電機(jī)拖動(dòng)與控制

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1、張 勇 主 編電 機(jī) 拖 動(dòng) 與 控 制青 島 港 灣 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院面 向 21世 紀(jì) 高 職 高 專 系 列 教 材 第 0章 電 機(jī) 概 述v電 機(jī) 的 定 義 電 機(jī) 是 一 種 能 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 電 能 量 轉(zhuǎn) 換 的 電 磁 裝 置 ， 是 電動(dòng) 機(jī) 和 發(fā) 電 機(jī) 的 統(tǒng) 稱 。 將 電 能 轉(zhuǎn) 換 為 機(jī) 械 能 的 電 機(jī) 稱 為電 動(dòng) 機(jī) ； 將 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 換 為 電 能 的 電 機(jī) 稱 為 發(fā) 電 機(jī) 。v工 作 原 理 電 磁 感 應(yīng) 定 律 、 電 磁 力 定 律 及 電 流 的 磁 效 應(yīng) 。v構(gòu) 造 的 一 般 原 則 用 適 當(dāng) 的 導(dǎo) 磁 和 導(dǎo)

2、電 材 料 構(gòu) 成 能 互 相 進(jìn) 行 電 磁 感 應(yīng)的 電 路 和 磁 路 ， 以 產(chǎn) 生 電 磁 功 率 和 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 ， 達(dá) 到 能 量轉(zhuǎn) 換 的 目 的 。 v電 機(jī) 分 類 ：變 壓 器 直 流 電 機(jī)伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 、 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 、 測(cè) 速 發(fā) 電 機(jī) 回 轉(zhuǎn) 變 壓 器 、 自 整 角 機(jī) 、 直 線 電 動(dòng) 機(jī)電 力 變 壓 器 ： 升 壓 變 壓 器 、 降 壓 變 壓 器動(dòng) 力 電 機(jī)微 特 電 機(jī) 感 應(yīng) 電 機(jī)同 步 電 機(jī) 感 應(yīng) 電 動(dòng) 機(jī)感 應(yīng) 發(fā) 電 機(jī)交 流 電 機(jī) 同 步 電 動(dòng) 機(jī)同 步 發(fā) 電 機(jī)同 步 補(bǔ) 償 機(jī)直 流 電 動(dòng) 機(jī)直

3、 流 發(fā) 電 機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)靜止電 機(jī) 特 種 變 壓 器 ： 自 耦 、 三 繞 組 、 互 感 器 本 章 內(nèi) 容 ：v直 流 電 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理v直 流 電 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 及 銘 牌v直 流 電 機(jī) 的 電 樞 繞 組v直 流 電 機(jī) 的 磁 場(chǎng)v電 樞 繞 組 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 與 電 磁 轉(zhuǎn) 矩v直 流 電 機(jī) 中 的 換 向v直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 分 類第 一 章 直 流 電 機(jī) 基 本 理 論 及 結(jié) 構(gòu) 第 一 章 直 流 電 機(jī) 基 本 理 論 及 結(jié) 構(gòu)直 流 電 機(jī) 優(yōu) 缺 點(diǎn) ：優(yōu) 點(diǎn) ： 起 動(dòng) 性 能 和 調(diào) 速 性 能 好 ， 過(guò) 載 能 力

4、 大 。缺 點(diǎn) ： 存 在 電 流 換 向 問 題 ， 結(jié) 構(gòu) 工 藝 復(fù) 雜 ， 使 用 有 色 金 屬 多 ，價(jià) 格 昂 貴 ， 運(yùn) 行 可 靠 性 差 。直 流 電 機(jī) 發(fā) 展 形 勢(shì) ： 隨 著 近 年 來(lái) 電 力 電 子 學(xué) 和 微 電 子 學(xué) 的 迅 速 發(fā) 展 ， 將 逐 步 被交 流 調(diào) 速 電 動(dòng) 機(jī) 取 代 ， 直 流 發(fā) 電 機(jī) 則 正 在 被 電 力 電 子 器 件 整流 裝 置 所 取 代 。 但 在 今 后 一 個(gè) 相 當(dāng) 長(zhǎng) 的 時(shí) 期 內(nèi) ， 直 流 電 機(jī) 仍將 在 許 多 場(chǎng) 合 繼 續(xù) 發(fā) 揮 作 用 。 1.1 直 流 電 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理

5、補(bǔ) 充 ： 分 析 電 機(jī) 常 用 的 基 本 電 磁 定 律 (1)電 磁 力 定 律 ： 垂 直 于 磁 力 線 的 導(dǎo) 體 通 過(guò) 電 流 時(shí) ， 會(huì) 受 到 力 的 作 用 。力 的 方 向 用 左 手 定 則 確 定 ：若 與 磁 力 線 垂 直 的 導(dǎo) 體 通 過(guò) 電 流 ， 導(dǎo) 體 受 的 力 為 ： F=B L IF： 力 ， N B： 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 , Wb/m2或 T(特 斯 拉 )L: 導(dǎo) 體 的 有 效 長(zhǎng) 度 ， m I： 導(dǎo) 體 中 的 電 流 ， A 若 導(dǎo) 體 與 磁 力 線 發(fā) 生 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) ， 導(dǎo) 體 中 感 應(yīng) 的 電 勢(shì) 為 ： E=BLVE

6、： 感 應(yīng) 電 勢(shì) ， V B： 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 , Wb/m2或 T(特 斯 拉 )L: 導(dǎo) 體 的 有 效 長(zhǎng) 度 ， m V： 導(dǎo) 體 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 ， m/s感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 的 方 向 用 右 手 定 則 確 定 ： 1.1 直 流 電 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理(2)電 磁 感 應(yīng) 定 律 ： 若 導(dǎo) 體 切 割 磁 力 線 ， 導(dǎo) 體 中 會(huì) 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 。 1.1 直 流 電 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理(3)電 流 磁 效 應(yīng) ： 通 電 的 導(dǎo) 體 周 圍 會(huì) 產(chǎn) 生 磁 場(chǎng) 。磁 場(chǎng) 的 方 向 用 右 手 螺 旋 定 則 確 定 ： 1

7、.1 直 流 電 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理 1.1.1 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 是 將 直 流 電 能 轉(zhuǎn) 變 成 機(jī) 械 能 的 旋 轉(zhuǎn) 機(jī) 械 。 N和 S是 一 對(duì) 固 定 的 磁 極 ， 可以 是 電 磁 鐵 ， 也 可 以 是 永 久 磁 鐵 。把 電 刷 A、 B接 到 直 流 電 源 上 ， 電刷 A接 正 極 ， 電 刷 B接 負(fù) 極 。 此 時(shí)電 樞 線 圈 中 將 電 流 流 過(guò) ， 電 流 方向 a到 b到 c到 d到 a。 在 磁 場(chǎng) 作 用下 ， N極 性 下 導(dǎo) 體 ab受 力 方 向 從右 向 左 ， S 極 下

8、導(dǎo) 體 cd受 力 方 向從 左 向 右 。 該 電 磁 力 形 成 逆 時(shí) 針方 向 的 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 。 當(dāng) 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 大于 阻 轉(zhuǎn) 矩 時(shí) ， 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 逆 時(shí) 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) 。 如 右 圖 。 a) 圖 1-1 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 原 理 1.1.1 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理 當(dāng) 電 樞 旋 轉(zhuǎn) 到 右 圖 所 示 位置 時(shí) 原 N極 性 下 導(dǎo) 體 ab轉(zhuǎn) 到 S極下 ， 受 力 方 向 從 左 向 右 ， 原 S 極 下 導(dǎo) 體 cd轉(zhuǎn) 到 N極 下 ， 受 力方 向 從 右 向 左 。 該 電 磁 力 形 成逆 時(shí) 針 方 向

9、 的 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 。 線 圈在 該 電 磁 力 形 成 的 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 作用 下 繼 續(xù) 逆 時(shí) 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) 。 實(shí) 際 的 直 流 電 動(dòng) 機(jī) ， 電 樞圓 周 上 均 勻 地 嵌 放 許 多 線 圈 ，相 應(yīng) 地 換 向 器 由 許 多 換 向 片 組成 ， 使 電 樞 線 圈 所 產(chǎn) 生 的 總 的電 磁 轉(zhuǎn) 矩 足 夠 大 并 且 比 較 均 勻 ，電 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 也 就 比 較 均 勻 。 b) 圖 1-1 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 原 理 1.1.1 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理 電 機(jī) 的 各 組 成 部 件 1.1 直 流 電 機(jī)

10、 的 基 本 工 作 原 理1.1.2 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理 右 圖 為 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 物理 模 型 ， N、 S為 定 子 磁 極 ，abcd是 固 定 在 可 旋 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 磁 圓柱 體 上 的 線 圈 ， 線 圈 連 同 導(dǎo)磁 圓 柱 體 稱 為 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 或電 樞 。 線 圈 的 首 末 端 a、 d連接 到 兩 個(gè) 相 互 絕 緣 并 可 隨 線圈 一 同 旋 轉(zhuǎn) 的 換 向 片 上 。 轉(zhuǎn)子 線 圈 與 外 電 路 的 連 接 是 通過(guò) 放 置 在 換 向 片 上 固 定 不 動(dòng)的 電 刷 進(jìn) 行 的 。 圖 1-2 直 流 發(fā) 電 機(jī)

11、的 工 作 原 理 圖 1.1.2 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理 直 流 發(fā) 電 機(jī) 是 將 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn)變 成 電 能 的 旋 轉(zhuǎn) 機(jī) 械 。 當(dāng) 原 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 逆時(shí) 針 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 線 圈 abcd將 產(chǎn)生 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 。 如 右 圖 ， 導(dǎo) 體 ab在 N極 下 ，a點(diǎn) 高 電 位 ， b點(diǎn) 低 電 位 ； 導(dǎo)體 cd在 S極 下 ， c點(diǎn) 高 電 位 ， d點(diǎn) 低 電 位 ； 電 刷 A極 性 為 正 ，電 刷 B極 性 為 負(fù) 。 圖 1-2 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 工 作 原 理 圖 當(dāng) 原 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 逆時(shí)

12、 針 旋 轉(zhuǎn) 180度 后 ， 如 右 圖 。 導(dǎo) 體 ab在 S極 下 ， a點(diǎn) 低 電位 ， b點(diǎn) 高 電 位 ； 導(dǎo) 體 cd在N極 下 ， c點(diǎn) 低 電 位 ， d點(diǎn) 高電 位 ； 電 刷 A極 性 仍 為 正 ，電 刷 B極 性 仍 為 負(fù) 。 可 見 ，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 。1.1.2 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理圖 1-2 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 工 作 原 理 圖 1.1.2 直 流 發(fā) 電 機(jī) 的 基 本 工 作 原 理電 機(jī) 可 逆 原 理 ： 從 上 述

13、基 本 電 磁 情 況 來(lái) 看 ， 一 臺(tái) 直 流 電 機(jī) 原 則 上 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 ， 只 是 其輸 入 輸 出 的 條 件 不 同 而 已 。 如 用 原 動(dòng) 機(jī) 拖 動(dòng) 直 流 電 機(jī) 的電 樞 ， 將 機(jī) 械 能 從 電 機(jī) 軸 上 輸 入 ， 而 電 刷 上 不 加 直 流 電壓 ， 則 從 電 刷 端 可 以 引 出 直 流 電 動(dòng) 勢(shì) 作 為 直 流 電 源 ， 可輸 出 電 能 ， 電 機(jī) 將 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 換 成 電 能 而 成 為 發(fā) 電 機(jī) ； 如在 電 刷 上 加 直 流 電 壓 ， 將 電 能 輸

14、入 電 樞 ， 則 從 電 機(jī) 軸 上輸 出 機(jī) 械 能 ， 拖 動(dòng) 生 產(chǎn) 機(jī) 械 ， 將 電 能 轉(zhuǎn) 換 成 機(jī) 械 能 而 成為 電 動(dòng) 機(jī) 。 這 種 同 一 臺(tái) 電 機(jī) ， 既 能 作 發(fā) 電 機(jī) 又 能 作 電 動(dòng)機(jī) 運(yùn) 行 的 原 理 ， 在 電 機(jī) 學(xué) 理 論 中 稱 為 電 機(jī) 的 可 逆 原 理 。 1.2 直 流 電 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 及 銘 牌1.2.1 結(jié) 構(gòu)直 流 電 機(jī) 結(jié) 構(gòu) ：主 要 由 定 子 、 轉(zhuǎn)子 （ 電 樞 ） 兩 大部 分 組 成 。定 子 的 作 用 是 產(chǎn)生 磁 場(chǎng) ； 轉(zhuǎn) 子 的作 用 是 產(chǎn) 生 電 磁轉(zhuǎn) 矩 和 感 應(yīng) 電 動(dòng)勢(shì) 。 1.2

15、.1 結(jié) 構(gòu) 圖 1-4 直 流 電 機(jī) 橫 剖 面 示 意 圖 1.定 子 直 流 電 機(jī) 的 定 子 由 主 磁 極 、 機(jī) 座 、 換 向 極 、 端 蓋 和 電 刷 裝置 等 部 件 組 成 。 (1)主 磁 極 ： 主 要 作 用 是 建 立 主 磁 場(chǎng) 。 絕 大 多 數(shù) 直 流 電 機(jī) 的 主磁 極 不 是 用 永 久 磁 鐵 而 是 由 勵(lì) 磁 繞 組 通 以 直 流 電 流 來(lái) 建 立 磁場(chǎng) 。 主 磁 極 由 主 磁 極 鐵 心 和 套 裝 在 鐵 心 上 的 勵(lì) 磁 繞 組 構(gòu) 成 。主 磁 極 鐵 心 靠 近 轉(zhuǎn) 子 一 端 的 擴(kuò) 大 的 部 分 稱 為 極 靴 ，

16、它 的 作 用是 使 氣 隙 磁 阻 減 小 ， 改 善 主 磁 極 磁 場(chǎng) 分 布 ， 并 使 勵(lì) 磁 繞 組 容易 固 定 。(2)換 向 極 ： 主 要 作 用 是 改 善 換 向 ， 安 裝 在 兩 相 鄰 主 磁 極 之 間 ，是 由 換 向 極 鐵 心 和 套 在 鐵 心 上 的 換 向 極 繞 組 構(gòu) 成 。 (3)機(jī) 座 ： 機(jī) 座 有 兩 個(gè) 作 用 ， 一 是 作 為 主 磁 極 的 一 部 分 ， 二 是作 為 電 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 框 架 。 機(jī) 座 中 作 為 磁 通 通 路 的 部 分 稱 為 磁 軛 。機(jī) 座 的 兩 端 裝 有 端 蓋 。(4)端 蓋 ： 端 蓋

17、裝 在 機(jī) 座 兩 端 并 通 過(guò) 端 蓋 中 的 軸 承 支 撐 轉(zhuǎn) 子 ，將 定 轉(zhuǎn) 子 連 為 一 體 。 同 時(shí) 端 蓋 對(duì) 電 機(jī) 內(nèi) 部 還 起 防 護(hù) 作 用 。1.2.1 結(jié) 構(gòu) 1.2.1 結(jié) 構(gòu)(5)電 刷 裝 置 ： 電 刷 裝 置 是 電 樞 電 路 的 引 出 （ 或 引 入 ） 裝 置 ，它 由 電 刷 、 刷 握 、 刷 桿 和 連 線 等 部 分 組 成 。 圖 1-7 換 向 極1.2.1 結(jié) 構(gòu) 1.2.1 結(jié) 構(gòu) 2.轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 子 部 分 包 括 電 樞 鐵 心 、 電 樞 繞 組 、 換 向 器 、 轉(zhuǎn) 軸 、 軸 承 、風(fēng) 扇 等 。(1)電 樞 鐵

18、 心 ： 電 樞 鐵 心 既 是 主 磁 路 的 組 成 部 分 ， 又 是 電 樞 繞組 支 撐 部 分 ； 電 樞 繞 組 就 嵌 放 在 電 樞 鐵 心 的 槽 內(nèi) 。 為 減 少 電 樞鐵 心 內(nèi) 的 渦 流 損 耗 ， 鐵 心 一 般 用 厚 0.5mm且 沖 有 齒 、 槽 硅 鋼 片疊 壓 夾 緊 而 成 。(2)電 樞 繞 組 ： 電 樞 繞 組 由 一 定 數(shù) 目 的 電 樞 線 圈 按 一 定 的 規(guī) 律連 接 組 成 ， 是 直 流 電 機(jī) 的 電 路 部 分 ， 也 是 感 生 電 動(dòng) 勢(shì) ， 產(chǎn) 生 電磁 轉(zhuǎn) 矩 進(jìn) 行 機(jī) 電 能 量 轉(zhuǎn) 換 的 部 分 。 線 圈

19、 用 絕 緣 的 圓 形 或 矩 形 截面 的 導(dǎo) 線 繞 成 ， 分 上 下 兩 層 嵌 放 在 電 樞 鐵 心 槽 內(nèi) ， 上 下 層 以 及線 圈 與 電 樞 鐵 心 之 間 都 要 妥 善 地 絕 緣 ， 并 用 槽 楔 壓 緊 。(3)換 向 器 ： 在 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 中 ， 換 向 器 起 逆 變 作 用 ， 因 此 換 向器 是 直 流 電 機(jī) 的 關(guān) 鍵 部 件 之 一 。 換 向 器 由 許 多 換 向 片 排 成 一 個(gè)圓 筒 ， 其 間 用 云 母 片 絕 緣 ， 兩 端 再 用 兩 個(gè) V形 環(huán) 夾 緊 而 構(gòu) 成 。1.2.1 結(jié) 構(gòu) 1.2.1 結(jié) 構(gòu) 1.2

20、.1 結(jié) 構(gòu) 圖 1-9 直 流 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 結(jié) 構(gòu)1.轉(zhuǎn) 軸 2.軸 承 3.換 向 器 4.電 樞 鐵 心 5.電 樞 繞 組 6.風(fēng) 扇 7.軸 承 1.2.1 結(jié) 構(gòu) 電 機(jī) 的 銘 牌 上 標(biāo) 明 了 電 機(jī) 的 型 號(hào) 及 額 定 數(shù) 據(jù) ， 供 用 戶 選 擇和 使 用 時(shí) 參 考 。 額 定 值 是 制 造 廠 對(duì) 各 種 電 氣 設(shè) 備 （ 本 章 指 直 流 電 機(jī) ） 在 指定 工 作 條 件 下 運(yùn) 行 時(shí) 所 規(guī) 定 的 一 些 量 值 。 在 額 定 狀 態(tài) 下 運(yùn) 行 時(shí) ，可 以 保 證 各 電 氣 設(shè) 備 長(zhǎng) 期 可 靠 地 工 作 ， 并 具 有 優(yōu) 良

21、 的 性 能 。 額定 值 也 是 制 造 廠 和 用 戶 進(jìn) 行 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 或 試 驗(yàn) 的 依 據(jù) 。 額 定 值 通常 標(biāo) 在 各 電 氣 的 銘 牌 上 ， 故 又 叫 銘 牌 值 。1.2.2 電 機(jī) 的 銘 牌 1. 銘 牌 數(shù) 據(jù) 根 據(jù) 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) ， 直 流 電 機(jī) 的 額 定 數(shù) 據(jù) 有 ： 額 定 功 率 PN 指 電 機(jī) 在 銘 牌 規(guī) 定 的 額 定 狀 態(tài) 下 運(yùn) 行 時(shí) ， 電 機(jī) 的 輸出 功 率 ， 以 W 為 量 綱 單 位 。 若 大 于 1kW 或 1MW 時(shí) ,則 用 kW 或 MW 表 示 。 對(duì) 于 直 流 發(fā) 電 機(jī) ， PN是 指 發(fā)

22、電 機(jī) 帶 額 定 負(fù) 載 時(shí) ， 電 刷 輸 出的 功 率 ， 它 等 于 額 定 電 壓 和 額 定 電 流 的 乘 積 。 PN UNIN 對(duì) 于 直 流 電 動(dòng) 機(jī) ， P N是 指 電 動(dòng) 機(jī) 帶 額 定 負(fù) 載 時(shí) ， 轉(zhuǎn) 軸 上 輸出 的 機(jī) 械 功 率 ， 所 以 公 式 中 還 應(yīng) 有 效 率 N存 在 。PN UNIN N ( N額 定 效 率 ） 1.2.2 電 機(jī) 的 銘 牌 額 定 電 壓 UN 指 額 定 狀 態(tài) 下 電 樞 出 線 端 的 電 壓 ， 以 “ V” 為 量 綱單 位 。 額 定 電 流 IN 指 電 機(jī) 在 額 定 電 壓 、 額 定 功 率 時(shí)

23、的 電 樞 電 流 值 ， 以 “ A” 為 量 綱 單 位 。 額 定 轉(zhuǎn) 速 nN 指 額 定 狀 態(tài) 下 運(yùn) 行 時(shí) 轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn) 速 ， 以 r/min為 量 綱 單位 。 額 定 勵(lì) 磁 電 流 I f 指 電 機(jī) 在 額 定 狀 態(tài) 時(shí) 的 勵(lì) 磁 電 流 值 。 1.2.2 電 機(jī) 的 銘 牌 額 定 條 件 下 電 機(jī)所 能 提 供 的 功 率NP額 定 功 率 指 電 刷 間 輸 出 的額 定 電 功 率發(fā) 電 機(jī)指 軸 上 輸 出的 機(jī) 械 功 率 電 動(dòng) 機(jī)發(fā) 電 機(jī) ： 是 指 輸 出 額 定 電 壓 ；電 動(dòng) 機(jī) ： 是 指 輸 入 額 定 電 壓 。在 額 定 工

24、 況 下 ， 電 機(jī)出 線 端 的 平 均 電 壓NU額 定 電 壓 在 額 定 電 壓 下 ， 運(yùn) 行 于額 定 功 率 時(shí) 對(duì) 應(yīng) 的 電 流NI額 定 電 流在 額 定 電 壓 、 額 定 電 流 下 ， 運(yùn)行 于 額 定 功 率 時(shí) 對(duì) 應(yīng) 的 轉(zhuǎn) 速Nn額 定 轉(zhuǎn) 速1.2.2 電 機(jī) 的 銘 牌 fNI額 定 勵(lì) 磁 電 流對(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 指 直 流 電 機(jī) 的 勵(lì) 磁 線 圈與 電 樞 線 圈 的 連 接 方 式勵(lì) 磁 方 式 此 外 ， 電 機(jī) 銘 牌 上 還 標(biāo) 有 其 它 數(shù) 據(jù)

25、， 如 勵(lì) 磁 電 壓 、 出 廠 日 期 、出 廠 編 號(hào) 等 。 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 輸 出 的 額 定 轉(zhuǎn) 矩 用 TN表 示 ， 其 大 小 等 于 輸 出 的 額定 機(jī) 械 功 率 除 以 轉(zhuǎn) 子 額 定 角 速 度 ，即 TN= PN / N=PN/(2 nN/60)=9.55 PN/ nN 實(shí) 際 運(yùn) 行 時(shí) ， 電 機(jī) 不 可 能 總 是 工 作 在 額 定 運(yùn) 行 狀 態(tài) ， 如 果 運(yùn)行 時(shí) 電 機(jī) 的 負(fù) 載 小 于 額 定 容 量 ， 稱 為 欠 載 運(yùn) 行 ； 而 電 機(jī) 的 負(fù) 載超 過(guò) 額 定 容 量 ， 稱 為 過(guò) 載 運(yùn) 行 。 長(zhǎng) 期 的 欠 載 或 過(guò) 載

26、 都 不 好 。1.2.2 電 機(jī) 的 銘 牌 例 題 1-1： 一 臺(tái) 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 其 額 定 功 率 PN=160kW， 額 定 電 壓 UN=220V，額 定 效 率 N=90%， 額 定 轉(zhuǎn) 速 nN=1500r/min， 求 該 電 動(dòng) 機(jī)額 定 運(yùn) 行 狀 態(tài) 時(shí) 的 輸 入 功 率 、 額 定 電 流 及 額 定 轉(zhuǎn) 矩 各 是 多少 ？1.2.2 電 機(jī) 的 銘 牌解 ： 額 定 輸 入 功 率 P1= PN/ N=160/0.9=177.8kW 額 定 電 流 IN= PN/ UN N=160*103/220*0.9=808.1A 額 定 轉(zhuǎn) 矩 T N= 9.55

27、PN/ nN=9.55*160* 103 /1500=1018.7N m 2.國(guó) 產(chǎn) 直 流 電 機(jī) 產(chǎn) 品 的 型 號(hào) ： 電 機(jī) 產(chǎn) 品 的 型 號(hào) 一 般 用 大 寫 印 刷 體 的 漢 語(yǔ) 拼 音 字 母 和 阿拉 伯 數(shù) 字 表 示 。 其 中 漢 語(yǔ) 拼 音 字 母 是 根 據(jù) 電 機(jī) 的 全 名 稱 選擇 有 代 表 意 義 的 漢 字 ， 再 從 該 字 的 拼 音 中 得 到 ， 例 如 ， ZA112/21其 中 ， Z直 流 電 動(dòng) 機(jī) ； A設(shè) 計(jì) 系 列 號(hào) ； 112中 心 高 112mm 2極 數(shù) ； 11號(hào) 鐵 心 Z2系 列 是 一 般 用 途 的 中 、 小

28、 型 直 流 電 機(jī) ， 包 括 發(fā) 電 機(jī) 和 電動(dòng) 機(jī) 及 調(diào) 壓 發(fā) 電 機(jī) 。 Z和 ZF系 列 是 一 般 用 途 的 大 、 中 型 直 流 電 機(jī) 系 列 。 Z是 直 流電 動(dòng) 機(jī) 系 列 ； ZF是 直 流 發(fā) 電 機(jī) 系 列 。 ZQ系 列 是 電 力 機(jī) 車 、 工 礦 電 機(jī) 車 和 蓄 電 池 供 電 電 車 用 的 直流 牽 引 電 動(dòng) 機(jī) 。 ZH系 列 是 船 舶 上 各 種 輔 助 機(jī) 械 用 的 船 用 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 。 ZU系 列 是 用 于 龍 門 刨 床 的 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 。1.2.2 電 機(jī) 的 銘 牌 1.3 直 流 電 機(jī) 的 電 樞

29、 繞 組 1.3.1 電 樞 繞 組 的 常 用 術(shù) 語(yǔ) 元 件 （ 線 圈 ） ： 構(gòu) 成 繞 組 的 線 圈 稱 為 繞 組 元 件 ， 分單 匝 和 多 匝 兩 種 。 一 個(gè) 元 件 由 兩 條 元 件 邊 和 端 接 線 組成 ， 元 件 邊 放 在 槽 內(nèi) ， 能 切 割 磁 力 線 而 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 動(dòng)勢(shì) ， 叫 “ 有 效 邊 ” ， 端 接 線 放 在 槽 外 ， 不 切 割 磁 力 線 ，僅 作 為 連 接 線 用 。 每 個(gè) 元 件 的 一 個(gè) 元 件 邊 放 在 某 一 個(gè)槽 的 上 層 ， 另 一 個(gè) 元 件 邊 則 放 在 另 一 槽 的 下 層 。元 件 的

30、 首 末 端 ： 每 一 個(gè) 元 件 均 引 出 兩 根 線 與 換 向 片相 連 ， 其 中 一 根 稱 為 首 端 ， 另 一 根 稱 為 末 端 。 每 一 個(gè)元 件 的 兩 個(gè) 端 點(diǎn) 分 別 接 在 不 同 的 換 向 片 上 ， 每 個(gè) 換 向片 接 兩 個(gè) 不 同 的 線 圈 端 頭 。 實(shí) 槽 ： 電 機(jī) 電 樞 上 實(shí) 際 開 出 的 槽 叫 實(shí) 槽 。 實(shí) 槽 數(shù)用 Q表 示 。 虛 槽 ： 即 單 元 槽 (每 層 元 件 邊 的 數(shù) 量 等 于 虛 槽 數(shù) )，每 個(gè) 虛 槽 的 上 、 下 層 各 有 一 個(gè) 元 件 邊 。 虛 槽 數(shù) 用Q 表 示 。 設(shè) 槽 內(nèi)

31、每 層 有 個(gè) 虛 槽 ， 若 實(shí) 槽 數(shù) 為 Q，虛 槽 數(shù) 為 Q ， 則 Q = Q。 極 軸 線 ： 磁 極 的 中 心 線 。 幾 何 中 性 線 ： 是 指 主 磁 極 N極 和 S極 的 機(jī) 械 分 界 線 。 物 理 中 性 線 ： 把 N極 與 S極 磁 場(chǎng) 為 零 處 的 分 界 線 稱 為 物 理 中 性 線 。1.3.1 電 樞 繞 組 的 常 用 術(shù) 語(yǔ) a)元 件 b)繞 組 元 件 在 槽 內(nèi) 的 放 置 c） 實(shí) 槽 與 虛 槽 b） 1上 層 邊 ； 2下 層 邊 ； 3端 接 部 分 ； 4首 、 末 端 c） 1槽 楔 ； 2線 圈 絕 緣 ； 3導(dǎo) 線

32、； 4層 間 絕 緣 ； 5 槽 絕 緣 ； 6 槽 底 絕 緣 1.3.1 電 樞 繞 組 的 常 用 術(shù) 語(yǔ) 極 距 ： 相 鄰 兩 個(gè) 主 磁 極 軸 線 沿 電 樞 表 面 之 間 的 距 離 ， 用 表 示 為 （ 距 離 ） pD2 若 用 虛 槽 數(shù) 表 示 為 （ 槽 數(shù) ）式 中 D電 樞 外 徑 (m)； p磁 極 對(duì) 數(shù) 。p2 Q 1.3.1 電 樞 繞 組 的 常 用 術(shù) 語(yǔ) 極 距 位 置 示 意 圖 繞 組 節(jié) 距 ： 繞 組 節(jié) 距 通 常 用 虛 槽 數(shù) 或 換 向 片 數(shù) 表 示 ， 見 圖 1-12。(1)第 一 節(jié) 距 Y1： 同 一 個(gè) 元 件 的 兩

33、 個(gè) 有 效 邊 在 電 樞 表 面 跨 過(guò) 的距 離 。(2)第 二 節(jié) 距 Y2： 連 至 同 一 換 向 片 上 的 兩 個(gè) 元 件 中 第 一 個(gè) 元 件的 下 層 邊 與 第 二 個(gè) 元 件 的 上 層 邊 間 的 距 離 。(3)合 成 節(jié) 距 Y： 連 接 同 一 換 向 片 上 的 兩 個(gè) 元 件 對(duì) 應(yīng) 邊 之 間 的距 離 。 (4)換 向 器 節(jié) 距 Y K： 同 一 元 件 首 末 端 連 接 的 換 向 片 之 間 的 距 離 。21 yyy 單 疊 繞 組 21 yyy 單 波 繞 組 1.3.1 電 樞 繞 組 的 常 用 術(shù) 語(yǔ) 1.3.1 電 樞 繞 組 的

34、常 用 術(shù) 語(yǔ) 圖 1-12 電 樞 繞 組 的 節(jié) 距a)單 疊 繞 組 b)單 波 繞 組a) b) 繞 組 主 要 分 類 ： 大 的 分 類 為 環(huán) 形 和 鼓 形 ； 環(huán) 形 繞 組 只 曾 在 原 始 電 機(jī) 用 過(guò) ； 現(xiàn)代 直 流 電 機(jī) 均 用 鼓 形 繞 組 ， 它 又 分 為 疊 繞 組 、 波 繞 組 和 蛙 形 繞組 。 鼓 形 繞 組 比 環(huán) 形 繞 組 制 造 容 易 ， 又 節(jié) 省 導(dǎo) 線 ， 運(yùn) 行 較 可 靠 ，經(jīng) 濟(jì) 性 好 ， 故 現(xiàn) 在 均 用 鼓 形 繞 組 。環(huán) 形 繞 組 示 意 圖 鼓 形 繞 組 示 意 圖 1.3.1 電 樞 繞 組 的 常

35、 用 術(shù) 語(yǔ) 疊 繞 組 ： 指 串 聯(lián) 的 兩 個(gè) 元 件 總 是 后 一 個(gè) 元 件 的 端 接 部 分 緊 疊 在前 一 個(gè) 元 件 端 接 部 分 ， 整 個(gè) 繞 組 成 折 疊 式 前 進(jìn) 。波 繞 組 ： 指 把 相 隔 約 為 一 對(duì) 極 距 的 同 極 性 磁 場(chǎng) 下 的 相 應(yīng) 元 件 串聯(lián) 起 來(lái) ， 象 波 浪 式 的 前 進(jìn) 。 波 繞 組 示 意 圖疊 繞 組 示 意 圖 1.3.1 電 樞 繞 組 的 常 用 術(shù) 語(yǔ) 單 疊 繞 組 ： 是 指 相 鄰 元 件 (線 圈 )相 互 疊 壓 , 元 件 的 出 線端 接 到 相 鄰 的 換 向 片 上 ， 第 一 個(gè)

36、元 件 的 下 層 邊 （ 虛 線 ） 連 接著 第 二 個(gè) 元 件 的 上 層 邊 ， 它 放 在 第 一 元 件 上 層 邊 相 鄰 的 第 二個(gè) 槽 內(nèi) 。 合 成 節(jié) 距 與 換 向 節(jié) 距 均 為 1,即 ： Y=Yk=1 下 面 通 過(guò) 例 子 說(shuō) 明 單 疊 繞 組 如 何 連 接 ， 有 何 特 點(diǎn) 。例 :已 知 某 直 流 電 機(jī) 的 極 對(duì) 數(shù) p=2 ， 虛 槽 數(shù) Q ， 元 件 數(shù) S， 及換 向 片 數(shù) 為 K， S=K=Q =16,試 畫 出 單 疊 繞 組 展 開 圖 。 1.3.2 單 疊 繞 組 解 :1 計(jì) 算 繞 組 數(shù) 據(jù) :因 為 是 單 疊 ，

37、所 以 Y=Yk=1 2 畫 繞 組 展 開 圖 : 假 想 把 電 樞 從 某 一 槽 的 中 間 沿 軸 向 切 開 展 示 成 平 面 ，所 得 繞 組 連 接 圖 稱 為 繞 組 展 開 圖 。（ 1） 先 畫 16根 等 長(zhǎng) 、 等 距 的 實(shí) 線 ， 代 表 各 槽 上 層 元 件 邊 ，再 畫 16根 等 長(zhǎng) 等 距 的 虛 線 ， 代 表 各 槽 下 層 元 件 邊 。4221621 pZy 1.3.2 單 疊 繞 組 Q （ 2） 根 據(jù) Y1， 畫 出 第 一 個(gè) 元 件 的 上 下 層 邊 （ 15槽 ） ， 令 上 層 邊 所 在 的 槽 號(hào) 為 元 件 號(hào) 。（ 3）

38、 接 上 換 向 片 ， 1、 2片 之 間 對(duì) 準(zhǔn) 元 件 中 心 線 ，之 后 等 分 換 向 器 ， 定 出 換 向 片 號(hào) ；（ 4） 畫 出 第 二 個(gè) 元 件 ， 上 層 邊 在 第 2槽 ， 與 第 一個(gè) 元 件 的 下 層 邊 聯(lián) 接 ； 下 層 邊 在 第 6槽 與 3號(hào) 換 向聯(lián) 接 。 按 此 規(guī) 律 ， 一 直 把 16個(gè) 元 件 全 部 聯(lián) 起 來(lái) 。（ 5） 放 磁 極 ： 磁 極 應(yīng) 均 勻 分 布 在 圓 周 上 ， N極 磁力 線 垂 直 向 里 （ 進(jìn) 入 紙 面 ） ， S極 向 外 （ 從 紙 面穿 出 ） ； 1.3.2 單 疊 繞 組 （ 6） 放

39、電 刷 ： 對(duì) 準(zhǔn) 在 磁 極 軸 線 下 ， 畫 一 個(gè) 換 向 片寬 （ 實(shí) 際 上 K很 多 ， 電 刷 寬 2 3片 寬 ） 。 并 把 相同 極 性 下 的 電 刷 并 聯(lián) 起 來(lái) 。 實(shí) 際 運(yùn) 行 時(shí) ， 電 刷 是靜 止 不 動(dòng) 的 ， 電 樞 在 旋 轉(zhuǎn) ， 但 是 被 電 刷 所 短 路 的元 件 ， 永 遠(yuǎn) 都 是 處 于 電 機(jī) 的 幾 何 中 性 線 ， 其 感 應(yīng)電 動(dòng) 勢(shì) 是 接 近 零 的 。 為 使 正 、 負(fù) 電 刷 間 引 出 的 電動(dòng) 勢(shì) 最 大 ， 我 們 已 知 被 電 刷 所 短 路 的 元 件 電 動(dòng) 勢(shì)為 零 ， 在 元 件 端 接 線 對(duì) 稱

40、 的 情 況 下 ， 電 刷 的 實(shí) 際位 置 應(yīng) 在 磁 極 中 性 線 下 ， 所 以 習(xí) 慣 上 稱 為 “ 電 刷放 在 幾 何 中 性 線 位 置 ” 。 1.3.2 單 疊 繞 組 1.3.2 單 疊 繞 組 1.3.2 單 疊 繞 組單 疊 繞 組 連 接 順 序 表 繞 組 展 開 圖 比 較 直 觀 ， 但 畫 起 來(lái) 比 較 麻 煩 ， 為 簡(jiǎn) 便 起 見 ，繞 組 連 接 規(guī) 律 也 可 用 連 接 順 序 表 來(lái) 表 示 。 本 例 連 接 順 序 表如 下 。 上 排 數(shù) 字 同 時(shí) 代 表 上 層 元 件 邊 的 元 件 號(hào) 、 槽 號(hào) 和 換向 片 號(hào) ， 下 排

41、 數(shù) 字 代 表 下 層 元 件 邊 所 在 的 槽 號(hào) 。 圖 1-15 單 疊 繞 組 并 聯(lián) 支 路 圖 1.3.2 單 疊 繞 組 取 一 瞬 間 （ 如 圖 F1-16瞬 間 ） ， 將 此 瞬 間 不 與 電 刷 接 觸 的 換 向 片省 去 不 畫 ， 可 以 得 到 圖 1-15的 并 聯(lián) 支 路 圖 。 可 以 看 出 單 疊 繞 組 的 連接 規(guī) 律 是 將 同 一 磁 極 下 的 各 個(gè) 元 件 串 聯(lián) 起 來(lái) 組 成 一 條 支 路 。 所 以 ，單 疊 繞 組 的 并 聯(lián) 支 路 對(duì) 數(shù) a總 等 于 極 對(duì) 數(shù) p， 即 a=p。 單 疊 繞 組 的 特 點(diǎn) ：1）

42、 同 一 主 磁 極 下 的 元 件 串 聯(lián) 成 一 條 支 路 ， 主 磁 極數(shù) 與 并 聯(lián) 支 路 數(shù) 相 同 。2） 電 刷 數(shù) 等 于 主 磁 極 數(shù) ， 電 刷 位 置 應(yīng) 使 感 應(yīng) 電 動(dòng)勢(shì) 最 大 ， 電 刷 間 電 動(dòng) 勢(shì) 等 于 并 聯(lián) 支 路 電 動(dòng) 勢(shì) 。 3） 電 刷 個(gè) 數(shù) 等 于 極 數(shù) 。 1.3.2 單 疊 繞 組 1.3.3 單 波 繞 組 單 波 繞 組 的 特 點(diǎn) ：1） 上 層 邊 位 于 同 一 極 性 磁 極 下 的 所 有 元 件 串 聯(lián) 起 來(lái) 組 成 一 條 支路 ， 并 聯(lián) 支 路 對(duì) 數(shù) 恒 等 于 1， 與 磁 極 對(duì) 數(shù) 無(wú) 關(guān) ；2

43、） 當(dāng) 元 件 的 幾 何 形 狀 左 右 對(duì) 稱 ， 電 刷 在 換 向 器 表 面 上 的 位 置 對(duì)準(zhǔn) 主 磁 極 中 心 線 時(shí) ， 支 路 電 動(dòng) 勢(shì) 最 大 ；3） 電 刷 數(shù) 等 于 磁 極 數(shù) （ 全 額 電 刷 ） 。4） 電 樞 電 動(dòng) 勢(shì) 等 于 支 路 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ；5） 電 樞 電 流 等 于 兩 條 支 路 電 流 之 和 。 單 疊 繞 組 與 單 波 繞 組 的 主 要 區(qū) 別 在 于 并 聯(lián) 支 路 對(duì) 數(shù) 的 多 少 。單 疊 繞 組 可 以 通 過(guò) 增 加 極 對(duì) 數(shù) 來(lái) 增 加 并 聯(lián) 支 路 對(duì) 數(shù) 。 適 用 于 低電 壓 大 電 流 的 電

44、 機(jī) ； 單 波 繞 組 的 并 聯(lián) 支 路 對(duì) 數(shù) a=1， 但 每 條 支 路串 聯(lián) 的 元 件 數(shù) 較 多 ， 適 用 于 小 電 流 較 高 電 壓 的 電 機(jī) 。1.3.3 單 波 繞 組 1.4 直 流 電 機(jī) 的 磁 場(chǎng) 1.4.1 空 載 時(shí) 的 主 磁 場(chǎng) 直 流 電 機(jī) 工 作 中 ， 主 磁 極 產(chǎn) 生 主 磁 場(chǎng) ， 電 樞 電 流 產(chǎn) 生 電 樞 磁場(chǎng) 。 這 兩 個(gè) 磁 場(chǎng) 在 氣 隙 中 相 互 影 響 ， 相 互 疊 加 ， 合 成 了 氣 隙 磁場(chǎng) ?？?載 ： 發(fā) 電 機(jī) 不 輸 出 電 功 率 ， 電 動(dòng) 機(jī) 不 輸 出 機(jī) 械 功 率 ， 即 電 樞電

45、流 為 零 的 狀 態(tài) 。 那 么 ， 這 時(shí) 的 氣 隙 磁 場(chǎng) ， 只 由 主 極 的 勵(lì) 磁 電流 所 建 立 ， 所 以 直 流 電 機(jī) 空 載 時(shí) 的 氣 隙 磁 場(chǎng) ， 又 稱 勵(lì) 磁 磁 場(chǎng) 。可 以 看 作 是 主 磁 場(chǎng) 。主 磁 通 ： 經(jīng) 過(guò) 主 磁 極 、 氣 隙 、 電 樞 鐵 心 及 機(jī) 座 構(gòu) 成 磁 回 路 。 它同 時(shí) 與 勵(lì) 磁 繞 組 及 電 樞 繞 組 交 鏈 ， 能 在 電 樞 繞 組 中 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì)和 產(chǎn) 生 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 ， 稱 為 主 磁 通 。 漏 磁 通 ： 僅 交 鏈 勵(lì) 磁 繞 組 本 身 ， 不 進(jìn) 入 電 樞 鐵 心 ， 不

46、 和 電 樞 繞組 相 交 鏈 ， 不 能 在 電 樞 繞 組 中 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 及 產(chǎn) 生 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 ， 稱 為 漏 磁 通 。 主 磁 通 路 徑 :磁 力 線 由 N極 出 來(lái) ， 經(jīng) 氣 隙 、 電 樞 齒 部 、 電 樞 鐵心 的 鐵 軛 、 電 樞 齒 部 、 氣 隙 進(jìn) 入 S極 ， 再 經(jīng) 定 子 鐵 軛 回 到 N極漏 磁 通 路 徑 :磁 力 線 不 進(jìn) 入 電 樞 鐵 心 ， 直 接 經(jīng) 過(guò) 氣 隙 、 相 鄰磁 極 或 定 子 鐵 軛 形 成 閉 合 回 路1.4.1 空 載 時(shí) 的 主 磁 場(chǎng)下 圖 1-19是 一 臺(tái) 四 極 直 流 電 機(jī) 空 載 時(shí)

47、的 磁 場(chǎng) 示 意 圖 。圖 1-19 直 流 電 機(jī) 的 磁 通 及 其 分 布 幾 何 中 性 線 直 流 電 機(jī) 中 ， 主 磁 通 是 主 要 的 ， 它 能 在 電 樞 繞 組 中感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 或 產(chǎn) 生 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 ， 而 漏 磁 通 沒 有 這 個(gè) 作 用 ， 它只 是 增 加 主 磁 極 磁 路 的 飽 和 程 度 。 在 數(shù) 量 上 ， 漏 磁 通 比 主磁 通 小 得 多 ， 大 約 是 主 磁 通 的 (1520)%。 空 載 時(shí) ， 勵(lì) 磁 磁 動(dòng) 勢(shì) 主 要 消 耗 在 氣 隙 上 。 當(dāng) 忽 略 鐵 磁材 料 的 磁 阻 時(shí) ， 主 磁 極 下 氣 隙 磁

48、 通 密 度 的 分 布 就 取 決 于 氣隙 的 大 小 和 形 狀 。1.4.1 空 載 時(shí) 的 主 磁 場(chǎng) 磁 極 中 心 及 附 近 的氣 隙 小 且 均 勻 ， 磁 通 密度 B較 大 且 基 本 為 常 數(shù) ，靠 近 極 尖 處 ， 氣 隙 逐 漸變 大 ， 磁 通 密 度 減 小 ；極 尖 以 外 ， 氣 隙 明 顯 增大 ， 磁 通 密 度 顯 著 減 少 ，在 磁 極 之 間 的 幾 何 中 性線 處 ， 氣 隙 磁 通 密 度 為零 。 幾 何 中 性 線極 靴極 身 （ a） 氣 隙 形 狀 xB（ b） 氣 隙 磁 密 分 布1.4.1 空 載 時(shí) 的 主 磁 場(chǎng) 直

49、流 電 機(jī) 帶 上 負(fù) 載 后 ， 電 樞 繞 組 中有 電 流 流 過(guò) ， 它 將 產(chǎn) 生 一 個(gè) 電 樞 磁 場(chǎng) 。電 樞 磁 場(chǎng) 的 磁 力 線 分 布 如 右 圖 。 電 樞電 流 產(chǎn) 生 的 磁 動(dòng) 勢(shì) 稱 為 電 樞 磁 動(dòng) 勢(shì) 。電 樞 磁 動(dòng) 勢(shì) 的 出 現(xiàn) 使 電 機(jī) 的 磁 場(chǎng) 發(fā) 生變 化 。 右 圖 為 一 臺(tái) 電 刷 放 在 幾 何 中 性 線 的 二極 直 流 電 機(jī) 的 電 樞 磁 場(chǎng) 分 布 情 況 。 假 設(shè) 勵(lì) 磁 電 流 為 零 ， 只 有 電 樞 電 流 。由 圖 可 見 電 樞 磁 動(dòng) 勢(shì) 產(chǎn) 生 的 氣 隙 磁 場(chǎng)在 空 間 的 分 布 情 況 。1

50、.4.2 負(fù) 載 時(shí) 的 電 樞 磁 場(chǎng) 圖 1-21 電 樞 磁 場(chǎng) a) 將 圖 1-21a展 開 為 圖 1-21b。如 果 認(rèn) 為 直 流 電 機(jī) 電 樞 上 有 無(wú)窮 多 整 距 元 件 分 布 ， 則 電 樞 磁動(dòng) 勢(shì) 在 氣 隙 圓 周 方 向 空 間 分 布呈 三 角 波 ， 如 圖 中 Fax 所 示 。 由 于 主 磁 極 下 氣 隙 長(zhǎng) 度 基 本 不變 ， 而 兩 個(gè) 主 磁 極 之 間 ， 氣 隙長(zhǎng) 度 增 加 得 很 快 ， 致 使 電 樞 磁動(dòng) 勢(shì) 產(chǎn) 生 的 氣 隙 磁 通 密 度 為 對(duì)稱 的 馬 鞍 型 ， 如 圖 中 Bax所 示 。注 意 ： 電 樞 磁

51、 動(dòng) 勢(shì) F ax為 三 角 波 ， 電 樞 磁 通 密 度 Bax為 馬 鞍 型 。 axBaxF b) 圖 1-21 電 樞 磁 動(dòng) 勢(shì) 和 磁 場(chǎng) 的 分 布 1.4.2 負(fù) 載 時(shí) 的 電 樞 磁 場(chǎng) 當(dāng) 勵(lì) 磁 繞 組 中 有 勵(lì) 磁 電 流 ，電 機(jī) 帶 上 負(fù) 載 后 ， 氣 隙 中 的 磁場(chǎng) 是 勵(lì) 磁 磁 動(dòng) 勢(shì) 與 電 樞 磁 動(dòng) 勢(shì)共 同 作 用 的 結(jié) 果 。 電 樞 磁 動(dòng) 勢(shì)對(duì) 主 磁 極 的 影 響 稱 為 電 樞 反 應(yīng) 。電 樞 反 應(yīng) 與 電 刷 的 位 置 有 關(guān) 。當(dāng) 電 刷 在 幾 何 中 性 線 上 時(shí) ， 電樞 磁 場(chǎng) 和 主 極 磁 場(chǎng) 相 互

52、垂 直 ， 此時(shí) 的 電 樞 反 應(yīng) 叫 交 軸 電 樞 反 應(yīng) 。將 主 磁 場(chǎng) 分 布 和 電 樞 磁 場(chǎng) 分 布 疊加 ， 可 得 到 負(fù) 載 后 電 機(jī) 的 磁 場(chǎng) 分布 情 況 。1.4.3 電 樞 反 應(yīng) xB0 xB axB主 磁 場(chǎng) 的磁 通 密 度分 布 曲 線電 樞 磁 場(chǎng) 磁 通密 度 分 布 曲 線兩 條 曲 線 逐 點(diǎn) 疊 加 后 得到 負(fù) 載 時(shí) 氣 隙 磁 場(chǎng) 的 磁通 密 度 分 布 曲 線 1.4.3 電 樞 反 應(yīng) 將 空 載 時(shí) 主 極 磁 通 密 度 與 負(fù) 載 時(shí) 電 樞 磁 通 密 度 逐 點(diǎn) 相 加 ，便 得 到 負(fù) 載 時(shí) 氣 隙 中 的 磁 場(chǎng)

53、 分 布 曲 線 。 (紅 線 所 示 ) 交 軸 電 樞 反 應(yīng) （ 電 刷 在 幾 何 中 性 線 ） 的 性 質(zhì) ：1.使 氣 隙 磁 場(chǎng) 發(fā) 生 畸 變 空 載 時(shí) 電 機(jī) 的 物 理 中 性 線 與 幾 何 中 性 線 重 合 。 負(fù) 載 后 由 于電 樞 反 應(yīng) 的 影 響 ， 每 一 個(gè) 磁 極 下 ， 一 半 磁 場(chǎng) 被 增 強(qiáng) ， 一 半 被削 弱 ， 物 理 中 性 線 偏 離 幾 何 中 性 線 ， 磁 通 密 度 的 曲 線 與 空 載時(shí) 不 同 。2.對(duì) 主 極 磁 場(chǎng) 起 去 磁 作 用 磁 路 不 飽 和 時(shí) ， 主 磁 場(chǎng) 被 削 弱 的 數(shù) 量 恰 好 等 于

54、 被 加 強(qiáng) 的 數(shù)量 ， 因 此 負(fù) 載 時(shí) 每 極 下 的 磁 通 量 與 空 載 時(shí) 相 同 。 電 機(jī) 正 常 運(yùn)行 于 磁 化 曲 線 的 膝 部 ， 主 磁 極 增 磁 部 分 因 磁 飽 和 的 影 響 ， 比不 飽 和 增 加 的 磁 通 要 少 些 ， 從 而 使 合 成 磁 通 量 比 空 載 時(shí) 略 為減 小 ， 起 到 了 去 磁 作 用 。 即 電 刷 在 幾 何 中 性 線 時(shí) 的 電 樞 反 應(yīng)為 交 軸 去 磁 性 質(zhì) 。1.4.3 電 樞 反 應(yīng) 2、 當(dāng) 電 刷 不 在 幾 何 中 性 線 上 時(shí) 電 刷 從 幾 何 中 性 線 偏 移 角 ， 電 樞 磁

55、動(dòng) 勢(shì) 軸 線 也 隨 之 移 動(dòng) 角 ， 如 圖 (a)(b)所 示 。 這 時(shí) 電 樞 磁 動(dòng) 勢(shì) 可 以 分 解 為 兩 個(gè) 垂直 分 量 ： 交 軸 電 樞 磁 動(dòng) 勢(shì) 和 直 軸 電 樞 磁 動(dòng) 勢(shì) 。 如 圖(a)(b)所 示 。 adFaqF1.4.3 電 樞 反 應(yīng) 電 刷 不 在 幾 何 中 性 線 時(shí) 的 電 樞 反 應(yīng) 可 用 下 列 表 格 說(shuō) 明 :電 刷 順 轉(zhuǎn) 向 偏 移 電 刷 逆 轉(zhuǎn) 向 偏 移發(fā) 電 機(jī) 交 軸 和 直 軸 去 磁 交 軸 和 直 軸 助 磁電 動(dòng) 機(jī) 交 軸 和 直 軸 助 磁 交 軸 和 直 軸 去 磁1.4.3 電 樞 反 應(yīng) 1.5

56、電 樞 繞 組 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 與 電 磁 轉(zhuǎn) 矩1.5.1 電 樞 電 動(dòng) 勢(shì) 電 樞 電 動(dòng) 勢(shì) :電 樞 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) ,主 磁 場(chǎng) 在 電 樞 繞 組 中 感 應(yīng) 的 電 動(dòng) 勢(shì) 。是 指 直 流 電 機(jī) 正 、 負(fù) 電 刷 之 間 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ， 也 就 是 電 樞 繞 組每 條 支 路 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ， 即 一 條 支 路 中 各 元 件 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 之 和 。大 小 : apN nCnE ea FF 60 )(電 動(dòng) 勢(shì) 常 數(shù)為 電 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 常 數(shù)其 中 apNC e 60式 中 N電 樞 總 導(dǎo) 體 數(shù) ； a電 樞 繞 組 并 聯(lián)

57、 支 路 對(duì) 數(shù) ； 電 動(dòng) 勢(shì) 常 數(shù) F 氣 隙 每 極 磁 通 （ Wb） n電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 （ r/min）apNCe 60 可 見 ， 直 流 電 機(jī) 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 與 電 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 、 氣 隙 磁 通及 轉(zhuǎn) 速 有 關(guān) ， 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 的 方 向 由 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 向 和 主 磁 場(chǎng) 方向 決 定 。性 質(zhì) : 發(fā) 電 機(jī) 電 源 電 勢(shì) (與 電 樞 電 流 同 方 向 )； 電 動(dòng) 機(jī) 反 電 勢(shì) (與 電 樞 電 流 反 方 向 )。1.5.1 電 樞 電 動(dòng) 勢(shì) 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 :電 樞 繞 組 中 有 電 樞 電 流 流 過(guò) 時(shí) ,在 磁 場(chǎng) 內(nèi) 受

58、 電 磁 力 的 作用 ,該 力 與 電 樞 鐵 心 半 徑 之 積 稱 為 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 。 電 機(jī) 的 總 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 為 ：為 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 矩 常 數(shù) ， 有其 中 apNCT 2 eT CC 55.9可 見 ， 制 造 好 的 直 流 電 機(jī) 其 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 、 每 極 磁 通 及 電 樞 電 流成 正 比 ； 方 向 由 主 磁 場(chǎng) 方 向 和 電 樞 電 流 方 向 決 定 。性 質(zhì) : 發(fā) 電 機(jī) 制 動(dòng) (與 轉(zhuǎn) 速 方 向 相 反 )； 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) (與 轉(zhuǎn) 速 方 向 相 同 )。1.5.1 電 磁 轉(zhuǎn) 矩大 小 : aTa ICIapNT FF 2

59、1.5.1 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 電 樞 電 動(dòng) 勢(shì) 的 方 向 由 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 向 和 主 磁 場(chǎng) 方 向 決 定 ， 其 中只 要 有 一 個(gè) 方 向 改 變 ， 電 動(dòng) 勢(shì) 方 向 也 就 隨 之 改 變 了 。 電 磁 轉(zhuǎn)矩 的 方 向 由 電 樞 電 流 和 主 極 磁 場(chǎng) 的 方 向 決 定 ， 同 樣 ， 只 要 改變 其 中 一 個(gè) 方 向 ， 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 方 向 將 隨 之 改 變 ， 而 兩 個(gè) 方 向 同時(shí) 改 變 時(shí) ， 則 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 方 向 不 變 。 1.5.1 電 磁 轉(zhuǎn) 矩例 ： 1-2 ： 一 臺(tái) 直 流 發(fā) 電 機(jī) 2p=4,2a=2,31槽 ， 每

60、 槽 元 件 數(shù) 為 12， E=115V，額 定 轉(zhuǎn) 速 nN=1450r/min。 求 ：（ 1） 每 極 磁 通 。（ 2） 此 發(fā) 電 機(jī) 作 為 電 動(dòng) 機(jī) 使 用 ， 當(dāng) 電 樞 電 流 為 800A時(shí) ， 能 產(chǎn) 生多 大 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 。1-2 解 ： (1) C e=pN/60a=2*31*12/60*1=12.4 FE/ Cen=(115/12.4*1450)Wb=6.4*10-3Wb (2) CT=9.55Ce=118.42 T= CT FIa=(118.42*6.4*10-3*800)Nm=606.3Nm 1.5.1 電 磁 轉(zhuǎn) 矩例 1-3： 上 題 電 機(jī) 之 數(shù)

61、 據(jù) ， 當(dāng) 每 極 磁 通 量 不 變 時(shí) ：(1)電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 降 低 至 1000r/min時(shí) ， 電 樞 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 為 多 少 ？(2)電 樞 電 流 減 小 到 500A時(shí) ， 電 樞 產(chǎn) 生 的 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 為 多 大 ？1-3 解 ： 帶 入 式 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 公 式 及 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 公 式 計(jì) 算 如 下 ： (1) E a =CeFn=(12.4*6.4*10-3*1000)V=79.36V (2) T=CTFIa=(118.42*6.4*10-3*500)Nm=378.94Nm 為 了 分 析 方 便 假 定 換 向 片 的 寬 度 等 于電 刷

62、的 寬 度 。 換 向 是 指 直 流 電 機(jī) 的 電 樞 繞 組 元 件 從 一 條 支 路 經(jīng) 過(guò) 電 刷 進(jìn) 入另 一 條 支 路 ， 該 元 件 電 流 從 一 個(gè) 方 向 變 換 為 另 一 個(gè) 方 向 。 電 樞 移 到 電 刷 與 換 向 片 2接 觸 時(shí) ， 元件 1被 短 路 ， 電 流 被 分 流 。 如 圖 所 示 。 電 刷 與 換 向 片 1接 觸 時(shí) ， 元 件 1中 的電 流 方 向 如 圖 所 示 ， 大 小 為 aii 電 刷 僅 與 換 向 片 2接 觸 時(shí) ， 元 件 1 中 的電 流 方 向 如 圖 所 示 ， 大 小 為 。 aii 元 件 1 av

63、1 2i i ai2 ai ai 2i1iai aii ai21iai aiai2 2i 1.6 直 流 電 機(jī) 中 的 換 向 1.6.1 換 向 過(guò) 程 的 基 本 概 念 1.6.1 換 向 過(guò) 程 的 基 本 概 念 圖 1-23 直 流 電 機(jī) 電 樞 繞 組 元 件 的 換 向 過(guò) 程a)換 向 開 始 瞬 間 b)正 在 換 向 瞬 間 c)換 向 結(jié) 束 瞬 間 元 件 從 開 始 換 向 到 換 向 終 了 所 經(jīng) 歷 的 時(shí) 間 ， 稱 為 換 向 周期 。 換 向 周 期 通 常 只 有 千 分 之 幾 秒 。 直 流 電 機(jī) 在 運(yùn) 行 中 ，電 樞 繞 組 每 個(gè) 元

64、 件 在 經(jīng) 過(guò) 電 刷 時(shí) 都 要 經(jīng) 歷 換 向 過(guò) 程 。 換 向 問 題 很 復(fù) 雜 ， 換 向 不 良 會(huì) 在 電 刷 與 換 向 片 之 間 產(chǎn) 生 火花 。 當(dāng) 火 花 大 到 一 定 程 度 ， 可 能 損 壞 電 刷 和 換 向 器 表 面 ， 使電 機(jī) 不 能 正 常 工 作 。 產(chǎn) 生 火 花 的 原 因 很 多 ， 除 了 電 磁 原 因 外 ， 還 有 機(jī) 械 原 因 、化 學(xué) 原 因 。kT1.6.1 換 向 過(guò) 程 的 基 本 概 念 換 向 元 件 與 換 向 過(guò) 程 中 產(chǎn) 生 的 電 動(dòng) 勢(shì) 分 為 兩 類 ： 電 抗 電 動(dòng)勢(shì) 和 電 樞 反 應(yīng) 電 動(dòng)

65、勢(shì) 。1.電 抗 電 動(dòng) 勢(shì) 換 向 元 件 （ 線 圈 ） 在 換 向 過(guò) 程 中 電 流 改 變 ， 因 此 必 有 自 感 作用 ； 同 時(shí) 進(jìn) 行 換 向 的 元 件 不 止 一 個(gè) ， 換 向 元 件 與 換 向 元 件 之 間 ，又 有 互 感 作 用 。 因 此 ， 換 向 元 件 中 電 流 變 化 時(shí) ， 必 然 出 現(xiàn) 由 自感 與 互 感 作 用 所 引 起 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ， 即 (自 感 電 動(dòng) 勢(shì) 和 互 感 電 動(dòng)勢(shì) )這 個(gè) 電 動(dòng) 勢(shì) 稱 為 電 抗 電 動(dòng) 勢(shì) 。 根 據(jù) 楞 次 定 律 ， 自 感 電 動(dòng) 勢(shì) 、 互 感 電 動(dòng) 勢(shì) 總 是 阻 礙

66、 電 流 變 化的 ， 也 就 是 阻 礙 換 向 的 。1.6.2 換 向 元 件 中 的 電 動(dòng) 勢(shì) 1.6.2 換 向 元 件 中 的 電 動(dòng) 勢(shì)2.電 樞 反 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 雖 然 換 向 元 件 位 于 幾 何 中 性 線 處 ， 主 磁 場(chǎng) 的 磁 密 等 于 零 ，但 是 電 樞 磁 場(chǎng) 的 磁 密 不 等 于 零 。 因 此 換 向 元 件 必 然 切 割 電 樞 磁場(chǎng) ， 而 在 其 中 產(chǎn) 生 一 種 旋 轉(zhuǎn) 電 動(dòng) 勢(shì) ， 稱 為 電 樞 反 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 。 說(shuō) 明 ： 電 抗 電 動(dòng) 勢(shì) 和 電 樞 反 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 都 在 換 向 元 件 內(nèi) 產(chǎn) 生 阻 礙 換向 的 附 加 電 流 ， 在 換 向 過(guò) 程 中 ， 由 于 電 流 突 變 ， 使 線 圈 內(nèi) 儲(chǔ) 存的 磁 場(chǎng) 能 以 火 花 形 式 釋 放 出 來(lái) 。 1.6.3 改 善 換 向 的 方 法 從 產(chǎn) 生 火 花 的 電 磁 原 因 出 發(fā) ， 減 少 換 向 元 件 的 電 抗 電 動(dòng) 勢(shì)和 電 樞 反 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) ， 限 制 換 向 元 件 中 的 附 加 電 流 ， 就 可 以