié)距34341521pZy71151ppZyyk43712

8、yyy 近似的電機(jī)、橫截面示意圖近似的電機(jī)、橫截面示意圖 元件連接次序表元件連接次序表 槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷123456789101112131415NSNS+-+-+ 單單波繞組把所有處于相同極波繞組把所有處于相同極性下的元件都串聯(lián)起來構(gòu)成兩性下的元件都串聯(lián)起來構(gòu)成兩條并聯(lián)支路。條并聯(lián)支路。單單波繞組的并聯(lián)波繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)與極對(duì)數(shù)無關(guān)，總等支路對(duì)數(shù)與極對(duì)數(shù)無關(guān)，總等于于1，即，即 。 單單波繞組從理論上講，只需波繞組從理論上講，只需設(shè)兩組電刷。但一般仍采用設(shè)兩組電刷。但一般仍采用2P 組電刷。它可以減少電刷組電刷。它可以減少電刷 的接觸面積，隨之可有效

9、的接觸面積，隨之可有效 縮短換向器的長(zhǎng)度以節(jié)省縮短換向器的長(zhǎng)度以節(jié)省 用銅量，還可平衡繞組支用銅量，還可平衡繞組支 路電勢(shì)。路電勢(shì)。 所有的直流電機(jī)的電樞繞組所有的直流電機(jī)的電樞繞組是無頭無尾的是無頭無尾的閉閉 合繞組合繞組。 電樞繞組的支路數(shù)電樞繞組的支路數(shù)(2a)永遠(yuǎn)是成對(duì)出現(xiàn)，永遠(yuǎn)是成對(duì)出現(xiàn)， 這是由于磁極數(shù)這是由于磁極數(shù)(2p)是一個(gè)偶數(shù)。是一個(gè)偶數(shù)。 電刷放置的一般原則是確?？蛰d時(shí)通過正、電刷放置的一般原則是確?？蛰d時(shí)通過正、負(fù)負(fù) 電刷引出的電動(dòng)勢(shì)最大，或者說，被電電刷引出的電動(dòng)勢(shì)最大，或者說，被電刷短路刷短路 的元件中的電動(dòng)勢(shì)為零或接近于零。的元件中的電動(dòng)勢(shì)為零或接近于零。 對(duì)于端

10、接對(duì)稱的元件，電刷也就放置在主對(duì)于端接對(duì)稱的元件，電刷也就放置在主極軸線下的換向片上極軸線下的換向片上。直流電機(jī)繞組的總結(jié)直流電機(jī)繞組的總結(jié)直流電機(jī)的電磁場(chǎng)直流電機(jī)的電磁場(chǎng) 電機(jī)裝配圖電機(jī)裝配圖勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式 直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類MIf+UaIa+Uf他他勵(lì)勵(lì)并并勵(lì)勵(lì)串串勵(lì)勵(lì)復(fù)復(fù)勵(lì)勵(lì)M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)的磁直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)場(chǎng) 直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢(shì)，電樞電直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢(shì)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)的影響稱為流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)的影響

11、稱為 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 直流電機(jī)空載是指電機(jī)對(duì)外無功率輸出、不帶負(fù)載空轉(zhuǎn)的一種狀態(tài)。直流電機(jī)空載時(shí)，勵(lì)磁繞組內(nèi)有勵(lì)磁電流，電動(dòng)機(jī)電樞電流很小可忽略而發(fā)電機(jī)電樞電流為零，這時(shí)電機(jī)的磁場(chǎng)由勵(lì)磁電流單獨(dú)建立。 右圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過電流為 ，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：fNfIfffNIF 直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)的磁直流電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)場(chǎng)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(jìn)入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁通主磁路磁力線不進(jìn)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

12、漏磁通漏磁通漏磁路 直流電機(jī)中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個(gè)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%。直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 如果不考慮電樞表面齒槽效應(yīng)，假設(shè)電樞表面是光滑的，根據(jù)磁路定律可推出氣隙磁密反比于氣隙長(zhǎng)度，即有B1/。主磁極下的氣隙小，而且均勻，氣隙磁密分布均勻；在主磁極極靴尖，氣隙增大，磁阻增大，磁密下降；在極靴尖外，氣隙迅速增大，氣隙磁密急劇下降，在相鄰兩極的空間分界線上，磁密降為零。我們稱氣隙磁密沿電樞表面空間分布的波形為平頂波，也可稱之為鐘形曲線。 為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或

13、產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通 ，空載時(shí)，氣隙磁通 與空載磁動(dòng)勢(shì) 或空載勵(lì)磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖所示。000fF0fI 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通 設(shè)定在圖中A點(diǎn)，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N0直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞電流Ia不為零，氣隙中的磁勢(shì)由勵(lì)磁電流If產(chǎn)生的勵(lì)磁磁勢(shì)Ff和電樞電流Ia產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)Fa共同建立。 右圖表示由電樞電流單獨(dú)產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)，根據(jù)電樞電流方向和右手螺旋定則，可判斷

14、電樞磁勢(shì)的軸線與電刷軸線（也是幾何中心線）重合，并與主磁極軸線正交，故電刷位于幾何中心線上時(shí)的電樞磁勢(shì)也是交軸電樞磁勢(shì)。 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中 所示。axF 由于主磁極下氣隙長(zhǎng)度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長(zhǎng)度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的馬鞍型，如圖中 所示。axBaxBaxF負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 圖b表示僅由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的空載磁場(chǎng)。假設(shè)電機(jī)磁路不飽和，可利用疊加原理，得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)如圖c所示。負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的

15、磁場(chǎng) 當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場(chǎng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場(chǎng)分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況，如圖所示。xB0axBxB主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)： 2)、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用1)、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 空載時(shí)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(gè)磁極下，一半磁場(chǎng)被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。 磁路不飽和時(shí)，主磁場(chǎng)被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，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，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。當(dāng)當(dāng)電刷電刷不在幾何中