【正文】 1 第三章 直流電機原理 電機與拖動基礎(chǔ) 第一節(jié) 直流電機的基本原理和結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 直流電機的電樞繞組和磁場 第三節(jié) 電樞繞組感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 第四節(jié) 直流電機的基本方程和工作特性 2 引 言 直流電機是利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)直流電能和機械能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置 ， 將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能的電機稱為直流電動機 ， 反之則稱為直流發(fā)電機 。 直流電動機具有調(diào)速范圍廣且平滑 ， 起 、 制動轉(zhuǎn)矩大 ，過載能力強 ， 易于控制的優(yōu)點 ， 常用于對調(diào)速要求較高的場合 。 本章主要介紹直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 、 電樞繞組的基本結(jié)構(gòu)和磁場 ， 以及直流電動機的基本方程和工作特性 。 第三章 直流電機原理 3 第三章 直流電機原理 第一節(jié) 直流電機的基本原理和結(jié)構(gòu) 一、直流電機的基本原理 根據(jù)第一章的原型電機模型，可以畫出兩極直流電機的簡化模型，如圖 31所示。 q d 電 刷 勵 磁 線 圈 電 樞 繞 組 N S 定 子 n 電 樞 Uf q ? + d Φ圖 3 1 直 流 電 機 的 簡 化 模 型a ) 直 流 電 機 結(jié) 構(gòu) b ) 直 流 電 機 模 型a ) b )AB4 1. 直流電動機的工作原理 勵磁線圈通入直流電流 ， 產(chǎn)生直軸 （ d軸 ） 方向的主極磁通 ?，稱為主磁場 。 交軸 （ q軸 ） 方向上的一對電刷將電樞線圈分為上下兩部分 ， 電樞線圈按照一定的聯(lián)接方式組成電樞繞組 。 當(dāng)直流電源通過電刷向電樞繞組供電時 ， 電樞表面的左半部分導(dǎo)體 （ 即 N極下 ） 可以流過相同方向的電流 ， 根據(jù)左手定則導(dǎo)體將受到逆時針方法的力矩作用；電樞表面的右半部分導(dǎo)體 （ 即 S極下 ） 也流過相同方向的電流 ， 同樣根據(jù)左手定則導(dǎo)體也將受到逆時針方法的力矩作用 。 這樣 ， 整個電樞繞組即轉(zhuǎn)子將按逆時針旋轉(zhuǎn) ， 輸入的直流電能就轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子軸上輸出的機械能 。 第三章 直流電機原理 5 第三章 直流電機原理 2. 直流發(fā)電機的工作原理 根據(jù)電機的可逆原理 ， 在圖 31所示的直流電機模型中 ， 勵磁線圈仍通入直流電流 ， 產(chǎn)生主極磁通 ?。 電樞上不外加直流電壓 ， 而用原動機拖動電樞恒速旋轉(zhuǎn) ， 使電樞線圈切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 ， 電動勢的方向由右手定則確定 。 由于電樞連續(xù)的旋轉(zhuǎn) ， 電樞繞組的每個線圈邊交替地切割 N極和 S極下的磁力線 ，產(chǎn)生交變得感應(yīng)電動勢 。 再通過換向器的作用 ， 使得在上下兩個電刷端輸出的電動勢為為一個方向相同的脈動電動勢 ， 比如 ， 從電刷 A總是輸出切割 N極磁力線的線圈邊所產(chǎn)生的正向電動勢 ， 從電刷 B總是輸出切割 S極磁力線的線圈邊所產(chǎn)生的負向電動勢 ， 這樣 ， 電刷 A始終為正極性 ， 而電刷 B始終為負極性 。 因此 ， 雖然線圈切割不同極性磁極所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是交變的 ， 但通過換向 器的作用，在電刷兩端卻輸出直流電壓。 6 二、直流電機的基本結(jié)構(gòu) 直流電動機和直流發(fā)電機在主要結(jié)構(gòu)上基本相同，常用的中小型直流電動機結(jié)構(gòu)如圖 32所示。直流電動機主要由定子、轉(zhuǎn)子，電刷裝置、端蓋、軸承、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)等部件組成。 第三章 直流電機原理 圖 3 2 直 流 電 機 基 本 結(jié) 構(gòu)7 1. 定子 定子由機座、主磁極、換向極、電刷裝置等組成，其剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖 33所示。它的主要作用是產(chǎn)生主磁場和作電機的機械支架。 第三章 直流電機原理 機座 主極 換向極 電樞 機座 極身 勵磁線圈 極靴 框架 電樞 圖 3 3 直 流 電 機 定 子 剖 面 結(jié) 構(gòu)8 2. 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子（又稱電樞）由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成，如圖 34所示。它的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩或感應(yīng)電動勢，實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換。 第三章 直流電機原理 轉(zhuǎn)軸 軸承 換向器 電樞鐵心 電樞繞組 軸承 風(fēng)扇 圖 3 4 直 流 電 機 的 電 樞9 1）靜止部分－定子 主磁極 換向極 機座 電刷裝置 2）轉(zhuǎn)動部分－轉(zhuǎn)子 電樞鐵心 電樞繞組 換向器 3）氣隙 主磁極： 大中型電機中，主磁極是一種電磁鐵，鐵心用 1－ 的鋼板沖片疊壓緊固而成。為了使主磁通在氣隙中分布的更為合理一些，鐵心下部（稱為極靴）要比套繞組的部分（稱為級身）寬，同時也使繞組牢固的套在鐵心上 電樞鐵心是電機磁路的一部分，其外圓周開槽，用來嵌放電樞繞組。電樞鐵心一般用、兩邊涂有絕緣漆的硅鋼片沖片疊壓而成，如圖所示。電樞鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心較長時，為加強冷卻，可把電樞鐵心沿軸向分成數(shù)段，段與段之間留有通風(fēng)孔。 10 11 12 二、直流電機的額定值 額定值 —— 根據(jù)國家標準、電機的設(shè)計指標、試驗數(shù)據(jù)，電機制造廠給每臺電機規(guī)定的主要性能指標。 直流電機的額定值 —— 銘牌數(shù)據(jù) PN [kW] UN [V] IN [A] nN [rpm]或 [r/min] 13 直流電機的額定值 —— 銘牌數(shù)據(jù) PN：指在額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速條件下工作的輸出功率。 (1).電動機：軸上輸出的機械功率 (2).發(fā)電機：電樞輸出的電功率 電動機的輸入功率 P1=UNxIN 電動機的機械功率 PN=UNxINxη N 發(fā)電機的輸入功率 P1=機械功率 發(fā)電機的輸出功率 PN=UNxIN= P1xη N 14 直流電機的額定值 —— 銘牌數(shù)據(jù) UN：安全工作的外加電壓 [或輸出電壓 ]。 IN：安全工作的外加電流 [或輸出電流 ]。 nN：在額定電壓、額定電流、額定功率 條件下工作時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 *.功率與轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 角轉(zhuǎn)速 [rad/s]、轉(zhuǎn)矩 [Nm]，則 P[W] 15 例 31 某直流電動機銘牌為： PN=10kW， UN=220V， nN=1500rpm， η N=% 求： 、額定轉(zhuǎn)矩 解： 1. P1=PN/η N=10/= (kW) 2. IN=P1/UN=(A) TN=PN/wN=10x103/(1500x2π/60) = (Nm) 16 例 32 某直流發(fā)電機銘牌為： PN=90kW， UN=230V， nN=1450rpm， η N=% 求： 、