1、電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機學習目標學習目標:第一章第一章 直流電機直流電機掌握直流電動機的工作原理、結構。掌握直流電動機的工作原理、結構。能分析直流電動機轉速、電磁轉矩的變化與各參能分析直流電動機轉速、電磁轉矩的變化與各參數的關系。數的關系。能分析電機的換向及改善換向方法。能分析電機的換向及改善換向方法。會利用直流電動機的工作特性和機械特性分析實會利用直流電動機的工作特性和機械特性分析實際問題。際問題。熟悉直流電動機起動、調速、反轉和制動方法。熟悉直流電動機起動、調速、反轉和制動方法。電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機案例：案例：國產電力機車上常采用直流電機作為國產

2、電力機車上常采用直流電機作為牽引電機和輔助壓縮機驅動電機。牽引電機和輔助壓縮機驅動電機。 當機車在牽引狀態運行時，牽引電機將電能當機車在牽引狀態運行時，牽引電機將電能轉換成機械能，通過輪對驅動機車運行，此時轉換成機械能，通過輪對驅動機車運行，此時電機處于電動機狀態；電機處于電動機狀態； 當機車在電氣制動狀態下運行時，牽引電機當機車在電氣制動狀態下運行時，牽引電機將機械能轉化為電能，產生電制動力，此時電將機械能轉化為電能，產生電制動力，此時電機處于發電機狀態。機處于發電機狀態。 第一章第一章 直流電機直流電機電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機 第一節：直流電機的工作原理第一節：直流電機

3、的工作原理一、直流電機的基本工作原理一、直流電機的基本工作原理直流電機分類直流電機分類: :直流電動機直流電動機直流發電機直流發電機電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）直流發電機的工作原理（一）直流發電機的工作原理NS+_n n右手定則判斷方向右手定則判斷方向電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機一、直流電機的基本工作原理一、直流電機的基本工作原理（一）直流發電機工作原理（一）直流發電機工作原理電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）直流發電機工作原理（一）直流發電機工作原理通過換向器和電刷將交流變為直流電通過換向器和電刷將交流變為直流電引出至負載引出至負載建立磁

4、場建立磁場導體切割磁場產生交變的感應電勢導體切割磁場產生交變的感應電勢繞組中的電動勢交變繞組中的電動勢交變.電刷兩端獲得直流電動勢電刷兩端獲得直流電動勢結論：結論： e = BX l v 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機NS+_+_（二）直流電動機的工作原理（二）直流電動機的工作原理外部提供外部提供用左手定則判斷受力方向用左手定則判斷受力方向及形成的轉矩方向：及形成的轉矩方向： f = Bf = BX Xli li 通過電刷和換向器將直通過電刷和換向器將直流變為元件的交流電引入流變為元件的交流電引入產生電磁轉矩使電機旋轉產生電磁轉矩使電機旋轉帶動負載旋轉帶動負載旋轉建立磁場建立磁場

5、交流交流直流過程？直流過程？電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（二）直流電動機的工作原理（二）直流電動機的工作原理電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機二、電機的可逆原理二、電機的可逆原理任何一臺電機既可作發電機運行，也可作任何一臺電機既可作發電機運行，也可作電動機運行，這一性質稱為電機的可逆原理。電動機運行，這一性質稱為電機的可逆原理。u如果電機轉子輸入機械能，而電樞繞組輸出如果電機轉子輸入機械能，而電樞繞組輸出 電能，電機作為發電機運行；電能，電機作為發電機運行；u如果在電樞繞組中輸入電能，轉子輸出機械如果在電樞繞組中輸入電能，轉子輸出機械 能，則電機作為電動機運行。能，則

6、電機作為電動機運行。電機的實際運行方式由外施條件決定：電機的實際運行方式由外施條件決定：電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機第二節第二節 直流電機的結構直流電機的結構旋轉部分旋轉部分:靜止部分靜止部分:定子定子轉子轉子中間有氣隙中間有氣隙電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機第二節第二節 直流電機的結構直流電機的結構電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機第二節第二節 直流電機的結構直流電機的結構小型直流電動機的剖面結構小型直流電動機的剖面結構 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機一、定子部分一、定子部分電磁方面：產生磁場和構成磁路。電磁方面：產生磁場和構成磁路。機械

7、方面：整個電機的支撐。機械方面：整個電機的支撐。作用作用:構成構成:磁極磁極機座機座換向極換向極電刷裝置電刷裝置端蓋和軸承端蓋和軸承電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）主磁極（一）主磁極產生恒定、有一定的空間分布形狀的產生恒定、有一定的空間分布形狀的氣隙磁通密度氣隙磁通密度 勵磁繞組勵磁繞組鐵心鐵心作用：作用：電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（二）機座（二）機座整體機座整體機座:起導磁和機械支撐作用起導磁和機械支撐作用疊片機座疊片機座:只起機械支撐作用只起機械支撐作用電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（三）換向極（三）換向極安裝在相鄰的兩主安裝在相鄰的兩主磁

8、極之間，用螺釘磁極之間，用螺釘固定在機座上，用固定在機座上，用來改善直流電機的來改善直流電機的換向，一般電機容換向，一般電機容量超過量超過1kW時均應時均應安裝換向極。安裝換向極。 用整塊鋼制成，用整塊鋼制成，也可用厚也可用厚11.5mm厚鋼板或硅鋼片疊成厚鋼板或硅鋼片疊成 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（四）電刷（四）電刷用石墨制成的導電塊用石墨制成的導電塊 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（五）端蓋（五）端蓋主要起支撐作用。主要起支撐作用。端蓋固定在機座上，其上放置軸承支撐端蓋固定在機座上，其上放置軸承支撐直流電機的轉軸，使直流電機能夠旋轉。直流電機的轉軸，使直流

9、電機能夠旋轉。 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機二、轉子部分二、轉子部分轉子又稱電樞，是電機的轉動部分，轉子又稱電樞，是電機的轉動部分，其作用是感應電勢和產生電磁轉矩，其作用是感應電勢和產生電磁轉矩，從而實現能量的轉換從而實現能量的轉換 作用作用:構成構成:電樞鐵心電樞鐵心換向器換向器電機轉軸電機轉軸電樞繞組電樞繞組軸承和風扇軸承和風扇電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）電樞鐵心（一）電樞鐵心作用：作用：通過磁通和嵌放電樞繞組。通過磁通和嵌放電樞繞組。材料：材料：為減小當電機旋轉時鐵心中的磁通方向發生變化引起為減小當電機旋轉時鐵心中的磁通方向發生變化引起的磁滯損耗和渦

10、流損耗，電樞鐵心用的磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵心用0.35mm或或0.5mm厚的硅鋼片疊成，表面有絕緣層。厚的硅鋼片疊成，表面有絕緣層。 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（二）換向器（二）換向器作用：作用：實現電刷內外交直流的轉換。實現電刷內外交直流的轉換。材料：材料：采用導電性能好、硬度大、耐磨性能好采用導電性能好、硬度大、耐磨性能好 的紫銅或銅合金制成的紫銅或銅合金制成 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（三）轉軸（三）轉軸起轉子旋轉的支撐作用，需有一定的機械起轉子旋轉的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。 電機與電

11、力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（四）電樞繞組（四）電樞繞組用于產生感應電動勢和通過電流，實現機電用于產生感應電動勢和通過電流，實現機電能量的轉換。能量的轉換。線圈元件邊在槽內的放置情況線圈元件邊在槽內的放置情況 1基本知識基本知識作作用用元件元件 元件的首末端元件的首末端 實槽和虛槽實槽和虛槽 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機設電樞槽內每層有設電樞槽內每層有個線圈單元邊，個線圈單元邊，則把每一個實際的槽看作包含則把每一個實際的槽看作包含個虛槽個虛槽 。 實槽與虛槽實槽與虛槽 （四）電樞繞組（四）電樞繞組Z Z= = * *Z Z 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（

12、四）電樞繞組（四）電樞繞組元件數元件數S和換向片數和換向片數K： 極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面 之間的距離稱為極距，用之間的距離稱為極距，用表示表示 S=K= Z=Z 2pD疊繞組疊繞組 ：串聯的兩個元件總是后一個：串聯的兩個元件總是后一個元件端接部分緊貼在前一個元件端接元件端接部分緊貼在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式進行。部分，整個繞組成折疊式進行。 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（四）電樞繞組（四）電樞繞組波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性 磁場下的相應元件串聯起來，像磁場下的相應元件串聯起來

13、，像 波浪似的前進。波浪似的前進。電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機第一節距第一節距：一個元件的兩個有效邊在電樞：一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的元件邊數稱為第一節距，第一表面跨過的元件邊數稱為第一節距，第一節距用表示節距用表示 。（四）電樞繞組（四）電樞繞組第二節距第二節距：連至同一換向片上的兩個元件：連至同一換向片上的兩個元件中的第一個元件的下層邊與第二個元件的中的第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊間的距離。第二節距用表示。上層邊間的距離。第二節距用表示。電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機合成節距：合成節距：連至同一換向片上兩個元件對應連至同一換向片上兩個元件對

14、應邊之間的距離，即第一個元件的上層邊與第邊之間的距離，即第一個元件的上層邊與第二個元件的上層邊間的距離或第一個元件的二個元件的上層邊間的距離或第一個元件的下層邊與第二個元件的下層邊間的距離。下層邊與第二個元件的下層邊間的距離。合成節距用合成節距用y表示表示 。（四）電樞繞組（四）電樞繞組合成節距與第一節距、第二節距的關系為：合成節距與第一節距、第二節距的關系為：單疊繞組單疊繞組 單波繞組單波繞組 21yyy21yyy電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機換向節距：換向節距：同一元件首、末端連接的換向片同一元件首、末端連接的換向片之間的距離。換向節距用之間的距離。換向節距用 表示表示 ky

15、（四）電樞繞組（四）電樞繞組電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機2單疊繞組單疊繞組（四）電樞繞組（四）電樞繞組（1 1）單疊繞組的節距計算）單疊繞組的節距計算1yyk 2pZy1 1yyk 取：取：稱為右行繞組，元件的連接順序為從左向右進行稱為右行繞組，元件的連接順序為從左向右進行 yyy12 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機2單疊繞組單疊繞組（四）電樞繞組（四）電樞繞組（2 2）單疊繞組的展開圖）單疊繞組的展開圖 元件外，展開圖中還包括主磁極、換向片及電刷元件外，展開圖中還包括主磁極、換向片及電刷以表示元件間、電刷與主磁極間的相對位置關以表示元件間、電刷與主磁極間的相對位

16、置關系。在畫展開圖前應根據所給定的電機極對數系。在畫展開圖前應根據所給定的電機極對數p p、槽數槽數Z Z、元件數、元件數S S和換向片和換向片K K，算出各節距值，然，算出各節距值，然后根據計算值畫出單疊繞組的展開圖。后根據計算值畫出單疊繞組的展開圖。電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機 例例11 已知一臺直流電機的極對數已知一臺直流電機的極對數p p=2=2，Z=S=K=16, Z=S=K=16, 試畫出其右行單疊繞組展開圖試畫出其右行單疊繞組展開圖 解解 第一步：計算繞組的各節距第一步：計算繞組的各節距44162pZy1 1yyk 314yyy12 第二步：畫元件，用實線代表上層

17、元件，虛線第二步：畫元件，用實線代表上層元件，虛線代表下層元件，虛線靠近實線，實線根數等于代表下層元件，虛線靠近實線，實線根數等于元件數元件數S S，從左向右為實線編號，分別為，從左向右為實線編號，分別為1 1至至1616。電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機第三步：放置主磁極。第三步：放置主磁極。 第四步：放置換向片。第四步：放置換向片。 第五步：根據計算所的各節距值連接繞組第五步：根據計算所的各節距值連接繞組 第六步：放置電刷。第六步：放置電刷。 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機 單疊繞組元件連接順序單疊繞組元件連接順序 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（3

18、 3）單疊繞組的元件連接順序及并聯支路圖）單疊繞組的元件連接順序及并聯支路圖 單疊繞組的特點：單疊繞組的特點： 同一磁極下的元件串同一磁極下的元件串聯在一起組成一個支聯在一起組成一個支路，這樣有幾個主磁極路，這樣有幾個主磁極就有幾條支路。就有幾條支路。電刷數等于主磁極電刷數等于主磁極數，電刷位置應使支路數，電刷位置應使支路感應電動勢最大，電刷感應電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯支路間電動勢等于并聯支路電動勢。電動勢。電樞電流等于各并聯電樞電流等于各并聯支路電流之和。支路電流之和。單疊繞組并聯支路圖單疊繞組并聯支路圖 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機3 3單波繞組單波繞組（1 1）單

19、波繞組的節距計算）單波繞組的節距計算第一節距計算第一節距計算單波繞組的第一節距的計算方法與單疊繞組的單波繞組的第一節距的計算方法與單疊繞組的計算相同。計算相同。合成節距合成節距y y和換向器節距計算和換向器節距計算選擇時，應使串聯的元件感應電動勢同方向。選擇時，應使串聯的元件感應電動勢同方向。 1Kpyk p1Kyk 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機第二節距計算第二節距計算12yyy（2 2）單波繞組的展開圖）單波繞組的展開圖 例例2 2 已知主磁極極對數已知主磁極極對數p p=2=2， Z=S=K=15Z=S=K=15，繪制單波左行繞組展開圖。繪制單波左行繞組展開圖。 解解 首先

20、計算各節距首先計算各節距3434152pZy1 72115p1Kyyk437yyy12電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機單波繞組的展開圖單波繞組的展開圖 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（3 3）單波繞組的連接次序及并聯支路圖）單波繞組的連接次序及并聯支路圖單波繞組的連接次序表單波繞組的連接次序表 單波繞組的單波繞組的并聯支路并聯支路 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機同極性下的各元件串聯起來組成一個支路，同極性下的各元件串聯起來組成一個支路，支路對數支路對數a=1a=1，與磁極對數，與磁極對數p p無關。無關。當元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器當元件的幾何形

21、狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線，支路電動表面上的位置對準主磁極中心線，支路電動勢最大（即正、負電刷間電動勢最大）。勢最大（即正、負電刷間電動勢最大）。電刷桿數也應等于極數（采用全額電刷）。電刷桿數也應等于極數（采用全額電刷）。電刷電動勢等于支路感應電動勢。電刷電動勢等于支路感應電動勢。電樞電流等于兩條支路電流之和。電樞電流等于兩條支路電流之和。 單波繞組的特點：單波繞組的特點：電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機主極極靴和電樞間的間隙稱為空氣隙。主極極靴和電樞間的間隙稱為空氣隙。三、空氣隙三、空氣隙氣隙既保證了電機的安全運行，又是磁路的重要組氣隙既保證了電機的安全運

22、行，又是磁路的重要組成部分。成部分。由于空氣磁阻遠大于鐵磁物質的磁阻，而電機的能由于空氣磁阻遠大于鐵磁物質的磁阻，而電機的能量轉換是依靠氣隙磁通為媒介進行的，所以氣隙的量轉換是依靠氣隙磁通為媒介進行的，所以氣隙的大小和形狀對電機的性能有很大影響。大小和形狀對電機的性能有很大影響。直流電機的氣隙是不均勻的。極靴中部氣隙較小，直流電機的氣隙是不均勻的。極靴中部氣隙較小，兩側氣隙逐漸擴大，極尖處氣隙最大。兩側氣隙逐漸擴大，極尖處氣隙最大。小型電機氣隙約為小型電機氣隙約為13mm；大型電機氣隙可達；大型電機氣隙可達1012mm 。作用作用: :電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機第三節第三節

23、直流電機的銘牌直流電機的銘牌電機型號電機型號銘牌數據主要包括：銘牌數據主要包括：電機額定功率電機額定功率電機額定電壓電機額定電壓額定電流額定電流額定轉速額定轉速額定勵磁電流額定勵磁電流勵磁方式勵磁方式出廠數據如出廠編號、出廠日期等出廠數據如出廠編號、出廠日期等電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機Z 29 2一般用途直流電機一般用途直流電機 設計序號設計序號,第二次改型設計第二次改型設計 機座序號機座序號 電樞鐵心長度序號電樞鐵心長度序號 第三節第三節 直流電機的銘牌直流電機的銘牌電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機Z系列：一般用途直流電動機（如系列：一般用途直流電動機（如Z2，

24、Z3，Z4等系列）；等系列）；ZJ系列：精密機床用直流電動機；系列：精密機床用直流電動機；ZT系列：廣調速直流電動機；系列：廣調速直流電動機；ZQ系列：直流牽引電動機；系列：直流牽引電動機；ZH系列：船用直流電動機；系列：船用直流電動機；ZA系列：防爆安全型直流電動機；系列：防爆安全型直流電動機；ZKJ系列：挖掘機用直流電動機；系列：挖掘機用直流電動機；ZZJ系列：冶金起重機用直流電動機；系列：冶金起重機用直流電動機；第一部分字符的含義如下：第一部分字符的含義如下：第三節第三節 直流電機的銘牌直流電機的銘牌電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機1額定功率額定功率PN 2額定電壓額定電壓U

25、N和接法和接法 額定條件下電機所能供給的功率。對于電動額定條件下電機所能供給的功率。對于電動機額定功率是指電動機軸上輸出的最大機械機額定功率是指電動機軸上輸出的最大機械功率；對于發電機是指電刷間輸出的最大電功率；對于發電機是指電刷間輸出的最大電功率。額定功率的單位為功率。額定功率的單位為kW 額定運行狀態時，定子繞組應加額定運行狀態時，定子繞組應加的線電壓，單位為的線電壓，單位為V 第三節第三節 直流電機的銘牌直流電機的銘牌電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機3.額定電流額定電流IN指電機在額定電壓下，運行于額定功率時對指電機在額定電壓下，運行于額定功率時對應的電流值。額定電流的單位為

26、應的電流值。額定電流的單位為A 額定功率、額定電壓和額定電流的關系為：額定功率、額定電壓和額定電流的關系為：發電機發電機 P PN N=U=UN NI IN N 10103 3 kW kW 電動機電動機 P PN N=U=UN NI IN N N N10103 3 kWkW第三節第三節 直流電機的銘牌直流電機的銘牌電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機4.額定轉速額定轉速nN：對應于額定電流，額定電壓，電機運行于額定功率對應于額定電流，額定電壓，電機運行于額定功率時所對應的轉速。額定功率的單位為時所對應的轉速。額定功率的單位為r/minr/min。5.額定勵磁電流額定勵磁電流IfN ：對

27、應于額定電壓、額定電流、額定轉速及額定功率對應于額定電壓、額定電流、額定轉速及額定功率時的勵磁電流。額定勵磁電流的單位為時的勵磁電流。額定勵磁電流的單位為A 6. 勵磁方式勵磁方式 ：直流電機的勵磁線圈與其電樞線圈的連接方式。根直流電機的勵磁線圈與其電樞線圈的連接方式。根據電樞線圈與勵磁線圈的連接方式不同，直流電機據電樞線圈與勵磁線圈的連接方式不同，直流電機勵磁有并勵、串勵、他勵、復勵等方式勵磁有并勵、串勵、他勵、復勵等方式 第三節第三節 直流電機的銘牌直流電機的銘牌電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機電機的電流正好等于額定值。電機的電流正好等于額定值。長期過載運行將使電機過熱，降低電

28、機壽命甚至損壞長期過載運行將使電機過熱，降低電機壽命甚至損壞 電機的電流超過額定值電機的電流超過額定值 電機的電流比額定值小得多電機的電流比額定值小得多 。長期輕載運行使電機的容量不能充分利用長期輕載運行使電機的容量不能充分利用 在選擇電機時，應根據負載的要求，在選擇電機時，應根據負載的要求，盡可能使電機運行在額定值附近盡可能使電機運行在額定值附近 滿載運行滿載運行 :過載運行過載運行 :輕載運行輕載運行 :第三節第三節 直流電機的銘牌直流電機的銘牌電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機第四節第四節 直流電動機的電動勢、電磁轉矩和功率直流電動機的電動勢、電磁轉矩和功率一、直流電機的勵磁方

29、式和磁場一、直流電機的勵磁方式和磁場（一）勵磁方式（一）勵磁方式 1他勵電機他勵電機 分別由兩個不同分別由兩個不同的電源供電的電源供電 。電壓可以相同，電壓可以相同，也可以不同也可以不同 ffffRUII 他他勵勵電電機機的的勵勵磁磁電電流流電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機2并勵電機并勵電機 由同一電源供電。由同一電源供電。勵磁電流一般為勵磁電流一般為額定電流的額定電流的5% faIII電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機3串勵電機串勵電機勵磁電流與電樞電流相勵磁電流與電樞電流相同，數值較大，因此，同，數值較大，因此，串勵繞組匝數很少，導串勵繞組匝數很少，導線較粗。串勵式直

30、流電線較粗。串勵式直流電動機具有很大的起動轉動機具有很大的起動轉矩，但其機械特性很軟，矩，但其機械特性很軟，且空載時有極高的轉速，且空載時有極高的轉速，串勵式直流電動機不準串勵式直流電動機不準空載或輕載運行。串勵空載或輕載運行。串勵式直流電動機常用于要式直流電動機常用于要求很大起動轉矩且轉速求很大起動轉矩且轉速允許有較大變化的負載允許有較大變化的負載等等 faIII電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機4復勵電機復勵電機 串勵繞組和他勵（或并勵）串勵繞組和他勵（或并勵）繞組的磁勢方向相同。繞組的磁勢方向相同。積復勵：積復勵：串勵繞組和他勵（或并勵）串勵繞組和他勵（或并勵）繞組的磁勢方向相

31、反。繞組的磁勢方向相反。差復勵：差復勵：電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機繞組名繞組名稱稱電樞電樞繞組繞組換向換向極繞極繞組組補償補償繞組繞組串勵串勵繞組繞組并勵并勵繞組繞組他勵他勵繞組繞組線端名線端名稱稱A1 A2B1 B2C1 C2D1 D2E1 E2F1 F2直流電機各繞組線端的符號直流電機各繞組線端的符號 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（二）空載時直流電機中的磁場（二）空載時直流電機中的磁場直流電機空載時，電樞電流為零，直流電機空載時，電樞電流為零，只有勵磁繞組中存在電流。只有勵磁繞組中存在電流。因此，空載時電機的氣隙磁場完全由因此，空載時電機的氣隙磁場完全由勵

32、磁繞組的電流所產生勵磁繞組的電流所產生 。電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（三）電樞磁場（三）電樞磁場電樞磁場電樞磁場 ：電樞繞組通過電流產生的磁場電樞繞組通過電流產生的磁場 電樞磁場沿電樞表面的分布情況，與電樞電樞磁場沿電樞表面的分布情況，與電樞電流的分布情況有關。在直流電機中，電電流的分布情況有關。在直流電機中，電樞電流的分界線是電刷，在電刷軸線兩側樞電流的分界線是電刷，在電刷軸線兩側對稱分布，所以電樞磁場的分布情況與電對稱分布，所以電樞磁場的分布情況與電刷的位置有關刷的位置有關 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（四）電樞反應（四）電樞反應直流電機帶上負載運行后，電

33、樞里有電流直流電機帶上負載運行后，電樞里有電流流過，電樞電流產生電樞磁場，電樞磁場流過，電樞電流產生電樞磁場，電樞磁場的出現有可能對主極磁場產生影響，這種的出現有可能對主極磁場產生影響，這種影響稱為影響稱為電樞反應電樞反應 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機二、直流電機的電樞電動勢二、直流電機的電樞電動勢電樞電動勢電樞電動勢是指直流電機正、負電刷之間的感應是指直流電機正、負電刷之間的感應電動勢，也就是每個支路里的感應電動勢電動勢，也就是每個支路里的感應電動勢 。nCnLBapNEEnpvvdxBBaNLvBeepjssxpjpjx60602120：電電樞樞的的感感應應電電勢勢：導導體

34、體切切割割磁磁場場的的速速度度每每極極下下的的平平均均磁磁場場為為：個個；一一條條支支路路的的導導體體數數為為導導體體的的感感應應電電勢勢：電動勢常數電動勢常數 ，電，電機做好后僅與電機做好后僅與電機結構有關：機結構有關：N為電樞導體總數為電樞導體總數 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機三、直流電機的電磁轉矩三、直流電機的電磁轉矩aTapjaa0 xpjapjixIC2P2a2IlNBTa2IildxB1BN2DliB2DFT 電電樞樞的的電電磁磁轉轉矩矩：導導體體的的電電流流：每每極極下下的的平平均均磁磁場場為為：個個；電電樞樞繞繞組組的的導導體體數數為為導導體體的的電電磁磁轉轉矩

35、矩：制造好的直流電機其電磁轉矩僅制造好的直流電機其電磁轉矩僅與電樞電流和氣隙磁通成正比與電樞電流和氣隙磁通成正比 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機四、直流電機的功率四、直流電機的功率（一）電機的損耗（一）電機的損耗1銅耗銅耗PCu是電樞繞組、勵磁繞組、換向極繞組、是電樞繞組、勵磁繞組、換向極繞組、補償繞組的銅耗和電刷與換向器接觸電阻補償繞組的銅耗和電刷與換向器接觸電阻產生的損耗。產生的損耗。銅耗的大小與電流、繞組電阻及電刷的接觸電阻有關銅耗的大小與電流、繞組電阻及電刷的接觸電阻有關.銅耗將引起繞組及換向器發熱銅耗將引起繞組及換向器發熱 . 隨著電機的負載變化，稱為可變損耗隨著電機的

36、負載變化，稱為可變損耗 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機2機械損耗機械損耗Pmec電機旋轉時，轉動部分與靜止部分以及周圍電機旋轉時，轉動部分與靜止部分以及周圍空氣摩擦所引起的損耗，主要有軸承摩擦損空氣摩擦所引起的損耗，主要有軸承摩擦損耗、電刷摩擦損耗和電樞與周圍空氣的摩擦耗、電刷摩擦損耗和電樞與周圍空氣的摩擦損耗等，其大小和電機轉速有關。損耗等，其大小和電機轉速有關。機械損耗將引起軸承和換向器發熱。機械損耗將引起軸承和換向器發熱。 3鐵耗鐵耗PFe 交變磁通在鐵心中產生的磁滯和渦流損耗交變磁通在鐵心中產生的磁滯和渦流損耗 （一）電機的損耗（一）電機的損耗電機與電力拖動電機與電力拖動

37、直直流流電電機機空載損耗空載損耗P0 ：（一）電機的損耗（一）電機的損耗P P0 0 = P = PFeFe + P + Padad空載損耗空載損耗P0與電機的負載無關，也稱不變損耗與電機的負載無關，也稱不變損耗 4附加損耗附加損耗Pad 附加損耗很難精確計算，一般估計為電機輸附加損耗很難精確計算，一般估計為電機輸出功率的（出功率的（0.51）%，即，即 Pad=（0.51）%P2 電機的總損耗電機的總損耗 P P ： P = PP = PCuCu + P + PFeFe + P + Padad + P + Ps s = P = PCuCu + P + P0 0 電機與電力拖動電機與電力拖動直

38、直流流電電機機（二）電磁功率（二）電磁功率電磁功率電磁功率 Pem ： 通過電磁作用傳遞的功率通過電磁作用傳遞的功率 aaemIETP：電磁功率發電機發電機 ：P Pemem= = P P1 1P P0 0 P P2 2= = P PememP Pcucu = =UIUI 電動機電動機 ：P Pemem= = P P1 1P PCuCu P P2 2= =P PememP P0 0= = T T2 2 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（三）（三） 功率平衡方程式功率平衡方程式總總損損耗耗輸輸出出功功率率輸輸入入功功率率：pPpPP221電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機五

39、、直流電動機的基本方程五、直流電動機的基本方程電動機參考方向慣例電動機參考方向慣例 E E= =C Ce ennU U= =E Ea+a+R Ra aI Ia a T T= =C CT TIIa a T T= =T T2 2+ +T T0 0 Cuaem1PPP02emPPPadFemec2Cuaem1PPPPPPP= P= P2 2+P +P PPPPP2121電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機六、直流電機的換向六、直流電機的換向直流電機電樞繞組中一個元件經過電刷從直流電機電樞繞組中一個元件經過電刷從一個支路轉換到另一個支路時，電流方向一個支路轉換到另一個支路時，電流方向改變的過程

40、為換向。當電機帶負載后，元改變的過程為換向。當電機帶負載后，元件中的電流經過電刷時，電流方向會發生件中的電流經過電刷時，電流方向會發生變化。換向不良會產生電火花或環火，嚴變化。換向不良會產生電火花或環火，嚴重時將燒毀電刷，導致電機不能正常運行，重時將燒毀電刷，導致電機不能正常運行，甚至引起事故甚至引起事故 。電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）換向概述（一）換向概述一個元件從一個支路換到另一個支路時一個元件從一個支路換到另一個支路時要經過電刷。元件里的電流必然改變方向要經過電刷。元件里的電流必然改變方向 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（二）換向的電磁理論（二）換向的

41、電磁理論eiRRi )RR(R2b2k1b1ki）（ee是換向元件的合成電動勢是換向元件的合成電動勢根據合成電動勢的取值情況，換向可分為根據合成電動勢的取值情況，換向可分為直線換向直線換向 、延遲換向或超越換向、延遲換向或超越換向）（0e）（ 0e電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機1 1直線換向直線換向 ）（0e忽略元件電阻忽略元件電阻R R和元件與換向片或超越換向和元件與換向片或超越換向片間的連線電阻，則回路方程可簡化為：片間的連線電阻，則回路方程可簡化為： 0iRiR2b21b1kkbb1bb1) tT(LSRSSRRkbb2bb2tLSRSSRRS1S1 S2S2是電刷與換向片

42、是電刷與換向片1 1、2 2的接觸面積，的接觸面積，R Rb b是換向片與電刷完全是換向片與電刷完全接觸時的接觸電阻接觸時的接觸電阻L Lb b是電刷軸向長度，是電刷軸向長度，v vk k為換向器線速度，為換向器線速度， T TK K是換向周期是換向周期 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機根據節點電流定律根據節點電流定律: : a1iii2aiii1 1直線換向直線換向 ）（0e)T2t1 (iika換向電流變化曲線換向電流變化曲線 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機2 2延遲換向延遲換向 ）（ 0e由于換向元件為線圈，且換向過程中線圈中的電流由于換向元件為線圈，且換向過程

43、中線圈中的電流是變化的，因此線圈中存在自感電動勢；為了保證是變化的，因此線圈中存在自感電動勢；為了保證換向可靠，實際的電刷的寬度比換向片的寬度要大換向可靠，實際的電刷的寬度比換向片的寬度要大得多，在換向過程中有多個元件同時換向，因此線得多，在換向過程中有多個元件同時換向，因此線圈中存在互感電動勢。通常將自感電動勢和互感電圈中存在互感電動勢。通常將自感電動勢和互感電動勢合起來，稱為電抗電動勢，用動勢合起來，稱為電抗電動勢，用e er r表示表示 dtdiLdtdi)ML(eeerMLrMLLrL L為換向元件的自感系數；為換向元件的自感系數；M M為換向元件的互感系數為換向元件的互感系數電機與電

44、力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機在換向元件中還有切割電動勢在換向元件中還有切割電動勢 e ea aaacaB2Ne切割電動勢存在同樣使換向電流變化延緩。切割電動勢存在同樣使換向電流變化延緩。因此線圈中合成電動勢（電抗電動勢和切割電動勢因此線圈中合成電動勢（電抗電動勢和切割電動勢之和）的存在使換向電流變化不再是線性的，出現之和）的存在使換向電流變化不再是線性的，出現了電流延遲現象的換向稱為延遲換向了電流延遲現象的換向稱為延遲換向 . .2 2延遲換向延遲換向 ）（ 0ee er r+e+ea a在換向元件中產生的電流稱為在換向元件中產生的電流稱為附加換向電流附加換向電流 b2b1arb2b1

45、kRReeRRei電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機3超越換向超越換向）（ 0e換向極的磁場較強，換向極的磁場較強，e ek k抵消抵消e er r后有剩余，后有剩余，剩余電勢產生的剩余電勢產生的i ik k改變了方向（改變了方向（ikik00）。）。當當i=0i=0時，時，t t TK /2TK /2，電流改變方向的時，電流改變方向的時刻比直線換向時提前，故稱為刻比直線換向時提前，故稱為超越換向，超越換向，又叫過補償換向。又叫過補償換向。此時前刷邊電流密度增大，后刷邊電流密此時前刷邊電流密度增大，后刷邊電流密度減小，這種情況同樣對換向是不利的度減小，這種情況同樣對換向是不利的 電機

46、與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（三）改善換向的方法（三）改善換向的方法目的目的: : 消除或削弱電刷下的火花消除或削弱電刷下的火花 1 1選用合適的電刷，增加電刷與換向片選用合適的電刷，增加電刷與換向片 之間的接觸電阻之間的接觸電阻2 2裝設換向極裝設換向極電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機裝設在相鄰兩主磁極裝設在相鄰兩主磁極之間的幾何中性線上之間的幾何中性線上 1.1.在換向元件處產生一個磁動勢，把電樞反應磁動勢在換向元件處產生一個磁動勢，把電樞反應磁動勢 抵消掉，使得切割電動勢抵消掉，使得切割電動勢e ea a=0=0；2. 2. 產生一個氣隙磁通密度，換向元件切割磁場

47、產生產生一個氣隙磁通密度，換向元件切割磁場產生感應電動勢去抵消電抗電動勢感應電動勢去抵消電抗電動勢 （三）改善換向的方法（三）改善換向的方法電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機環火現象環火現象 即正負電刷間出現電弧即正負電刷間出現電弧, ,可以很短的時間內可以很短的時間內損壞電機損壞電機 防止環火出現的辦法防止環火出現的辦法 在主磁極上安裝補償繞組，從而抵消電樞反應在主磁極上安裝補償繞組，從而抵消電樞反應的影響。補償繞組裝在主磁極極靴里。的影響。補償繞組裝在主磁極極靴里。 補償繞組與電樞繞組串聯，它產生的磁動勢補償繞組與電樞繞組串聯，它產生的磁動勢恰恰能抵消電樞反應磁動勢恰恰能抵消電樞

48、反應磁動勢 （三）改善換向的方法（三）改善換向的方法電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機第五節第五節 直流電動機的工作特性直流電動機的工作特性 與機械特性與機械特性一、直流電動機的工作特性一、直流電動機的工作特性額定電壓額定電壓U UN N，額定勵磁電流，額定勵磁電流U UfNfN時：時： )(aIfn )(aemIfT)(aIf電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）他勵（并勵）直流電動機的工作特性（一）他勵（并勵）直流電動機的工作特性1 1轉速特性轉速特性aNeNICUnNeaCR忽略電樞反應忽略電樞反應的去磁效應的去磁效應 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機2

49、 2轉矩特性轉矩特性aNTemICT考慮電樞反應使主磁通考慮電樞反應使主磁通略有下降，電磁轉矩上略有下降，電磁轉矩上升的速度比電流的上升升的速度比電流的上升的速度要慢一些，曲線的速度要慢一些，曲線的斜率略有下降的斜率略有下降 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機3 3效率特性效率特性aN2aa011IUIRP1PPP 存在最大點存在最大點電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（二）串勵直流電動機的工作特性（二）串勵直流電動機的工作特性1.1.負載電流較小時、電機的磁路沒有飽和，負載電流較小時、電機的磁路沒有飽和，每極氣隙磁通與勵磁電流呈線性變化關系每極氣隙磁通與勵磁電流呈線性變化

50、關系 afffIKIK串勵電動機的轉速特性可寫為串勵電動機的轉速特性可寫為 efaefeaeCkRICkUCRICUnfaRRRn n與與I Ia a成反比，串勵電動機不可以空載或在輕載成反比，串勵電動機不可以空載或在輕載下啟動、運行下啟動、運行. .電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機轉矩特性轉矩特性 2aTftemICkICT2.2.負載電流較大時，磁路已經飽和，磁通基本不隨負載負載電流較大時，磁路已經飽和，磁通基本不隨負載電流變化，串勵電動機的工作特性與并勵電動機相同電流變化，串勵電動機的工作特性與并勵電動機相同 電磁轉矩與負載電流的平方成正比電磁轉矩與負載電流的平方成正比 電機

51、與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機二、直流電動機的機械特性二、直流電動機的機械特性（一）他勵直流電動機的機械特性（一）他勵直流電動機的機械特性1 1機械特性的表達式機械特性的表達式機械特性：機械特性：U=UU=UN N、I If f I IfNfN、電樞回路電阻為、電樞回路電阻為恒值的條件下，電動機的轉速恒值的條件下，電動機的轉速n n與電磁轉矩之與電磁轉矩之間的關系：間的關系：n=f(Tem) n=f(Tem) 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）他勵直流電動機的機械特性（一）他勵直流電動機的機械特性1 1機械特性的表達式機械特性的表達式nnTnTCCRCUnememTe

52、e 002理想理想空載空載轉速轉速機械特性機械特性的斜率的斜率轉速降轉速降電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機理想空理想空載轉速載轉速實際空載轉速實際空載轉速斜率斜率越小，特越小，特性越平，稱為性越平，稱為硬硬特性特性。反之稱為。反之稱為軟特性軟特性（一）他勵直流電動機的機械特性（一）他勵直流電動機的機械特性1 1機械特性的表達式機械特性的表達式電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）他勵直流電動機的機械特性（一）他勵直流電動機的機械特性2 2固有機械特性和人為機械特性固有機械特性和人為機械特性固有（自然）機械特性：固有（自然）機械特性：電樞電壓、勵磁磁通電樞電壓、勵磁磁通為

53、額定值，且電樞回路不外串電阻時的機械特性。為額定值，且電樞回路不外串電阻時的機械特性。因為電樞電阻因為電樞電阻R Ra a很小，很小，特性斜率很小，通常額特性斜率很小，通常額定轉速降定轉速降nNnN只有額定轉只有額定轉速的百分之幾到百分之速的百分之幾到百分之十幾，所以他勵直流電十幾，所以他勵直流電動機的固有機械特性是動機的固有機械特性是硬特性硬特性. . 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）他勵直流電動機的機械特性（一）他勵直流電動機的機械特性2 2固有機械特性和人為機械特性固有機械特性和人為機械特性人為機械特性：人為機械特性：電樞串電阻時的人為特性電樞串電阻時的人為特性 emN

54、TesaNeNTCCRRCUn2 斜率斜率增加增加電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）他勵直流電動機的機械特性（一）他勵直流電動機的機械特性2 2固有機械特性和人為機械特性固有機械特性和人為機械特性人為機械特性：人為機械特性：降低電樞電壓時的人為特性降低電樞電壓時的人為特性em2NTeaNeTCCRCUn 改變電壓時，只能在低于改變電壓時，只能在低于額定電壓的范圍內變化額定電壓的范圍內變化 特點特點：人為特性的斜率：人為特性的斜率不變，但理想空載轉速不變，但理想空載轉速n n0 0隨電壓的降低而正比隨電壓的降低而正比減小減小 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（一）他勵

55、直流電動機的機械特性（一）他勵直流電動機的機械特性2 2固有機械特性和人為機械特性固有機械特性和人為機械特性人為機械特性：人為機械特性：減弱勵磁磁通時的人為特性減弱勵磁磁通時的人為特性只能在額定值以下調節勵磁電流只能在額定值以下調節勵磁電流 em2TeaeNTCCRCUn 實際運行條件下，實際運行條件下，電機工作在磁通越電機工作在磁通越小，穩定轉速越高小，穩定轉速越高的區域。的區域。 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機3 3機械特性的求取機械特性的求取通常根據銘牌數據：通常根據銘牌數據：P PN N、U UN N、I IN N、n nN N計算或計算或通過實驗來求取機械特性。通過實驗

56、來求取機械特性。（1 1）固有機械特性的求取）固有機械特性的求取: :他勵直流電動機的固有機械特性為一條直線，所以只他勵直流電動機的固有機械特性為一條直線，所以只要求出直線上任意兩點的數據就可以畫出這條直線。要求出直線上任意兩點的數據就可以畫出這條直線。一般計算理想空載點（一般計算理想空載點（T Temem=0=0，n=nn=n0 0）和額定運行點）和額定運行點（T Temem=T=TN N，n=nn=nN N）數據。）數據。 估算估算R Ra a: :電樞電阻電樞電阻R R可用實測方法求得，也可用下式可用實測方法求得，也可用下式進行估算進行估算 N2NNNaIPIU）3221R (電機與電力

57、拖動電機與電力拖動直直流流電電機機計算計算 C Ce eN N、 C CT TN NNaNNNenRIUC NeNTC55.9C 計算理想空載點數據計算理想空載點數據0T emNeN0CUn 計算額定工作點數據計算額定工作點數據NNNTN,nnICT 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機（2 2）人為機械特性的求取）人為機械特性的求取: :在固有特性方程式在固有特性方程式n=nn=n0 0TTemem（n n0 0、為已知）為已知）基礎上，根據人為特性對應的參數（基礎上，根據人為特性對應的參數（U U、R Ra a或或）變化，重新計算變化，重新計算n n和和值后，便可求得人為特性值后，

58、便可求得人為特性方程式。若要畫出人為特性，還需算出某一負載方程式。若要畫出人為特性，還需算出某一負載點數據，如點（點數據，如點（T TN N,n,n），然后連接（），然后連接（0 0，n n0 0）和）和（T TN N,n,n）兩點，便得到人為特性曲線。）兩點，便得到人為特性曲線。 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機 例例1-31-3 他勵直流電動機的銘牌數據為：他勵直流電動機的銘牌數據為：P PN N=22kW=22kW，U UN N=220V=220V，I IN N=116A=116A，n nN N=1500r/min=1500r/min，試分別求取下列機械特性方程式并繪制其特性

59、試分別求取下列機械特性方程式并繪制其特性曲線曲線: : （1 1）固有機械特性；）固有機械特性；（2 2）電樞串入電阻）電樞串入電阻Rs=0.7Rs=0.7時的人為特性；時的人為特性；（3 3）電源電壓降至）電源電壓降至110V110V時的人為特性；時的人為特性；（4 4）磁通減弱至）磁通減弱至 時的人為特性；時的人為特性；（5 5）當負載轉矩為額定轉矩時，要求電動機）當負載轉矩為額定轉矩時，要求電動機以以n=1000r/minn=1000r/min的轉速運轉，試問有幾種可能的轉速運轉，試問有幾種可能的方案，并分別求出它們的參數。的方案，并分別求出它們的參數。 N32電機與電力拖動電機與電力拖

60、動直直流流電電機機 解解 （1 1）固有機械特性）固有機械特性175.01162200011622032IPIU)3221(R2N2NNNa 133.01500175.0116220nRIUCNaNNe Nmin/1654rmin/r133. 0220CUnNeN0 04. 1133. 055. 9175. 0)C(55. 9R22Nea 固有特性為固有特性為: :)04T. 11654(Tnnemem0 理想空載點數據為理想空載點數據為 1654r/minnn0,T0em 電機與電力拖動電機與電力拖動直直流流電電機機額定工作點數據為額定工作點數據為 m3N.147m116N133. 055.