【正文】 電樞繞組分別由兩個(gè)相互獨(dú)立的電源供電，如 圖 （ a） 所示。勵(lì)磁方式不同，電機(jī)的運(yùn)行特性有很大的差異。所以直流電機(jī)有兩種基本繞組，即勵(lì)磁繞組和電樞繞組。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 37 由直流電機(jī)的基本工作原理可知，電樞旋轉(zhuǎn)切割氣隙中的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電樞電流與氣隙中的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，因而氣隙磁場(chǎng)是電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介。長(zhǎng)期輕載運(yùn)行使電機(jī)的容量不能充分利用。電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的各種數(shù)據(jù)可能與額定值不同，由負(fù)載大小決定。 fNINn 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 36 在電機(jī)的銘牌上還標(biāo)有其他數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。 勵(lì)磁方式是指直流電機(jī)的勵(lì)磁線圈與其電樞線圈的聯(lián)結(jié)方式。 額定勵(lì)磁電流 是指對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流。 額定轉(zhuǎn)速 指對(duì)應(yīng)于額定電流、額定電壓，電機(jī)運(yùn)行于額定功率時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 35 額定電流 IN是指電機(jī)在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，額定電壓是指輸入額定電壓；對(duì)于發(fā)電機(jī)，額定電壓是指輸出額定電壓。額定功率的單位為 kW。 電機(jī)銘牌上所標(biāo)的數(shù)據(jù)稱為額定數(shù)據(jù)，具體含義如下： 額定功率 PN是指在額定條件下電機(jī)所能供給的功率。 國(guó)產(chǎn)電機(jī)型號(hào)一般采用大寫的漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其格式為：第一部分用大寫的拼音表示產(chǎn)品代號(hào)，第二部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)序號(hào)，第三部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示機(jī)座代號(hào)，第四部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示電樞鐵芯長(zhǎng)度代號(hào)。它是正確合理使用電機(jī)的依據(jù)。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 32 圖 換向器結(jié)構(gòu) 1—V形套筒； 2—云母片； 3—換向片； 4—聯(lián)結(jié)片 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 33 表征電機(jī)額定運(yùn)行情況的各種數(shù)據(jù)稱為額定值。換向器固定在轉(zhuǎn)軸的一端。 換向器采用導(dǎo)電性能好、硬度大、耐磨性能好的紫銅或銅合金制成。換向器如 圖 。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 30 圖 1—齒； 2—槽； 3—軸向通風(fēng)孔 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 31 ③ 換向器換向器又稱整流子。 ② 電樞繞組電樞繞組是用絕緣銅線繞制的線圈按一定規(guī)律放置在電樞鐵芯槽內(nèi)，并與換向器聯(lián)結(jié)。電樞鐵芯沖片上沖有放置電樞繞組的電樞槽、軸孔和通風(fēng)口。 ① 電樞鐵芯電樞鐵芯是主磁路的一部分，同時(shí)用來(lái)嵌放電樞繞組。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 28 圖 直流電動(dòng)機(jī)換向極結(jié) 構(gòu) 1—換向極鐵芯； 2—換向極繞組 圖 電刷的結(jié)構(gòu) 1—刷握； 2—電刷； 3—壓緊彈簧； 4—銅絲辮 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 29 （ 2） 轉(zhuǎn)子部分 轉(zhuǎn)子又稱電樞，是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，是用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。 ⑤ 端蓋電機(jī)中的端蓋主要起支撐作用。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 27 ④ 電刷電刷裝置的作用是通過(guò)電刷和旋轉(zhuǎn)的換向器表面的滑動(dòng)接觸，把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與外電路聯(lián)結(jié)起來(lái)，并與換向器配合，起到整流或逆變的作用。換向極繞組數(shù)目一般與主磁極數(shù)目相同，但在功率很小的直流電機(jī)中，只裝主磁極數(shù)一半的換向極或不裝換向極。 換向極是由換向極鐵芯和換向極繞組組成。換向極安裝在相鄰的兩個(gè)主磁極之間，固定在機(jī)座上，用來(lái)改善直流電機(jī)的換向。疊片機(jī)座主要用于主磁通變化快、調(diào)速范圍較高的場(chǎng)合。一般直流電機(jī)均采用整體機(jī)座。由于機(jī)座起導(dǎo)磁作用，因此機(jī)座是主磁路的一部分，稱為定子鐵軛。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 24 圖 1—機(jī)座； 2—主磁極鐵芯； 3—?jiǎng)?lì)磁繞組 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 25 ② 機(jī)座直流電機(jī)的機(jī)座有兩種形式，一種為整體機(jī)座，另一種為疊片機(jī)座。主磁極上的線圈是用來(lái)產(chǎn)生主磁通的，稱為勵(lì)磁繞組。主磁極鐵芯分成極身和極靴兩部分，極靴的作用是使氣隙磁通密度的空間分布均勻并減小氣隙磁阻，同時(shí)極靴對(duì)勵(lì)磁繞組也起支撐作用。 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 22 圖 構(gòu) 1— 電樞繞組； 2— 電樞鐵芯； 3— 機(jī)座； 4— 主磁極鐵芯； 5— 勵(lì)磁繞組； 6— 換向繞組； 7— 換向極鐵芯； 8— 主磁極極靴； 9— 機(jī)座底腳 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 23 ① 主磁極主磁極的作用是在定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場(chǎng)。 （ 1） 定子部分 定子的作用，在電磁方面是產(chǎn)生磁場(chǎng)和構(gòu)成磁路，在機(jī)械方面是整個(gè)電機(jī)的支撐?？尚D(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子，靜止部分稱為定子，在定子和轉(zhuǎn)子之間存在著氣隙。電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行方式由外施條件決定，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子輸入機(jī)械能，而電樞繞組輸出電能，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；如果在電樞繞組中輸入電能，轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械能，則電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 由以上分析可以看出：任何一臺(tái)電機(jī)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，這一性質(zhì)稱為電機(jī)的可逆原理。這樣雖然導(dǎo)體中流通的電流為交變的，但N極下的導(dǎo)體受力方向和 S極下導(dǎo)體的受力方向并未發(fā)生變化，電動(dòng)機(jī)在此方向不變的轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)體所受電磁力對(duì)軸產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，這種由于電磁作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)槟鏁r(shí)針。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 17 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 圖 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 18 圖 直流電動(dòng)機(jī)的模型 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 19 導(dǎo)體受力方向由左手定則確定。線圈分布于電樞表面的不同位置上，并按照一定的規(guī)定聯(lián)結(jié)起來(lái)，構(gòu)成直流電機(jī)的電樞繞組。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 16 從 圖 ，和電刷 A接觸的導(dǎo)體總是位于 N極下，和電刷 B接觸的導(dǎo)體總是位于 S極下，因此電刷A的極性總為正，而電刷 B的極性總為負(fù)，使電刷獲得直流電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)180176。 電路的組成 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 14 圖 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 15 導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則確定。在定子與轉(zhuǎn)子間有間隙存在，稱為氣隙。線圈的末端 a、 d聯(lián)結(jié)到兩個(gè)相互絕緣并可以隨線圈一同轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)電片上，該導(dǎo)電片稱為換向片。在 圖 ，N、 S為一對(duì)固定的磁極，稱為直流電機(jī)的定子。另外，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、維護(hù)較困難是直流電機(jī)的不足之處。 將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的直流電機(jī)是直流發(fā)電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的直流電機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)。 圖 電機(jī)的分 類 電機(jī)的類型 8 電機(jī)的類型 9 電機(jī)的類型 10 直流電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 目 錄 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 1 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 2 直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 4 11 【 學(xué)習(xí)目標(biāo) 】 掌握直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的基本原理、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式和磁場(chǎng)分布、直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩以及直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。 無(wú)論是哪一種電機(jī)，都 必須以磁場(chǎng)作為其耦合 場(chǎng)，通過(guò)電磁感應(yīng)作用 來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 電機(jī)和電力拖動(dòng)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 7 現(xiàn)代能源的主要形式是電能，與電能密切關(guān)聯(lián)的電機(jī)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)部門和社會(huì)生活的各個(gè)方面。電力拖動(dòng)是機(jī)電設(shè)備中的一個(gè)重要組成部分。在品種繁多的家用電器中，也離不開功能各異的小功率電動(dòng)機(jī)。在交通運(yùn)輸業(yè)中，需要大量的牽引電動(dòng)機(jī)。在電力工業(yè)中，產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)和對(duì)電能進(jìn)行變換、傳輸與分配的變壓器是電站和變電所的主要設(shè)備。 電機(jī)是一種利用電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，將能量或信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換或變換的電磁機(jī)械裝置。 （ 3） 要理論聯(lián)系實(shí)際，重視實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。 主要內(nèi)容、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 4 學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （ 1） 牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性。 （ 3） 掌握直流電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速的電力拖動(dòng)基本原理和基本方法。 1 油建公司：王迎春 2 目 錄 電機(jī)和電力拖動(dòng)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 2 電機(jī)的類型 3 本次培訓(xùn)的主要內(nèi)容、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 1 5 直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí) 4 變壓器基礎(chǔ)知識(shí) 3 “電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”是“電機(jī)”和“電力拖動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)”兩部分內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合，它是在學(xué)習(xí)了“電工基礎(chǔ)”等課程的基礎(chǔ)上，通過(guò)學(xué)習(xí)直流電機(jī)、變壓器、交流電機(jī)的基本理論和電力拖動(dòng)的基本原理等知識(shí)，以期達(dá)到下列要求： （ 1） 熟悉直流電機(jī)、變壓器、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，掌握它們的工作原理。 （ 2） 掌握直流電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的基本理論。 （ 4） 掌握電機(jī)及電力拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能。 （ 2） 可運(yùn)用類比或比較的學(xué)習(xí)方法，找出各種電機(jī)的共性和個(gè)性，以加深對(duì)各種電機(jī)及拖動(dòng)系統(tǒng)性能的理解。 本課程的主要內(nèi)容、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 5 電能是現(xiàn)代能源中應(yīng)用最廣的二次能源，它的生產(chǎn)、變換、傳輸、分配、使用和控制都比較方便經(jīng)濟(jì)，而要實(shí)現(xiàn)電能的生產(chǎn)、變換和使用等都離不開電機(jī)。電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域起著重要作用。在工業(yè)企業(yè)中，人們利用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械，從而滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求。在電力排灌、播種、收割等農(nóng)用機(jī)械中，都需要規(guī)格不同的電動(dòng)機(jī)。 電機(jī)和電力拖動(dòng)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 6 用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)，稱為電力拖動(dòng)系統(tǒng)。除小部分生產(chǎn)機(jī)械采用氣動(dòng)或液壓拖動(dòng)外，絕大多數(shù)的生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動(dòng)，這源于電力拖動(dòng)有其一系列的優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 電能的遠(yuǎn)距離輸送簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)，分配簡(jiǎn)單，檢測(cè)方便； （ 2） 電力拖動(dòng)比其他形式的拖動(dòng)效率高，電動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)械的聯(lián)接簡(jiǎn)便； （ 3） 電動(dòng)機(jī)的形式和種類很多，具有各種各樣的特性，可適應(yīng)不同生產(chǎn)機(jī)械的需要，且電力拖動(dòng)的起動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速等控制簡(jiǎn)便迅速，調(diào)節(jié)性能好； （ 4） 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制與自動(dòng)調(diào)節(jié)，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。電機(jī)的品種繁多，按其功能用途可分為變壓器、直流電機(jī)、交流電機(jī)和控制電機(jī)，如 圖 。為了 在一定的勵(lì)磁電流下產(chǎn) 生較強(qiáng)的磁場(chǎng) ,電機(jī)的磁 路均用導(dǎo)磁性能良好的 鐵磁材料組成。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 12 直流電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類。 直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力，一般應(yīng)用于對(duì)起動(dòng)和調(diào)速要求較高的場(chǎng)合。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 13 圖 。abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)鐵質(zhì)圓柱體上的線圈，線圈連同鐵質(zhì)圓柱體是直流電機(jī)可轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，稱為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子（或電樞）。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的聯(lián)結(jié)是通過(guò)放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。 圖 中，當(dāng)有原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，在線圈 abcd中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)情況下，導(dǎo)體 ab在 N極下，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性為 a點(diǎn)高電位， b點(diǎn)低電位；導(dǎo)體 cd則在 S極下，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性為 c點(diǎn)高電位， d點(diǎn)低電位，在此狀態(tài)下電刷 A的極性為正，電刷 B的極性為負(fù)。 后，導(dǎo)體 ab在 S極下，導(dǎo)體 cd則在 N極下，此時(shí)導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向已改變，但由于原來(lái)與電刷A接觸的換向片已經(jīng)與電刷 B接觸，而與電刷 B接觸的換向片同時(shí)換到與電刷 A接觸，因此電刷 A的極性仍為正，電刷 B的極性仍為負(fù)。 實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)具體應(yīng)用情況需要有多個(gè)線圈。磁極也是根據(jù)需要 ,N、 S極交替放置多對(duì)。在第一種情況下，位于 N極下的導(dǎo)體 ab受力方向?yàn)閺挠蚁蜃?，而位?S極下的導(dǎo)體 cd受力方向從左到右。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻力矩時(shí)，線圈按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)到第二個(gè)位置時(shí)，原位于 S極下的導(dǎo)體 cd轉(zhuǎn)到 N極下，其受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?；而原位?N極下的導(dǎo)體 ab轉(zhuǎn)到 S極下，導(dǎo)體 ab受力方向變?yōu)閺淖笙蛴?，該轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針?lè)较?，線圈在此轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 直流電機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 20 同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對(duì)。電機(jī)的可逆原理不僅適用于直