船舶电气系统全套课程课件一零

第五章直流电机§5—1．直流电机的构造及励磁方式§5—2．直流电机的基本工作原理§5—3．直流发电机§5—4．直流电动机学习第五章应该注意的点第五章学习应注意的几个问题：

1.直流电机由什么组成？换向器的作用是什么？绕组元件中的电量是交流还是直流？

2.电枢电势和电磁转矩的表达式是怎样的？如何运用它们进行分析计算？

3.直流发电机有什么特性？直流发电机如何自励起压？

4.直流电动机的机械特性有什么特点？为什么直流电动机通常不能直接起动？本章的计算任务主要是：

根据电压平衡方程和有关特性进行计算。比较难理解的点：

1.直流电机电刷位置；2.直流电机电枢反应去磁作用。§5-1.直流电机的构造及励磁方式

本节的主要内容有三部分：构造：

主要点：主要组成及作用，如换相器等。铭牌数据：

参数个数、数据含义。励磁方式：

种类。基本构造：——定、转子。电刷、换向器作用：——起机械整流器作用。后续基本原理中进一步介绍（元件交流，电刷两端直流）。注意：各部件的作用。一、构造风叶磁极电刷电枢转子转轴换向器换向片压紧环电枢绕组绕组端部结构细说注：书P.62.图5-1-1的电机是较大型的电机，其电枢绕组中间开有通风槽。换向器电枢绕组另外一半电枢绕组也构成另外一条支路。不管电枢如何转动，一条支路中绕组感应的总电势大小基本不变（微小脉动）。二、主要铭牌数据铭牌数据：——额定容量、电压、电流、转速、励磁（电压、电流）等。——书P.64。额定容量：都是指输出。发电机：电枢绕组输出的电功率；电动机：转子轴上输出的机械功率。

额定励磁电流：——额定负载时励磁绕组通过的励磁电流。通常由励磁回路串联的变阻器调节。

通常还标明励磁电压——以备采用与电枢电压不同等级时参考。

励磁方式：他励、并励、串励和复励4种。

复励：（从磁通叠加效果看）积复励、差复励；（从绕组连接情况看）长复励、短复励。

积复励：平复励、过复励、欠复励。直流电动机不能采用差复励，直流发电机不能采用串励。[第一节要点]：基本结构（电刷、换向器作用）；铭牌数据；励磁方式。三、励磁方式§5-2.直流电机的基本工作原理

本节的主要内容有三部分：基本工作原理：

主要点：注意元件和电刷两端电量的性质；注意：“电刷”、“换向器”的作用。

电势和转矩：

掌握电势和转矩的计算公式。P.66.式（5-2-1）、（5-2-2）。电刷位置：

注意分清：“实际空间位置”和“短接元件边位置”。一、工作原理

电刷A总是与处于正电位的换向片接触，而电刷B总是与处于负电位的换向片接触。虽然bc和de感应的电势是交变的，但电刷AB两端的电压却是直流的。

实际直流电机的换向片较多，电刷和换向器配合起机械整流器的作用。电刷和换向器配合：每个绕组元件内部感应电势是交流的，但，一对电刷之间电势等于一个支路中各绕组电势之和，因此，电刷间的电势为合成电势，是一个脉动的直流电势。二、恒定的电动势和电磁转矩

并联支路图说明，转子旋转后电枢绕组所有元件被两个电刷所平分为2个支路（1对极），当n或Ia不变，电刷之间串接的绕组电势或产生电磁转矩不变（书P.66.公式）。电势公式：E=KeØn，式（5-2-1）转矩公式：T=KTØIa

，式（5-2-2）

Ke与KT关系是常数：Ke=pN/60a；KT=pN/2πa。∴Ke/KT=π/30≈1/9.55。N：总有效导体数，a：并联支路对数，p：极对数。电刷放置的原则：

为了感应最大电势或产生最大电磁转矩，电刷所短接的（换向）元件的两个边应处于磁通最弱（几何中性线）的位置上。电刷的位置：

1.实际位置：磁极的正中（说明不了原理等问题）。

2.示意图位置：直接放在几中线的元件上。三、电刷的正确位置展开图上位置原理图上位置电刷与磁极的相对位置不变

换向定义：从一条支路换到另一条支路，元件内的电流改变方向。元件必须经过电刷短接后才能进入另一条支路，换向元件中若存在电势则短接时会产生火花——电磁原因（还有机械、电化学等原因）。

换向火花危害：烧坏换向器、绕组，过热、引爆引燃。

换向火花克服：（通过磁极尖增、去磁电枢反应的情况说明）：1.换向极；2.移动电刷（与转向有关，发电机和电动机正好相反）。——见书P.67图5-2-4，注意：发电机和电动机的电流与转向的关系正好相反。

克服火花应移动的方向（助记）：——“顺发、逆动”。[第二节要点]：原理（AC/DC转换）；电势、转矩计算；电刷位置；换向定义。换向及换向火花§5-3.直流发电机

本节的主要内容有四部分：空载特性：掌握空载特性的实质。

自励起压过程：

掌握自励起压的条件及起压过程分析。外特性：定义、电压变化率。转矩和功率的平衡：注意平衡关系。一、空载特性条件：I=0，n=nN。特性：E=f（If）或U0=f（If）实质：——磁化曲线。与同步发电机相似，也是电机磁路的磁化曲线。实验测量时注意：也应该单方向调节励磁电流，否则磁滞的影响，将使结果出现偏差。红色的曲线为空载特性过程：发电机转动，依靠剩磁可产生很小的剩磁电压，如果接线正确，流过励磁绕组的微小励磁产生的磁通方向与剩磁磁通方向相同，电枢绕组感应的电势增强，于是出现正反馈，如果励磁回路电阻足够小，正反馈的作用将继续下去，直到磁路饱和，电势稳定在一个确定的数值上。条件：1.有剩磁（若无，应可充磁）；

2.接线正确（励磁与剩磁同向）；

3.场阻线与空载特性有一个确定的交点（励磁电路电阻适当）。二、自励起压三、外特性励磁方式：他励、并励和复励（前面已讲）——P.69图5-3-3。

外特性与励磁方式有关，以并励发电机为主进行说明，注意“条件”。

关系式——P.69式（5-3-2）。他励：励磁电压不受影响，只有内阻压降。——比并励较硬。并励：∵内阻压降使端电压略有下降，励磁相对减少。——注意：电压变化率的计算和区别（P.69）重新解释：——

直流发电机不用串励的原因。转矩平衡方程：T1=T+T0，——T电磁转矩，T1输入转矩，T0空载转矩。功率和效率公式：书P.70.式（5-3-6）、（5-3-7）。功率平衡：由转矩平衡关系及电压平衡方程得到功率的平衡关系。并由此引出效率的计算公式。[第三节要点]：空载特性；自励起压过程、条件；外特性（各种励磁对应曲线形状）。四、转矩和功率平衡§5-4.直流电动机

本节的主要内容有三大部分：机械特性：

主要点：转动原理、影响特性的因素、特性表达式和形状。转矩特性：

了解不同励磁所对应的转矩特性形状。起动与反转：

主要点：起动的特点和方法（注意起动时励磁的作用）；反转的方法。直流电动机说明原理：结构上保证在相同极性磁极下，电流方向相同。因此就能产生恒定转矩。电压平衡方程式：U=E+Ia（Ra+R）励磁方式：——并、串、复励磁，书P.71.图5-4-1。电流之间的关系与励磁方式有关：书P.71.图5-4-1。注意：不用差复励。转动原理：电枢通电，在励磁绕组产生的磁场下，受力起动。电刷和换向器保证每个磁极下导体电流方向始终不变。电磁转矩：——书P.71.式（5-4-3）与发电机相同。一、机转械特性机械诸特性错方程莫式：利用E0=KeΦn束、T抹=KTΦIa和电压葡平衡方坝程可得驾：n=艇U/甲KeΦ–页Ra/KeKTΦ2=否n0-k阁△n。特点：并（他贺）励特肠性，萝直线、林硬特性；串励，算∵空载咱时Φ≈0乘，∴无理想架空载转墓速，注荒意“飞城车”；作（积）设复励，傲介于并抽励和串攀励之间泼。自然纤机械脱特性慕：又称为谷“固有铲机械特仅性”（菊不人为针改变参铺数）；人工机奸械特性恋：是人为个改变参撕数（弱怪磁、降意压、串会电阻）吧。二、转偶矩特性转矩爬特性庄是指案：电骡磁转摸矩T和电枢虚电流Ia的关系略曲线，实际就辛是电磁建转矩的惰计算公酒式。不同的伏励磁方钉式，转泪矩特性忆的形状坏不同。因为起贫动时，糊转速为士零，电亭枢感应盗的电势洲为零，袍根据电因压平衡边方程，仅起动时楚电枢电捏流Ia=（吉U-耕Ea）/丽Ra=丝式U/板Ra。而∵束电枢刺电阻尖通常虹很小奴，所斯以起境动电蛮流很涛大（岛10租～2希0倍组的额弦定电翠流）存。∴充0.犬5kW以上张的直流电燃动机不认能直接心起动，否则Ia、T冲击很狂大，火贤花很大杰。起动方鸭法：在昌保持最大味励磁崇电流情况雄下，1.电枢回少路串电腿阻起动萍；2.降压起亦动。起香动电流充控制在取1.5绳～2.渴0In。注：1若.起动灿时，掏励磁洋磁场肆通常飞应该疮最大蠢，才易能减皂少起侦动电垂流，泛并增墙加起武动转添矩；2.电枢绕详组串联伪的起动悄电阻不尿能采用忆滑动变寄阻器，撇应采用旋分段切迁除的变舰阻器（句∵大电尸流）。三、起姻动和反磨转反转方法：1.伤改变捐电枢滨电流菠方向要，励摄磁电纠流方呼向不秃变；2.改变酷励磁绿电流肺方向幻玉，电赢枢电莲流方知向不所变。即：单声独改变骨电枢绕宪组或单欧独改变水励磁绕挤组的接备线（将就两个接须线端反动接）。注意患：反转脾时电幼枢电天流更召大，昆应该梯采取章措施杆限流。同时改梯变电枢耍和励磁翠绕组的圆接线，遭则电枢尼电流和兰励磁电缘瑞流的方离向将同子时改变取，电动俱机的电端磁转矩困的方向侵不变，闻电动机泄的转速绵也不变鸭。交、让直流手两用厚电动致机的工固作原福理就劣是以拘此为献依据假的。漆交、垂直流脉两用碌电动女机实钢际上馅是一当台直笋流电伴动机政，使族用时唯若电药源为弃交流巴电，目则转淋向仍券然不轨会发迫生变蹄化。[妈第四坚节要唯点放]到：机顺械特缎性（妙各种厦励磁孙）；验转矩避特性题；起窃动、价反转姐（方衡法）舱。第五章援各偏节要点各节要任点：第一役节：基本结康构（电元刷、换牛向器的怜作用）汗；铭牌她数据；哭励磁方娇式。第二节：原理（AC新/D割C转换铁）；匆电势阁、转榆矩计笨算；勺电刷附位置之；换播向。第三思节：空载特区性；自座励起压沙过程、监条件；呼外特性钉（各种添励磁曲躺线）。第四节：机械特食性（各争种励磁乒）；转绿矩特性缠；起动膊、反转柳（方法惯）。第五写章的驰主要形内容主要扁内容百：知霸道直碰流电壤机的目结构然原理况和励脂磁方沸式；炉掌握尊直流抗电机外电枢零电势盆和电劲磁转伤矩的授分析由方法涉；掌痛握直卖流发筛电机召的特触性；命掌握况直流屯电动巷机机枪械特烫性；腐能够列根据缎电压敲平衡恩方程芳和有础关特俭性进就行相多应计屠算。——也是器“计跨算点