第一章直流電機(jī)原理分析直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)；本章主要內(nèi)容：分析直流電機(jī)的換向等問題。分析直流電機(jī)的電路及磁路；主界面下一頁直流電機(jī)原理直流電機(jī)基本工作原理直流電機(jī)主要結(jié)構(gòu)及用途直流電機(jī)電樞繞組直流電機(jī)磁場直流電機(jī)換向第一章直流電機(jī)原理上一頁1.1直流電機(jī)的基本工作原理1、直流發(fā)電機(jī)的工作原理工作原理：把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?)交流發(fā)電機(jī)原理模型交流發(fā)電機(jī)原理模型旋轉(zhuǎn)180°滑環(huán)線圈e=BLv滑環(huán)A、B引出電勢主界面下一頁上一頁1.1直流電機(jī)的基本工作原理2)直流發(fā)電機(jī)原理模型把滑環(huán)改為換向器，并加電刷A、B對交變電勢進(jìn)行整流，得到直流電勢，如下圖所示：換向器電刷旋轉(zhuǎn)180°結(jié)論：1）電刷A通過換向片所引出的電動勢，始終是切割

N極磁力線的線圈邊中的電動勢，所以電刷A始終有正極性，同樣道理，電刷B始終有負(fù)極性2）電刷端能引出方向不變，但大小變化的脈振電動勢主界面下一頁上一頁1.1直流電機(jī)的基本工作原理2、直流電動機(jī)的工作原理旋轉(zhuǎn)180°1）電動機(jī)運(yùn)行關(guān)鍵：要使電樞受到一個方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，即當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下時受到的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變。2）直流電動機(jī)的工作原理：換向器配合電刷可保證每個極下線圈邊中電流始終是一個方向，即電樞受到的電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終不變，使電動機(jī)能連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。主界面下一頁上一頁1.1直流電機(jī)的基本工作原理3、電機(jī)的可逆原理從上述基本電磁情況來看，一臺直流電機(jī)原則上既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動機(jī)運(yùn)行，只是其輸入輸出的條件不同而已。發(fā)電機(jī)：機(jī)械能（輸入）轉(zhuǎn)換成電能（輸出）；電動機(jī)：電能（輸入）轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（輸出）。因此，同一臺電機(jī)，既能作發(fā)電機(jī)又能作電動機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)學(xué)理論中稱為電機(jī)的可逆原理。主界面上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途1、主要結(jié)構(gòu)靜止部分主磁極換向極機(jī)座電刷裝置轉(zhuǎn)動部分電樞鐵芯電樞繞組換向器氣隙主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途換向器電刷裝置電樞繞組主磁極機(jī)座電樞鐵心風(fēng)扇軸承直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途1）定子部分直流電機(jī)定子部分主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成。機(jī)座換向極主磁極主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途（1）主磁極（主極）主極鐵心勵磁繞組電樞機(jī)座主極鐵心沖片1～1.5mm厚的低碳鋼板作用：能夠在電樞表面外的氣隙空間里產(chǎn)生一定形狀分布的氣隙磁密。電磁鐵（大中型直流電機(jī)），永久磁鐵（小型直流電機(jī)）。主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途（2）換向極（附加極、間極）作用：改善直流電機(jī)的換向。容量在1kW以上的直流電機(jī)，在相鄰主磁極之間要裝上換向器，換向器繞組與勵磁繞組串聯(lián)。換向器鐵心一般用整塊鋼或鋼板加工而成。（3）機(jī)座作用：導(dǎo)磁（是主磁路，故又稱定子磁軛）；機(jī)械支撐。一般采用導(dǎo)磁效果好的鑄鋼制成，小型直流電機(jī)有用厚鋼板的。主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途壓緊彈簧銅絲辮電刷電刷盒作用：把直流電壓、電流引入或引出的裝置。（4）電刷裝置一般直流電機(jī)中，電刷組的數(shù)目可以用電刷桿數(shù)表示，刷桿數(shù)與電機(jī)的主磁極數(shù)相等。電刷桿裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，調(diào)整位置后，將它固定。主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。轉(zhuǎn)軸風(fēng)扇換向器電樞繞組電樞鐵心軸承2）轉(zhuǎn)子部分主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途電樞鐵心通常用0.5mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片的沖片疊壓而成（渦流損耗和磁滯損耗），固定在轉(zhuǎn)軸上。作用：主磁路的主要部分、嵌放電樞繞組。電樞鐵心電樞鐵心沖片（1）電樞鐵心主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途定義：由電樞線圈嵌放在電樞鐵心的槽中，每個元件的兩個出線端以一定規(guī)律與換向器的換向片相連而構(gòu)成。作用：直流電機(jī)的主要電路部分、實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。電樞鐵心電樞線圈換向片（2）電樞繞組主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途定義：由許多換向片組成，安裝在轉(zhuǎn)軸上。片與片之間用云母絕緣，換向片數(shù)與元件數(shù)相等。作用：在直流發(fā)電機(jī)中，將繞組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動勢；在直流電動機(jī)中，它將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。（3）換向器主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途2、銘牌參數(shù)額定電壓額定電流額定功率，kW額定轉(zhuǎn)速，r/min額定工況下加在電動機(jī)電樞繞組上的工作電壓。額定工況下長期運(yùn)行時的最大電樞電流。額定工況下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上長期輸出的最大功率。額定工況下電動機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)度。主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途1）功率計算電動機(jī)發(fā)電機(jī)2）功率、轉(zhuǎn)矩的折算其中單位：PN－w；TN－Nm；nN－r/min主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途3、用途和分類直流電動機(jī)多用于對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上（如軋鋼機(jī)、電力牽引、挖掘機(jī)械、紡織機(jī)械等等）這是因為直流電動機(jī)具有以下突出的優(yōu)點：1)調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速；2)起動、制動和過載轉(zhuǎn)矩大；3)易于控制，可靠性較高。主界面下一頁上一頁1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途Z2用于中、小型直流電機(jī)系列（發(fā)電機(jī)和電動機(jī)）Z（ZF）用于大、中型直流電機(jī)系列，電動機(jī)（發(fā)電機(jī)）ZZJ用于起重冶金工業(yè)ZT用于恒功率且調(diào)速范圍比較大的拖動系統(tǒng)ZQ用于電力機(jī)車、工礦電機(jī)車和蓄電池供電電車ZH船舶上各種輔助機(jī)械用的船用直流電動機(jī)ZU用于龍門刨床的直流電動機(jī)ZA礦井和有易爆氣體場所的防爆安全型直流電動機(jī)ZKJ冶金、礦山挖掘機(jī)用的直流電動機(jī)國產(chǎn)的直流電機(jī)種類主界面上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組的作用：電樞繞組的組成：直流電機(jī)的一個重要部分，是電機(jī)中機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電樞。由許多個形狀完全一樣的單匝元件(或多匝元件)以一定規(guī)律排列和連接起來的，用S表示元件數(shù)。主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組1、元件（線圈）：是繞組的一個基本單元，可為單匝，也可為多匝（匝數(shù)：）；元件邊首端末端2、虛槽：為了改善電機(jī)性能，往往需要采用較多的元件來構(gòu)成電樞繞組，由于工藝和其他方面的原因，電樞鐵心開的槽數(shù)不能太多，所以引入虛槽。槽楔元件邊基本概念（電樞繞組）主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組單疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進(jìn)。單疊繞組聯(lián)接的特點是元件兩個端子聯(lián)接于相鄰的兩個換向片上。單波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。直流電機(jī)電樞繞組基本的形式：單疊繞組、單波繞組。電樞繞組基本形式主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組（1）第一節(jié)距：一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離，一般等于一個極距τ。，y1=τ，整距繞組，長距繞組，短距繞組1單疊繞組1）繞組節(jié)距主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組（3）換向節(jié)距：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。（4）第二節(jié)距：連至同一換向片上的兩個元件中第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊間的距離。（2）合成節(jié)距：相鄰兩個元件（元件1、元件2）對應(yīng)邊之間的距離。主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組以2p=4，S=K=Qu=16為例進(jìn)行說明。（1）計算各節(jié)距第一節(jié)距合成節(jié)距、換向器節(jié)距第二節(jié)距2）連接方法主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組12345678910111213141516121234567891011121314151612NSNS（2）繪制繞組展開圖v主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組（3）繞組電路圖繞組聯(lián)接示意圖支路對數(shù)極對數(shù)電路圖主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組位于同一個磁極下的各元件串聯(lián)起來組成了一條支路，支路對數(shù)等于極對數(shù)。（4）單疊繞組特點當(dāng)元件的幾何形狀對稱，電刷放在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線時，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動勢為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動勢最小。電刷桿數(shù)等于極數(shù)。主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組（1）第一節(jié)距：一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離。，y1=τ

，整距繞組，長距繞組，短距繞組2單波繞組1）繞組節(jié)距主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組NNSS（2）換向器節(jié)距：當(dāng)沿圓周向一個方向繞了一周，經(jīng)過個串聯(lián)的元件后，其末尾所連的換向片，必須落在與起始的換向片相鄰的位，才能使第二周繼續(xù)住下連，即：應(yīng)使相串聯(lián)的元件感應(yīng)電動勢同向。兩元件相距約兩個極距。選擇的原則：主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組（3）合成節(jié)距：相鄰兩個元件（元件1、元件2）對應(yīng)邊之間的距離。（4）第二節(jié)距：連至同一換向片上的兩個元件中第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊間的距離。主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組以2p=4，S=K=Qu=15為例進(jìn)行說明。（1）計算各節(jié)距第一節(jié)距合成節(jié)距、換向器節(jié)距第二節(jié)距2）繞組展開圖主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組（2）繪制繞組展開圖151234567891011121314SNSN131415123456789101112v主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組同極性下各元件串聯(lián)起來組成一個支路，支路對數(shù)a與磁級對數(shù)P無關(guān)。只有與N、S極有關(guān)，只有兩條支路。（3）電路圖主界面下一頁上一頁1.3直流電機(jī)的電樞繞組（4）單波繞組特點同極性下各元件串聯(lián)起來組成一個支路，支路對數(shù)a＝1，與磁極對數(shù)p無關(guān)。當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動勢最大。電刷桿數(shù)也應(yīng)等于極數(shù)(采用全額電刷)。1.4直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)個除主極磁場外，當(dāng)電樞繞組中有電流流過時，還會產(chǎn)生電樞磁場。電樞磁場與主磁場的合成形成了電機(jī)中的氣隙磁場，它是直接影響電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩大小的。主界面下一頁上一頁1.4直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者很小，且可以不計其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時電機(jī)無負(fù)載，即無功率輸出。其磁路如下：N極氣隙（N極）電樞齒電樞磁軛氣隙（S極）S極定子磁軛主磁通漏磁通1直流電機(jī)的空載磁場主界面下一頁上一頁1.4直流電機(jī)的磁場在極靴下，氣隙小，氣隙中沿電樞表面上各點的磁密較大；在極靴范圍外，氣隙增加很多，磁密顯著減小，至兩極間的幾何中性線處磁密為零。氣隙磁密極距1）空載磁場的磁密分布主界面下一頁上一頁1.4直流電機(jī)的磁場2）直流電機(jī)的磁化曲線：膝點額定磁通額定勵磁磁通勢空載時主磁通與空載勵磁磁通勢或空載勵磁電流的關(guān)系，即。電機(jī)的磁化曲線可通過電機(jī)磁路計算來得到。主界面下一頁上一頁1.4直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢與勵磁磁通勢為交軸磁動勢。2直流電機(jī)的負(fù)載磁場主界面下一頁上一頁1.4直流電機(jī)的磁場磁通勢分布磁力線分布1）一個元件的電樞磁通勢設(shè)電樞槽內(nèi)僅嵌放一個元件，該元件軸線(即元件的中心線)與磁極軸線垂直，即元件邊位于磁極軸線上。一個元件所消耗于氣隙的磁通勢的空間分布為：主界面下一頁上一頁1.4直流電機(jī)的磁場元件較多三個元件結(jié)論：多個繞組的合成磁勢——階梯波實際繞組的合成磁勢——三角波2）多個元件的電樞磁通勢主界面下一頁上一頁1.4直流電機(jī)的磁場電樞反應(yīng)：電樞磁動勢對主極氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。主磁場電樞磁場氣隙合成磁場實際氣隙合成磁場3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)1、氣隙磁場發(fā)生畸變。2、每極磁通減少，有去磁作用。主界面下一頁上一頁1.4直流電機(jī)的磁場主磁極繞組的供電（接線）方式；除永磁外還有他勵式、并勵式、串勵式、復(fù)勵式，用M-電動機(jī)；G-發(fā)電機(jī)。他勵式并勵式串勵式復(fù)勵式4直流電機(jī)的勵磁方式主界面下一頁上一頁1.5直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向：電樞繞組旋轉(zhuǎn)時，組成電樞繞組的每條支路里所含元件數(shù)目是不變的，但組成每條支路的元件都在依次循環(huán)地更換，直流電機(jī)的某一個元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時，元件里的電