1、第1章直流電機(jī)原理一直流電機(jī)的結(jié)構(gòu),1主要結(jié)構(gòu)組成：主極鐵心主磁極勵磁繞組換向極鐵心定子換向極換向極繞組機(jī)座直流電機(jī)電刷裝置轉(zhuǎn)子電樞鐵心(電樞)電樞繞組換向器氣隙轉(zhuǎn)軸,2各部件的功能,(一)定子(靜止部分)作用：產(chǎn)生磁場，1)主磁極，鐵心0.5-1.5mm厚低碳鋼板沖片疊壓鉚緊而成。勵磁繞組，絕緣銅線，產(chǎn)生磁通。2)換向極，鐵心整塊鋼，繞組較粗絕緣銅線，改善換向。3)機(jī)座，采用低碳鋼澆注，固定，具良好導(dǎo)磁和機(jī)械強(qiáng)度，4)電刷裝置，連接內(nèi)外電路。由電刷、刷握、刷桿座組成。,(二)轉(zhuǎn)子或電樞(轉(zhuǎn)動部分),1電樞鐵芯，0.35-0.55mm厚沖有齒、槽涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，通風(fēng)孔，通磁2電樞繞

2、組，絕緣銅線繞制許多線圈嵌在鐵心槽內(nèi)，與換向片接成整體，產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。3換向器，由許多楔形銅片中間間隔厚0.4-1.0mm的云母片絕緣組裝成的園柱體，改變電流方向，使外電路電流方向不變。4氣隙，小型定、轉(zhuǎn)子之間約為0.5-5mm，大型約為5-10mm，對運(yùn)行性能影響很大。,二直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù),額定值是制造廠對各種電氣設(shè)備（本章指直流電機(jī)）在指定工作條件下運(yùn)行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運(yùn)行時，可以保證各電氣設(shè)備長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計或試驗的依據(jù)。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌數(shù)據(jù)。,1、額定功率PN指電機(jī)在銘

3、牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時，電機(jī)的輸出功率，以“W”為量綱單位。若大于1kW或1MW時，則用kW或MW表示。對于直流發(fā)電機(jī)，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。即：PNUNIN對于直流電機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，所以：PNUNINN,額定電壓UN指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以“V”為單位。額定電流IN指電機(jī)在額定電壓、額定功率時的電樞電流值，以“A”為單位。額定轉(zhuǎn)速nN指額定狀態(tài)下運(yùn)行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為單位。額定勵磁電流If指電機(jī)在額定狀態(tài)時的勵磁電流值。,三直流電機(jī)電樞繞詛(一)電樞繞組的名詞術(shù)語,1繞組元件，絕緣銅導(dǎo)線繞成一定形狀的線圈，一個元件有兩個有效邊(

4、上、下)嵌在鐵心槽內(nèi)，首、末端分別接于兩換向片上。2元件數(shù)S、換向片數(shù)K、虛槽數(shù)Zu、實槽數(shù)Z之間關(guān)系，S=K=Zu=Uzu-每個實槽內(nèi)所包含的虛槽數(shù)見p16圖1.143極距，電樞園周表面相鄰兩主磁極之間距離，=Da/2P=Zu/2P，P：磁極對數(shù)，Da：電樞外徑，4繞組節(jié)距，1)第一節(jié)距y1=Zu/2P=取正，y大于，稱長距繞組，2)第二節(jié)距y2，合成節(jié)距y、換向節(jié)距yk，y=y1-y2=yk,(二)單疊繞組,1單疊繞組的特點是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即：。,單疊繞組的的特點：,1）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。,2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，

5、電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。,3）電樞電流等于各支路電流之和。,2單疊繞組的繞法,連接特點：同一元件首、末兩端接到相鄰兩換向片上，第一只元件末端與第二只元件首端相連，重疊下去。特征方程：y=yk=1(+1右行繞組，-1左行繞組)，常用右行展開圖，1計算y1,y,y2,2畫連接次序圖，3畫展開圖。,(三)單波繞組,單波繞組的合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。,單波繞組的特點,1）同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對數(shù)為1，與磁極對數(shù)無關(guān)；,2）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，支路電動勢最大；,3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；,5）電樞電流等于兩條

6、支路電流之和。,4）電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；,2單波繞組的繞法,1連接特點，同一元件首、末二端接到相隔較遠(yuǎn)的換向片上yk大于y，形如波浪。特征方程：y=yk=(K1)/P，y=y1+y2，+為右行，-為左行，一般用左行繞組。2展開圖，1計算y1,y,y2,2畫連接次序圖，3畫展開圖。,四直流電機(jī)基本原理1直流電機(jī)的電樞電動勢,電樞旋轉(zhuǎn)時,主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動勢簡稱為電樞電動勢。,性質(zhì):發(fā)電機(jī)電源電勢(與電樞電流同方向);電動機(jī)反電勢(與電樞電流反方向).,，稱為電動勢常數(shù),為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù),式中：,可見，直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。,2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,

7、電樞繞組中有電樞電流流過時,在磁場內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。,性質(zhì):發(fā)電機(jī)制動(與轉(zhuǎn)速方向相反)；電動機(jī)驅(qū)動(與轉(zhuǎn)速方向相同)。,可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。,為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有,其中,(三)、改善換向的方法,除了直線換向外，延遲和超越換向時的合成電動勢不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時會在電刷下產(chǎn)生火花。還有機(jī)械和化學(xué)方面的因素也能引起換向不良產(chǎn)生火花。,改善換向一般采用以下方法：,1選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻,2裝設(shè)換向磁極，位于幾何中性線處裝換向磁極。換向繞組與電樞繞組串聯(lián)，在換向元件

8、處產(chǎn)生換向磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢,3大型直流電機(jī)在主磁極極靴內(nèi)安裝補(bǔ)償繞組，補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，產(chǎn)生的磁動勢抵消電樞反應(yīng)磁動勢,第2章直流電動機(jī),直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組的連接方式不同，可分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵四類。,供給勵磁繞組電流的方式稱為勵磁方式。,1、他勵：直流電動機(jī)的勵磁繞組Nf與電樞繞組Na都由各自單獨直流電源供電。,其特點：他勵直流電動機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：,2.1直流電動機(jī)的分類,M,4、復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。MI=Ia+If2，Ia=If1I=If1=Ia+If2,M,M,二、

9、直流電動機(jī)的基本方程,如圖規(guī)定各物理量的參考方向,電機(jī)的基本方程如下：,、2.3他勵（并勵）直流電動機(jī)的工作特性,1轉(zhuǎn)速特性,他勵（并勵）直流電動機(jī)的工作特性完全一樣，不同的是他勵電機(jī)輸入電流I=Ia，而并勵I(lǐng)=Ia+If，,定義：當(dāng)、時，轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩T、效率分別與輸出功率P2之間關(guān)系，稱為工作特性。,將Ea=Cen，代入U=Ea+IaRa中，得：,1)電樞壓降IaRa增加時，忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化，即n趨于下降。,2)電樞反應(yīng)的去磁作用，減小，使n趨于上升,一般第1)種大于第2)種。,據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡方程：T2=9.55P2/n，若n不變T2P2，為過原點的一直線，但

10、實際中，當(dāng)負(fù)載增加，P2增加，n下降，T2略為上翹曲線。,2轉(zhuǎn)矩特性,轉(zhuǎn)矩表達(dá)式,考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。,據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡方程：T2=9.55P2/n，若n不變T2P2，為過原點的一直線，但實際中，當(dāng)負(fù)載增加，P2增加，n下降，T2略為上翹曲線。,2轉(zhuǎn)矩特性,轉(zhuǎn)矩表達(dá)式,考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。,2.5直流電動機(jī)的機(jī)械特性,電動機(jī)的機(jī)械特性是：穩(wěn)定運(yùn)行時，n與T之間關(guān)系。它是分析電動機(jī)啟動、制動、調(diào)速和運(yùn)行的基礎(chǔ)。一電動機(jī)的機(jī)械特性方程式：如圖P39圖2.7電勢平衡方程式：U=Ea+IaR式中R=Ra+Rpa，Ea=Cen，T=CTIa，可得：n

11、=U/Ce-IaR/Ce，或n=U/Ce-TR/CeCT2=n0-T=n0-n斜率=R/CeCT2轉(zhuǎn)速降n=n0-Nn注：越大，機(jī)械特性越軟，即n大、穩(wěn)定性差。,二固有機(jī)械特性,當(dāng)并勵電動機(jī)U=UN，=N，且，Rpa=0其方程為：n=UN/CeN-TR/CeCTN2特性曲線如P39圖2.8，其特點是：1對于任何一部電動機(jī)，只有唯一的一條固有機(jī)械特性曲線。2由于電樞回路無外串電阻，Ra很小，則很小，那么n很小，因此它是一條微微下降的直線，所以固有機(jī)械特性曲線屬于硬特性，即n很小，穩(wěn)定性好。,二人為機(jī)械特性,將式n=U/Ce-TR/CeCT2中R、U、三個參數(shù)，保持兩個參數(shù)不變，人為地改變其中一個

12、參數(shù)所得到的機(jī)械特性，稱為人為機(jī)械特性。1改變R的特性，即電樞回路中串電阻Rpa，n=UN/CeN-T(Ra+Rpa)/CeCTN2曲線如p40圖2.9,其特點：串入Rpa增大或減小時，理想空載轉(zhuǎn)速n0不變，串入Rpa越大，越大，n越大，特性越軟，穩(wěn)定性越差。串入Rpa越大，電樞電流流過Rpa產(chǎn)生的損耗越大。注：是電動機(jī)啟動、調(diào)速、制動的基礎(chǔ)。,2改變電壓的特性，將其改為他勵，=NR=Ra，其方程：n=U/CeN-TR/CeCTN2曲線如p41圖2.11，其特點：n0與電源電壓成正比，曲線互相平行，當(dāng)T=C時，降低電壓，轉(zhuǎn)速降低。,3減弱磁通時的特性，當(dāng)U=UN,R=Ra,其方程為：n=UN/

13、Ce-T(Ra+Rpa)/CeCT2通過調(diào)節(jié)RPf調(diào)節(jié)If來改變，其曲線如p41圖2.12，特點：n0與成反比，減小增大，與2成反比，曲線變軟，一般不能減小太多，是由于受機(jī)械強(qiáng)度的限制。,四直流電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn),據(jù)T=CTIa可知，轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)矩決定，改變轉(zhuǎn)矩的方法有兩種：1將勵磁繞組反接，改變If方向，達(dá)到改變的方向，保持電樞繞組電壓極性不變。2將電樞繞組反接，改變Ia方向，保持勵磁繞組電壓極性不變。如p41圖2.13，一般采用第2種方法，因為第1種方法會產(chǎn)生自感電動勢，擊穿絕緣，,2、串勵直流電動機(jī)的工作特性,當(dāng)負(fù)載電流較小時，電機(jī)磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵磁電流呈線性關(guān)系。即：,轉(zhuǎn)速特性,

14、轉(zhuǎn)矩特性,當(dāng)負(fù)載電流較大時，磁路飽和，串勵電動機(jī)的工作特性與他勵電動機(jī)相同。,當(dāng)負(fù)載電流為零時，電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于無窮大，所以串勵電動機(jī)不宜輕載或空載運(yùn)行。,第1章基本內(nèi)容,一直流電機(jī)主要結(jié)構(gòu)，1直流電機(jī)由_和_兩部分組成，定子包括_、_、_和_組成，其主要作用是_，轉(zhuǎn)子包括_、_、_和_組成，其主要作用是_。2電樞繞組是實現(xiàn)_能量轉(zhuǎn)化的核心，它分為_繞組和_繞組，3單疊繞組有_條支路，a=p=_，Ia=_ia4單波繞組有_條支路，a=_，Ia=_ia。,二直流電機(jī)工作原理,1直流發(fā)電機(jī)工作原理，1)直流發(fā)電機(jī)是根據(jù)_工作的，電樞中產(chǎn)生是_電動勢，通過換向器和電刷變換成_電壓。2)直流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感

15、應(yīng)電動勢Ea公式_其方向與感應(yīng)電流方向_，3)直流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T公式_，其方向與轉(zhuǎn)速n方向_，稱制動轉(zhuǎn)矩。,2直流電動機(jī)工作原理，1)直流電動機(jī)是根據(jù)_工作的，電刷兩端外加直流電壓，通過換向器和電刷變換成_電壓。2)直流電動機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢Ea公式_其方向與電樞中電流方向_，3)直流電動機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T公式_，其方向與轉(zhuǎn)速n方向_，稱拖動轉(zhuǎn)矩。,三直流電機(jī)產(chǎn)生電磁火花,1原因是：換向元件內(nèi)產(chǎn)生_和_引起附加電流ik造成的。2改善換向的三種方法是：_，_，_，,四應(yīng)用講解,1一臺直流電機(jī)Zu=Z=K=S=12,2P=4,要求繞制一右行單疊繞組和左行單波繞組。2一臺四極直流電機(jī)，電樞為單疊

16、繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=152根，每極磁通=0.035Wb當(dāng)n=1200r/min時，電樞中感應(yīng)電動勢為多少？若保持每條支路電流ia=50A，求單疊繞組和單波繞組時的電磁轉(zhuǎn)矩T各為多少？,第2章直流電動機(jī),一直流電動機(jī)的分類1按勵磁方式可分為：_、_、_、_。2分別畫出各類電動機(jī)的連接電路圖，并分別寫出其特點。,二直流電動機(jī)運(yùn)行規(guī)律，1電磁轉(zhuǎn)矩T與n方向_，T起_作用，ia與Ea方向_，U_Ea。2基本方程，1)電壓平衡方程_，2)轉(zhuǎn)矩平衡方程_，近似T_T2=_，3)功率平衡方程_，其中，輸入功率P1=_，電磁功率PM=_，輸出功率P2=_，損耗功率P=_,三并勵電動機(jī)的工作特性1轉(zhuǎn)速特性，n=_，分析n與Ia和的關(guān)系_，2轉(zhuǎn)矩特性，T2=_，分析T2與P2和n的關(guān)系_，3效率特性，=_，最高效率的條件是_，,四直流電動機(jī)反轉(zhuǎn)1實現(xiàn)反轉(zhuǎn)的兩種方法是：