第7章直流电机的基本理论1-4课件

whh 制作 第第 7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论7.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构7.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应7.4 电流电机的电磁转矩和电动势电流电机的电磁转矩和电动势7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析7.6 直流电动机的功率和转矩直流电动机的功率和转矩7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析7.8 直流发电机的功率和转矩直流发电机的功率和转矩第第 7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论7.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构7.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应7.4 电流电机的电磁转矩和电动势电流电机的电磁转矩和电动势7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析7.6 直流电动机的功率和转矩直流电动机的功率和转矩7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析7.8 直流发电机的功率和转矩直流发电机的功率和转矩电机与拖动电机与拖动whh 制作 本章基本要求本章基本要求v了解直流电机的基本结构、工作原理了解直流电机的基本结构、工作原理v熟悉直流电机的励磁方式熟悉直流电机的励磁方式v理解直流电机电枢绕组的构成及特点理解直流电机电枢绕组的构成及特点v掌握掌握电枢电动势和电磁转矩的计算电枢电动势和电磁转矩的计算v理解和掌握直流电机的工作特性和机械特性理解和掌握直流电机的工作特性和机械特性v了解直流电机的换向了解直流电机的换向whh 制作 v 直流电机是电机的主要类型之一。直流电机是电机的主要类型之一。v直流电动机直流电动机:用直流电源供电的用直流电源供电的电动机电动机。v直流发电机：产生（对外输出）直流电。直流发电机：产生（对外输出）直流电。直流电机的优点：直流电机的优点：直流电机的优点：直流电机的优点：(1)(1)调速性能好调速性能好调速性能好调速性能好,调速范围广调速范围广调速范围广调速范围广,易于平滑调节。易于平滑调节。易于平滑调节。易于平滑调节。(2)(2)起动、制动转矩大起动、制动转矩大起动、制动转矩大起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。易于快速起动、停车。易于快速起动、停车。易于快速起动、停车。(3)(3)易于控制、可靠性高。易于控制、可靠性高。易于控制、可靠性高。易于控制、可靠性高。直流电机的缺点：直流电机的缺点：直流电机的缺点：直流电机的缺点：(1)(1)结构较复杂。结构较复杂。结构较复杂。结构较复杂。(2)(2)成本较高，维护不方便。成本较高，维护不方便。成本较高，维护不方便。成本较高，维护不方便。(3)(3)换向问题，使其使用受限制。换向问题，使其使用受限制。换向问题，使其使用受限制。换向问题，使其使用受限制。whh 制作 电源电源励磁机励磁机测速测速伺服伺服应用应用应用应用:1)1)轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井矿山竖井矿山竖井矿山竖井 提升机以及起重设备提升机以及起重设备提升机以及起重设备提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。等调速范围大的大型设备。等调速范围大的大型设备。等调速范围大的大型设备。2)2)用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等 3)3)家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具whh 制作 即：即：运动导体切割磁力线，运动导体切割磁力线，在导体中产生切割电势；在导体中产生切割电势；交交链链线线圈圈的的磁磁通通发发生生变变化化，在在线线圈圈中中发发生生感感应应电电势。势。直流电机的工作是基于直流电机的工作是基于电磁感应定律电磁感应定律7.1 7.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理whh 制作 直流电机的最简单的物理模型直流电机的最简单的物理模型电刷电刷换向片换向片whh 制作 电刷电刷转轴转轴换向片换向片直流电机模型直流电机模型产生旋转产生旋转磁极磁极半环形半环形金属环金属环支柱支柱线线圈圈NS一、直流一、直流电动机电动机的工作原理的工作原理NSUU电刷电刷线圈边切割磁感线会产生什么线圈边切割磁感线会产生什么？换向片换向片iiffeeeeii1800电刷和换向片的作用是什么电刷和换向片的作用是什么？TabcdABdcbaAB将外部直流电转换成内部的交流电将外部直流电转换成内部的交流电(逆变逆变)，以保持，以保持转矩方向不变。转矩方向不变。反电动势反电动势外部直流电经过换向器和电刷的外部直流电经过换向器和电刷的逆变作用逆变作用，转化成，转化成电枢电枢内内部部交变的电压电流交变的电压电流。这一过程成为。这一过程成为电流的换向。电流的换向。从空间上看，从空间上看，N极极S极下，电枢电流方向不变。极下，电枢电流方向不变。N极或极或S极下的导体受力方向不变。极下的导体受力方向不变。电磁转距电磁转距T与转速与转速n方向相同，是方向相同，是驱动性质驱动性质的。的。电枢电动势和电枢电流的方向相反，是电枢电动势和电枢电流的方向相反，是反电动势反电动势反电动势反电动势。结结 论论iiiie(1800)iiiie(00)直流直流电流电流交流交流电流电流电磁转矩电磁转矩(拖动转矩拖动转矩)机械负机械负载载克克 服服反电反电动势动势做功做功7.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理 电动机的电磁关系电动机的电磁关系换向换向旋转旋转外加电源外加电源电刷和换向器电刷和换向器电枢绕组内部电枢绕组内部气隙磁场气隙磁场转子转子NS二、直流二、直流发电机发电机的工作原理的工作原理NSE7.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理E载流导体在磁场中会产生什么载流导体在磁场中会产生什么？电刷和换向片的作用是什么电刷和换向片的作用是什么？ee-+iiiff1800ee-+iiiabcdABdcbaAB将内部的交流电转换成外部直流电将内部的交流电转换成外部直流电(整流整流)制动性质的电磁转矩制动性质的电磁转矩?转子铁心和转子绕组统称为电枢转子铁心和转子绕组统称为电枢导体导体ab和和cd中的电枢电流及电枢电势是中的电枢电流及电枢电势是交变交变的。的。从空间上看，从空间上看，N极极/S极下，电枢电流方向极下，电枢电流方向不变不变。电刷间输出的电势极性始终不变（电刷间输出的电势极性始终不变（直流直流电动势）。电动势）。电枢电动势和电枢电流的方向电枢电动势和电枢电流的方向相同相同。电磁转距是电磁转距是阻力（制动）阻力（制动）性质的。性质的。结结 论论eeiii00 位置位置feeiii1800 位置位置f输出输出直流电直流电原动机原动机感应电动感应电动势、电流势、电流电磁转矩电磁转矩（阻转矩）（阻转矩）做功做功 电磁关系电磁关系换向换向机械能机械能电刷和换向器电刷和换向器电枢绕组内部电枢绕组内部气隙磁场气隙磁场转子转子直流电机的直流电机的可逆原理可逆原理 一台直流电机原则上一台直流电机原则上既可以作为既可以作为电动机电动机运行，运行，也可以作为也可以作为发电机发电机运行，运行，只是只是外界条件外界条件不同而已。不同而已。如果用原动机拖动电枢恒如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。从而把电能转变成机械能。SbNacd主主磁极磁极换向磁极换向磁极电刷电刷装置装置机座机座端盖端盖定子定子转子转子电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组换向器换向器转轴转轴轴承轴承气隙气隙7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构一、主要部件一、主要部件1.定子定子(1)主磁极主磁极(2)换向磁极换向磁极(3)机座机座(4)端盖等端盖等第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论 直流电机的定子直流电机的定子 (a)主磁极主磁极 (b)机座机座 1)1)、主磁极、主磁极 构成：构成：主磁极铁心主磁极铁心和套装在铁心上的和套装在铁心上的励磁绕组励磁绕组。作用：建立主磁场。作用：建立主磁场。定子结构简图定子结构简图永磁式永磁式永磁式永磁式:由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。励磁式励磁式励磁式励磁式:磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。形成电磁铁。主磁极铁心用主磁极铁心用11.5mm厚的钢板冲片叠压而成。厚的钢板冲片叠压而成。（2 2）换向极）换向极1换向极铁心换向极铁心2换向极绕组换向极绕组换向极铁心一般用整块钢换向极铁心一般用整块钢或钢板板叠片加工而成。或钢板板叠片加工而成。换向极绕组与电枢绕组串换向极绕组与电枢绕组串联。联。作用作用：改善换向。改善换向。1.5.1 1.5.1 换向概述换向概述1.5 直流电机的换向 为了分析方便假定换向片的宽度等于为了分析方便假定换向片的宽度等于电刷的宽度。电刷的宽度。直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时支路时,元件里的电流方向改变，即元件里的电流方向改变，即换向换向。电枢移到电刷与换向片电枢移到电刷与换向片2 2接触时，元接触时，元件件1 1的被短路，电流被分流。的被短路，电流被分流。电刷与换向片电刷与换向片1 1接触时，元件接触时，元件1 1 中的中的电流方向如图所示，大小为电流方向如图所示，大小为 。电刷仅与换向片电刷仅与换向片2 2接触时，元件接触时，元件1 1 中中的电流方向如图所示，大小为的电流方向如图所示，大小为元件11 2 换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。使电机不能正常工作。产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为换向周换向周期期。换向周期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中，电。换向周期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。1.5.2 1.5.2 换向的电磁理论换向的电磁理论换向元件中的电动势：换向元件中的电动势：自感自感电动势电动势 和互感电动势和互感电动势 ：换向元件（线圈）在换向过：换向元件（线圈）在换向过程中电流改变而产生的。程中电流改变而产生的。切割电动势切割电动势 ：在几何中性线处，由于电枢反应在存在，电：在几何中性线处，由于电枢反应在存在，电枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。换向元件中的合成电动势为：换向元件中的合成电动势为：根据楞次定律，自感电动势、互感电动势和切割电动势总根据楞次定律，自感电动势、互感电动势和切割电动势总是阻碍换向的。是阻碍换向的。换向电动势换向电动势 ：在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应：在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应的电动势。的电动势。换向电动势是帮助换向的换向电动势是帮助换向的。换向元件中的电流：换向元件中的电流：设两相邻的换向片与电刷的接触电阻分别是设两相邻的换向片与电刷的接触电阻分别是 和和 ，元件，元件自身的电阻为自身的电阻为 ,流过的电流为流过的电流为 ,元件与换向片间的连线电阻为元件与换向片间的连线电阻为 ,元件在换向时的回路方程：元件在换向时的回路方程：忽略元件电阻和元件与换向片间的连线电阻，并设电刷与忽略元件电阻和元件与换向片间的连线电阻，并设电刷与换向片的接触总电阻为换向片的接触总电阻为 ，则可推导出换向元件中的电流变，则可推导出换向元件中的电流变化规律为化规律为一、直线换向当当 时换向元件电流随时间时换向元件电流随时间线性变化。线性变化。当当 时换向元件电流随时间不时换向元件电流随时间不是线性变化，出现电流延迟现象。是线性变化，出现电流延迟现象。二、延迟换向当当 时换向元件电流随时间再时换向元件电流随时间再是线性变化，出现电流超前现象。是线性变化，出现电流超前现象。三、超越换向直线换向直线换向延迟换向延迟换向超越换向超越换向1.5.3 改善换向的方法改善换向的方法 除了直线换向外，延迟和超越换向时的合成电动势不为零，除了直线换向外，延迟和超越换向时的合成电动势不为零，换向元件中产生附加换向电流，附加换向电流足够大时会在电换向元件中产生附加换向电流，附加换向电流足够大时会在电刷下产生火花。还有机械和化学方面的因素也能引起换向不良刷下产生火花。还有机械和化学方面的因素也能引起换向不良产生火花。产生火花。改善换向一般采用以下方法：改善换向一般采用以下方法：选择合适的电刷，增加换向片与电刷之间的接触电阻选择合适的电刷，增加换向片与电刷之间的接触电阻装设换向磁极装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势磁动势抵消电枢反应磁动势大型直流电机在主磁极大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组极靴内安装补偿绕组补偿绕组与电枢绕组串联，产生补偿绕组与电枢绕组串联，产生的磁动势抵消电枢反应磁动势的磁动势抵消电枢反应磁动势直流电机的定子直流电机的定子装配图装配图 直流电机的定子直流电机的定子 （3 3）机座机座 构成：构成：用厚钢板或铸钢件制成。用厚钢板或铸钢件制成。作用：作用：1 1、主磁路的一部分；、主磁路的一部分；2 2、电机的结构框架、电机的结构框架。（4 4）端盖）端盖端盖：装在电机机座两侧端盖：装在电机机座两侧的端面上，保护电机内部的端面上，保护电机内部免受外界的侵害并保护工免受外界的侵害并保护工作人员的安全，防止触电。作人员的安全，防止触电。（5 5 5 5）电刷装置：电枢电路的引入引出装置）电刷装置：电枢电路的引入引出装置）电刷装置：电枢电路的引入引出装置）电刷装置：电枢电路的引入引出装置构成：电刷、刷盒、构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。刷杆和连线等。电刷的电刷的作用：作用：把转动的电枢把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。流或逆变器的作用。2.转子（电枢）转子（电枢）(1)电枢铁心电枢铁心(2)电枢绕组电枢绕组7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构(3)换向器换向器(4)转轴与风扇转轴与风扇 直流电机的转子直流电机的转子 (a)转子主体转子主体 (b)电枢钢片电枢钢片（1）电枢铁心电枢铁心作用：作用：v一是作为电机主磁路的主要部分；一是作为电机主磁路的主要部分；v二是嵌放电枢绕组。二是嵌放电枢绕组。为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。绝缘漆的硅钢片叠压而成。（2 2 2 2）、电枢绕组）、电枢绕组）、电枢绕组）、电枢绕组 作用：直流电机的电路部分，产生感应电动势。作用：直流电机的电路部分，产生感应电动势。构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成。构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成。电枢铁心和绕组电枢铁心和绕组 多个线圈按照一定方式绕制而成。多个线圈按照一定方式绕制而成。多个线圈按照一定方式绕制而成。多个线圈按照一定方式绕制而成。作用：作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。整流（发电机）或逆变（电动机）。构成：构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间间用用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而构成。形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而构成。（3）换向器换向器直流电机的转子直流电机的转子附录附录4 直流电机图片直流电机图片直流电机的气隙直流电机的气隙 在静止的主磁极与电枢之间，有一空气间在静止的主磁极与电枢之间，有一空气间隙，由于空气的磁阻较大，因而它在电机的隙，由于空气的磁阻较大，因而它在电机的磁路中有重要的影响。小型电机的气隙约为磁路中有重要的影响。小型电机的气隙约为13mm13mm，大型电机的约为大型电机的约为1012mm1012mm。直流电机模型直流电机模型7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电机的结构直流电机的结构电枢电枢直流电机结构简图直流电机结构简图7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 电机装配图电机装配图7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电机直流电机小型直流电机小型直流电机永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组对电枢绕组的要求：对电枢绕组的要求：在通过在通过规定的电流规定的电流和产生和产生足够的电势和电磁转矩足够的电势和电磁转矩前前提下，所消耗的有效材料最省，提下，所消耗的有效材料最省，强度高（机械、电强度高（机械、电气、热），气、热），运转可靠，结构简单等运转可靠，结构简单等。电枢绕组：电枢绕组：直流电机的电磁感应的关键部件之一直流电机的电磁感应的关键部件之一,是是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。直流电枢绕组基本知识直流电枢绕组基本知识元件元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。电枢绕组：电枢绕组：结构形状结构形状相同的线圈，按照一定的规律连接而成。相同的线圈，按照一定的规律连接而成。上上层层边边下下层层边边端接部分端接部分实际电机模型实际电机模型NSn电枢绕组展开图电枢绕组展开图ABA图图 等值电路等值电路 NSnAB 直流电枢绕组直流电枢绕组A B12345678A B1 2 3 48 7 6 57 6 5 48 1 2 3AB结论：结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构A B12345678 直流电枢绕组直流电枢绕组电动机电动机发电机发电机两匝元件两匝元件7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构e e e ee e e eEA1 2 3 48 7 6 5BIae e e ee e e e1 2 3 48 7 6 5ABIaE叠绕组叠绕组波绕组波绕组NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12A1 B1 A2 B2 单叠绕组的展开图单叠绕组的展开图 并联支路对数：并联支路对数：a=2=p。电刷的中心线对着磁极的中心线。电刷的中心线对着磁极的中心线。A1A2B1B2n7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构3 6 4 7 5 811 8 10 7 9 69 12 10 1 11 25 2 4 1 3 12槽数槽数Z=12，p=2，双层整距绕组，双层整距绕组线圈节距线圈节距y=单叠绕组的展开图单叠绕组的展开图NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12A1 B1 A2 B2n 电刷的中心线对电刷的中心线对 着磁极的中心线：着磁极的中心线：电刷之间的电动电刷之间的电动 势最大。势最大。被电刷短接的元被电刷短接的元 件电动势为零。件电动势为零。习惯称习惯称“电刷放在电刷放在 几何中心线位置几何中心线位置”。磁极中心线磁极中心线几何中心线几何中心线7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构二、励磁方式二、励磁方式+Ua+Uf他他励励并并励励串串励励复复励励1.直流直流电动机电动机按励磁方式分类按励磁方式分类7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构MIfIaM+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI 供给励磁绕组电流的方式称为供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式励磁方式。分为分为他励他励和和自励自励两大类，自励方式又分两大类，自励方式又分并励并励、串励串励和和复励复励三种方式。三种方式。2.直流直流发电机发电机按励磁方式分类按励磁方式分类自自励励7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构他他励励串串励励复复励励并并励励GIf+UfIa+UaGIa+UIfIG+UIfIIaGIfIa+UI电机的铭牌数据电机的铭牌数据三、额定值三、额定值1.额定电压额定电压 UN 发电机的发电机的 UN：指输出电压的额定值：指输出电压的额定值。电动机的电动机的 UN：指输入电压的额定值：指输入电压的额定值。2.额定电流额定电流 IN 发电机的发电机的 IN：指输出电流的额定值：指输出电流的额定值。电动机的电动机的 IN：指输入电流的额定值：指输入电流的额定值。3.额定功率额定功率 PN 发电机的发电机的 PN：指输出电功率的额定值：指输出电功率的额定值(UN IN)。电动机的电动机的 PN：指输出机械功率的额定值：指输出机械功率的额定值 (UN INN)。7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构4.额定转速额定转速 nN5.额定励磁电压额定励磁电压 UfN6.额定励磁电流额定励磁电流 IfN 额定状态额定状态：指指 U、I、P、n 均为额定值的状态。均为额定值的状态。满载状态满载状态：指指 I=IN 的状态。的状态。7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构电动机轴上输出电动机轴上输出的额定转矩：的额定转矩：直流电机的铭牌数据额定条件下电机额定条件下电机所能提供的功率所能提供的功率指电刷间输出的指电刷间输出的额定电功率额定电功率发电机发电机指轴上输出指轴上输出的机械功率的机械功率电动机电动机发电机：是指输出额定电压；发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机在额定工况下，电机出线端的平均电压出线端的平均电压在额定电压下，运行于在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速行于额定功率时对应的转速.对应于额定电压、额定电流、额对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流定转速及额定功率时的励磁电流电机铭牌上还标有其它数电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。期、出厂编号等。直流电机工作中，主磁极产生直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势主磁极磁动势，电枢电流，电枢电流产生产生电枢磁动势电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为 电枢反应电枢反应。7.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应四极四极直流电机空载时的磁场示意图。直流电机空载时的磁场示意图。主磁通主磁通：同时与同时与励磁绕组及电枢绕组励磁绕组及电枢绕组交链，能在电交链，能在电枢绕组中感应电动势和产生电磁转矩。枢绕组中感应电动势和产生电磁转矩。漏磁通：漏磁通：仅交链仅交链励磁绕组本励磁绕组本身，不能在电枢绕组中感身，不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩。应电动势及产生电磁转矩。一、直流电机的空载磁场一、直流电机的空载磁场气隙磁密分布气隙磁密分布平顶波平顶波几何中性线几何中性线极靴极靴极身极身（a）气隙形状气隙形状 磁极中心及附近磁极中心及附近：气隙：气隙小且均匀，磁通密度较大小且均匀，磁通密度较大且基本为常数；且基本为常数；靠近极尖处靠近极尖处，气隙逐渐变，气隙逐渐变大，磁通密度减小；大，磁通密度减小；极尖以外极尖以外：气隙明显增大，：气隙明显增大，磁通密度显著减少；磁通密度显著减少；几何中性线处几何中性线处：气隙磁通：气隙磁通密度为零。密度为零。空载时的气隙磁通密度的波形空载时的气隙磁通密度的波形二、二、直流电机负载时的负载磁场直流电机负载时的负载磁场 直流电机带上负载后，电枢直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为的磁动势称为电枢磁动势电枢磁动势。电。电枢磁动势的出现使电机的磁场枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。发生变化。假设励磁电流为零，只有电假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。电枢磁动势为交轴磁动势。NS几何几何中心线中心线 N S励磁磁场励磁磁场（空载磁场）（空载磁场）物理物理中心线中心线电枢磁场电枢磁场合成磁场合成磁场（负载时的磁场）（负载时的磁场）物理物理中心线中心线 电枢反应：电枢反应：电枢磁通势对主极磁场的影响。电枢磁通势对主极磁场的影响。第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论减少减少增加增加减少减少增加增加 电枢反应的影响电枢反应的影响 总磁场被扭歪了总磁场被扭歪了 几何中心线与物理中心线分开了几何中心线与物理中心线分开了,电刷位置处的元件的电刷位置处的元件的 e0，增加换向困难。，增加换向困难。一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通减少，一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通减少，磁路不饱和时，每极磁通不变；磁路不饱和时，每极磁通不变；磁路饱和时，磁路饱和时，每极磁通减少，每极磁通减少，e 和和T 相应减少。相应减少。为了经济、合理地利用材料，为了经济、合理地利用材料，一般直流电机额定运行时，额定一般直流电机额定运行时，额定磁通磁通 设定在图中设定在图中A点，即在磁点，即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位化特性曲线开始进入饱和区的位置。置。7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势一、电磁转矩一、电磁转矩1.产生产生 电枢电流电枢电流 i 磁磁 场场 F T 2.大小大小 电磁力：电磁力：F=B l i 平均磁密：平均磁密：第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论BlB=l极距极距7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势一、电磁转矩一、电磁转矩1.产生产生 电枢电流电枢电流 i 磁磁 场场 F T 2.大小大小l 电磁力：电磁力：F=B l i l 平均磁密：平均磁密：l 每根导线上电磁力所每根导线上电磁力所 形成的电磁转矩：形成的电磁转矩：FR第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论B=lBl极距极距R Rl 电枢绕组串联总匝数：电枢绕组串联总匝数：Nl 电枢绕组并联支路数：电枢绕组并联支路数：2al 总导体数：总导体数：2N 2a=4aNl 电枢的周长：电枢的周长：2 R=2p l 电磁转矩：电磁转矩：T=4aN FR=4aN B l i p =4aN l i p l=4aN i p =2ai 2pN 电枢电流电枢电流 Ia7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势2.大小大小 T=CT IaCT 转矩常数：转矩常数：3.方向方向 由由 和和 Ia 共同决定。共同决定。4.性质性质 发电机：发电机：电动机：电动机：T 与与 n 方向相反，为制动转矩。方向相反，为制动转矩。T 与与 n 方向相同，为拖动转矩。方向相同，为拖动转矩。7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势CT=2pN 单位：单位：Wb单位：单位：A(Nm)根据左手定则可知，根据左手定则可知，改变转向的两种方法：改变转向的两种方法：(1)改变磁通的方向；改变磁通的方向；(2)改变电枢电流的方向；改变电枢电流的方向；改变电动机转向的方法改变电动机转向的方法所以要改变电动机的转向：所以要改变电动机的转向：必须单独改变电枢电流的方向必须单独改变电枢电流的方向 或单独改变励磁电流的方向。或单独改变励磁电流的方向。思考：思考：如果磁通、如果磁通、电枢电流方向均变，电枢电流方向均变，则转向改变？则转向改变？电机如何转动起来？电机如何转动起来？1.产生产生 电枢旋转电枢旋转 n 磁磁 场场 2.大小大小l 每个导体：每个导体：e=B l vl 导体切割磁场线的线速度：导体切割磁场线的线速度：l 电动势：电动势：E=2N e 二、电动势二、电动势 ee E 7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势v=n2 R60=2N B l v=2N l n 2p 60 l=n2p 60=n 4pN 60CTCE=602=9.55 CT=9.55 CE7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势CT=2pN CE=4pN60 E=CE n CE 电动势常数：电动势常数：CE=4 pN60单位：单位：Wb单位：单位：r/min(V)3.方向：方向：由由 和和 n 共同决定。共同决定。4.性质性质 发电机为电源电动势；电动机为反电动势。发电机为电源电动势；电动机为反电动势。