1、第1章 直流電動(dòng)機(jī)基本理論及結(jié)構(gòu),1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu) 1.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組 1.3 直流電機(jī)磁場(chǎng) 1.4 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)矩 1.5 直流電機(jī)基本特性 1.6 直流電機(jī)的換向,1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu),1. 1. 1 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電動(dòng)機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子與轉(zhuǎn)子之間有空隙.稱為氣隙。定子部分包括機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、電刷等裝置。轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等部件。,下一頁(yè),返回,1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu),1.定子部分 (1)機(jī)座。 作用:固定主磁極、換向極、端蓋等.機(jī)座還是磁路的一部分.用以通

2、過(guò)磁通的部分稱為磁扼。 材料:鑄鋼或厚鋼板焊接而成.具有良好的導(dǎo)磁性能和機(jī)械強(qiáng)度。 (2)主磁極。 作用:產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng) 材料:主磁極鐵芯一般由1. 01. 5厚的低碳鋼板沖片疊壓鉚接而成。,下一頁(yè),返回,上一頁(yè),1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu),(3) 換向極。 作用:改善換向。 材料:鐵芯用整塊鋼制成.如要求較高.則用1. 01. 5銅線繞制.流過(guò)的是電樞電流。 安裝位置:在相鄰兩主極之間。 (4) 電刷裝置。 作用:連接;交流、直流變換。,上一頁(yè),返回,下一頁(yè),1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu),(1)轉(zhuǎn)子部分 電樞鐵芯 作用:磁路的一部分 (2)電樞繞組。 作用:產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、通過(guò)電樞電流.

3、它是電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。 組成:絕緣導(dǎo)線繞成的線圈(或稱元件)，按一定規(guī)律連接而成。 (3)換向器。 作用:繞組中電流換向,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu),1. 1. 2直流電動(dòng)機(jī)工作原理 直流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力而運(yùn)動(dòng)的原理制成的。根據(jù)電磁力定律可知.通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用。 電磁力的方向用左手定則來(lái)判定.左手定則規(guī)定:將左手伸平.使拇指與其余四指垂直.并使磁力線的方向指向掌心.四指指向電流的方向.則拇指所指的方向就是電磁力的方向。,上一頁(yè),返回,下一頁(yè),1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu),直流電動(dòng)機(jī)是把直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備。它有以下

4、幾方面的優(yōu)點(diǎn): (1) 調(diào)速范圍廣.且易于平滑調(diào)節(jié); (2) 過(guò)載能力強(qiáng).啟動(dòng)/制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大; (3) 易于控制.可靠性高。,下一頁(yè),返回,上一頁(yè),1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu),1. 1. 3直流電動(dòng)機(jī)銘牌 電動(dòng)機(jī)制造廠在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)機(jī)座的顯著位置上都釘有一塊金屬標(biāo)牌.這塊標(biāo)牌稱為銘牌。銘牌上標(biāo)明的各物理量的數(shù)值.是電動(dòng)機(jī)制造廠根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求規(guī)定的.稱為額定值。如果電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的全部電量和機(jī)械量都等于額定值就稱為電動(dòng)機(jī)的“額定運(yùn)行”。 銘牌數(shù)據(jù)主要包括:電動(dòng)機(jī)型號(hào)、電動(dòng)機(jī)額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁電流及勵(lì)磁方式等.此外還有電動(dòng)機(jī)的出廠數(shù)據(jù).如出廠編號(hào)、出廠日期等。,上一

5、頁(yè),下一頁(yè),返回,1.1 直流電動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu),電動(dòng)機(jī)銘牌上所標(biāo)的數(shù)據(jù)為額定數(shù)據(jù).具體含義有以下幾點(diǎn)。 1.型號(hào) 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)一般采用大寫印刷體的漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示。 2.直流電動(dòng)機(jī)的額定值 (1)額定功率PN是指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率.又稱為額定容量(W) 。它等于額定電壓和電流的乘積再乘上電動(dòng)機(jī)的效率. (2)額定電壓UN是指電動(dòng)機(jī)壽命期內(nèi)安全工作的最高電壓(V). (3)額定電流IN是指電動(dòng)機(jī)軸上帶有額定機(jī)械負(fù)載時(shí)的輸人電流(A). (4)額定轉(zhuǎn)速nN是指在額定電壓、額定電流和額定輸出功率的情況下電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度(r/min) .,上一頁(yè),返回,1.

6、 2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組,電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分。電樞繞組放置在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上.當(dāng)轉(zhuǎn)子在電機(jī)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí).不論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī).繞組均產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)子中通有電流時(shí)將產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)，該磁動(dòng)勢(shì)與電機(jī)氣隙磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的相互轉(zhuǎn)換。,下一頁(yè),返回,1. 2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組,1. 2. 1電樞繞組的常用術(shù)語(yǔ) 電樞繞組是由多個(gè)形狀相同的繞組元件.按照一定的規(guī)律連接起來(lái)而組成的。根據(jù)連接規(guī)律的不同.繞組可分為單疊繞組、單波繞組、復(fù)雜繞組、復(fù)波繞組及混合繞組等幾種形式。下面介紹繞組中的常用術(shù)語(yǔ)。 元件:構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組的元件.元件分為單匝和多匝兩種。 極距:相

7、鄰主磁極間的距離稱為極距。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1. 2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組,疊繞組:是指相串聯(lián)的后一個(gè)元件端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分的上面.整個(gè)繞組呈折疊式前進(jìn)。 波繞組:是指相串聯(lián)的兩個(gè)元件像波浪式的前進(jìn)。 節(jié)距:是指被連接的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離.節(jié)距用跨過(guò)的元件邊數(shù)或換向片數(shù)表示。,上一頁(yè),返回,下一頁(yè),1. 2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組,1.2.2 電樞繞組的基本要求及繞制規(guī)則 對(duì)電樞繞組的基本要求是:一方面能夠產(chǎn)生足夠大的電動(dòng)勢(shì).通過(guò)一定大小的電流.產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩;另一方面要盡可能節(jié)約材料.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 繞組是由元件構(gòu)成的一個(gè)元件由兩條元件邊和端接線組成。元件邊放在槽內(nèi).能切

8、割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).稱為“有效邊”;端接線放在槽外.不切割磁力線.僅作為連接線使用。為了便于嵌線.每個(gè)元件的一個(gè)邊放在某一個(gè)槽的上層.稱為上層邊.另一個(gè)邊則放在另一個(gè)槽的下層.稱為下層邊。繪圖時(shí).為了表達(dá)清晰.將上層邊用實(shí)線表示，下層邊用虛線表示。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1. 2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組,1.實(shí)槽與虛槽 電機(jī)電樞上實(shí)際開出的槽稱為實(shí)槽。電機(jī)子往往有較多的元件來(lái)構(gòu)成電樞繞組.通常在每個(gè)槽的上、下層各放置若干個(gè)元件邊. 所謂“虛槽”.即單元槽。每個(gè)虛槽的上、下層各有一個(gè)元件邊。一個(gè)電機(jī)有Z個(gè)實(shí)槽.每個(gè)實(shí)槽有u個(gè)虛槽.則虛槽數(shù)為uZ。 2.元件數(shù)、換向片數(shù)與虛槽數(shù) 每個(gè)元件有兩個(gè)元件

9、邊.而每一個(gè)換向片連接兩個(gè)元件邊.又因?yàn)槊總€(gè)虛槽里包含兩個(gè)元件邊.多以.繞組的元件數(shù)S、換向片數(shù)K和虛槽數(shù)Z三者應(yīng)相等。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1. 2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組,3.極距 極距就是沿電樞表面圓周上相鄰兩磁極間的距離.。通常用虛槽數(shù)表示較為方便. 4.繞組節(jié)距 繞組節(jié)距通常都用虛槽數(shù)或換向片數(shù)表示。 (1)第一節(jié)距y1。 同一個(gè)元件兩個(gè)有效邊之間的距離稱為第一節(jié)距。為了獲得較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)y1，應(yīng)等于或接近于一個(gè)極距. (2)合成節(jié)距y0 相鄰兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離稱為合成節(jié)距。它表不每串聯(lián)一個(gè)元件后.繞組在電樞表面前進(jìn)或后退了多少個(gè)虛槽.是反映不同形式繞組的一個(gè)重要標(biāo)志。,上一頁(yè)

10、,下一頁(yè),返回,1. 2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組,(3)換向片節(jié)距yk 一個(gè)元件兩個(gè)出線端所連接的換向片之間的距離稱為換向片節(jié)距。由于元件數(shù)等于換向片數(shù).所以換向片節(jié)距等于合成節(jié)距.即yk=y0 . (4)第二節(jié)距yz 它表不相鄰的兩個(gè)元件中.第一個(gè)元件下層邊與第二個(gè)元件上層邊之間的距離.,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1. 2 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組,1.2.3單疊繞組 單疊繞組是指每個(gè)元件的首端和末端分別接到相鄰的兩個(gè)換向片上.后一元件的首端與前一元件的末端連在一起.并接到同一個(gè)換向片上.依次串聯(lián).最后一個(gè)元件的末端與第一個(gè)元件的首端連在一起.形成一個(gè)閉合的結(jié)構(gòu).又稱單疊繞組展開圖. 1.2.4單波繞組

11、單波繞組的連接是每個(gè)元件與相距約兩個(gè)極距的元件相串聯(lián).繞完一周以后.第二個(gè)元件的末端落到與起始換向片相鄰的換向片上.,上一頁(yè),返回,1. 3 直流電機(jī)磁場(chǎng),當(dāng)電機(jī)有負(fù)載時(shí).電樞繞組中有電流通過(guò).產(chǎn)生電樞磁通勢(shì)。該磁通勢(shì)所建立的磁場(chǎng)稱為電樞磁場(chǎng)。因此負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)由主極磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)共同建立。正是這兩個(gè)磁場(chǎng)的相互作用.直流電機(jī)才能進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。由此可知.直流電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)從空載到負(fù)載是變化的.電樞磁場(chǎng)對(duì)主極建立的氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng).它對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。,下一頁(yè),返回,1. 3 直流電機(jī)磁場(chǎng),1. 3. 1直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 直流電機(jī)空載(發(fā)電機(jī)開路;電動(dòng)機(jī)空軸)運(yùn)行時(shí).其電

12、樞電流等于零或近似等于零。因而空載磁場(chǎng)即為勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通勢(shì)所建立的。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1. 3 直流電機(jī)磁場(chǎng),1.3.2直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 圖1一1(a)為主磁場(chǎng)在電機(jī)中的分布情況其方向用右手螺旋定則確定在電樞表面上磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方是物理中性線m一m,它與磁極的幾何中性線n一n重合. 如圖1一1(b)所示的電動(dòng)機(jī)的電樞磁場(chǎng).其方向由右手定則確定電樞電流的方向總是以電刷為界限來(lái)劃分的。在電刷兩邊.N極面下的導(dǎo)體和S極面下的導(dǎo)體電流方向始終相反。 電樞反應(yīng):電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響。圖1一1(c)所示為電樞反應(yīng)時(shí)的磁場(chǎng)。與圖1一1(a)比較可見帶負(fù)載后出現(xiàn)的電樞磁場(chǎng).對(duì)主極磁場(chǎng)的分

13、布有如下明顯的影響。,上一頁(yè),返回,下一頁(yè),1. 3 直流電機(jī)磁場(chǎng),(1)電樞反應(yīng)使磁極下的磁力線扭斜.磁通密度分布不均勻.合成磁場(chǎng)發(fā)生畸變磁場(chǎng)畸變的結(jié)果.使原來(lái)的幾何中性線n一n處的磁場(chǎng)不等于零.磁場(chǎng)為零的位置.即物理中性線m一m逆旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)a角度.物理中性線與幾何中性線不再重合。 (2)電樞反應(yīng)使主磁場(chǎng)削弱.電動(dòng)機(jī)出力減小。,返回,上一頁(yè),1. 4 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)矩,1.4.1 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 式中電機(jī)的氣隙磁通; n電機(jī)的轉(zhuǎn)速; Ce與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù).稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù). 上式表明直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通和電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。當(dāng)

14、電機(jī)制造好后.與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)Ce不再變化.因此.電樞電動(dòng)勢(shì)僅與氣隙磁通和轉(zhuǎn)速有關(guān).改變磁通和轉(zhuǎn)速均可以改變電樞電動(dòng)勢(shì)的大小.,下一頁(yè),返回,1. 4 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)矩,1.4.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 電磁轉(zhuǎn)矩Tem為 式中 Ia電樞電流; CT一個(gè)與電機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù).稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 從上式可看出.制造好的直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩僅與電樞電流和氣隙磁通成正比。,上一頁(yè),返回,1 .5 直流電機(jī)基本特性,5. 1直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 直流發(fā)電機(jī)的各種勵(lì)磁方式接線如圖1一2所示。直流電動(dòng)機(jī)的各種勵(lì)磁方式接線如圖1一3所示。 1.他勵(lì)方式 他勵(lì)方式中.電樞繞組和勵(lì)磁繞組電路相互獨(dú)立.電樞電壓與

15、勵(lì)磁電壓彼此無(wú)關(guān).電樞電流與勵(lì)磁電流也無(wú)關(guān)。 2.并勵(lì)方式 并勵(lì)方式中.電樞繞組和勵(lì)磁繞組是并聯(lián)關(guān)系.,下一頁(yè),返回,1 .5 直流電機(jī)基本特性,3.串勵(lì)方式 串勵(lì)方式中.電樞繞組與勵(lì)磁繞組是串聯(lián)關(guān)系。由于勵(lì)磁電流等于電樞電流.所以串勵(lì)繞組通常線徑較粗.而且匝數(shù)較少。 4.復(fù)勵(lì)方式 復(fù)勵(lì)電機(jī)的主磁極上有兩部分勵(lì)磁繞組.其中一部分與電樞繞組并聯(lián).另一部分與電樞繞組串聯(lián)當(dāng)兩部分勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通方向相同時(shí).稱為積復(fù)勵(lì).反之稱為差復(fù)勵(lì)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,1 .5 直流電機(jī)基本特性,1.5.2 直流電動(dòng)機(jī)平衡方程式 平衡方程式是直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電磁關(guān)系和能量傳遞關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。包括：電壓平衡

16、方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、功率平衡方程式。,上一頁(yè),返回,下一頁(yè),1 .5 直流電機(jī)基本特性,1.5.3直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 1.他勵(lì)(并勵(lì))電動(dòng)機(jī)的工作特性 他勵(lì)(并勵(lì))直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在U=Un, If=IfN電樞回路的附加電阻Rpa=0時(shí).電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,電磁轉(zhuǎn)矩和效率三者與輸出功率(負(fù)載)之間的關(guān)系得.工作特性可用實(shí)驗(yàn)方法求得，曲線如圖1一4所示。,返回,上一頁(yè),下一頁(yè),1 .5 直流電機(jī)基本特性,2.串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 因?yàn)榇畡?lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián).故勵(lì)磁電流If=Ia與負(fù)載有關(guān)。這就是說(shuō).串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通中將隨負(fù)載的變化而變化.正是這一特點(diǎn).使串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特

17、性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)有很大的差別.如圖1一5所示。,下一頁(yè),返回,上一頁(yè),1 .5 直流電機(jī)基本特性,1 .5.4 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 (1) 固有機(jī)械特性 固有機(jī)械特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作電壓和磁通均為額定值時(shí).電樞電路中沒有串人附加電阻時(shí)的機(jī)械特性. (2) 人為機(jī)械特性。 人為機(jī)械特性是指人為地改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)而得到的機(jī)械特性. (3) 減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性.,上一頁(yè),返回,1.6 直流電機(jī)的換向,直流電機(jī)電樞繞組中一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷從一個(gè)支路轉(zhuǎn)換到另一個(gè)支路時(shí).電流方向改變的過(guò)程稱為換向。 1. 6. 1換向過(guò)程的基本概念 直流電機(jī)每個(gè)支路里所含元件的總數(shù)是相等的.就某一個(gè)元件來(lái)說(shuō).它有時(shí)在這個(gè)支路里.有時(shí)又在另一個(gè)支路里。一個(gè)元件從一個(gè)支路換到另一個(gè)支路時(shí).要經(jīng)過(guò)電刷。當(dāng)電機(jī)帶了負(fù)載后.電樞元件中有電流流過(guò).同一個(gè)支路里元件的電流大小與方向都是一樣的.相