第讲-直流电动机基本理论

前讲要点回顾磁场的基本物理量磁路及其基本定律=BA∑Φ=0铁心线圈电路1电磁关系–+e–+e+–uNi（磁通势）主磁通：通过铁心闭合的磁通。漏磁通：经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。线圈铁心i，铁心线圈的漏磁电感与i不是线性关系。2电压电流关系根据KVL:+––+–+eeuNi式中：R是线圈导线的电阻L是漏磁电感

当u是正弦电压时，其它各电压、电流、电动势可视作正弦量，则电压、电流关系的相量式为：；X=2πfLσ设主磁通则有效值

由于线圈电阻

R

和感抗X（或漏磁通）较小，其电压降也较小，与主磁电动势E相比可忽略，故有式中：Bm是铁心中磁感应强度的最大值，单位[T]；

A是铁心截面积，单位[m2]。对于：3功率损耗

交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.铜损（Pcu）

在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用Pcu表示。Pcu=RI2式中：R是线圈的电阻；I是线圈中电流的有效值。2.铁损（PFe）

在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用PFe

表示。铁损由磁滞和涡流产生。+–ui（1）磁滞损耗（Ph）由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（Ph）。

磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率f。OHB

磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。

减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。

设计时应适当选择值以减小铁心饱和程度。(2)涡流损耗（Pe）涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。

涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：

提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。铁心线圈交流电路的有功功率为：作业：P17----1.8,1.9第二章直流电机基本要求：

1、掌握直流电机的基本工作原理

2、掌握直流电机的励磁方式和额定值

3、掌握直流电机的电磁转矩和电动势

4、掌握他励、并励电机（电动机、发电机）的运行分析

5、掌握直流电动机的功率和转矩

6、了解直流电机的结构和电枢反应

7、了解串励、复励电机（电动机、发电机）的运行分析特点：调速性能好、气动转矩大。本讲内容及要求：直流电动机和直流发电机的原理（掌握）直流电机的额定值（掌握）直流电机的励磁方式（掌握）直流电机的基本结构和电枢反应（了解）直流电机的电磁转矩和电动势（掌握）1、直流电动机工作原理

把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将有电流流过。

直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。

在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。2.1直流电机的基本工作原理左手定则NS＋U－电刷换向片

原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。

与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。

当电枢旋转到右图所示位置时：NS＋U－关键点：换向片。

换向片安装在电机转轴上，与电枢同步旋转。直流电流交流电流电磁转矩(拖动转矩)机械负载克服反电动势做功

电磁关系换向Φ旋转2、直流发电机工作原理

右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。NS－E＋

当原动机驱动电机转子顺时针旋转时，线圈abcd将感应电动势。如右图，导体ab在N极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在S极下，c点低电位，d点高电位；当有感应电流时：电枢绕组受到电磁力的反抗作用，原动机必须克服这一电磁转矩才能带动电枢旋转。右手定则NS－E＋

当原动机驱动电机转子顺时针旋转后，如右图。

与上部电刷接触的导体总是位于N极下，与下部电刷接触的导体总是位于S极下,从电刷两端可获得直流电动势。

导体ab在S极下，a点高电位，b点低电位；导体cd在N极下，c点高电位，d点低电位；NS－E＋输出直流电原动机感应电动势、电流电磁转矩（阻转矩）做功

电磁关系Φ换向2.小2直流咱电机购的基蒙本结裂构直流羞电机绣由定摇子（虑固定止不动仇）与问转子睬（旋秧转）窄两大漆部分漏组成地，定差子与稼转子遣之间众有空忧隙,称为痒气隙丧。定子哥部分妻包括阀机座揉、主墓磁极尤、换帅向极林、端淡盖、论电刷躬等装络置；转子赠部分停包括抱电枢妨铁心昆、电瓣枢绕展组、详换向组器、瞧转轴因、风勒扇等百部件横。1—风扇义；2—机座苹；3—电枢唱；4—主磁辈极；5—刷架阶；6—换向到器；7—接线腰板；8—出线熄盒；9—换向婆极；10鹿—端盖1．定馆子部规分（1）机阁座机座丈既可轨以固辆定主述磁极况、换代向极罢、端寨盖等群，又见是电械机磁喝路的色一部阁分（拥称为济磁轭锈）。糟机座赢一般第用铸乞钢或此厚钢定板焊挽接而马成，许具有形良好守的导泻磁性悠能和冶机械厘强度者。（2）主拥磁极主磁担极的保作用永是产桌生气迈隙磁罚场，吊由主畜磁极痒铁心麦和主锡磁极膏绕组吼（励脾磁绕泻组）朵构成往，如遭图所填示。厌主磁察极铁踪蝶心一危般由1.轧0m薄m～1.胸5m矮m厚的迷低碳加钢板丝式冲片罗叠压镰而成彻，包皆括极身削和极飞靴两部静分。极靴驳做成吴圆弧躺形，堆以使陡磁极势下气雹隙磁舟通较蝇均匀。极利身上闯面套逢有励身磁绕鞋组，浊绕组既中通优入直流电流被。整调个磁短极用严螺钉董固定身在机裳座上无。1—固定您主磁凑极的核螺钉客；2—主磁确极铁盛心；3—励磁逝绕组直流励电机份的主狮磁极机座主磁丛极（3）换画向极换向晃极用论来改败善换谈向，漫由铁沿心和钩套在芳铁心走上的状绕组痒构成愚，如细图所逆示。狗换向花极铁偷心一论般用斤整块竞钢制紫成，蹦如换腾向要新求较你高，棒则用1.点0m泡m～1.稠5m锁m厚的腔钢板里叠压幼而成决，其绕组苍中流驴过的饱是电趋枢电基流。换向成极装直在相抗邻两荣主磁非极之芹间，失用螺内钉固远定在溪机座洪上。1—换向斥极铁漫心；2—换向戚极绕刃组注意链：企换向掀极绕榆组与软定子驱（励架磁）炒绕组结串联慕连接慎。2．转巾子部丽分（1）电较枢铁榜心电枢木铁心做是电场机磁垦路的盏一部俘分，肤其外贪圆周罚开槽召，用坏来嵌践放电狭枢绕研组。登电枢门铁心汗一般轿用0.芳5m民m厚、秒两边泛涂有笼绝缘属漆的咱硅钢污片冲辟片叠使压而参成，钞如图株所示敲。电部枢铁孙心固朝定在柴转轴姨或转厨子支柴架上啦。铁腔心较失长时父，为延加强汉冷却识，可象把电口枢铁党心沿粪轴向最分成怕数段胶，段谁与段晶之间从留有塑通风放孔。电枢即铁心（2）电星枢绕竞组电枢垄绕组铁是直陕流电男机的立主要君组成营部分问，其迹作用到是感疯应电睬动势米、通炉过电宫枢电怎流，漆它是荷电机荷实现房诚机电纸能量盐转换糖的关倒键。覆通常丑用绝勉缘导国线绕皇成的申线圈柏（或启称元胞件）条，按剖一定海规律陕连接是而成侧。直流厦电机倒的主碎要结不构概倒述：主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极：改善换向。电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换机座和端盖：起支撑和固定作用。定子转子电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换转轴轴承222.盈3直流愧电机局的绕低组一、慰简单后的绕趟组对绕胆组的混要求规：在捞能够址通过迷规定任的电抚流和漠产生上足够喷的电本动势学的前凝提下掀，尽绝可能功节省刑铜和焦绝缘哑材料校，并久且结闪构简片单、售运行浑可靠组。1-从2、3-飘4、5-摆6、7-扭8分别衫构成4个线介圈右图舅只是曲说明址原理裕的示让意图肿。它辛的缺贪点是淘：随偶着电黄枢的汤转动始，始抵终只取有一病个线计圈有疤电流填。这泻样的贩话，要材料畜没有感充分穗利用略，产粒生的奥总转壳矩或盟电势余均很着小。解决滋办法隔：用4个换究向片妇将4个线鞋圈都愧连接灵起来尤，成识为一读个闭狭合绕山组，凳两个纱不同拴的元修件边喘连接劝一个桑换向句片。悦每个左元件页的两酷个元值件边船连接2个不辛同的芹换向掌片。瞎共用贷了4个换兽向片茎，节竖省了喜材料响，提萍高了夫输出汤转矩典。解决无办法4个线爱圈单墓层结渣构示粗意图4绕组突展开读图：为了兽使得介线圈龄的2个有自效边眠所感贴应的访电动充势相拣等，爷则线圈隙的有嚼效边萝之间悠的距来离（益跨距饲）应等属于或降接近歇于一滤个极距债（相替邻主闲磁极钻间的哄跨度罪）。电枢绕组辰与电嫁刷连只接--逢--显6个线敲圈电刷纳将环狡形闭之合电旅枢绕丧组分厚成两赏条对廊称的叼并联阔支路捡。当电界枢转困到图商示位解置时老：构栏成如卵图所膜示的曾等效近并联丈支路编。结论甘：整个北电枢来绕组表通过炭换向瞒片连忙成一印个闭合合回速路。二、刃绕组作的基尝本形绕式直流浊电机偏电枢衰绕组好结构棍形式零：单贪叠绕匪组、梯单波颗绕组大。在实盾际电倾机中--属--台-为使办线圈蛮（元住件）蛇端部砍平整升排列懒，一西般在车每个假槽中吨放置环上/下犹两个愁有效暴边，赏所以乔，多厌为双律层绕泪组。（一素）单粥叠绕衔组特点四：元僻件的贵两个土端子尤连接连在相棕邻的驴两个醋换向捉片上踏。y1--济--堤--元件闹跨距(2个有郊效边混所跨后槽数)yc--院--孔--换向坟器节断距（江上层系边与舅下层屋边所均连接踪蝶的两杰个换补向片朝之间滩的距样离）单叠积绕组地的所创有的酸相邻刚元件扩依次参串联对，即锤后一枕元件领的首熟端与洋前一桨元件淋的末忙端连生在一奸起，欢接到页一个镰换向捐片上宇。最崇后一管个元茧件末钥端与谎第一领个元纯件首谷端连翅接在业一起挎，形阔成一望个闭朝合回女路。根据樱绕组虹展开聋图可到绘制殖绕组喘等效势电路支图：结论惨：单泡叠绕档组等引效电稀路的园支路质数等叨于电全机的动极数害。并联赵支路炭对数毕等于气磁极店对数--偶--亩--岗->腐a=惠pNSNS1234567891011121抛2悬3铃5赞6锅8厕9北1背1事12A1B1A2B2单叠溉绕组影的展睡开图※并联熊支路挪对数喇：a=毙2。即申：并袜联支锤路数累为2a延=4※电刷致的中头心线晶对着遇磁极控的中符心线捏。A1A2B1B2n36'

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