【正文】 從機械特性同樣可以看出，串勵直流電動機具有輕載轉(zhuǎn)速高、重載轉(zhuǎn)速低的特點。重載轉(zhuǎn)速低，可以保證電動機在起動時（重載）不會超出限定值而燒毀，使起動安全可靠。這是起動機采用串勵直流電動機的又一原因。但由于其輕載或空載時轉(zhuǎn)速很高，容易造 成“飛散”事故，故對于功率較大的串勵直流電動機，不允許在輕載或空載下運行。 ② 轉(zhuǎn)矩特性 —— 電磁轉(zhuǎn)矩與電流的關(guān)系 : ICM m?? （ ） 對于串勵直流電動機，其磁場電流 Ij 與電樞電流 Ia 相同，并且磁極未飽和時，磁通Φ與電樞電流成正比，即 aIC1?? 把 它 代入到公式（ ） 串勵直流電動機的轉(zhuǎn)矩可表示為 ： 21 amam ICCICM ??? （ ） 可見，在磁極未飽和的情況下，串勵直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 M 與電樞電流 Is 的平I n 并激 串激 8 方成正比。 由直流電動機的轉(zhuǎn)矩特性 可知，只有在磁場飽和后，串勵直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩才與電樞電流成正比。而當電樞電流相同時，串勵電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩要比并勵電動機大得多，這是起動機采用串勵直流電動機的原因之一。 由電樞電流 aeba R/nCUI ）（ ?? 得，在起動瞬間，由于發(fā)動機的阻力矩很大。起動機處于完全轉(zhuǎn)動的狀態(tài)， n=0，故電樞電流 Ia 將達到最 大值（制動電流），產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩（制動轉(zhuǎn)矩），從而使起動機易于起動，這是汽車上采用串勵直流電動機的另一原因。 圖 轉(zhuǎn)矩特性 ③ 功率特性 —— 功率與電流的關(guān)系 IRIEP d ）（反 ???? bEI 起動機功率由電動機電樞轉(zhuǎn)矩 M和電樞的轉(zhuǎn)速 n來確定，即 : 9550MnP? （ ） 由轉(zhuǎn)矩特性、機械特性及上式可得到起動機特性曲線，見下圖： 圖 起動機特性曲線 I M 串激 并激 I n P M P M n 9 在完全制動狀態(tài)（ n＝ 0）和空載（ M＝ 0）時，起動機的功率等于零；電樞電流接近制動電流的一半時，電動機輸出功率最大。由于起動機起動時間很短，起動機可以最大功率運轉(zhuǎn)，因此將其最大功率作為額定功率。 起動機功率必須保證發(fā)動機能夠迅速可靠地起動。若功率不夠?qū)黾悠饎哟螖?shù)，縮短蓄電池的壽命，增加燃料消耗，增加低溫下發(fā)動機零件的磨損。起動發(fā)動機所必須的功率，取決于發(fā)動機的最低 起動轉(zhuǎn)速和起動阻力 矩 ，即 ： 9550p nM? （ ） 式中， MQ—— 發(fā)動機的起動阻力矩，單位為 N m； nQ—— 發(fā)動機最低起動轉(zhuǎn)速， r/min。 發(fā)動機的起動阻力短是指在最低起動轉(zhuǎn)速時的發(fā)動機的阻力 矩 。由摩擦阻力 矩 、壓縮損失力矩、驅(qū)動發(fā)動機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。由于柴油機壓縮比較大，驅(qū)動附件的功 率也較大，柴油機的阻力矩一般比汽油機大一倍，各型發(fā)動機阻力短由實驗方法確定。 在實際使用中，影響起動機功率的因素較多，必須對起動機進行正確保養(yǎng)。影響因素主要有：①接觸電阻和導線電阻的影響。電劇與換向器接觸不良、電刷彈簧張力減弱以及導線與蓄電池接線柱連接不牢，都會使電阻增加；導線過長以及導線截面積過小也會造成較大的電壓降。由于起動機工作時電流特別大，這些都會使起動機功率減小。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，因而供給起動機的電壓降低，也會使起動機功率減小。③溫度的影響。當溫 度降低時，由于蓄電池電解液粘度增大，內(nèi)阻增加，會使蓄電池容量和端電壓急劇下降，起動機功率將會顯著降低。 10 4 直流電動機 定子、轉(zhuǎn)子 設計 直流電 動 機是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能 的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。 直流電動機概述 直流電機的結(jié)構(gòu)應由 定子和轉(zhuǎn)子 兩大部分組成，其間有一定的氣隙。直流電機運行時靜止不動的部分稱為 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)生直流電機氣隙磁場的主要部件。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為 轉(zhuǎn)子 ，其主要作用是產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)矩 和感應電動勢 。 定子 線圈 主磁極 磁極 一般用 低碳鋼 制 成， 用來 固定勵磁繞組。勵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，鐵磁材料就已經(jīng)達到一定程度的磁化， 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，整個材料不顯示磁性。 當一電流 I 的長直導線穿過一磁環(huán)，磁環(huán)處的磁場強度 H 和電流I間的關(guān)系為： rIH ?2? r— 磁環(huán)半徑 當磁環(huán)線圈有 N匝時： 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)生的感應電動勢的大小為： dtdNE ?? （ ） ?? EdtN1? （ ） ??? EdtNSSB 1? （ ） 定子線圈 鐵心磁場要靠繞 在外面的勵磁繞組通電建立。為使電動機磁通能按設計要求分布，將鐵心制成 瓦片狀 ，并用埋頭螺釘緊固在機殼上。勵磁繞組由扁銅帶（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。勵磁繞組與轉(zhuǎn)子串聯(lián)，故稱串勵式電動機。先將勵磁繞組兩兩串聯(lián)后并聯(lián)再與電樞（轉(zhuǎn)子）繞組串聯(lián)。 圖 勵磁繞組線圈簡化圖 當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 一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝有一對用直流勵磁的主磁極 N和 S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設電樞。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。電樞鐵心上裝有由 A和 X兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別接到兩個圓弧形的 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 一對靜止不動的電刷 1B和 2B ，電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。 圖 直流電機模型 如果將直流電壓直接加到線圈 AX 上，導體中的就有電流通過。設導體中的電流為 i，截流導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，氣隙磁通密度 B 的方向為一正一負，因此電磁轉(zhuǎn)矩 XAT 將為 交變的，一個周期內(nèi)的平均值 為 0。然而在直流電動機中，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。因為電刷 1B和 2B 靜止不動，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 極下的導體，再經(jīng)位于 S極下的導體，由負極性電刷 2B 流出。故當導體旋轉(zhuǎn)而交替地處于 N極和 S極下時，導體中的電流將隨所處磁極極性的改變而同時改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，并使電動機持續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時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。這就是直流電動機的工作原理。 實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 個線圈）。 從 電刷端點看，此時電樞繞組形成兩條并聯(lián)支路，每條支路由三 個線圈串聯(lián)而成，電刷 1B 、 2B 上的電動勢為 三 個線圈電動勢瞬時值之和。 圖 電樞上裝有 6個線圈 機座 電機定子的外殼稱為機座。機座 的作用有兩個：一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并起整個電機的支撐和固定 作用；二是機座本身也是 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。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導磁性能，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） 起動機轉(zhuǎn)子又名電樞， 電樞是直流電動機的旋轉(zhuǎn)部分，包括電樞軸、換向器、電樞鐵心、電樞繞組等部分。 在電機實現(xiàn)機械能與電能相互轉(zhuǎn)換過程中，起 關(guān)鍵和樞紐作用 14 的部件。對于發(fā)電機來說，它是產(chǎn)生電動勢的部件 。 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：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，一臺電機的總元件數(shù)用 s表 示，每一元件有兩個放在槽中能切割磁通感生電動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體，后者元件邊則有多根導體串聯(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