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第五章直流电机

§5

§5

§5

1.直流电机的构造及励磁方式

2.直流电机的基本工作原理

3.直流发电机

§5—4.育流电动机

第五章小结

学习第五章应该注意的点

第五章学习应注意的几个问题：

1•直流电机由什么组成？

换向器的作用是什么？

绕组元件中的电量是交流还是直流？

2.电枢电势和电磁转矩的表达式是怎样的？

如何运用它们进行分析计算？

3.直流发电机有什么特性？

直流发电机如何自励起压？

4■直流电动机的机械特性有什么特点？

为什么直流电动

机通常不能直接起动？

本章的计算任务主要是：

根据电压平衡方程和有关特性进行计算。

比较难理解的点：

1・直流电机电刷位置；2•直流电机电枢反应去磁作用。

§5-1■直流电机的构造及励磁方式

■

本节的主要内容有三部分：

•构造：

主要点：

主要组成及作用，如换相器等。

•铭牌数据：

参数个数、数据含义。

•励磁方式:

种类。

■

基本构造：

——定、转子O

电刷、换向器作用：

——起机械整流器作用。

后续基本原理中进一

步介绍（元件交流，电刷两端直流）。

注意：

各部件的作用。

结构

细说

电厕注：

书P.62■图5・1・1的电机

风叶磁极

换向片

电枢转子何A

电枢绕组

换向器

是较大型的电机，其电枢绕组中间开有通风槽。

电枢转子

换向器

绕组端部

V1

；压紧环

厂二「电枢转动方向

/14J25J36J4V\=\—电动势方向/=w-T"-i_r-T"._.-T-'i_if"I

3J82J7r68;5J

o+o

不管电枢如何转动，一条支路中绕组感应的总电势大小基本不变（微小脉动）。

二、主要铭牌数据

铭牌数据：

——额定容量、电压、电流、转速、励磁（电压、电流）等。

——书P・64。

额定容量：

都是指输出。

发电机：

电枢绕组输出的电功率;

电动机：

转子轴上输出的机械功率。

额定励磁电流：

——额定负载时励磁绕组通过的励磁电流。

通常由励磁回路串联的变阻器调节。

通常还标明励磁电压一以备采用与电枢电压不同等级时参考。

三、励磁方式

积复励、差复励；（从绕组连接情况看）长复励、短复的J。

长疑励（李用于电动机〕

积复励：

平复励、过复励、欠复励。

直流电动机不能釆用差复励,直流发电机不能采用串励。

§5-2■直流电机的基本工作原理

本节的主要内容有三部分：

•基本工作原理:

主要点：

注意元件和电刷两端电量的性质；注意:

“电刷”、“换向器”的作用。

•电势和转矩:

掌握电势和转矩的计算公式。

P・66•式（5-2-1）.

（5-2-2）o

•电刷位置：

注意分清：

“实际空间位置”和“短接元件边位

电刷A总是与处于正电位的换向片接触，而电刷B总是与处于负电位的换向片接触。

虽然be和de感应的电势是交变的，但电刷AB两端的电压却是直流的。

实际直流电机的换向片较多，电刷和换向器配合起机械整流器的作用。

厂=电枢转动方向

a¥尸・十•一目/14」25’36/4厂•・・隼弍十电动势方向

3JS2订1J&8J5J

o+-IJ

电刷和换向器配合：

每个绕组元件内部感应电势是交流的,

但，一对电刷之间电势等于一个支路中各绕组电势之和，因

此，电刷间的电势为合成电势，是一个脉动的直流电势。

恒定的电动势和电磁转矩

并联支路图说明，转子旋转后电枢绕组所有元件被两个电刷所平分为2个支路（1对极），当n或-不变，电刷之间串接的绕组电势或产生电磁转矩不变（书P.66•公式）。

电势公式：

E=Ke0n,式（5-2^）转矩公式：

T=KT0la,式（5-2-2）

心与Kt关系是常数：

Ke=pN/60a；Kt=PN/2tta。

・•・Ke/KT=TT/30~1/9.55。

N：

总有效导体数，a：

并联支路对数,P：

极对数。

电刷放置的原则:

中性线）的位置上。

电刷与磁极的相对位置不变

为了感应最大电势或产生最大电磁转矩，电刷所短接的（换向）元件的两个边应处于磁通最弱（几何

电刷的位置:

1•实际位置：

磁极的

正中（说明不了原理等问题）。

2•示意图位置：

直接放在几中线的元件上。

展开图上位置

蔬换向及换向火花

电磁原因

换向定义：

从一条支路换到另一条支路，元件内的电流改变方向。

元件必须经过电刷短接后才能进入另一条支路，换向元件中若存在电势则短接时会产生火花

（还有机械、电化学等原因）。

烧坏换向器、绕组，过热、引爆引燃。

（通过磁极尖增、去磁电枢反应的情况2•移动电刷（与转向有关，发电机和——见书P.67图5-2-4,注意：

发电机

换向火花危害：

换向火花克服：

说明）：

1•换向极；电动机正好相反）。

和电动机的电流与转向的关系正好相反。

“顺发、逆动”。

克服火花应移动的方向（助记）：

-

［第二节要点］:

原理（AC/DC转换）；电势、转矩计算；电刷位置；换向定义。

§5-3■直流发电机

本节的主要内容有四部分:

•空载特性:

掌握空载特性的实质

•自励起压过程:

掌握自励起压的条件及起压过程分析。

•外特性：

定义、电压变化率。

•转矩和功率的平衡：

注意平衡关系。

\空载特性

条件：

1=0,n=nNo特性：

E=f（If）或

Uo=f（If）实质：

——磁化曲线。

与同步发电机相似，也是电机磁路的磁化曲线。

实验测量时注意：

也应该单方向调节励磁电流，否则磁滞的影响，将使结果出现偏差。

过程：

发电机转动，依靠剩磁可产生很小的剩磁电压，如果接线正确，流过励磁绕组的微小励磁产生的磁通方向与剩磁磁通方向相同，电枢绕组感应的电势增强，于是出现正反馈，如果励磁回路电阻足够小,正反馈的作用将继续下去，直到磁路饱和,电势稳定在一个确定的数值上。

条件：

1•有剩磁（若无，应可充磁）；

2•接线正确（励磁与剩磁同向）；

3.场阻线与空载特性有一个确定的交点（励磁电路电阻适当）。

励磁方式：

他励、并励和复励（前面

已讲）——P.69图5-3-3o

外特性与励磁方式有关，以并励发电机为主进行说明，注意“条件”o

关系式——P.69式（5・3・2）。

他励：

励磁电压不受影响，只有内阻压降。

—比并励较硬。

并励：

•・•内阻压降使端电压略有下降,励磁相对减少。

——注意：

电压变化率的计算和区别（P.69）

转矩平衡方程:

Ti=T+T。

，——T电磁转矩，T］输入转矩，T。

空载转矩。

功率和效率公式：

书P.70■式（5-3-6）、（5-3-7）。

功率平衡：

由转矩平衡关系及电压平衡方程得到功率的平衡关系。

并由此引出效率的计算公式。

§5-4■直流电动机

本节的主要内容有三大部分：

nil

•机械特性：

主要点：

转动原理、影响特性的因素、特性表达式和形状。

•转矩特性：

了解不同励磁所对应的转矩特性形状。

•起动与反转：

<1

主要点：

起动的特点和方法（注意起动时励磁的作用）；反转的方法。

原理：

结构上保证在相同极性磁极下，电流方向相同。

因此就能产生恒定转矩。

电压平衡方程式：

U=E+la（Ra+R）励磁方式：

——并、串、复励磁，书P.71•图5-4-10

电流之间的关系与励磁方式有关：

书P.71•图5-4-1o

注意：

不用差复励。

转动原理：

电枢通电，在励磁绕组产生的磁场下，受力起动。

电刷和换向器保证每个磁极下导体电流方向始终不变。

电磁转矩：

——书P・71■式（543）与发电机相同。

平衡方程可得：

n=U/Ke（P-Ra/KeKT（p2=叶kAno無点：

并（施）励特性，直线、硬轉性；串励，•••空载时＜!

）",・・・无理想空载转速，注意“飞车”；（积）复励，介于并励和串励之间。

自然机械特性：

又称为“固有机

械特性”（不人为改变参数）；

（弱磁、降压、串电阻）O

转矩特性是指:

电磁转矩T和电枢电流la的关系曲线,实际就是电磁转矩的计算公式。

不同的励磁方式，转矩特性的形状不同。

因为起动时，转速为零，电枢感应的电势为零，根据电

压平衡方程，起动时电枢电流la二（U-Ea）/Ra=U/Rao而•・•电枢电阻通常很小，所以起动电流很大（10〜20倍的额定电流）。

・・・0.5kW以上的直流电动机不能直接起动，否贝［J

流控制在1・5〜2・0ln。

注：

1•起动时，励磁磁场通常应该最大,才能减少起动电流，并增加起动转矩；2•电

枢绕组串联的起动电阻不能采用滑动变阻器,应釆用分段切除的变阻器（•・•大电流）o

方法：

1•改变电枢电流方向，励磁电流方向不变；

2■改变励磁电流方向，电枢电流方向不变。

即：

单独改变电枢绕组或单独改变励磁绕组的接线（将两个接线端反接）。

注意：

反转时电枢电流更大，应该采取措施限流。

同时改变电枢和励磁绕组的接线，则电枢电流和励磁电流的方向将同时改变，电动机的电磁转矩的方向不变，电动机的转速也不变。

交、直流两用电动机的工作原理就是以此为依据的。

交、直流两用电动机实际上是一台直流电动机，使用时若电源为交流电，则转向仍然不会发生变化。

［第四节要点］:

机械特性（各种励磁）;转矩特性;起动、反转（方法）O

第五章各节要点

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■仝卫上空

1=

第一节：

基本结构（电刷、换向器的作用）；铭牌数据；励磁方式。

第二节：

原理（AC/DC转换）；电势、转矩计算；电刷位置；换向。

第三节：

空载特性；自励起压过程、条件；外特性（各种励磁曲线）。

第四节：

机械特性（各种励磁）；转矩特性；起动、反转（方法）。

第五章的主要内容

■主要内容：

知道直流电机的结构原理和励磁方式；掌捱直流电机电枢电势和电磁转匪的分析方企；掌捱直流发电机的特性；掌握直流电动机竝械特性；能够根据电压平衡方程和有关特性进行相应计算。

——也是“计算点”之一。

■电枢绕组元件的交流电流、电势是如何转变成电刷两端的直流电流和电势的？

发电机是如何自励起压的？

电动机的起动方疾和起动过程分析等粧念应该掌握。

■计算任务主要是：

电磁转矩、功率、电动势、转速、电动机起动电阻等的计算。

本章的计算任务也是本课程的主要计算任务之一。