1、1,第3章 直流電機(jī)原理,本章主要內(nèi)容： 1. 基本原理、結(jié)構(gòu)及參數(shù) 2. 內(nèi)部電磁關(guān)系及基本方程 3. 外部特性分析計算,2,第3章 直流電機(jī)原理,3.1 用途及基本工作原理,直流電動機(jī)：調(diào)速性能好，易于控制 紡織、挖掘機(jī)械、軋鋼機(jī)等 直流發(fā)電機(jī)：直流電源,一、直流電機(jī)的用途,3,第3章 直流電機(jī)原理,二、基本工作原理,3.1 用途及基本工作原理,1、直流電動機(jī),4,第3章 直流電機(jī)原理,二、基本工作原理,3.1 用途及基本工作原理,1、直流電動機(jī),5,第3章 直流電機(jī)原理,二、基本工作原理,3.1 用途及基本工作原理,1、直流電動機(jī),結(jié)論： 要產(chǎn)生有效的電磁轉(zhuǎn)矩，必須確保線圈邊運動到不同極

2、性的磁極下時，流過線圈中的電流方向及時變換，即進(jìn)行 “換向”； 換向由換向器和電刷來完成，即換向器保證每個極下線圈邊中電流始終是一個方向； 線圈內(nèi)部的感應(yīng)電勢和電流為交流，而電刷外部的電壓和電流為直流。,6,第3章 直流電機(jī)原理,二、基本工作原理,3.1 用途及基本工作原理,2、直流發(fā)電機(jī),7,第3章 直流電機(jī)原理,一、主要結(jié)構(gòu),3.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù),1、定子：機(jī)座、主磁極、換向極、電刷、軸承等,8,第3章 直流電機(jī)原理,一、主要結(jié)構(gòu),3.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù),1、定子：機(jī)座、主磁極、換向極、電刷、軸承等,主磁極 永久磁體：磁場較弱，不易于控制； 電磁鐵：鐵磁材料繞上勵磁線

3、圈If(直流） 用11.2mm厚的低碳鋼板疊壓而成。,9,第3章 直流電機(jī)原理,一、主要結(jié)構(gòu),3.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù),2、轉(zhuǎn)子：又叫電樞，是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐 電樞鐵心、電樞繞組、轉(zhuǎn)軸、換向器等,10,第3章 直流電機(jī)原理,一、主要結(jié)構(gòu),3.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù),2、轉(zhuǎn)子：又叫電樞，是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐 電樞鐵心、電樞繞組、轉(zhuǎn)軸、換向器等,電樞鐵心：嵌放電樞繞組，0.5mm硅鋼片疊壓而成。,電樞繞組：按一定規(guī)律嵌放在鐵心表面的槽里，流 過Ia(電樞電流），最終形成T和Ea。,11,第3章 直流電機(jī)原理,一、主要結(jié)構(gòu),3.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù),12,第3章 直流電機(jī)原理

4、,二、銘牌數(shù)據(jù)（額定數(shù)據(jù)、額定值）,3.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù),1.額定電壓UN：安全工作的外加電壓或輸出電壓。,2.額定電流IN：安全工作的外加電流或輸出電流。,3.額定轉(zhuǎn)速nN：在UN、IN、PN條件下工作時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。,4.額定功率PN：指在UN、IN、 nN條件下的輸出功率。,5.額定效率N：額定條件下電機(jī)的輸出功率PN與 輸入功率P1之比,13,第3章 直流電機(jī)原理,二、銘牌數(shù)據(jù)（額定數(shù)據(jù)、額定值）,3.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù),額定數(shù)據(jù)之間存在如下關(guān)系：,直流電動機(jī),直流發(fā)電機(jī),14,第3章 直流電機(jī)原理,三、直流電機(jī)的運行狀態(tài),3.2 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù),1、額

5、定運行狀態(tài): 電機(jī)運行時的各物理量均為額定值。 2、欠載狀態(tài):流過電動機(jī)的電流小于額定電流。 3、過載狀態(tài):流過電動機(jī)的電流大于額定電流。,15,第3章 直流電機(jī)原理,3.3.4 直流電機(jī)的勵磁方式,一、勵磁方式：激勵產(chǎn)生主磁場的方式,16,第3章 直流電機(jī)原理,3.3.4 直流電機(jī)的勵磁方式,二、分類,17,第3章 直流電機(jī)原理,3.3.4 直流電機(jī)的勵磁方式,二、分類,18,第3章 直流電機(jī)原理,3.4 直流電機(jī)的電樞繞組,正、負(fù)電刷之間所感應(yīng)的電勢應(yīng)盡 可能大； 節(jié)省材料、結(jié)構(gòu)簡單。,一、對電樞繞組的要求,19,第3章 直流電機(jī)原理,3.4 直流電機(jī)的電樞繞組,二、直流電機(jī)的簡單繞組,電

6、樞繞組 為閉合繞組,20,第3章 直流電機(jī)原理,3.4 直流電機(jī)的電樞繞組,二、直流電機(jī)的簡單繞組,并聯(lián)支路對數(shù)：a 極對數(shù)：p,21,第3章 直流電機(jī)原理,3.4 直流電機(jī)的電樞繞組,三、直流電樞繞組的基本型式,1、單疊繞組,聯(lián)結(jié)規(guī)律： （1）同一元件的兩個出線端分 別接至相鄰的換向片上； （2）相鄰的兩個元件接至相鄰 的換向片上。,結(jié)論:單疊繞組的支路數(shù)等于極數(shù)，即 。,22,第三章 直流電機(jī)原理,3.4 直流電機(jī)的電樞繞組,三、直流電樞繞組的基本型式,2、單波繞組,聯(lián)結(jié)規(guī)律：把上層邊同一類型磁極下（N極或S極）的元件通過換向片依次相連構(gòu)成支路。,結(jié)論:單波繞組的支路數(shù)等于2，即 。,23

7、,第3章 直流電機(jī)原理,3.5 電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩,一、電樞電動勢Ea,1、Ea的物理意義：正、負(fù)電刷間的感應(yīng)電動勢,2、思路：先求一根導(dǎo)體的平均電動勢，再乘以 一條支路中總的導(dǎo)體數(shù)。,24,第3章 直流電機(jī)原理,3.5 電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩,一、電樞電動勢Ea,思考： 1、如何改變的方向？對發(fā)電機(jī)來說如何改變n 的方向？,2、如何改變直流發(fā)動機(jī)的感應(yīng)電動勢Ea的方向？,25,第3章 直流電機(jī)原理,3.5 電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩,二、電磁轉(zhuǎn)矩T,1、T物理意義：轉(zhuǎn)子受力大小，電動機(jī)轉(zhuǎn)動的原因,2、思路：先求一根導(dǎo)體的平均電磁力，再求總 的電磁轉(zhuǎn)矩。,26,第3章 直流電機(jī)原理,3.5 電樞電動

8、勢與電磁轉(zhuǎn)矩,二、電磁轉(zhuǎn)矩T,思考： 1、如何改變他勵直流電動機(jī)Ia的方向？,2、如何改變他勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)向？,3、改變并勵直流電動機(jī)電源的極性能否改變 它的轉(zhuǎn)向？為什么？,27,第3章 直流電機(jī)原理,3.5 電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩,三、電磁功率,定義：電磁功率定義為電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子角速度的乘積， 它反映了直流電機(jī)經(jīng)過氣隙所傳遞的功率。,28,第3章 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,29,第三章 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,一、他勵直流電動機(jī)穩(wěn)定運行的基本方程式,1、電壓平衡方程,30,第3章 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,一、他勵直流電動機(jī)穩(wěn)定運行的基本方程

9、式,2、轉(zhuǎn)矩平衡方程,電磁轉(zhuǎn)矩T，與n同方向 拖動轉(zhuǎn)矩 空載損耗轉(zhuǎn)矩T0 制動轉(zhuǎn)矩 軸輸出的轉(zhuǎn)矩T2，帶動生產(chǎn)機(jī)械 (負(fù)載轉(zhuǎn)矩) 制動轉(zhuǎn)矩。,31,第3章 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,一、他勵直流電動機(jī)穩(wěn)定運行的基本方程式,32,第3章 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,二、他勵直流電動機(jī)的功率關(guān)系,1、輸入端,33,第三章 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,二、他勵直流電動機(jī)的功率關(guān)系,2、輸出端,34,第3章 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,二、他勵直流電動機(jī)的功率關(guān)系,35,例3-1：,第3章 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,36,第3章

10、 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,三、他勵直流電動機(jī)的工作特性,1.轉(zhuǎn)速特性：,2.轉(zhuǎn)矩特性:,37,第3章 直流電機(jī)原理,3.7 直流電動機(jī)運行原理,三、他勵直流電動機(jī)的工作特性,38,第3章 直流電機(jī)原理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,電機(jī)的機(jī)械特性：U、If一定時，,一、機(jī)械特性的一般表達(dá)式,39,第3章 直流電機(jī)原理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,電機(jī)的機(jī)械特性：U、If一定時，,一、機(jī)械特性的一般表達(dá)式,值小，特性平，稱為硬特性；,值大，特性斜，稱為軟特性。,40,第3章 直流電機(jī)原理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,二、固有機(jī)械特性,當(dāng),41,第3章 直流電機(jī)原

11、理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,三、人為機(jī)械特性,改變電壓、電阻、磁通當(dāng)中一個或幾個就得到人為機(jī)械特性。,1. 電樞回路串聯(lián)電阻,42,第3章 直流電機(jī)原理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,三、人為機(jī)械特性,改變電壓、電阻、磁通當(dāng)中一個或幾個就得到人為機(jī)械特性。,1. 電樞回路串聯(lián)電阻,特點： 理想空載轉(zhuǎn)速no同 固有特性； R時，特 性越軟，曲線越陡。,43,第3章 直流電機(jī)原理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,三、人為機(jī)械特性,2. 改變電樞電壓,44,第3章 直流電機(jī)原理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,三、人為機(jī)械特性,2. 改變電樞電壓,特點： 斜率同固有特性，同一轉(zhuǎn)矩對

12、 應(yīng)的轉(zhuǎn)速降相等； 理想空載轉(zhuǎn)速n0與供電電壓u成 正比變化； 特性曲線是一組平行于固有特 性的直線。,45,第3章 直流電機(jī)原理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,三、人為機(jī)械特性,3.減少氣隙磁通量,46,第3章 直流電機(jī)原理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,三、人為機(jī)械特性,3.減少氣隙磁通量,特點： 理想空載轉(zhuǎn)速點上移； 斜率增大；,47,第3章 直流電機(jī)原理,3.8 他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,例3-2：,48,第3章 直流電機(jī)原理,作 業(yè),思考題：P666，7，8，9，13，15，17，18 習(xí) 題：P673.3，3.4,49,第3章 直流電機(jī)原理,3.6 直流發(fā)電機(jī),一、直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運行的基本方程式,1.電動勢平衡方程式,50,第3章 直流電機(jī)原理,3.6 直流發(fā)電機(jī),一、直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運行的基本方程式,2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式,T1:拖動轉(zhuǎn)矩，與n同向，拖動型 T：電磁轉(zhuǎn)矩，與n反向，制動性 T0:空載轉(zhuǎn)矩，與n反向，制動性,51,第3章 直流電機(jī)原理,3.6 直流發(fā)電機(jī),二、功率關(guān)系,1、輸入端,52,第3章 直流電機(jī)原理,3.6 直