【正文】 n? 210??? 23 0 1 5 0 0 1060? ??? ?? ms? 35 40ms。 極距 ? ?? 2aDp? ? 30 cm? ? ?? 。B? =9200 高斯。 極數(shù) 2p 查圖 27得 2p=4 電磁負(fù)荷 A? 、 39。 電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù) 額定功率 NP =75KW 額定電流 NI = 額定電壓 440NUV? 額定轉(zhuǎn)速 Nn =1500r/min 效率 ? =% 600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 15 第 5 章 電磁計(jì)算 給定數(shù)據(jù)： 功 率： 75 KW； 額定電壓： 440 V； 效 率： % 額定轉(zhuǎn)速： 1500 r/min； 勵(lì)磁方式：并勵(lì)； 運(yùn)行方式：連續(xù)運(yùn)行。 600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 14 第 4 章 電動(dòng)機(jī)功率的確定及其型 號(hào)的選擇 電動(dòng)機(jī)功率的確定 可由原始給定的數(shù)據(jù)由下式得出電動(dòng)機(jī)的額定功率： K 1 .1 6 0 0 1 0 0 = 7 3 .30 .9N UIP k w? ????發(fā) （ ） 式中 NP ─ 電動(dòng)機(jī)的額定電壓， K─發(fā)電機(jī)發(fā)出功率的穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值為 ， U─發(fā)電機(jī)的輸出電壓， I─發(fā)電機(jī)的輸出電流， ?發(fā) ─ 發(fā)電機(jī)的效率?？蓪懗? 02211 FLHLHLH nn ??? ? () 上式左邊表示一對(duì)極回路各段的磁壓降，右邊 0F 表示每對(duì)極勵(lì)磁磁勢(shì)。所謂等效的磁路是指各段磁路上的磁壓降應(yīng)等于磁場(chǎng)內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的磁壓降，并認(rèn)為在各段中磁通沿截面均勻分布，各該段中磁場(chǎng)強(qiáng)度保持為恒值。根據(jù)全電流定律，磁場(chǎng)沿閉合賄賂的線積分等于該賄賂所包圍的全電流，即 ? ???l idlH () 如果積分路徑沿著磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量取向，則 ? ??l iHdl () 等式左邊為磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 在 dl 方向上的線積分；所選擇的閉合回路一般通過磁極的中心線，等式右邊為回路包圍的全電流，即等于每對(duì)極的勵(lì)磁磁勢(shì)。 磁路計(jì)算所依據(jù)的基本原理 可以把電機(jī)分成若干扇形段，每個(gè)扇形段的磁場(chǎng)分布圖都是相同的。磁路計(jì)算的目的在于確定產(chǎn)生主磁場(chǎng)所必需的磁化力或勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，并進(jìn)而計(jì)算勵(lì)磁電流以及電機(jī)的空在特性。 600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 13 磁路計(jì)算 當(dāng)繞組中通過電流，在電機(jī)的有效部分．端部及部分結(jié)構(gòu)零件中發(fā)了磁場(chǎng)。 同時(shí)，當(dāng)極數(shù)增加，會(huì)使磁極及勵(lì)磁線圈的數(shù)目增多，從而增加了制造工時(shí)；隨著極數(shù)的增加，考慮到極漏磁不能太大，極弧系數(shù) pa 要減少，從而使電機(jī)原材料的利用率變差；磁極增加后，一定要增加換向器的換向片數(shù)，使相鄰換向片間的電壓仍在一定的限額以下，以防止環(huán)火；電樞中磁通的交變頻率將隨極數(shù)的增加而增加，因而齒的鐵損耗隨極數(shù)的增加而增大，而電樞軛的鐵損耗則增加很少，因?yàn)殍F軛的重 量反比于極數(shù)而下降；當(dāng)電流密度不變時(shí)，電樞繞組中的銅耗隨極數(shù)的增加因銅重的減少而降低，但是勵(lì)磁繞組的銅耗因勵(lì)磁線圈數(shù)增多而上升。 在電樞外徑．長度和氣隙磁通密度確定后，沿電樞圓周的總磁通 ?p2 為一定值。 極數(shù)的選擇 選擇極數(shù)應(yīng)綜合考慮運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。一般說，小型支流電機(jī)的換向問題不的，本來 ? 可以取大些，但為了在電樞上獲得足夠的槽數(shù)，仍常采用較低的 ? 值。 對(duì)于直流電機(jī)， ? 越大，則電樞越長，換向器片間電壓和換向元件的電抗電勢(shì)均將增大，使換向條件變差。 由于電機(jī)細(xì)長，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與圓周速度較小，這對(duì)于轉(zhuǎn)速較高或要求機(jī)電時(shí)間常數(shù)較小的電機(jī)是有利的。但電機(jī)沖片數(shù)目增多，沖片沖剪和鐵心疊壓的工時(shí)增加，沖模磨損加??；同時(shí)機(jī)座加工工時(shí)增加，并因鐵心直徑較小，下線難度稍大，而可能夠使下線工時(shí)怎國。但在主要依靠機(jī)座表面散熱的封閉式電機(jī)中，熱量主要通過定子鐵心與機(jī)座向外發(fā)散，這時(shí)電機(jī)適當(dāng)做的細(xì)長些可使貼心與機(jī)座的接觸面積增大，對(duì)散熱有利（對(duì)于無徑向通風(fēng)道的開啟式或防護(hù)式電機(jī)，為了充分發(fā)揮繞組端部的散熱效果，往往將 ? 取得較?。?。 有趣電機(jī)細(xì)長，在采用氣體作為冷切介質(zhì)時(shí)，風(fēng)路加長，冷切條件變差，從而導(dǎo)致軸向溫度分布不均勻度增大。 有趣繞組端部較短，因此，端部漏抗減少。 今電機(jī)的體積未變，因此鐵的重量不變，在同一磁密下基本鐵耗也不變，但附加鐵耗有所降低，機(jī)械損耗則因直徑變小而減少。端蓋 .軸承 .,刷架 .換向器 .和繞組支架等結(jié)構(gòu)不見的尺寸較小 ,重量較輕。 若 eflD2 不變而 ? 較大： 電機(jī)將較細(xì)長，即 efl 較大而 D 較 小。為了反映電機(jī)這種幾何形狀關(guān)系，通常采用主要尺寸比 ?? efl? 這一概念。 電樞長度與直徑的比值 主要尺寸比的選擇 在選定 A 和 ?B 后，由式?ABaP nlD pef ??? 即可初步確定電機(jī)的 eflD2 。 計(jì)算極弧系數(shù) pa? 的值取得大一些對(duì) 縮小電機(jī)的主要尺寸是有利的，但兩極間距離已經(jīng)較短，起 pa? 值應(yīng)較小。計(jì)算極弧系數(shù) pa? 可根據(jù)圖 25 選取。電機(jī)工業(yè)的發(fā)展歷史表明，隨著材料，特別是電工材料性能．冷卻條件和電機(jī)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，電機(jī)的利用系數(shù)和Ａ． ?B 的數(shù) 值一直在逐步提高，從而使電機(jī)的體積和重量不斷減少，而性能指標(biāo)仍能得到保證。 電磁負(fù)荷選擇時(shí)要考慮的因素很多，很難單純從理論上來確定。圓周速度較高的電機(jī)，其轉(zhuǎn)子與氣隙中冷卻介質(zhì)的相對(duì)速度較大，因而冷卻 條件有所改善， A. ?B 可選大些。電樞繞組采用鋁線時(shí)，由于其電阻率較大，為了保證足夠的安放空間以免電損耗過大，往往采用比銅線時(shí)較低的電磁負(fù)荷。 電機(jī)所用的材料與絕緣結(jié)構(gòu)的等級(jí)也直接影響電磁負(fù)荷的選擇。 電機(jī)的冷卻條件對(duì)電磁負(fù)荷的選用也有重要影響。因?yàn)檫@一比值不僅影響電機(jī)的參數(shù)和特性 ,而且同銅耗和鐵耗的分配密切有關(guān) ,也即會(huì)影響電機(jī)效率曲線上出現(xiàn)最高效率的位置。 線負(fù)荷Ａ和氣隙磁密 ?B 的選擇 從電機(jī)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)來選取 最合適的Ａ和 ?B 值，以便使制造和運(yùn)行的費(fèi)用最少，而且性能良好。如600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 10 果在這個(gè)范圍內(nèi)只有一個(gè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)直徑，則就將它調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。 電樞直徑小于 99 厘米時(shí)用整圓沖片，大于 99 厘米時(shí)用扇形片拼成。為了便于制造和節(jié)省材料， aD 的各種不同尺寸不是任意選定的，而是按一定的比值遞增的，其遞增的比值應(yīng)考慮到整張硅鋼派內(nèi)的合理剪裁 .系列電機(jī)功率等級(jí)遞增的被和和沖模裝備的繼承因素 ,所以電樞外徑是規(guī)范化的。我國目前制造的直流電機(jī)，根據(jù) aD 與NNnP 的的關(guān)系曲線，作為選定 aD 的初步依據(jù)。 電樞外徑 aD 的選擇 直流電機(jī)的電樞外徑 aD 一般隨單位轉(zhuǎn)速的輸出功率NNnP 值增加而增大，當(dāng)電機(jī)的NNnP 相同時(shí)，其 aD 大致一樣。為了充分利用硅鋼片，減少?zèng)_模等工藝裝備的規(guī)格與數(shù)量，加強(qiáng)通用行和考慮系列電機(jī) 功率登記遞增的需要，我國目前規(guī)定了支流電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)電樞外徑 aD ，當(dāng) cmDa 99? 時(shí)，應(yīng)采用扇形片。然后根據(jù) P? 與 n（交流電機(jī)為同 步轉(zhuǎn)速，直流電機(jī)為額定轉(zhuǎn)速），結(jié)合所設(shè)計(jì)電機(jī)的特點(diǎn)，利用給定的數(shù)據(jù)或曲線選取電磁負(fù)荷 A. ?B ,代入式?ABaP nlD pef ??? 即可算得 eflD2 。 （ 3）電刷桿數(shù)也應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）。由于主磁極只有 N 、 S 之分，所以單波繞組的支路對(duì)數(shù)與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)，總是等于 1，即 單波繞組有以下特點(diǎn)： 1a? （ 1）同極性下各元件串聯(lián)起來組成一個(gè)支路，支路對(duì)數(shù) 1a? ，與磁級(jí)對(duì)數(shù) p 無關(guān)。每個(gè)電刷的寬度等于每一個(gè)換向片的寬度。在直流電機(jī)里，電刷組數(shù)也就是刷桿的數(shù)目與主極的個(gè)數(shù)一樣多。在圖示這一瞬間， 13四個(gè)元件正好位于兩個(gè)主磁極的中間，該處氣隙磁密為零，所以不感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 8 第五步，確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。 校核第 2 節(jié)距：第 1元件放在第 5 槽的下層邊與放在第 2槽第 2元件的上層邊，它們之間滿足 2 3y? 的關(guān)系。然后將 2 號(hào)元件的上層邊放入 2號(hào)槽的上層（ 12y??），下層邊放在 6 號(hào)槽的下層（ 126y??）， 2號(hào)元件的上層邊聯(lián)在 2 號(hào)換向片上，下層邊聯(lián)在 3號(hào)換向片上。這樣當(dāng) 1號(hào)元件的上層 邊放在 1號(hào)槽（實(shí)線）并與 1 號(hào)換向片相聯(lián)后，因?yàn)?1y =4，則 1 號(hào)元件的下層邊應(yīng)放在第 5 號(hào)槽（ 115y??）的下層（虛線）；因 1kyy??，所以 1 號(hào)元件的末端應(yīng)聯(lián)接在 2 號(hào)換向片上（ 112y??）。為了便于聯(lián)接，將元件、槽和換向片按順序編號(hào)。為了能聯(lián)出形狀對(duì)稱的元件，換向片的編號(hào)應(yīng)與槽的編號(hào)有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系（由第一節(jié)距 1y 來考慮）。假定 N 極的磁力線進(jìn)入紙面， S 極的磁力線從紙面穿出。 圖 單波繞組展開圖 2p=4, Qu=S=K=15 第二步，放置主磁極。讓虛線與實(shí)線靠近一些。作圖步驟如下。 （ 3）第二節(jié)距 2y 21y y y?? （ ） 單波繞組各節(jié)距如圖 ，聯(lián)接后的形狀猶如波浪一樣向前延伸，由此而得名。圖。在滿足 ky 為整數(shù)時(shí)，一般都取負(fù)號(hào)。為此，須把兩個(gè)相串聯(lián)的元件放在同極性磁極的下面，讓它們?cè)诳臻g位置上相距約兩個(gè)極距。 （ 1）第一節(jié)距 1y 因?yàn)? 1y 與元 件聯(lián)接方式無關(guān)，所以單波繞組的第一節(jié)距 1y 的計(jì)算方法與單疊繞組的完全相同。 1．繞組節(jié)距 單波繞組的繞組節(jié)距也分為第一節(jié)距、合成節(jié)距、換向器節(jié)距和第二節(jié)距等。 yNK? 。這樣就 必須在同一個(gè)換向片上，既聯(lián)有一個(gè)元件的首端，又聯(lián)有另一元件的末端。不管一個(gè)元件有多少匝，其出線端只有兩根，一根叫首端，另一根叫末端。 所謂單匝元件，就是每個(gè)元件的元件邊（一個(gè)元件有兩個(gè)元件邊）里僅有一根導(dǎo)體，對(duì)多匝元件來說，一個(gè)元件邊里就不止一根導(dǎo)體了。 直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組是直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要部分，電機(jī)中機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換就是通過電樞繞組而實(shí)現(xiàn)的，所以直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電樞。這種同一臺(tái)電機(jī)，既能作發(fā)電機(jī)又能作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)學(xué)理論中稱為電機(jī)的可逆原理。 從上述基本電磁情況來看，一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，只是其輸入輸出的條件不同而已。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這時(shí)導(dǎo)體 cd 受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，?dǎo)體 ab 受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針方向。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)了 180176。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向，企圖使電樞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)電 磁力定律可知，載流導(dǎo)體 ab ,cd 上受到的電磁力 f為 f=Bli(N) （ ） 式中 B—— 導(dǎo)體所在處的氣隙磁密（ Wb/m2）； L—— 導(dǎo)體的長度（ m）； i—— 導(dǎo)體中的電流（ A）。 600V 直流機(jī)組電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 直流電動(dòng)機(jī)工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 圖 所示為直流電動(dòng)機(jī)的原理模型，與直流發(fā)電機(jī)不同的是：線圈不被原動(dòng)機(jī)拖 動(dòng)；電刷 A,B 接上直流電源。在直流發(fā)電機(jī)中，它的作用是將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢(shì)；在直流電動(dòng)機(jī)中，它將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。電樞線圈嵌放在電樞鐵心的槽中，每個(gè)元件的兩個(gè)出線端以一定規(guī)律與換向器的換向片相連，構(gòu)成電樞繞組。 （ 2）電樞繞組 電樞繞組是由許多按一定規(guī)律排列和聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。由于電樞鐵心和主磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在鐵心中引起渦流損耗和磁滯損耗（這兩 部分損耗合在一起稱為鐵心損耗，簡稱鐵耗），為了減少鐵耗，通常用 厚的涂有絕緣漆的硅鋼片的沖片疊壓而成，固定在轉(zhuǎn)軸上。 2．轉(zhuǎn)子部分 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。各電刷桿在換向器外表面上沿圓周方向均勻分布，正常運(yùn)行時(shí)，電刷桿相對(duì)于換向器表面有一個(gè)正確的位置，如果電刷桿的位置放得不合理，將直接影響電機(jī)的性能。直流電機(jī)里，常常把若干個(gè)電刷盒裝在同一個(gè)絕緣的刷桿上，在電路連接上，把同一個(gè)絕緣刷桿上的電刷盒并聯(lián)起來，成為一組電刷。 （ 3）電刷裝置 電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引