技能培訓(xùn)專題 直流電機(jī)（一）

第29章 直流電機(jī) 29.2 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 按勵(lì)磁方式不同，電機(jī)可分為 （一）他勵(lì)直流電機(jī) 電樞和勵(lì)磁繞組由兩個(gè)獨(dú)立的直流電源供電。 （二）并勵(lì)直流電機(jī) 電樞和勵(lì)磁繞組并聯(lián)后由一個(gè)獨(dú)立的直流電源供電。 （三）串勵(lì)直流電機(jī) 電樞和勵(lì)磁繞組串聯(lián)后由一個(gè)獨(dú)立的直流電源 供電 （四）復(fù)勵(lì)直流電機(jī) 復(fù)勵(lì)電機(jī)有兩個(gè)繞組，一個(gè)并勵(lì)繞組，一個(gè)串勵(lì) 繞組，并勵(lì)繞組和電樞并聯(lián)，和串勵(lì)繞組串聯(lián)后由 一個(gè)獨(dú)立的直流電源供電。 直流發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式 29.3 直流電機(jī)的磁場和基本方程 29.3.1直流電機(jī)的磁場 29.3.1.1 空載時(shí)直流電機(jī)的磁場 直流電機(jī)的空載磁場   直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者很小，且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)。 在主磁極極面下，氣隙小而且基本均勻，磁場較強(qiáng)；極面以外氣隙大，磁場減弱；在兩極間的幾何中線處磁場為零，整個(gè)磁極下磁密的分布為以平頂波，若規(guī)定磁力線方向由定子指向轉(zhuǎn)子為正 29.3.1.2 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場和電樞反應(yīng) 1.負(fù)載時(shí)磁場 電機(jī)帶上負(fù)載以后，電樞繞組內(nèi)流過電流，還會形成磁通勢，該磁通稱為電樞磁通勢。 所以，負(fù)載時(shí)電機(jī)中氣隙磁場是由勵(lì)磁磁通勢和電樞磁通勢共同建立。 由此可知，在直流電機(jī)中，從空載到負(fù)載，其氣隙磁場是變化的   2.電樞反應(yīng)   1)電樞磁通勢 電樞磁通勢對勵(lì)磁磁通勢所產(chǎn)生氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。 電樞反應(yīng)磁通勢軸線的位置與電刷軸線重合,當(dāng)電刷處于幾何中性線時(shí)，電樞反應(yīng)磁通勢與磁極軸線互相垂直 。 l 電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生了畸變 電樞磁場使主磁場一半削弱，另一半加強(qiáng)，并使電樞表面磁密等于零處（物理中心線）離開了幾何中性線。  l 電磁反應(yīng)呈去磁作用 * 在磁路不飽和時(shí) 主磁場削弱的量與加強(qiáng)的量恰好相等。 * 在磁路臨界飽和時(shí) 增磁會使半個(gè)極下飽和程度提高，鐵心磁阻增大，另外半個(gè)極下飽和程度減小，鐵心磁阻減小 ，因磁路臨界飽和，從而使實(shí)際的合成磁場曲線要比不飽和時(shí)略低 。增加的磁通數(shù)量就會小于磁通減少的數(shù)量 。 29.3.2 直流電機(jī)的基本方程 29.3.2.1 電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢 1.運(yùn)行時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢始終存在 直流電機(jī)無論作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行還是作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電樞繞組內(nèi)都感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢是指一條支路的電動(dòng)勢。 2.如何計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢 要計(jì)算支路電動(dòng)勢，可先求出每個(gè)元件電動(dòng)勢的平均值，然后乘上每條支路串聯(lián)元件數(shù)，就可得出支路電動(dòng)勢。 元件平均電勢 B為每一個(gè)磁極下的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度，等于每極磁通除以每極的面積tl, B= F/tl 電磁感應(yīng)定律:  e=Blv 式中:v為導(dǎo)體切割磁力線的線速度v=2pRn/60= 2ptn/60（2pR= 2pt） n - 電樞的轉(zhuǎn)速（r/min) p - 極對數(shù) t - 極距 每條支路總導(dǎo)體數(shù)2N，則電樞感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值為: E=2Ne=2NBlv=4pNFn/60 如果令4pN/60=CE 則 E= CE Fn Ce 稱為電動(dòng)勢常數(shù) 磁通的單位為 Wb，轉(zhuǎn)速 n 的單位為 rpm，感應(yīng)電動(dòng)勢的單位為 V 感生電動(dòng)勢的方向由磁場的方向和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向決定。 在直流電動(dòng)機(jī)中，電動(dòng)勢的方向與電樞電流的方向相反，為反電動(dòng)勢； 在直流發(fā)電機(jī)中，電動(dòng)勢的方向與電樞電流的方向相同，為電源電動(dòng)勢。 29.3.2.2 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 1.元件邊所受切線方向電磁力 設(shè)氣隙中某處的徑向磁密為 Bdx ，元件數(shù)為 Ny ；元件邊中電流為ia 根據(jù)電磁力定律，此處元件邊所受的切線方向的電磁力為: fx = Blia B為每一個(gè)磁極下的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度，等于每極磁通除以每極的面積tl, Bdx= F/tl 2.元件邊所產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 設(shè)電樞的直徑2R ，因?yàn)?pR=2pt,所以R=pt/p. 元件數(shù)為N， a為并聯(lián)支路對數(shù)，則電樞表面共有元件邊數(shù)為 4aN ，則電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為: Te = 4aNfxR= 4aNBdx·l·iaR=2pN Fia/p 若令 CM= 2pN /p, 則 Te=  CMFia 電磁轉(zhuǎn)矩由磁場的方向和電樞電流的方向決定。 在直流電動(dòng)機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 在直流發(fā)電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 29.4 直流發(fā)電機(jī)的基本方程和運(yùn)行特性 29.4.1 電動(dòng)勢的平衡方程式 電壓平衡方程 Ea=U+IaRa 式中，Ia為電樞電流(A）； Ra為電樞繞組電阻(Ω) 29.4.2 直流發(fā)電機(jī)的損耗和功率平衡方程式 29.4.3 直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式 轉(zhuǎn)矩平衡方程 29.4.4 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 29.4.4.1 空載特性 n=常數(shù)，I=0時(shí),U0=f(If) U0=Ea-IRa-2ΔUs=Ea=CeΦn=f(If)=f(Ff/N) 結(jié)論：經(jīng)過一定比例轉(zhuǎn)換后，開路特性U0=f(If)與電機(jī)的磁化曲線Φ=f(Ff)形狀完全相同。 一般電機(jī)的工作點(diǎn)位于開路特性上曲線開始彎曲的膝點(diǎn)附近。據(jù)此可以判斷電機(jī)的飽和程度。 29.4.4.2 外特性 定義：n=nN，If=IfN時(shí),U=f(I) n=nN，U=UN，I=IN時(shí)的勵(lì)磁電流稱為額定勵(lì)磁電流，即IfN。 U=Ea-IRa-2ΔUs=（CeΦn-2ΔUs）-IRa 負(fù)載電流增加時(shí)，電阻壓降增大/電樞磁勢的去磁效應(yīng)增大，使得曲線下降。 結(jié)論：外特性U=f(I)是略微下垂的曲線 電壓調(diào)整率：從空載到滿載電壓變化的程度。ΔU=(U0-UN)/UN（100%） 一般他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)ΔU=（5~10）%。 6頁