第2章直流电机

1、2.6 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析2.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析2.4 电流电机的感应电动势和电磁转矩电流电机的感应电动势和电磁转矩2.3 直流电机的磁场和电枢反应直流电机的磁场和电枢反应2.2 直流电机的基本结构和额定值直流电机的基本结构和额定值2.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理2.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理一、直流电动机的工作原理一、直流电动机的工作原理NSUNSU换向片换向片电刷电刷ieF直流直流电流电流交流交流电流电流电磁转矩电磁转矩（拖动转矩）（拖动转矩）换向换向机械机械负载负载旋转旋转克服克服反电反电动势动势电枢绕组电枢绕组电

2、源电源直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理电能电能机械能机械能二、直流发电机二、直流发电机NSENSE原动机原动机感应电动感应电动势、电流势、电流输出输出直流电直流电换向换向电磁转矩电磁转矩（阻转矩）（阻转矩）做功做功电能电能机械能机械能eFO线圈的电动势波形线圈的电动势波形eabcdtO电刷间的电动势波形电刷间的电动势波形eABt主磁极主磁极2.2 直流电机的基本结构和额定值直流电机的基本结构和额定值直流电机的结构直流电机的结构主磁极主磁极换向磁极换向磁极电刷装置电刷装置机座机座端盖端盖电枢绕组电枢绕组电枢铁心电枢铁心换向器换向器转轴转轴磁极铁心磁极铁心励磁绕组励磁绕组电刷电刷刷握刷握绝

3、缘支架绝缘支架压紧力调整装置压紧力调整装置直直流流电电机机直流电机直流电机1. 定子定子(1) 主磁极主磁极(2) 换向极换向极(3) 机座机座(4) 端盖端盖直流电机的定子直流电机的定子一、主要部件一、主要部件2. 转子（电枢）转子（电枢）(1) 电枢铁心电枢铁心(2) 电枢绕组电枢绕组(3) 换向器换向器(4) 转轴与风扇转轴与风扇发电机：整流作用。发电机：整流作用。电动机：逆变作用。电动机：逆变作用。直流电机的转子直流电机的转子直流电机的电路部分直流电机的电路部分主磁路的一部分，电枢绕组的支撑部分主磁路的一部分，电枢绕组的支撑部分 转子铁心上放置的绕组称为电枢绕组。转子铁心上放置的绕组称

4、为电枢绕组。 电动机：线圈中通过电流，产生电磁转矩，线圈电动机：线圈中通过电流，产生电磁转矩，线圈转动，于是在线圈中产生反电动势，吸收电功率，转动，于是在线圈中产生反电动势，吸收电功率，转换为机械功率，实现电能转换为机械能。转换为机械功率，实现电能转换为机械能。 发电机：线圈在磁场中转动，产生感应电动势，发电机：线圈在磁场中转动，产生感应电动势，电刷接上负载后，电流流过线圈，产生制动的转电刷接上负载后，电流流过线圈，产生制动的转矩，吸收机械功率，转换为电功率输出。矩，吸收机械功率，转换为电功率输出。 线圈是直流电机实现机电能量转换的枢纽。线圈是直流电机实现机电能量转换的枢纽。为什么？为什么？二

5、、直流电枢绕组二、直流电枢绕组电枢绕组的绕制要求：电枢绕组的绕制要求： 在能产生足够的转矩和电动势的前提下，节省材在能产生足够的转矩和电动势的前提下，节省材料，结构简单，运行可靠。料，结构简单，运行可靠。电枢绕组构成原则：电枢绕组构成原则： （1）电枢绕组是一个通过换向片连接起来的闭合）电枢绕组是一个通过换向片连接起来的闭合 绕组（绕组（产生足够的转矩或电动势产生足够的转矩或电动势）。）。 （2）一个线圈的两个边在圆周上的跨矩等于或接）一个线圈的两个边在圆周上的跨矩等于或接 近于一个极矩（近于一个极矩（是一个线圈的两个边的电动势相是一个线圈的两个边的电动势相等或差不多等或差不多）。）。 （3）

6、直流电机的电枢绕组都是双层绕组（）直流电机的电枢绕组都是双层绕组（为端接为端接部分整齐排列部分整齐排列）。）。 构成绕组的线圈称为绕组元件，是用绝缘铜线构成绕组的线圈称为绕组元件，是用绝缘铜线绕制的。绕制的。 每个元件一个边放在一个槽的上层，另一个边每个元件一个边放在一个槽的上层，另一个边放在其它槽的下层。放在其它槽的下层。 上层边用实线表示，下层边用虚线表示。上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 元件元件线圈线圈1. 直流电枢绕组直流电枢绕组 基本概念基本概念元件数、槽数、换向片数的关系元件数、槽数、换向片数的关系 元件数等于换向片数等于槽数，即元件数等于换向片数等于槽数，即 S=K=Q 式

7、中式中 S元件数元件数; K换向片数换向片数; Z电枢实际槽数。电枢实际槽数。 包含虚槽的电机中元件数等于换向片数等于虚槽数，包含虚槽的电机中元件数等于换向片数等于虚槽数，即即 S=K=Qu a a）元件边嵌放）元件边嵌放b b）元件截面）元件截面直流绕组构成示意图直流绕组构成示意图 =D/2p 其中，其中，表示极距，表示极距，D表示电枢直径，表示电枢直径，p表表 示磁极对数。示磁极对数。 实际上，常用一个磁极表面所占的虚槽实际上，常用一个磁极表面所占的虚槽Qu 来计算极距，即来计算极距，即 =Qu /2p极距极距在电枢表面，一对磁极所跨过的距离在电枢表面，一对磁极所跨过的距离（可用槽数表示）

8、。（可用槽数表示）。为了让绕组能感应出最大的电动势，应使接近为了让绕组能感应出最大的电动势，应使接近或等于极距或等于极距.即即 y1 =(Qu /2p) 式中式中正分数，是将正分数，是将y1补成整数的一补成整数的一个正分数。个正分数。 若若=0，则，则y1 =，称为整距绕组，称为整距绕组; 若取正号，则若取正号，则y1 称为长距绕组称为长距绕组; 若取负号，则若取负号，则y1 Ua EUa根据根据Te与与n的方向的方向发电机发电机 电动机电动机 Te 与与 n反向反向 Te与与n同向同向2. 功率平衡方程式功率平衡方程式(1) 输入功率输入功率 P1 :P1 = T1 260T1n=(2) 空

9、载损耗空载损耗 p0 : p0 = pFe + pfw + pad(3) 电磁功率电磁功率 Pe : (4) 铜损耗铜损耗 pCu : pCu = Ra Ia2(5) 输出功率输出功率 P2 : P2 = Ua Ia1Pe = P1 p0= E Ia = TeP1pfw+ PpadPFePepCuP2 功率流程图功率流程图 效率特性效率特性 = f ( P2 ) =P2P1100% %n = nNUa = UN 小型：小型： N = 70% % 90% %中大型：中大型： N = 91% % 96% %3. 转矩平衡方程式转矩平衡方程式Te= T1 T0 T1 = T0 + Te输入转矩输入转

10、矩 T1 ：空载转矩空载转矩 T0 ：电磁转矩电磁转矩 Te：60 2 p0nT0 =60 2 P1n=60 2 Pen=电机与拖动电机与拖动1G二、他励发电机的工作特性二、他励发电机的工作特性外电源外电源UfE n 原动原动 机机If电枢电枢 UaIaIf+Ua+Uf1. 空载运行空载运行励磁电路：励磁电路：If =UfRf励磁电路励磁电路总电阻总电阻电枢电路：电枢电路： Ia = 0， Ua = U0 = E调节调节Rf If 可变可变 可变可变E 可变可变 Ua可变可变 U0 = E = f (If ) 空载特性空载特性OIfU0Er剩磁感应剩磁感应电动势电动势2. 负载运行负载运行 输

11、出电压输出电压: U = Ua 输出电流输出电流: I = Ia 电压平衡方程式：电压平衡方程式： U = Ua = ERa Ia当当 Ia Ra IaE(电枢反应电枢反应)Ua 外特性外特性当当 U = f (Ia )n = nNIa = 0OIaUn = nNIf = IfNINUNU0n = nNIf = 常数常数电机与拖动电机与拖动 电压调整率电压调整率:VR =U0UNUN100% %( 5% % 10% % ) 调整特性：调整特性：当：当：n = nN，U = UN 时：时： If = f ( I )OI If IfNIN电机与拖动电机与拖动三、并励发电机三、并励发电机EUaGIf

12、IaI E ? E ? 1. 自励条件自励条件(1) 主磁极必须有剩磁主磁极必须有剩磁r ：rErIfrEEr与与r 方向相同方向相同EEr与与r 方向相反方向相反(2) 励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向：励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向：rErIfrEEr IfIfr E E 与与 If 之间应满足空载特性之间应满足空载特性; If 与与 E 之间应满足欧姆定律。之间应满足欧姆定律。电机与拖动电机与拖动 当当Rf Rfcr 时，时， EEr ， 能够自励能够自励;当当Rf Rfcr 时，时， EEr，不能自励。，不能自励。(3) 励磁电路的电阻必须小于临界电阻。励磁电路的电阻必须小于临界

13、电阻。OIfEErQIfrIf1If2IfOIfEErRf =RfcrRf RfcrRfRfcr EUaGIfIaI2. 运行分析运行分析I = Ia IfU = Ua = UfUa = E RaIaIIaRaIaE( (电枢反应电枢反应) )Uf Ua 外特性：外特性： U = f ( I )EUaGIfIaIn = nNRf = 常数常数OIUU0他励他励并励并励 负载增加时，负载增加时， U 下降较快。下降较快。 VR 20%电机与拖动电机与拖动 外特性有拐弯现象。外特性有拐弯现象。OI UU0他励他励并励并励INUNRL I (Ia) U低饱和磁路低饱和磁路RL U If E (较大幅度较大幅度) U的下降比的下降比 RL的减少得更快的减少得更快I = U / RLRL U I RL = 0，U = 0， If