電機與電器——直流電機第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機一、直流發(fā)電機二、直流電動機三、直流電機的可逆性

在不同的外界條件下，一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，這在電機理論中稱為可逆原理。第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的結(jié)構(gòu)第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的結(jié)構(gòu)第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的結(jié)構(gòu)1、主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。鐵心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的結(jié)構(gòu)2、換向極換向極的作用是改善換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩個相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成，數(shù)目與主磁極相等。第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的結(jié)構(gòu)3、電刷裝置電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的，如圖1.7所示。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的結(jié)構(gòu)4、電樞鐵心電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機運行時電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的結(jié)構(gòu)5、換向器在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的結(jié)構(gòu)主磁極：產(chǎn)生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成換向磁極：改善換向。電刷裝置：與換向器配合,完成直流與交流的互換機座和端蓋：起支撐和固定作用，機座也是電機中磁路的一部分。定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組：由帶絕緣的導線繞制而成，是電路部分。

是能量轉(zhuǎn)換的中樞。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10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的工作原理簡單模型簡介：N，S——靜止磁場，產(chǎn)生磁通（定子主磁極）電樞繞組——線圈abcd換向器—固定在轉(zhuǎn)軸上且與轉(zhuǎn)軸絕緣的兩個銅質(zhì)的半圓環(huán)電刷——與換向片滑動接觸，是旋轉(zhuǎn)的線圈與外界靜止的電路相連接。第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的工作原理1、直流發(fā)電機的工作原理

在圖示瞬間，導體ab、cd的感應電動勢方向分別由b指向a和由d指向c。這時電刷A呈正極性,電刷B呈負極性。第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的工作原理

當線圈逆時針方向旋轉(zhuǎn)180°時，這時導體cd位于N極下，導體ab位于S極下，各導體中電動勢都分別改變了方向。第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的工作原理

從圖看出，和電刷A接觸的導體永遠位于N極下，同樣，和電刷B接觸的導體永遠位于S極下。直流發(fā)電機電樞線圈中的感應電動勢的方向是交變的，而通過換向器和電刷的整流作用，在電刷A、B上輸出的電動勢是極性不變的直流電動勢。因此，電刷A始終有正極性，電刷B始終有負極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如果電樞上線圈數(shù)增多，并按照一定的規(guī)律把它們連接起來，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動勢。這就是直流發(fā)電機的工作原理。

第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的工作原理2、直流電動機的工作原理在圖示瞬間，導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的工作原理

當電樞轉(zhuǎn)了180°后，導體cd轉(zhuǎn)到N極下，導體ab轉(zhuǎn)到S極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷A流入，經(jīng)導體cd、ab后，從電刷B流出。這時導體cd受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，導體ab受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時針方向。第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的工作原理由此可見，加于直流電動機的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動機電樞線圈中流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動機朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的基本工作原理。第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的工作原理一臺直流電機原則上可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，取決于外界不同的條件。將直流電源加于電刷，輸入電能，電機能將電能轉(zhuǎn)換為機械能，作電動機運行；如用原動機拖動直流電機的電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機械能，電機能將機械能轉(zhuǎn)換為直流電能，從電刷上引出直流電動勢，作發(fā)電機運行。同一臺電機，既能作電動機運行，又能作發(fā)電機運行的原理，稱為電機的可逆原理。第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的銘牌數(shù)據(jù)額定容量PN：輸出功率額定電壓UN：額定狀態(tài)下出線端電壓；額定電流IN：額定狀態(tài)下出線端電流；額定轉(zhuǎn)速n：額定狀態(tài)下的電機轉(zhuǎn)速直流發(fā)電機：PN＝UN·IN直流電動機：PN＝UN·IN·★第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的繞組繞組：直流電機的線圈，實現(xiàn)電能與機械能的機電能量轉(zhuǎn)換的部件；為直流電機的主要電路。在電機中按一定規(guī)律連接起來，構(gòu)成直流電機的電樞繞組。要求有：1，產(chǎn)生足夠的電動勢；

2，盡可能節(jié)省材料；

3，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二簡單的繞組

單一線圈是不能產(chǎn)生足夠的電動勢或電磁轉(zhuǎn)矩，必須將多個線圈連接成繞組（稱為電樞繞組）第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二簡單的繞組 第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二簡單的繞組

第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二簡單的繞組

第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二簡單的繞組

第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二簡單的繞組

第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二簡單的繞組

結(jié)論：位于對稱位置的電刷將閉合的六個線圈分為兩個并聯(lián)的支路第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二繞組相關概念

元件（線圈）：繞組中每個線圈的兩個端子各接到一個換向片上，為繞組的一個單元。直流電機電樞繞組構(gòu)成原則：將繞組通過換向片連接起來構(gòu)成閉合繞組。極軸線：磁極的中心線；幾何中性線：磁極之間的平分線，P:極對數(shù)；極距t：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離?？捎貌蹟?shù)表示，t=Z/2P槽），式中Z為電樞總槽數(shù)；第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二繞組相關概念 第一節(jié)距（元件節(jié)距y1）：同一個元件兩個元件邊之間的距離。換向節(jié)距（yc）：上層元件邊與下層元件邊所連接的兩個換向片之間的距離。以換向片數(shù)目表示。第二節(jié)距(合成節(jié)距y2)：連至同一個換向片的兩個元件邊之間的距離。Y2=y1－ycy1=Q/2p±ε=整數(shù)（Q為電樞的槽數(shù)，p為磁極對數(shù)）ε是使y1成為整數(shù)的一個分數(shù)第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二123ycy1y2第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二繞組相關概念基本形式有兩種：

1.單疊繞組：元件兩個端子連接于相鄰的兩個換熱片上。

2.單波繞組：把元件相隔大約兩個極距連接起來。第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二舉例：極對數(shù)p=2，槽數(shù)Q=16，元件數(shù)S=16，換向片數(shù)K=16，即Q=S=K=16，畫繞組展開圖。解：1、計算數(shù)據(jù)：y1=Q/2p=4，對于疊繞組yc=1，

y2=y1－yc=32、畫展開圖單疊繞組展開圖第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二（1）先畫16根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。（2）根據(jù)第一節(jié)距，畫出第一個元件的上下層邊（1～5槽），令上層邊所在的槽號為元件號；（3）接上換向片，1、2片之間對準元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號；單疊繞組展開圖12345678910111213141615第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二（4）畫出第二個元件，上層邊在第2槽，與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6槽與3號換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把16個元件全部聯(lián)起來。（5）放磁極：磁極寬度約為均勻分布在圓周上，N極磁力線垂直向里（進入紙面），S極向外（從紙面穿出）；（6）放電刷：對準在磁極軸線下，畫一個換向片寬（實際上K很多，電刷寬＝2～3片寬）。并把相同極性下的電刷并聯(lián)起來。實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)。單疊繞組展開圖第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二單疊繞組展開圖第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二單疊繞組展開圖第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二單疊繞組展開圖第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二單疊繞組展開圖第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二單疊繞組展開圖第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二單疊繞組的電路圖元件1被電刷A1短路，元件2、3、4的電流方向一致，構(gòu)成一條支路且與換向片5相連，同理8、7、6的電流方向一致，構(gòu)成另1條支路且與換向片6相連，而5、6換向片又被電刷B1短接，故2、3、4、6、7、8的電流從B1流出。構(gòu)成一對支路同理其他元件構(gòu)成另2條支路。故一共有4條并聯(lián)支路，兩對支路。第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二單疊繞組的電路圖

用a表示支路對數(shù)，且有a＝p(p為磁極對數(shù)）第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二（1）元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片上；（2）并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，2a=2p；（4）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；（5）正負電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓；（6）由正負電刷引出的電樞電流為各支路電流之和。單疊繞組的特點第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二單波繞組(1)單波繞組：把元件相隔大約兩個極距連接起來。(2)元件兩出線端所連的換向片相隔較遠相串連的兩元件也相隔較遠，這樣連接起來的元件形式猶如波浪一樣向前延伸。(3)支路對數(shù)永遠等于1對比：電流較大電壓較低的電機多采用疊繞組電壓較大電流較小的電機多采用波繞組第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的勵磁方式按勵磁方式的不同，直流電機可分為4種：

1、他勵直流電機2.并勵直流電機3.串勵直流電機4.復勵直流電機直流電機的運行特性隨著勵磁方式的不同有很大的差別。他勵串勵并勵復勵永磁材料勵磁I＝IaI＝Ia＝IfI=Ia+IfI=Ia第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的空載磁場直流電機的空載磁場是指電樞電流等于零(電動機不帶負載）因此，直流電機的空載磁場是指由主磁極單獨建立的磁場。絕大部分磁通經(jīng)由主磁極及氣隙而通過電樞鐵心，稱為主磁通－ф0，另一部分不與電樞繞組相交鏈，稱為漏磁通－фσ漏磁通的數(shù)量比主磁通的數(shù)量小得多，在直流電機中里，一般忽略不計。第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的空載磁場第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的負載磁場第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二由于電樞磁動勢的出現(xiàn)，氣隙磁場將會發(fā)生變化。主極磁場電樞磁場合成磁場第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機負載后，電樞繞組有電流通過，該電流建立的磁場簡稱電樞磁場，電樞磁場對主磁場的影響就稱為電樞反應。具體表現(xiàn)：(1)使氣隙磁場分布發(fā)生畸變；(2)去磁作用，使磁場總磁通減弱。直流電機的電樞反應第51頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二直流電機的感應電勢