【正文】 從機(jī)械特性同樣可以看出，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有輕載轉(zhuǎn)速高、重載轉(zhuǎn)速低的特點(diǎn)。重載轉(zhuǎn)速低，可以保證電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)（重載）不會(huì)超出限定值而燒毀，使起動(dòng)安全可靠。這是起動(dòng)機(jī)采用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的又一原因。但由于其輕載或空載時(shí)轉(zhuǎn)速很高，容易造 成“飛散”事故，故對(duì)于功率較大的串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，不允許在輕載或空載下運(yùn)行。 ② 轉(zhuǎn)矩特性 —— 電磁轉(zhuǎn)矩與電流的關(guān)系 : ICM m?? （ ） 對(duì)于串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其磁場電流 Ij 與電樞電流 Ia 相同，并且磁極未飽和時(shí)，磁通Φ與電樞電流成正比，即 aIC1?? 把 它 代入到公式（ ） 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩可表示為 ： 21 amam ICCICM ??? （ ） 可見，在磁極未飽和的情況下，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 M 與電樞電流 Is 的平I n 并激 串激 8 方成正比。 由直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性 可知，只有在磁場飽和后，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩才與電樞電流成正比。而當(dāng)電樞電流相同時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩要比并勵(lì)電動(dòng)機(jī)大得多，這是起動(dòng)機(jī)采用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的原因之一。 由電樞電流 aeba R/nCUI ）（ ?? 得，在起動(dòng)瞬間，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩很大。起動(dòng)機(jī)處于完全轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)， n=0，故電樞電流 Ia 將達(dá)到最 大值（制動(dòng)電流），產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩（制動(dòng)轉(zhuǎn)矩），從而使起動(dòng)機(jī)易于起動(dòng)，這是汽車上采用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的另一原因。 圖 轉(zhuǎn)矩特性 ③ 功率特性 —— 功率與電流的關(guān)系 IRIEP d ）（反 ???? bEI 起動(dòng)機(jī)功率由電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)矩 M和電樞的轉(zhuǎn)速 n來確定，即 : 9550MnP? （ ） 由轉(zhuǎn)矩特性、機(jī)械特性及上式可得到起動(dòng)機(jī)特性曲線，見下圖： 圖 起動(dòng)機(jī)特性曲線 I M 串激 并激 I n P M P M n 9 在完全制動(dòng)狀態(tài)（ n＝ 0）和空載（ M＝ 0）時(shí)，起動(dòng)機(jī)的功率等于零；電樞電流接近制動(dòng)電流的一半時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出功率最大。由于起動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間很短，起動(dòng)機(jī)可以最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)，因此將其最大功率作為額定功率。 起動(dòng)機(jī)功率必須保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠迅速可靠地起動(dòng)。若功率不夠?qū)?huì)增加起動(dòng)次數(shù)，縮短蓄電池的壽命，增加燃料消耗，增加低溫下發(fā)動(dòng)機(jī)零件的磨損。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所必須的功率，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的最低 起動(dòng)轉(zhuǎn)速和起動(dòng)阻力 矩 ，即 ： 9550p nM? （ ） 式中， MQ—— 發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩，單位為 N m； nQ—— 發(fā)動(dòng)機(jī)最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速， r/min。 發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力短是指在最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力 矩 。由摩擦阻力 矩 、壓縮損失力矩、驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)附件的阻力矩三部分組成。而影響上述三種阻力短的因素主要有潤滑油粘度、氣缸的工作容積、壓縮比、缸數(shù)、轉(zhuǎn)速、溫度及附件數(shù)等。由于柴油機(jī)壓縮比較大，驅(qū)動(dòng)附件的功 率也較大，柴油機(jī)的阻力矩一般比汽油機(jī)大一倍，各型發(fā)動(dòng)機(jī)阻力短由實(shí)驗(yàn)方法確定。 在實(shí)際使用中，影響起動(dòng)機(jī)功率的因素較多，必須對(duì)起動(dòng)機(jī)進(jìn)行正確保養(yǎng)。影響因素主要有：①接觸電阻和導(dǎo)線電阻的影響。電劇與換向器接觸不良、電刷彈簧張力減弱以及導(dǎo)線與蓄電池接線柱連接不牢，都會(huì)使電阻增加；導(dǎo)線過長以及導(dǎo)線截面積過小也會(huì)造成較大的電壓降。由于起動(dòng)機(jī)工作時(shí)電流特別大，這些都會(huì)使起動(dòng)機(jī)功率減小。②蓄電池容量的影響。蓄電池容量越小，其內(nèi)阻越大，內(nèi)阻上的電壓降也越大，因而供給起動(dòng)機(jī)的電壓降低，也會(huì)使起動(dòng)機(jī)功率減小。③溫度的影響。當(dāng)溫 度降低時(shí)，由于蓄電池電解液粘度增大，內(nèi)阻增加，會(huì)使蓄電池容量和端電壓急劇下降，起動(dòng)機(jī)功率將會(huì)顯著降低。 10 4 直流電動(dòng)機(jī) 定子、轉(zhuǎn)子 設(shè)計(jì) 直流電 動(dòng) 機(jī)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能 的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)概述 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由 定子和轉(zhuǎn)子 兩大部分組成，其間有一定的氣隙。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為 定子 ，定子的主要作用是產(chǎn)生 磁場 ，由主 磁極 、換向極、端蓋、軸承和 電刷 裝置等組成 ， 其中主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁場的主要部件。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為 轉(zhuǎn)子 ，其主要作用是產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)矩 和感應(yīng)電動(dòng)勢 。 定子 線圈 主磁極 磁極 一般用 低碳鋼 制 成， 用來 固定勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。 磁極的鐵磁材料 的磁滯回路 ：在無外加磁場時(shí)，鐵磁材料就已經(jīng)達(dá)到一定程度的磁化， 稱之為自發(fā)磁化。未經(jīng)磁化的鐵磁材料中，各磁疇自發(fā)磁化的取向是雜亂的，磁矩相互抵消，整個(gè)材料不顯示磁性。 當(dāng)一電流 I 的長直導(dǎo)線穿過一磁環(huán)，磁環(huán)處的磁場強(qiáng)度 H 和電流I間的關(guān)系為： rIH ?2? r— 磁環(huán)半徑 當(dāng)磁環(huán)線圈有 N匝時(shí)： rINH ?2? （ ） 圖 鐵磁材料的磁滯回 線圖 Hc d Hc Br e f Br c b B H a O 11 在交變磁場下，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，樣品中的磁通 ? 的變化， S 為 樣品的截面積 ， 在測量線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為： dtdNE ?? （ ） ?? EdtN1? （ ） ??? EdtNSSB 1? （ ） 定子線圈 鐵心磁場要靠繞 在外面的勵(lì)磁繞組通電建立。為使電動(dòng)機(jī)磁通能按設(shè)計(jì)要求分布，將鐵心制成 瓦片狀 ，并用埋頭螺釘緊固在機(jī)殼上。勵(lì)磁繞組由扁銅帶（矩形截面）繞制而成，其匝數(shù)一般為 6－ 10匝；銅帶之間用絕緣紙絕緣，并用白布帶以半疊包扎法包好后浸上絕緣漆烘干而成。勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子串聯(lián)，故稱串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)。先將勵(lì)磁繞組兩兩串聯(lián)后并聯(lián)再與電樞（轉(zhuǎn)子）繞組串聯(lián)。 圖 勵(lì)磁繞組線圈簡化圖 當(dāng)定子線圈通入直流電后，線圈將產(chǎn)生 磁場 ， 定子一般由四個(gè)定子線圈組成，而它們的連接方式串聯(lián)，且由于電流的相對(duì)方向相反，產(chǎn)生的磁場方向也相反 ，所以定子線圈將產(chǎn)生 N、 S、 N、 S或 S、 N、 S、 N的固定磁場。 圖 （ a）、（ b） 是 一臺(tái)最簡單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝有一對(duì)用直流勵(lì)磁的主磁極 N和 S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。電樞鐵心上裝有由 A和 X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別接到兩個(gè)圓弧形的 1K 和 2K 上，此圓弧稱為換向片，換向片之間相互絕緣。由換向片 12 構(gòu)成的整體稱為換向器，換向器固定在轉(zhuǎn)軸上。換向器上放置著 一對(duì)靜止不動(dòng)的電刷 1B和 2B ，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。 圖 直流電機(jī)模型 如果將直流電壓直接加到線圈 AX 上，導(dǎo)體中的就有電流通過。設(shè)導(dǎo)體中的電流為 i，截流導(dǎo)體在磁場中將受到電磁力 BILf? ，作用在線圈上的電磁轉(zhuǎn)矩 XAT 則等于 2 倍的電磁力乘上力臂，即 （ aD 為電樞外徑 ） ： aaXA BIL D2Df2T ?? （ ） 若電流 i為恒定，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，氣隙磁通密度 B 的方向?yàn)橐徽回?fù)，因此電磁轉(zhuǎn)矩 XAT 將為 交變的，一個(gè)周期內(nèi)的平均值 為 0。然而在直流電動(dòng)機(jī)中，電流并非直接接入線圈，而是通過電刷 1B 和 2B 和換向器接入線圈，這樣情況就不同了。因?yàn)殡娝?1B和 2B 靜止不動(dòng)，電流 i 總是從正極性電刷 1B 流入，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的換向片 流入位于 N 極下的導(dǎo)體，再經(jīng)位于 S極下的導(dǎo)體，由負(fù)極性電刷 2B 流出。故當(dāng)導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)而交替地處于 N極和 S極下時(shí)，導(dǎo)體中的電流將隨所處磁極極性的改變而同時(shí)改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，并使電動(dòng)機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電刷和換向器起到把外部電源通入的直流，改變成線圈內(nèi)的交流的“逆變”作用。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。 實(shí)際的電樞繞組都是由裝置在電樞表面相隔一定角度的許多線圈串聯(lián)而成， 如圖a b 13 （圖中為 六 個(gè)線圈）。 從 電刷端點(diǎn)看，此時(shí)電樞繞組形成兩條并聯(lián)支路，每條支路由三 個(gè)線圈串聯(lián)而成，電刷 1B 、 2B 上的電動(dòng)勢為 三 個(gè)線圈電動(dòng)勢瞬時(shí)值之和。 圖 電樞上裝有 6個(gè)線圈 機(jī)座 電機(jī)定子的外殼稱為機(jī)座。機(jī)座 的作用有兩個(gè)：一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并起整個(gè)電機(jī)的支撐和固定 作用；二是機(jī)座本身也是 磁路 的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路， 磁通 通過的部分稱為磁軛。為保證機(jī)座具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。 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。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動(dòng)接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。 轉(zhuǎn)子 （電樞總成） 起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子又名電樞， 電樞是直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，包括電樞軸、換向器、電樞鐵心、電樞繞組等部分。 在電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換過程中，起 關(guān)鍵和樞紐作用 14 的部件。對(duì)于發(fā)電機(jī)來說，它是產(chǎn)生電動(dòng)勢的部件 。 電樞繞組 為了獲得足夠的轉(zhuǎn)矩，通過電樞繞組的電流一般為 200－ 600 A，因此電樞繞組采用較粗的銅線繞制出成型繞組。 元件數(shù) S，換向片數(shù) K，槽數(shù) Z，虛槽 Zu ； 它們的關(guān)系為： uZZKS ??? （ ） 圖 單 、雙匝元件 電樞繞組雖然有不同類型，但在結(jié)構(gòu)上有其共同的特點(diǎn)：它們都是由結(jié)構(gòu)形狀相同的繞組元件 (簡稱元件 )按一定的規(guī)律聯(lián)結(jié)而成 。 繞組元件又叫線圈，一臺(tái)電機(jī)的總元件數(shù)用 s表 示，每一元件有兩個(gè)放在槽中能切割磁通感生電動(dòng)勢的有效邊稱元件邊 。 元件可分為單匝元件和多匝元件，前者的元件邊只有一根導(dǎo)體，后者元件邊則有多根導(dǎo)體串聯(lián)繞制而成，元件匝數(shù)以 N表示 。 直流電樞繞組的節(jié)距 y1 元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的距離稱為第一節(jié)距，用 y1 表示。第一