【正文】 向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電樞繞組的導(dǎo)體便會(huì)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 24 2β范圍內(nèi)的磁勢為直軸電樞磁勢Fad。 以上討論的實(shí)際上是交軸電樞反應(yīng)。 電樞磁勢的軸線總是與和電刷接觸的導(dǎo)體的連線相一致。 （交軸）電樞反應(yīng)：氣隙磁場發(fā)生畸變（對發(fā)電機(jī)而言 實(shí)際上由于飽和，使得每極磁通總體上有所減少。 三、電樞磁場與勵(lì)磁磁場（主磁場）的合成及電樞反應(yīng) 6. 設(shè)直軸線與電樞外圓的交點(diǎn)為0點(diǎn)，在距0點(diǎn)為x處作一閉合磁力線回路。（右手定則） 4. 可見，電樞磁勢的軸線總是與和電刷接觸的導(dǎo)體的連線重合。 1. 電樞磁勢的分布與電樞電流的分布有關(guān)。 直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過, 并產(chǎn)生電樞磁場。 直流電機(jī)勵(lì)磁繞組的接線方式稱為勵(lì)磁方式。指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電樞電流值，以 A 為量綱單位。若大于 1kW 或 1MW 時(shí),則用 kW 或 MW 表示。并具有優(yōu)良的性能?！?7. 畫出電樞轉(zhuǎn)向和電刷連線。 4. 依次串聯(lián)16個(gè)元件。其等效電路圖如下圖所示： 【畫出展開圖的具體部驟】 1. 畫出均勻分布的平行豎線代表電機(jī)各槽的元件邊，下層邊用虛線，上層用實(shí)線畫； 2. 標(biāo)出槽號：畫出第一個(gè)元件，跨1~5。 3. 【析】每槽兩個(gè)邊，每個(gè)線圈兩個(gè)邊，所以槽數(shù)z=線圈數(shù)S=16, 極距τ＝z/2p＝4槽。 6. 在實(shí)際電機(jī)中，電樞繞組有多種形式。 2. 將所有的電樞線圈按照一定的規(guī)律聯(lián)接起來，就構(gòu)成電樞繞組。鼓形繞組又分為疊繞組、波繞組和蛙形繞組。 換向器由許多具有鴿尾形的換向片排成一個(gè)圓筒，其間用云母片絕緣，兩端再用兩個(gè)V形環(huán)夾緊而構(gòu)成，如圖所示。電樞繞組——電樞繞組由一定數(shù)目的電樞線圈按一定的規(guī)律連接組成，他是直流電機(jī)的電路部分，也是感生電動(dòng)勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部分。電樞鐵心——電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)。電刷裝置——電刷裝置是電樞電路的引出（或引入）裝置，它由電刷，刷握，刷桿和連線等部分組成，右圖所示，電刷是石墨或金屬石墨組成的導(dǎo)電塊，放在刷握內(nèi)用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表面，旋轉(zhuǎn)時(shí)與換向器表面形成滑動(dòng)接觸。換向極的個(gè)數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相等，在功率很小的直流電機(jī)中，也有不裝換向極的。機(jī)座一般用厚鋼板彎成筒形以后焊成，或者用鑄鋼件（小型機(jī)座用鑄鐵件）制成。主磁極上裝有勵(lì)磁繞組，整個(gè)主磁極用螺桿固定在機(jī)座上。絕大多數(shù)直流電機(jī)的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵(lì)磁繞組通以直流電流來建立磁場。 3. 結(jié)論：為了得到最大的直流電勢，電刷的位置必須與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸。 2. 電機(jī)內(nèi)部有磁場存在。（看原理圖1，看原理圖2）(mutator and brush) 1. 問題11：直流電機(jī)電樞單個(gè)導(dǎo)體中感應(yīng)電勢的性質(zhì)？ 2. 問題12：直流電機(jī)通過電刷引出的感應(yīng)電勢的性質(zhì)？ 3. 看直流發(fā)電機(jī)原理動(dòng)畫 4. 問題13：直流發(fā)電機(jī)如何得到幅值較為恒定的直流電勢？ 5. 為了得到穩(wěn)定的直流電勢，直流電機(jī)的電樞圓周上一般有多個(gè)線圈分布在不同的位置，并通過多個(gè)換向片聯(lián)接成電樞繞組。 磁極對N、S不動(dòng), 線圈（繞組）abcd 旋轉(zhuǎn), 換向片2旋轉(zhuǎn), 電刷及出線A、B不動(dòng)二、直流發(fā)電機(jī)原理（機(jī)械能直流電能）( Principles of 3. 直流電動(dòng)機(jī)過載能力較強(qiáng)，起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。直流電機(jī)可作為發(fā)電機(jī)使用，也可作為電動(dòng)機(jī)使用。第一篇 用作發(fā)電機(jī)可以獲得直流電源，用作電動(dòng)機(jī)，由于其具有良好的調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求較高的場合，得到廣泛使用。 4. 由于存在換向器，其制造復(fù)雜，成本較高。 直流電機(jī)工作原理一、原理圖(物理模型圖) DC Generator) 1. 原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞以轉(zhuǎn)速n(r/min)旋轉(zhuǎn)； 2. 電機(jī)內(nèi)部有磁場存在；或定子（不動(dòng)部件）上的勵(lì)磁繞組通過直流電流(稱為勵(lì)磁電流If)時(shí)產(chǎn)生恒定磁場（勵(lì)磁磁場，主磁場） (magnetic field, field pole) 3. 電樞線圈的導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢以前曾使用環(huán)形繞組. 6. 問題14：環(huán)形繞組的缺點(diǎn)是什么？ 三. 直流電動(dòng)機(jī)的原理 3. 載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力 f 的作用 f = B l ia （左手定則） 4. 所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，以便拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載以n(r/min)旋轉(zhuǎn)。 12主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組構(gòu)成。主磁極的個(gè)數(shù)一定是偶數(shù)，勵(lì)磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按 N，S 極交替出現(xiàn)。機(jī)座的兩端裝有端蓋。換向極繞組在使用中是和電樞繞組相串聯(lián)的，要流過較大的電流，因此和主磁極的串勵(lì)繞組一樣，導(dǎo)線有較大的截面。刷握用螺釘夾緊在刷桿上。為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，、槽的型號為DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成，如左圖所示。線圈用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成，分上下兩層嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)，上下層以及線圈與電樞鐵心之間都要妥善地絕緣（右圖），并用槽楔壓緊。每個(gè)電樞線圈首端和尾端的引線，分別焊入相應(yīng)換向片的升高片內(nèi)。 電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)的電路部分，亦是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。環(huán)形電樞繞組（展開圖）鼓形電樞繞組（展開圖） 1. 鼓形繞組有許多個(gè)形狀相同的線圈組成，每個(gè)線圈有兩個(gè)有效邊，分別位于電樞圓周相距約一個(gè)極距的兩個(gè)槽中。 3. 在實(shí)際電機(jī)中，電樞繞組有多種形式。 疊繞組示意圖波繞組示意圖二、單疊繞組的聯(lián)接方法1. 強(qiáng)調(diào)概念：極數(shù)2p，極對數(shù)p，極距，繞組元件，元件邊，上層邊，下層邊,第1節(jié)距，第2節(jié)距，合成節(jié)距等。 因?yàn)橐笳嗑€圈即第一節(jié)距 y1＝τ＝4(槽),又因?yàn)閱委B右行，則合成節(jié)距 y＝1；則第二節(jié)距y2＝y(tǒng)1y＝3(槽),也就是說一個(gè)線圈的一個(gè)有效邊若放在1號槽內(nèi)，另一個(gè)有效邊必須放在5號槽內(nèi)。展開圖中可以把一個(gè)元件畫成一匝。 5. 再畫出各磁極N、S、N、S。 三．結(jié)論 1. 常用直流電機(jī)繞組型式的支路數(shù)2a： 2. 單疊繞組：2a=2p， 單波繞組：2a=2 3. 雙疊繞組：2a=4p， 雙波繞組：2a=414 額定值也是制造廠和用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或試驗(yàn)的依據(jù)。 2. 額定電壓 UN： 4. 額定轉(zhuǎn)速 nN： 注意: 1. 對于直流發(fā)電機(jī)，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積，即PN＝UNIN 2. 對于直流電動(dòng)機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率ηN存在,即PN＝UNINηN 第 2 章 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 一、定義實(shí)質(zhì)上就是勵(lì)磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接。 除了永磁直流電機(jī)外，直流電機(jī)的勵(lì)磁方式有他勵(lì)式和自勵(lì)（串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)）式。 空載時(shí)直流電機(jī)的磁場一、直流電機(jī)的磁通路徑磁路從主磁極1出發(fā)經(jīng)氣隙1－電樞齒1－電樞軛－電樞齒2－氣隙2－主磁極2－定子軛主磁極1。 磁極面下氣隙較小且均勻，磁密較強(qiáng)且均勻。 空載氣隙磁密沿電樞外圓的分布用函數(shù)B0（x）表示；分析可知它是平頂波。 電樞反應(yīng)會(huì)使得每極磁通發(fā)生變化，也會(huì)使氣隙磁場發(fā)生畸變，從而影響電機(jī)的性能。 2. 電樞電流的方向由電刷來界定?；蛘哒f電刷位置決定了電樞磁勢的軸線。該閉路包圍的電流數(shù)即為總磁勢Fa。(t/2 x t/2) 9. 上式為一個(gè)極距的電樞磁勢分布，將一對極的電樞磁勢波形畫出，（忽略齒槽影響）將得到三角波。 極面下氣隙基本不變，磁密正比于磁勢； 主磁場為平頂波，電樞磁場為馬鞍形波。 如果電機(jī)的磁場不飽和，則半個(gè)極距內(nèi)增加的磁通量與另半個(gè)極距內(nèi)減少的磁通量相等。 前極端去磁、后極端增磁；而對電動(dòng)機(jī)而言則為前極端增磁、后極端去磁）；每極磁通減少。 o 在分析直流電機(jī)時(shí)，最好先根據(jù)勵(lì)磁方式畫出電機(jī)的電路連線。 以他勵(lì)發(fā)電機(jī)為例。 作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電勢Ea和電樞電流Ia同方向。 電勢平衡方程為Ea=U+IaRa+2△Us 子一旦旋轉(zhuǎn)，就有電勢產(chǎn)生。U=Ea+IaRa+2△Us 26 在直流電機(jī)中，當(dāng)電樞繞組通過電流時(shí)，與氣隙磁場作用會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T。 CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定。 二、穩(wěn)態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡 直流電機(jī)的損耗和功率平衡方程一、損耗 鐵心損耗pFe: 電樞鐵心中磁場交變，會(huì)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。 pm+pFe+pf 統(tǒng)稱為空載損耗(不變損耗)。 Pb = 2 ΔUs Ia（可變損耗） 功率平衡方程 P1=PM+pm+pFe+pΔ=P2+pa+pb+pf+pm+pFe+pΔ =P2+Σp=pN/(60a)ΦnIa= EaIa 功率流程圖（永磁式時(shí)） 效率 η = P2 / P1不同的勵(lì)磁方式對電機(jī)的性能將產(chǎn)生較大的影響。 當(dāng)電刷偏離幾何中性線時(shí)，還將產(chǎn)生去磁或者增磁的直軸電樞反應(yīng)。感應(yīng)電勢的公式Ea=CeΦn表明感應(yīng)電勢的大小正比于轉(zhuǎn)速及每極磁通。其公式T=CTΦIa表明電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比于電樞電流和每極磁通。功率平衡方程表明了輸入功率、輸出功率和各種損耗之間的關(guān)系。 2. 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由原動(dòng)機(jī)決定，一般需要轉(zhuǎn)速恒定。 31 2. U0=EaIaRa2ΔUs=Ea=CeΦn 3. If=據(jù)此可以判斷電機(jī)的飽和程度。 3. U=EaIaRa2ΔUs=（CeΦn2ΔUs）IaRa 4. 負(fù)載電流增加時(shí)，電阻壓降增大、電樞磁勢的去磁效應(yīng)增大，使得曲線下降。 32 電機(jī)的主磁極通?？傆惺４糯嬖凇?這一電勢加到勵(lì)磁繞組將產(chǎn)生一個(gè)不大的勵(lì)磁電流。 該勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁勢如果和剩磁反方向，將相互減弱，將無法建立穩(wěn)定電壓。 3. 建壓臨界電阻：場阻線與空載特性相切時(shí)對應(yīng)的勵(lì)磁回路電阻。所以并勵(lì)發(fā)電機(jī)的開路電壓也就是電樞中的感應(yīng)電勢。一般 ΔU=（10~30）%。 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)同時(shí)有兩種勵(lì)磁繞組即串勵(lì)和并勵(lì)繞組。 一、開路特性 U0=f(If)開路時(shí)串勵(lì)繞組不起作用，則其開路特性同并勵(lì)發(fā)電機(jī)的開路特性。 4. 如果串勵(lì)繞組的作用不足，即在額定電流時(shí)端電壓小于額定電壓，則為欠復(fù)勵(lì)。 差復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的串勵(lì)繞組為一個(gè)去磁磁勢，負(fù)載增大時(shí)端電壓迅速下降。 著重討論了并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電壓建立條件，他勵(lì)和并勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)的外特性曲線隨負(fù)載 電流增加而下降的原因及其區(qū)別。 41 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 一、啟動(dòng)過程及其要求 5. 為了在啟動(dòng)過程中始終保持足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，一般將啟動(dòng)器設(shè)計(jì)為多級，隨著轉(zhuǎn)速n 的增大，串在電樞回路的啟動(dòng)電阻Rst逐級切除，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后全部切除。 3. 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)絕對不允許空載啟動(dòng)。 2. 一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低。 n=[U(Ra+Rp)Ia]/(CeΦ)Ia=T/(CTΦ)n=U/(CeΦ)(Ra+Rp)/(CeCTΦ2)T = n0LkT （即屬硬特性） 二、人為（人工）機(jī)械特性 n=f(T) Φ減少時(shí)，n0L和k同時(shí)增大。 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，所以Ra是電樞繞組與串勵(lì)繞組電阻之和且串勵(lì)電流 I = Ia，故T=CTΦIa=CT K Ia2, 解出Ia并帶入上式可得： 45 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，由于有并勵(lì)繞組接通，所以空載轉(zhuǎn)速不會(huì)太高。 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為負(fù)載的機(jī)械特性。(2)勢能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：轉(zhuǎn)矩方向不隨轉(zhuǎn)速方向改變。例如：車床進(jìn)刀。 最簡單的電力拖動(dòng)系統(tǒng)就是電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械軸對軸直接相連。 電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，一般負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2T0，故在拖動(dòng)分析時(shí)忽略T0。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T T2時(shí)，系統(tǒng)加速；反之，系統(tǒng)減速。 轉(zhuǎn)速不變并不意味著電動(dòng)機(jī)在該點(diǎn)就能穩(wěn)定運(yùn)行。 穩(wěn)定運(yùn)行的條件為: (1)電動(dòng)機(jī)與負(fù)載兩條機(jī)械特性有交點(diǎn)； (2)交點(diǎn)處應(yīng)符合 = n0L kT 2. 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種: (1)改變電樞回路外串電阻Rtj； (2)改變勵(lì)磁回路外串電阻Rf即改變磁通Φ； (3)改變電樞電壓U。負(fù)載不變時(shí)，交點(diǎn)也下移，速度也隨之改變。（可控硅調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)）二、改變勵(lì)磁電流調(diào)速(調(diào)節(jié)勵(lì)磁電阻) 優(yōu)點(diǎn)：勵(lì)磁回路電流小約為(1~3)% IN , 損耗小，連續(xù)調(diào)速，易控制。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、操作方便。 T = CT Φ Ia (2)單獨(dú)將電樞繞組引出端對調(diào)。 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)（Retardation）實(shí)現(xiàn)制動(dòng)有兩種方法，機(jī)械制動(dòng)和電磁制動(dòng)。 直流電動(dòng)機(jī)的電磁制動(dòng)類型有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。 電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能消耗在制動(dòng)電阻上。 采用能耗制動(dòng)時(shí)，工作點(diǎn)從A→B→O,B→O是能耗制動(dòng)過程，到了O點(diǎn)后，如不采取其他制動(dòng)措施，則系統(tǒng)會(huì)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下反轉(zhuǎn)，工作點(diǎn)沿著能耗制動(dòng)曲線到達(dá)C后才穩(wěn)定運(yùn)行。 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行。 ）（Ra+R)T / (CeCTΦN2)如果在C點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩(絕對值)而沒有切除電源，則電動(dòng)機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩作用下將反向起動(dòng)，作為反轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。對于要求準(zhǔn)確停車的系統(tǒng)，采用能耗制動(dòng)較為方便。在C點(diǎn)后，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速反向，感應(yīng)電勢也反向，所以稱為電勢反接制動(dòng)。 三、回饋制動(dòng) (1)正向回饋制動(dòng) 在電力機(jī)車下坡時(shí)，由于重力作用使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于原來的空載轉(zhuǎn)速，Ea增大，超過U以后，電流也會(huì)反向，進(jìn)入正向回饋制動(dòng)狀態(tài)。 反接電源電壓并給電樞支路串入限流電阻。 反向回饋制動(dòng)常用于高速下放重物時(shí)限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 旋轉(zhuǎn)著的電樞某元件從一個(gè)支路轉(zhuǎn)