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1、大連理工大學電氣工程系,第 7 章 直流電機的基本理論,7.1 直流電機的工作原理,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),7.3 直流電機的電樞反應,7.4 電流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢,7.5 直流電動機的運行分析,7.6 直流電動機的功率和轉(zhuǎn)矩,7.7 直流發(fā)電機的運行分析,7.8 直流發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩,第 7 章 直流電機的基本理論,7.1 直流電機的工作原理,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),7.3 直流電機的電樞反應,7.4 電流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢,7.5 直流電動機的運行分析,7.6 直流電動機的功率和轉(zhuǎn)矩,7.7 直流發(fā)電機的運行分析,7.8 直流發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩,電機與拖動,返回主頁,大

2、連理工大學電氣工程系,7.1 直流電機的工作原理,一、直流電動機的工作原理,第7 章 直流電機的基本理論, U ,大連理工大學電氣工程系,7.1 直流電機的工作原理,一、直流電動機的工作原理,第7 章 直流電機的基本理論,電刷,線圈邊切割磁感線會產(chǎn)生什么？,換向片,大連理工大學電氣工程系,直流電流,交流電流,電磁轉(zhuǎn)矩 (拖動轉(zhuǎn)矩),機械負載,反電動勢,做功,7.1 直流電機的工作原理,電磁關(guān)系,大連理工大學電氣工程系,二、直流發(fā)電機的工作原理, E ,7.1 直流電機的工作原理, E ,輸出 直流電,原動機,感應電動 勢、電流,電磁轉(zhuǎn)矩 （阻轉(zhuǎn)矩）,做功,電磁 關(guān)系,大連理工大學電氣工程系,7

3、.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),一、主要部件 1. 定子 (1) 主磁極 (2) 換向磁極 (3) 機座 (4) 端蓋等,第7 章 直流電機的基本理論,直流電機的定子,(a) 主磁極,(b) 機座,大連理工大學電氣工程系,直流電機的定子,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),更多的圖片,大連理工大學電氣工程系,2. 轉(zhuǎn)子（電樞）,(1) 電樞鐵心 (2) 電樞繞組,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),(3) 換向器 (4) 轉(zhuǎn)軸與風扇,直流電機的轉(zhuǎn)子,(a) 轉(zhuǎn)子主體,(b) 電樞鋼片,大連理工大學電氣工程系,直流電樞繞組,結(jié)論：整個電樞繞組通過換向片連成一個閉合回路。,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學電氣工

4、程系,直流電樞繞組,電動機,發(fā)電機,兩匝元件,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學電氣工程系,1 2 3 5 6 8 9 11 12,單疊繞組的展開圖, 并聯(lián)支路對數(shù)：a = 2。 電刷的中心線對著磁極的中心線。,n,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學電氣工程系,單疊繞組的展開圖, 電刷的中心線對 著磁極的中心線： 電刷之間的電動 勢最大。 被電刷短接的元 件電動勢為零。 習慣稱 “電刷放在 幾何中心線位置”。,磁極中心線,幾何中心線,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學電氣工程系,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),直流電機的結(jié)構(gòu),電樞,大連理工大學電氣工程系,7.2 直流電機的基本結(jié)

5、構(gòu),電機裝配圖,更多的圖片,大連理工大學電氣工程系,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),直流電機,更多的圖片,大連理工大學電氣工程系,二、勵磁方式,+ Ua ,+ Uf ,他 勵,并 勵,串 勵,復 勵,1. 直流電動機按勵磁方式分類,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學電氣工程系,2. 直流發(fā)電機按勵磁方式分類,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),他 勵,串 勵,復 勵,并 勵,大連理工大學電氣工程系,1. 額定電壓 UN 發(fā)電機的 UN ：指輸出電壓的額定值。 電動機的 UN ：指輸入電壓的額定值。 2. 額定電流 IN 發(fā)電機的 IN ：指輸出電流的額定值。 電動機的 IN ：指輸入電流的額定值。

6、3. 額定功率 PN 發(fā)電機的 PN ：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動機的 PN ：指輸出機械功率的額定值 (UN INN ) 。,三、額定值,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學電氣工程系,4. 額定轉(zhuǎn)速 nN 5. 額定勵磁電壓 UfN 6. 額定勵磁電流 IfN 額定狀態(tài) ： 指 U、I、P、n 均為額定值的狀態(tài)。 滿載狀態(tài) ： 指 I = IN 的狀態(tài)。,7.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學電氣工程系,7.3 直流電機的電樞反應,幾何 中心線,勵磁磁場 （空載磁場）,物理 中心線,電樞磁場,合成磁場 （負載時的磁場）,物理 中心線,電樞反應：,電樞磁通勢對主極磁

7、場的影響。,第7 章 直流電機的基本理論,大連理工大學電氣工程系,電樞反應的影響, 總磁場被扭歪了 幾何中心線與物理中心線分開了, 電刷位置處的元件的 e0，增加換向困難。 一半磁極的磁通增加，一半磁極的磁通減少， 磁路不飽和時，每極磁通不變； 磁路飽和時，,每極磁通減少，e 和T 相應減少。,7.3 直流電機的電樞反應,大連理工大學電氣工程系,7.4 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢,一、電磁轉(zhuǎn)矩 1. 產(chǎn)生 電樞電流 i 磁 場 ,F,T,2. 大小 電磁力： F = B l i 平均磁密：,第7 章 直流電機的基本理論,極距,大連理工大學電氣工程系,7.4 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢,一、電磁

8、轉(zhuǎn)矩 1. 產(chǎn)生 電樞電流 i 磁 場 ,F T,2. 大小 電磁力： F = B l i 平均磁密： 每根導線上電磁力所 形成的電磁轉(zhuǎn)矩： FR,第7 章 直流電機的基本理論,大連理工大學電氣工程系,電樞繞組串聯(lián)總匝數(shù)： N 電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)：2a 總導體數(shù)： 2N 2a = 4aN 電樞的周長： 2R = 2p 電磁轉(zhuǎn)矩： T = 4aN FR,7.4 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢,大連理工大學電氣工程系,2. 大小 T = CT Ia CT 轉(zhuǎn)矩常數(shù)： 3. 方向 由 和 Ia 共同決定。 4. 性質(zhì) 發(fā)電機： 電動機：,T 與 n 方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。 T 與 n 方向相同，為拖動轉(zhuǎn)

9、矩。,7.4 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢,(Nm),大連理工大學電氣工程系,1. 產(chǎn)生 電樞旋轉(zhuǎn) n 磁 場 2. 大小 每個導體：e = B l v 導體切割磁場線的線速度： 電動勢： E = 2N e,二、電動勢,e,e,E,7.4 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢,= 2N B l v,大連理工大學電氣工程系,CT = 9.55 CE,7.4 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動勢,E = CE n CE 電動勢常數(shù)：,(V),3. 方向：由 和 n 共同決定。 4. 性質(zhì) 發(fā)電機為電源電動勢；電動機為反電動勢。,大連理工大學電氣工程系,7.5 直流電動機的運行分析,一、他勵電動機,勵磁電壓 Uf If,

10、電樞電壓 Ua Ia, T,n,1. 電壓平衡方程式 勵磁電路： Uf = Rf If 電樞電路： Ua = E + Ra Ia,第7 章 直流電機的基本理論,E,大連理工大學電氣工程系,穩(wěn)態(tài)電樞電流 Ia 由誰確定？,T = CT Ia ， Ua = E + Ra Ia 例如：負載不變 ( T 不變)，Ua (Ra) 變化時， Ia 變化否（設(shè) 不變）？,Ua (或Ra),瞬間 n 不變 E 不變,Ia ,T , TTL,E ,Ia ,T ,T = TL,Ia不變,結(jié)論：Ia 的大小取決于負載的大小。 當 Ia= IaN 時為滿載，當 IaIaN 時為過載。 規(guī)定短時過載的最大電樞電流： I

11、amax =(1.5 2)IaN =MC IaN,7.5 直流電動機的運行分析,大連理工大學電氣工程系,機械特性,2. 轉(zhuǎn)速,當T 時， n 下降不多 硬特性。 勵磁電路斷電的后果 當 If = 0， =r 很小， n 不能突變，E 很小 T = CTr Ia 仍有一定數(shù)值。,Ia ,(1) 若 T TL,n ,飛車！,(2) T TL,n ,n = 0, 悶車！,7.5 直流電動機的運行分析,大連理工大學電氣工程系,7.5 直流電動機的運行分析,3. 轉(zhuǎn)向,取決于電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向。 T 的方向取決于 和 Ia 的方向。,磁場反向,電樞反向,大連理工大學電氣工程系,二、并勵電動機,并勵與他

12、勵的區(qū)別: 1. 輸入電壓 U = Ua = Uf 2. 輸入電流 I = Ia + If 3. 輸入功率 P1 = UI = UIa + UIf,7.5 直流電動機的運行分析,大連理工大學電氣工程系,【例7.5.1】 某并勵直流電動機，UN = 220 V，IN = 12.5 A，nN = 3 000 r/min ，Rf = 628 ， Ra = 0.41 。求該電機在額定狀態(tài)下運行時的： (1) If ； (2) Ia； (3) E ； (4) T 。 解： (1) 勵磁電流 If,7.5 直流電動機的運行分析,(2) 電樞電流 Ia Ia = IN If = (12.50.35) A =

13、 12.15 A (2) 電動勢 E E = UN Ra Ia = (2200.4112.15) V = 215 V,大連理工大學電氣工程系,CT = 9.55 CE = 0.685 T = CT Ia = 0.68512.15 Nm = 8.32 Nm,(4) 電磁轉(zhuǎn)矩,7.5 直流電動機的運行分析,大連理工大學電氣工程系,三、串勵電動機,7.5 直流電動機的運行分析,1. 電壓 U = Ua + Uf = E + (Ra+ Rf ) I 2. 電流 I = Ia = If,3. 轉(zhuǎn)矩 T = CT Ia (1)當 Ia 較小、磁路未飽和時，,Ia，,T Ia2 。,(2)當 Ia 較大、磁

14、路已飽和時，,常數(shù)，,T Ia 。,大連理工大學電氣工程系,即 T Iam (1m2) 與并勵電動機比較，有如下特點： (1) 對應于相同的T ， Ia 小。 (2) 對應于允許的 Iamax ，能夠產(chǎn)生的 T 大， Tst 和 Tmax 較大。 4. 轉(zhuǎn)速,7.5 直流電動機的運行分析,(1) 當T = 0 時，Ia = If = 0，, =r，,n0 = (5 6) nN。,大連理工大學電氣工程系,(2) 當T 很小時，Ia 很小，,磁路未飽和，,T Ia , , n 迅速下降。,(3) 當T 很大時，Ia 很大，,磁路已飽和，,T Ia , 基本不變, n下降較少。,7.5 直流電動機的

15、運行分析,5. 應用 (1) 特別適用于起重機 和電氣機車等運輸機械。 (2) 不能在輕載或空載下運行。 (3) 不能用皮帶輪傳動。,串勵電動機的機械特性,軟特性,大連理工大學電氣工程系,四、復勵電動機,1. 積復勵、差復勵。 2. 機械特性 (1) 有較大的Tst 。 (2) 可以空載運行。,7.5 直流電動機的運行分析,大連理工大學電氣工程系,7.6 直流電動機的功率和轉(zhuǎn)矩,1. 功率平衡方程式 (1) 輸入功率 P1 P1 = U I (2) 銅損耗 PCu PCu = Ra Ia2Rf If2 (3) 電磁功率 Pe Pe = P1 PCu 推導： U I = U( IaIf ) =

16、UaIaUfIf = ( ERa Ia ) IaRf If2 = E IaRa Ia2Rf If2,第7 章 直流電機的基本理論,Pe = E Ia,一、直流電動機的功率,大連理工大學電氣工程系,7.6 直流電動機的功率和轉(zhuǎn)矩,Pe = E Ia = CE n Ia,= T,功率流程圖,2. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式 空載： T = T0 負載: T = T0 + T2,(4) 空載損耗 P0 P0 = PFePmePad (5) 輸出功率P2 P2 = Pe P0 = T2,大連理工大學電氣工程系,7.6 直流電動機的功率和轉(zhuǎn)矩,(6) 總損耗 Pal = PCu PFePmePad (7) 功率平衡方程式 P1 P2 = Pal (8) 效率,二、直流電動機的轉(zhuǎn)矩 T = T0 TL,大連理工大學電氣工程系,【例7.6.1】 一并勵電動機，UN = 110 V， IN = 12.5 A， nN = 1 500 r/min ，TL= 6.8 Nm，T0 = 0.9 Nm。 求該電機的 P2 、Pe、P1 、Pal 和 。 解：,Pe = P2P0 = (1 067.6143.3) W = 1