【正文】 電力系統(tǒng)中傳輸和分配電能用的變壓器等。 變壓器(Transformer)是一種靜止電機(jī)，它可以將一種電壓形式的電能轉(zhuǎn)換為另一種電壓形式的電能。 第 5 章 ：對(duì)于未裝換向極的小型串勵(lì)直流電機(jī)，把電刷從幾何中性線（與處于幾何中性線處的導(dǎo)體接觸）移動(dòng)一個(gè)適當(dāng)?shù)男〗嵌?，使得換向元件產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)與換向后的電流方向相同。對(duì)直流電動(dòng)機(jī)是：逆轉(zhuǎn)向看與主極極性相同。對(duì)直流發(fā)電機(jī)是：順轉(zhuǎn)向看與主極極性相同； 換向磁極的極性判斷原則：再產(chǎn)生一個(gè)磁密，換向元件切割該磁密時(shí)產(chǎn)生一個(gè)能抵消電抗電勢(shì)的電勢(shì)。 電磁因素：、化學(xué)、材料等原因 Ea=2Wy Ba l va3．換向極電勢(shì) eK 換向元件切割電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生了電樞反應(yīng)電勢(shì)。或者說電抗電勢(shì)是阻礙換向的。二、換向元件中的電勢(shì)1．電抗電勢(shì) exTh=～2ms換向問題十分復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。 電刷是支路的分界線；我們研究電刷與2片換向片分別和同時(shí)接觸時(shí)的情況。在D點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，EaU，電流流向電源，屬于反向回饋制動(dòng)。 (2)反向回饋制動(dòng)在這一過程中，由于電源電壓下降，使得EaU,電流方向改變，電能從電動(dòng)機(jī)回饋到電源。 這種運(yùn)行方式通常用在起重設(shè)備低速下放物體的場(chǎng)合。 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行。 這時(shí)應(yīng)將電源切掉。 通過反接閘刀把電源突然反接，同時(shí)在電樞支路串入限流電阻R 。在C點(diǎn)的運(yùn)行方式稱為能耗制動(dòng)運(yùn)行。 （2）能耗制動(dòng)運(yùn)行OC n=U/(CeΦN)（Ra+Rp)T/(CeCTΦN2)轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)電勢(shì)Ea方向不變，電流方向改變了，電磁轉(zhuǎn)矩T = CTΦ Ia方向也隨之改變成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速迅速下降。 負(fù)載：反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載電磁制動(dòng)是使電機(jī)在制動(dòng)時(shí)使電機(jī)產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩,其特點(diǎn)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,操作控制方便。 49 四、改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法 三、電樞回路串入調(diào)節(jié)電阻調(diào)速 增大勵(lì)磁電阻即減少勵(lì)磁電流時(shí)，磁通Φ減少，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性n0L點(diǎn)和斜率增大。便于計(jì)算機(jī)控制。 一、改變電樞電壓調(diào)速（設(shè)TZ為常數(shù)） 如果調(diào)節(jié)某些參數(shù)，則可以改變轉(zhuǎn)速。48 判斷工作點(diǎn)是否穩(wěn)定的方法為： 給該點(diǎn)施加干擾，使轉(zhuǎn)速變化，然后取消干擾，如果轉(zhuǎn)速能恢復(fù)，則該點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)，反之為不穩(wěn)定點(diǎn) 圖中分別給出了穩(wěn)定點(diǎn)與不穩(wěn)定點(diǎn)的實(shí)例。也就是說在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的機(jī)械特性的交點(diǎn)處轉(zhuǎn)速將不變。 同軸相連時(shí)，電動(dòng)機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)速始終相等。 實(shí)際情況復(fù)雜得多，但可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單情況來分析。 47轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速平方成正比。 二、泵類負(fù)載 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小為常量，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。 一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 如果串勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則接近串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組。 （硬特性） (軟特性) 圖1圖21）電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性，圖1所示 n=U/(CeΦN)（Ra+Rp)T/(CeCTΦN2)對(duì)應(yīng)于不同的Rp可以得到一簇斜率不同的曲線2）改變電樞電壓的人為機(jī)械特性,圖2所示n = U / (CeΦN) RaT/(CeCTΦN2)斜率不變，理想空載轉(zhuǎn)速n0l不同的一簇平行線。其方程為 n = U / (CeΦN) RaT/(CeCTΦN2) 二、固有機(jī)械特性 n=f(T) 機(jī)械特性：n=f(T)是指U=UN，If=IfN時(shí)，改變負(fù)載的過程中，轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩T變化的函數(shù)關(guān)系 一、機(jī)械特性方程式 n=f(T) 三、效率特性 η = f (P2) 。電流增大，電壓恒定時(shí)意味著P2增大，所以n=f(P2)是一條較平的下降曲線（硬特性）。工作特性：U=UN，If=IfN，電樞回路不串電阻的情況下，負(fù)載P2變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩T、效率η分別隨輸出功率P2變化的關(guān)系曲線。 42 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)工作特性 b、他勵(lì)電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng) 1. 對(duì)于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，可以采用專門設(shè)備降低電樞回路的電壓以減小啟動(dòng)電流。 二、直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法 1. 最初啟動(dòng)電流：Ist =U / ( Ra+Rst ) 2. 最初啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：Tst=CT Φ Ist 3. 為了在限定的電流Ist下獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst，應(yīng)該使磁通Φ盡可能大些，因此啟動(dòng)時(shí)串聯(lián)在勵(lì)磁回路的電阻應(yīng)全部切除。 這樣大的啟動(dòng)電流會(huì)引起電機(jī)換向困難，并使供電線路產(chǎn)生很大的壓降。 本章介紹直流電動(dòng)機(jī)(DC Motor)的啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)方面的知識(shí)。2．并勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)電壓隨電流增加而下降的原因。1．并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的建壓條件； 重點(diǎn)是： 主要分析了他勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)空載特性、外特性。 如果串勵(lì)繞組的作用適當(dāng)，即在額定電流時(shí)端電壓等于額定電壓則為平復(fù)勵(lì)。 2. 對(duì)加復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)來說串勵(lì)磁勢(shì)起增磁作用即升壓作用，而電阻壓降和電樞反應(yīng)的去磁作用起降壓作用，二者的相對(duì)影響力會(huì)決定發(fā)電機(jī)的外特性。 如果串勵(lì)與并勵(lì)繞組的磁勢(shì)方向相同，則稱為加復(fù)勵(lì)（或叫積復(fù)勵(lì)），反之為差復(fù)勵(lì)（或叫減復(fù)勵(lì)）。 三、外特性 U=f(I)1. U=EaRa(I+If)2ΔUs =(CeΦnRaIf2ΔUs)RaI 2. 有三個(gè)原因引起端電壓隨負(fù)載電流增加而下降： 電阻Ra上的壓降； 電樞反應(yīng)的去磁作用； 以上2因素引起勵(lì)磁電流的進(jìn)一步減少。 二、開路特性 U0=f(If) 1. 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流很小，只占額定電流的（1~3）%。 可見勵(lì)磁繞組的接線對(duì)建立電壓很重要。 該勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁勢(shì)如果與剩磁同方向，將相互加強(qiáng)，會(huì)建立起穩(wěn)定電壓。 原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割剩磁場(chǎng)，產(chǎn)生一個(gè)不大的剩磁感應(yīng)電勢(shì)。 并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的特性一、建壓過程及建壓條件 1. 電壓調(diào)整率：從空載到滿載電壓變化的程度。 二、外特性 U=f(I) 1. 定義：當(dāng)n=nN，Rf=RfN時(shí), 改變負(fù)載，端電壓U隨負(fù)載電流 I 變化的關(guān)系。 變化的關(guān)系。 5. 當(dāng)發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，3個(gè)物理量中1個(gè)保持不變，另外2個(gè)之間的關(guān)系稱為直流發(fā)電機(jī)的特性。 第 3 章 發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)是直流電機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)。 直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)由勵(lì)磁繞組單獨(dú)激勵(lì)，其分布取決于磁路的情況。 直流電機(jī)的主磁場(chǎng)一般由套在主極鐵心上的勵(lì)磁繞組通過電流產(chǎn)生。 電磁功率PM：從電功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率的那一部分功率。 η= P2 / P1 二、發(fā)電機(jī)功率平衡方程 負(fù)載損耗：電樞回路電阻損耗pa=Ia2 Ra。 這些損耗主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，基本為常量。 T = T0+T2 27 對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，從電樞端輸入電流并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T,T克服各種阻力轉(zhuǎn)矩T0后與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2相平衡:T1克服各種阻力轉(zhuǎn)矩（如摩擦，鐵耗，風(fēng)阻等）T0后與負(fù)載后電樞電流Ia產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T相平衡: 在電動(dòng)機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩屬于拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；而在發(fā)電機(jī)中則為阻力轉(zhuǎn)矩。 電磁轉(zhuǎn)矩 勢(shì)與電流方向相反。 二、直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)平衡方程 除了電阻壓降IaRa外，還要考慮電刷壓降△Us 注意圖中電樞和勵(lì)磁的圖符。電動(dòng)機(jī)則按照電動(dòng)機(jī)慣例標(biāo)注。 25 Ce為電勢(shì)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，由繞組結(jié)構(gòu)決定。 電樞繞組中的感應(yīng)電勢(shì) 直軸電樞磁勢(shì)的作用為：，電刷順轉(zhuǎn)向偏移時(shí)為去磁，逆轉(zhuǎn)向偏移時(shí)為增磁；，電刷順轉(zhuǎn)向偏移時(shí)為增磁，逆轉(zhuǎn)向偏移時(shí)為去磁。 四、直軸電樞反應(yīng) 在一個(gè)極距內(nèi)相加時(shí)，一半極距內(nèi)磁密加強(qiáng)，另一半極距內(nèi)磁密減弱。一個(gè)周期的磁密波形呈馬鞍形。 該磁密由磁勢(shì)和氣隙共同決定。 8. x處閉路上的總磁勢(shì)Fa(x)=A*2x,忽略鐵心磁阻，則每個(gè)氣隙消耗的磁勢(shì)為 Fa(x)=Ax 并把這一磁勢(shì)稱為交軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)。 3. 這樣的電流分布所產(chǎn)的磁力線如圖所示。 電樞磁場(chǎng)會(huì)對(duì)主磁場(chǎng)產(chǎn)生一定的影響，這一影響稱為電樞反應(yīng)。 負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)――電樞反應(yīng)概 述 極面外，氣隙迅速增大，磁密也迅速減弱，幾何中性線處磁密為0。 空載時(shí)電樞電流為0，氣隙磁場(chǎng)是由勵(lì)磁電流單獨(dú)決定。 直流電機(jī)的基本理論內(nèi) 容 簡(jiǎn) 介 1. 直流電機(jī)的磁場(chǎng):勵(lì)磁方式、磁場(chǎng)分布、電樞反應(yīng) 2. 感應(yīng)電勢(shì)：電勢(shì)公式、電勢(shì)方程式 3. 電磁轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩公式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式 4. 功率與損耗:損耗分析、功率平衡方程式21 5. 額定勵(lì)磁電流 If： 3. 額定電流 IN：直流電機(jī)的額定值(Rating)主要有： 1. 額定功率 PN：指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率，以 W 為量綱單位。在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以保證各電氣設(shè)備長(zhǎng)期可靠地工作?！技幢ＷC電刷必須與位于幾何中線處的導(dǎo)體相接觸?！?3. 在第一個(gè)元件的引出線端畫出換向器的兩根橫平行線，并標(biāo)出換向片號(hào)；換向片號(hào)與所連的上層邊槽號(hào)要相同。元件聯(lián)接圖如圖繞組展開圖。一臺(tái)4極16槽直流電機(jī)，已知換向片數(shù)K=16；電樞繞組的線圈數(shù)S=16；試畫出整距右行單疊繞組展開圖。 5. 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。1. 每個(gè)換向片接兩個(gè)不同的線圈端頭。 宏觀分類為環(huán)形和鼓形；環(huán)形繞組只曾在原始電機(jī)用過，由于容易理解故講原理時(shí)也用此類繞組；鼓形繞組比環(huán)形繞組制造容易，又節(jié)省導(dǎo)線，運(yùn)行較可靠，經(jīng)濟(jì)性好，故現(xiàn)在均用鼓形繞組。此外，還要節(jié)省有色金屬和絕緣材料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。13換向器—在直流發(fā)電機(jī)中，換向器起整流作用，在直流電動(dòng)機(jī)中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件之一。為改善通風(fēng)，沖片可沿軸向分成幾段，以構(gòu)成徑向通風(fēng)道。刷桿裝在可移動(dòng)的刷桿座上，以便調(diào)整電刷的位置。同時(shí)端蓋對(duì)電機(jī)內(nèi)部還起防護(hù)作用。換向極結(jié)構(gòu)和主磁極類似，是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組構(gòu)成，并用螺桿固定在機(jī)座上。 機(jī)座中作為磁通通路疊部分稱為磁軛。為了減少轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于齒槽移動(dòng)引起的鐵耗，主磁極鐵心采用1～。 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) (Structure)　主磁極主磁極的作用是建立主磁場(chǎng)。 1. 看直流電動(dòng)機(jī)原理動(dòng)畫 2. 問題15：討論電刷的位置。 DC Motor) 1. 將直流電源通過電刷和換向器接入電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流ia 通過。e = B l v ，但導(dǎo)體電勢(shì)為交流電，而經(jīng)過換向器與電刷的作用可以引出直流電勢(shì)EAB，以便輸出直流電能。 直流電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu) 11 2. 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。 直流電機(jī) 一. 直流電機(jī)(DC Machines)概述直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。直流電機(jī)的用途:作電源用:發(fā)電機(jī)；作動(dòng)力用:電動(dòng)機(jī)；信號(hào)的傳遞:測(cè)速發(fā)電機(jī),伺服電機(jī)作電源用:直流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能 作動(dòng)力用:直流電動(dòng)機(jī)將直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 信號(hào)傳遞:直流測(cè)速發(fā)電機(jī)將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 信號(hào)傳遞直流伺服電動(dòng)機(jī)將控制電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào) 二. 直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)1. 直流發(fā)電機(jī)的電勢(shì)波形較好，受電磁干擾的影響小。 第1章 ( Principies of 5. 結(jié)論：直流電機(jī)的可逆性原理：同一臺(tái)電機(jī)，結(jié)構(gòu)上不作任何改變，可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。主磁極鐵心靠近轉(zhuǎn)子一端的擴(kuò)大的部分稱為極靴，它的作用是使氣隙磁阻減小，改善主磁極磁場(chǎng)分布，并使勵(lì)磁繞組容易固定。機(jī)座——機(jī)座有兩個(gè)作用，一是作為主磁極的一部分，二是作為電機(jī)的結(jié)構(gòu)框架。換向極——換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個(gè)小磁極，它的作用是改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有害的火花。端蓋——端蓋裝在機(jī)座兩端并通過端蓋中的軸承支撐轉(zhuǎn)子，將定轉(zhuǎn)子連為一體。每一刷桿上的一排電刷組成一個(gè)電刷組，同極性的各刷桿用連線連在一起，再引到出線盒。小型電機(jī)的電樞鐵心沖片直接壓裝在軸上，大型電機(jī)的電樞鐵心沖片先壓裝在轉(zhuǎn)子支架上，然后再將支架固定在軸上。大型電機(jī)電樞繞組的端部通常緊扎在繞組支架上。小型電機(jī)常用塑料換向器，這種換向器用換向片排成圓筒，再用塑料通過熱壓制成。電樞繞組的構(gòu)成，應(yīng)能產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并允許通過一定多電樞電流，從而產(chǎn)生所需的電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率。 2. 一個(gè)邊在上層時(shí)，另一個(gè)邊一般在下層。 4. 每個(gè)換向片接兩個(gè)不同的線圈端頭。 2. 單疊繞組的展開圖舉例即一個(gè)線圈跨過4個(gè)槽的位置?！甲⒁庠亩瞬恳媽?duì)稱。 6. 鼓形繞組的電刷中心線在每個(gè)磁極的中心線上。 直流電機(jī)的額定值額定值是制造廠對(duì)各種電氣設(shè)備（本章指直流電機(jī)）在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 V 為量綱單位。指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為量綱單位。 二、分類 22 二、空載磁通密度波形23 負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)共同作用 一、電樞磁勢(shì)的分布圖中電刷以上電流為流入紙里，電刷以下為流出紙面。 5. 當(dāng)電刷與處于幾何中性線上的導(dǎo)體相接觸時(shí)，電樞磁勢(shì)的軸線在交軸方向。 7. 電樞表面單位長(zhǎng)度上的安培導(dǎo)體數(shù)稱為電機(jī)的線負(fù)荷A , A=Nia/(πDa)。 二、電樞磁勢(shì)單獨(dú)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布： Ba(x)=μ0Fa(x)/δ 兩極之間的區(qū)域內(nèi)，氣隙變大，磁密迅速減小。 即每極總磁通Φ與空載時(shí)一樣。 由圖可知，原來的磁場(chǎng)發(fā)生了畸變，0點(diǎn)發(fā)生了位移。此反應(yīng)會(huì)對(duì)電機(jī)性能產(chǎn)生不良影響。 當(dāng)電刷與幾何中性線上的導(dǎo)體相接觸時(shí)，電樞磁勢(shì)的軸線也處于幾何中性線上，即與主極軸線正交，稱其為交軸電樞磁勢(shì)。 如