电机学(第二章)PPT讲稿.ppt

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1、电机学(第二章)第1页，共197页，编辑于2022年，星期一直流电机的工作原理直流电机的工作原理直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的磁场直流电机的磁场 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性 直流电动机的基本特性直流电动机的基本特性直流电动机的基本特性直流电动机的基本特性 直流电动机的起动与调速直流电动机的起动与调速直流电动机的起动与调速直流电动机的起动与调速本章重点本章重点第2页，共197页，编辑于2022年，星期一什么是直流电机什么是直流电机什么是直流电机什么是直流电机?直流电机的优点直流电机的优点:与

2、直流有关的电机称为直流电机。与直流有关的电机称为直流电机。与直流有关的电机称为直流电机。与直流有关的电机称为直流电机。1.1.具有良好的起动性能具有良好的起动性能具有良好的起动性能具有良好的起动性能.能在宽范围内平滑调速。能在宽范围内平滑调速。能在宽范围内平滑调速。能在宽范围内平滑调速。第3页，共197页，编辑于2022年，星期一直流电机的用途直流电机的用途:.直流电动机广泛用于对调速性能和起动性能直流电动机广泛用于对调速性能和起动性能直流电动机广泛用于对调速性能和起动性能直流电动机广泛用于对调速性能和起动性能要求高的场合要求高的场合要求高的场合要求高的场合 2.2.直流发电机主要用作直流电源

3、，同步发电直流发电机主要用作直流电源，同步发电直流发电机主要用作直流电源，同步发电直流发电机主要用作直流电源，同步发电机的励磁。机的励磁。机的励磁。机的励磁。3.3.控制系统中的伺服电动机，测速发电机等作为控制系统中的伺服电动机，测速发电机等作为控制系统中的伺服电动机，测速发电机等作为控制系统中的伺服电动机，测速发电机等作为测量执行元件测量执行元件测量执行元件测量执行元件本章研究对象：带换向器的直流电机。本章研究对象：带换向器的直流电机。本章研究对象：带换向器的直流电机。本章研究对象：带换向器的直流电机。第4页，共197页，编辑于2022年，星期一2.1 概述概述 2.1.1 直流电机的工作原

4、理直流电机的工作原理一、线圈中感应电势产生的过程一、线圈中感应电势产生的过程一、线圈中感应电势产生的过程一、线圈中感应电势产生的过程1.1.原动机拖动电枢以恒定转原动机拖动电枢以恒定转原动机拖动电枢以恒定转原动机拖动电枢以恒定转速沿反时针方向在磁场中速沿反时针方向在磁场中速沿反时针方向在磁场中速沿反时针方向在磁场中旋转，导体中产生感应电旋转，导体中产生感应电旋转，导体中产生感应电旋转，导体中产生感应电势。势。势。势。第5页，共197页，编辑于2022年，星期一第6页，共197页，编辑于2022年，星期一规定：规定：规定：规定：从电枢进入磁极的磁从电枢进入磁极的磁通方向为正方向通方向为正方向.S

5、 S 极下：极下：极下：极下：B 从电枢进入磁极，从电枢进入磁极，从电枢进入磁极，从电枢进入磁极，B B 为正。为正。为正。为正。N N 极下：极下：极下：极下：B B 从磁极进入电枢，从磁极进入电枢，从磁极进入电枢，从磁极进入电枢，B B 为负。为负。为负。为负。第7页，共197页，编辑于2022年，星期一第8页，共197页，编辑于2022年，星期一线圈中的感应电势是交变的线圈中的感应电势是交变的线圈中的感应电势是交变的线圈中的感应电势是交变的第9页，共197页，编辑于2022年，星期一电刷及换向器的作用电刷及换向器的作用电刷及换向器的作用电刷及换向器的作用第10页，共197页，编辑于202

6、2年，星期一降低电刷端电动势脉动的方法降低电刷端电动势脉动的方法敷设多个线圈敷设多个线圈若每极下均匀分布线圈个数大于若每极下均匀分布线圈个数大于8，则脉动幅，则脉动幅度将小于度将小于1%。第11页，共197页，编辑于2022年，星期一电机的可逆性原理电机的可逆性原理电机的可逆性原理电机的可逆性原理分析直流发电机和直流电动机的能量转换过程分析直流发电机和直流电动机的能量转换过程第12页，共197页，编辑于2022年，星期一从电机的电端口看，电机作发电机或电动机运行的区别从电机的电端口看，电机作发电机或电动机运行的区别从电机的电端口看，电机作发电机或电动机运行的区别从电机的电端口看，电机作发电机或

7、电动机运行的区别就在于电流方向发生了变化，就在于电流方向发生了变化，就在于电流方向发生了变化，就在于电流方向发生了变化，电流自端口正极性端流出时为发电机；电流自端口正极性端流出时为发电机；电流自端口正极性端流入时为电动机。电流自端口正极性端流入时为电动机。电流自端口正极性端流入时为电动机。电流自端口正极性端流入时为电动机。研究电机常用的两个术语：研究电机常用的两个术语：研究电机常用的两个术语：研究电机常用的两个术语：发电机惯例发电机惯例 电动机惯例电动机惯例电动机惯例电动机惯例第13页，共197页，编辑于2022年，星期一2.1.2 直流电机的构造直流电机的构造定子：定子：定子：定子：转子：转

8、子：转子：转子：主磁极主磁极主磁极主磁极换向极换向极换向极换向极电刷装置电刷装置机座机座机座机座电枢铁芯电枢铁芯电枢铁芯电枢铁芯电枢绕组电枢绕组电枢绕组电枢绕组换向器换向器换向器换向器一、综述一、综述一、综述一、综述第14页，共197页，编辑于2022年，星期一端盖：端盖内有轴承，转子在轴承中转，端盖则固定在电端盖：端盖内有轴承，转子在轴承中转，端盖则固定在电端盖：端盖内有轴承，转子在轴承中转，端盖则固定在电端盖：端盖内有轴承，转子在轴承中转，端盖则固定在电机两端，使电机组成一个整体机两端，使电机组成一个整体机两端，使电机组成一个整体机两端，使电机组成一个整体电刷架：电刷固定在端盖上，电刷与换

9、向器相电刷架：电刷固定在端盖上，电刷与换向器相接触。接触。气隙：定、转子之间有气隙，气隙的大小对电机的性能气隙：定、转子之间有气隙，气隙的大小对电机的性能气隙：定、转子之间有气隙，气隙的大小对电机的性能气隙：定、转子之间有气隙，气隙的大小对电机的性能影响很大。影响很大。影响很大。影响很大。第15页，共197页，编辑于2022年，星期一二、分述各部分的功能和特点二、分述各部分的功能和特点1 1、定子、定子、定子、定子（1）主磁极）主磁极由主极铁芯和套在铁芯上的由主极铁芯和套在铁芯上的励磁绕组构成，当励磁绕励磁绕组构成，当励磁绕组中通有直流励磁电流时，组中通有直流励磁电流时，气隙中产生一恒定主磁场

10、，气隙中产生一恒定主磁场，主极铁芯常用主极铁芯常用11.5mm的的低碳钢板叠成。低碳钢板叠成。功用：用来产生主磁场功用：用来产生主磁场功用：用来产生主磁场功用：用来产生主磁场第16页，共197页，编辑于2022年，星期一（2 2）换向极）换向极）换向极）换向极功用：功用：功用：功用：换向极专门用于改善电机换向极专门用于改善电机换向极专门用于改善电机换向极专门用于改善电机换向。换向。换向。换向。换向极由铁心和套在铁心上的绕组换向极由铁心和套在铁心上的绕组换向极由铁心和套在铁心上的绕组换向极由铁心和套在铁心上的绕组构成，采用构成，采用构成，采用构成，采用11.5mm11.5mm厚的钢片厚的钢片厚的

11、钢片厚的钢片叠成，换向极装在两个主极之叠成，换向极装在两个主极之叠成，换向极装在两个主极之叠成，换向极装在两个主极之间。间。间。间。换向极的数目与主极的数目相同。换向极的数目与主极的数目相同。换向极的数目与主极的数目相同。换向极的数目与主极的数目相同。第17页，共197页，编辑于2022年，星期一（3）机座）机座功用：功用：功用：功用：构成电机磁路的一部分；构成电机磁路的一部分；固定主极合换向极；固定主极合换向极；固定主极合换向极；固定主极合换向极；固定电机。固定电机。固定电机。固定电机。用铸钢或薄钢板焊接而成。用铸钢或薄钢板焊接而成。用铸钢或薄钢板焊接而成。用铸钢或薄钢板焊接而成。第18页，

12、共197页，编辑于2022年，星期一2 2、转子、转子、转子、转子（1 1）转子铁芯）转子铁芯）转子铁芯）转子铁芯功用：功用：功用：功用：是磁路的一部分；转子是磁路的一部分；转子是磁路的一部分；转子是磁路的一部分；转子槽中放置绕组槽中放置绕组槽中放置绕组槽中放置绕组电枢旋转时被交变磁化，所以转子铁心中有铁耗。电枢旋转时被交变磁化，所以转子铁心中有铁耗。特点：特点：特点：特点：第19页，共197页，编辑于2022年，星期一（2 2）电枢绕组）电枢绕组）电枢绕组）电枢绕组感应电势，流过电流，产生电感应电势，流过电流，产生电磁力和电磁转矩，是电机能磁力和电磁转矩，是电机能够实现能量转换的核心部件。够

13、实现能量转换的核心部件。功用：功用：功用：功用：由绝缘导线绕成线圈，各线圈以一定的规律焊接在换向由绝缘导线绕成线圈，各线圈以一定的规律焊接在换向由绝缘导线绕成线圈，各线圈以一定的规律焊接在换向由绝缘导线绕成线圈，各线圈以一定的规律焊接在换向片上而连成一个整体。片上而连成一个整体。片上而连成一个整体。片上而连成一个整体。构成：构成：构成：构成：第20页，共197页，编辑于2022年，星期一（3）换向器）换向器把电枢绕组内部的交流电势用把电枢绕组内部的交流电势用机械换接的方法转换为直流机械换接的方法转换为直流电势。电势。换向器由多片彼此绝缘的换向片组换向器由多片彼此绝缘的换向片组换向器由多片彼此绝

14、缘的换向片组换向器由多片彼此绝缘的换向片组成。成。成。成。功用：功用：功用：功用：构成：构成：构成：构成：第21页，共197页，编辑于2022年，星期一2.1.3 直流电机的额定值直流电机的额定值一、什么是额定值？一、什么是额定值？一、什么是额定值？一、什么是额定值？电机生产厂家根据设计和试验数据，确定的电机在电机生产厂家根据设计和试验数据，确定的电机在额定运行工况时的物理量，如电压、电流、功率、额定运行工况时的物理量，如电压、电流、功率、转速等等。转速等等。第22页，共197页，编辑于2022年，星期一二、有哪些额定值？二、有哪些额定值？二、有哪些额定值？二、有哪些额定值？第23页，共197

15、页，编辑于2022年，星期一2.2 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组2.2.1 基本特点基本特点 一、对电枢绕组的要求一、对电枢绕组的要求1.1.产生尽可能大的电动势，并且有良好的波形；产生尽可能大的电动势，并且有良好的波形；产生尽可能大的电动势，并且有良好的波形；产生尽可能大的电动势，并且有良好的波形；2.能通过足够大的电流，以产生并承受所需要的能通过足够大的电流，以产生并承受所需要的电磁力和电磁转矩；电磁力和电磁转矩；3.3.结构简单，连接可靠；结构简单，连接可靠；结构简单，连接可靠；结构简单，连接可靠；第24页，共197页，编辑于2022年，星期一4.4.便于维护和检修；便于维护和检

16、修；便于维护和检修；便于维护和检修；5.对直流电机，应有良好的换向。对直流电机，应有良好的换向。第25页，共197页，编辑于2022年，星期一二、绕组的型式二、绕组的型式根据绕组连接方式的不同，直流电机电枢绕组分为三根据绕组连接方式的不同，直流电机电枢绕组分为三种类型：种类型：1.1.叠绕组，又分单叠和复叠绕组；叠绕组，又分单叠和复叠绕组；叠绕组，又分单叠和复叠绕组；叠绕组，又分单叠和复叠绕组；2.波绕组，又分为单波和复波绕组；波绕组，又分为单波和复波绕组；3.3.蛙绕组，既叠绕组和波绕组混合的绕组。蛙绕组，既叠绕组和波绕组混合的绕组。蛙绕组，既叠绕组和波绕组混合的绕组。蛙绕组，既叠绕组和波绕

17、组混合的绕组。第26页，共197页，编辑于2022年，星期一三、元件的形状与放置三、元件的形状与放置三、元件的形状与放置三、元件的形状与放置1.直流电枢绕组的构成直流电枢绕组的构成电枢绕组是由结构形状相同的绕组元件（简称元件）电枢绕组是由结构形状相同的绕组元件（简称元件）构成。构成。2.2.什么是元件？什么是元件？什么是元件？什么是元件？指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。第27页，共197页，编辑于2022年，星期一元件边元件边元件边元件边:端接端接:每

18、个元件两个放在槽中切割磁力线感应电动势的每个元件两个放在槽中切割磁力线感应电动势的有效边有效边槽外部分只作连接引线槽外部分只作连接引线第28页，共197页，编辑于2022年，星期一绕组元件在电枢表面槽中的放置绕组元件在电枢表面槽中的放置绕组元件在电枢表面槽中的放置绕组元件在电枢表面槽中的放置:为了便于绕组元件在电为了便于绕组元件在电为了便于绕组元件在电为了便于绕组元件在电枢表面槽中的嵌放，枢表面槽中的嵌放，枢表面槽中的嵌放，枢表面槽中的嵌放，每个元件的一个元件每个元件的一个元件每个元件的一个元件每个元件的一个元件边放在某一槽的上层边放在某一槽的上层边放在某一槽的上层边放在某一槽的上层另一个元件

19、边则放在另一个元件边则放在另一个元件边则放在另一个元件边则放在另一个槽的下层。另一个槽的下层。另一个槽的下层。另一个槽的下层。第29页，共197页，编辑于2022年，星期一四、布线（下线）常用的几个名词四、布线（下线）常用的几个名词电枢绕组的特点常用虚槽数、元件数、换向片数及各种节电枢绕组的特点常用虚槽数、元件数、换向片数及各种节电枢绕组的特点常用虚槽数、元件数、换向片数及各种节电枢绕组的特点常用虚槽数、元件数、换向片数及各种节距来表征。距来表征。距来表征。距来表征。1.1.虚槽数虚槽数虚槽数虚槽数第30页，共197页，编辑于2022年，星期一2.虚槽数虚槽数 Zi i、元件数、元件数 S S

20、、换向片数、换向片数、换向片数、换向片数 K K之间的关系之间的关系因因为为每每个个元元件件有有两两个个元元件件边边，而而每每一一片片换换向向片片同同时时接接有有一一个个元元件件的的上上层层边边和和另另一一个个元元件件的的下下层层边边，所所以以元元件件数数一一定定与与换换向向片片数数相相等等，又又由由于于每每个个虚虚槽槽也也包包含含上上、下下层层两两个个元元件件边边，即即虚虚槽槽数数也也与与元元件件数数相相等等。所以所以第31页，共197页，编辑于2022年，星期一 3.第一节距第一节距 y1 1每个元件的两个有效边在电枢表面的跨距，用虚槽每个元件的两个有效边在电枢表面的跨距，用虚槽数表示。数

21、表示。第32页，共197页，编辑于2022年，星期一第33页，共197页，编辑于2022年，星期一第34页，共197页，编辑于2022年，星期一4.第二节距第二节距 y y2定义与同一个换向片相连接的两个定义与同一个换向片相连接的两个定义与同一个换向片相连接的两个定义与同一个换向片相连接的两个元件中，第一个元件的下元件边元件中，第一个元件的下元件边元件中，第一个元件的下元件边元件中，第一个元件的下元件边到第二个元件的上元件边在电枢到第二个元件的上元件边在电枢到第二个元件的上元件边在电枢到第二个元件的上元件边在电枢表面的跨距，也用虚槽数表示。表面的跨距，也用虚槽数表示。表面的跨距，也用虚槽数表示

22、。表面的跨距，也用虚槽数表示。第35页，共197页，编辑于2022年，星期一5.5.合成节距合成节距合成节距合成节距 y y相相相相串串串串联联联联的的的的两两两两个个个个元元元元件件件件的的的的对对对对应应应应边边边边在在在在电电电电枢枢枢枢表表表表面面面面的的的的跨跨跨跨距距距距，用虚槽数表示。用虚槽数表示。用虚槽数表示。用虚槽数表示。第36页，共197页，编辑于2022年，星期一6.换向器节距换向器节距 yKK每每一一个个元元件件两两端端所所接接两两片片换换向向片片之之间间在在换换向向器器表表面面所所跨跨过过的的距距离离称称换换向向器器节节距距，用用换换向器数表示。向器数表示。第37页，

23、共197页，编辑于2022年，星期一2.2.2 单叠绕组单叠绕组一、什么是单叠绕组？一、什么是单叠绕组？一、什么是单叠绕组？一、什么是单叠绕组？第38页，共197页，编辑于2022年，星期一第39页，共197页，编辑于2022年，星期一二、单叠绕组绕制二、单叠绕组绕制二、单叠绕组绕制二、单叠绕组绕制1 1、节距计算、节距计算、节距计算、节距计算第40页，共197页，编辑于2022年，星期一2、绕组连接表、绕组连接表规规规规定定定定元元元元件件件件编编编编号号号号与与与与槽槽槽槽编编编编号号号号相相相相同同同同，上上上上元元元元件件件件边边边边直直直直接接接接用用用用槽槽槽槽编编编编号号号号表表

24、表表示示示示，下下下下元元元元件件件件边边边边用用用用所所所所在在在在槽槽槽槽编编编编号号号号加加加加“”以以以以示示示示区区区区别别别别。上上上上元元元元件件件件边边边边与与与与下下下下元元元元件件件件边边边边之之之之间间间间用用用用实实实实线线线线连连连连接接接接，两两两两元元元元件件件件通通通通过过过过换换换换向向向向器器器器串联用虚线表示，绕组连接关系为：串联用虚线表示，绕组连接关系为：串联用虚线表示，绕组连接关系为：串联用虚线表示，绕组连接关系为：第41页，共197页，编辑于2022年，星期一3 3、绕组展开图、绕组展开图、绕组展开图、绕组展开图假设从假设从假设从假设从1 1号与号与

25、号与号与1616号槽中间的齿切开并展成一平面号槽中间的齿切开并展成一平面号槽中间的齿切开并展成一平面号槽中间的齿切开并展成一平面第42页，共197页，编辑于2022年，星期一(1)(1)、磁极在绕组上方均匀安放；、磁极在绕组上方均匀安放；、磁极在绕组上方均匀安放；、磁极在绕组上方均匀安放；(2)(2)、箭头为电枢旋转方向；、箭头为电枢旋转方向；、箭头为电枢旋转方向；、箭头为电枢旋转方向；(3)、对对称称绕绕组组，元元件件轴轴线线应应与与所所接接的的两两片片换换向向片片的中心线重合；的中心线重合；(4)(4)、换换换换向向向向器器器器的的的的大大大大小小小小与与与与槽槽槽槽距距距距一一一一致致致

26、致，编编编编号号号号与与与与元元元元件件件件编编编编号号号号相相相相同；同；同；同；第43页，共197页，编辑于2022年，星期一第44页，共197页，编辑于2022年，星期一电刷的放置原则：电刷的放置原则：电刷的放置原则：电刷的放置原则：确确确确保保保保空空空空载载载载时时时时通通通通过过过过正正正正负负负负电电电电刷刷刷刷引引引引出出出出的的的的电电电电动动动动势势势势最最最最大大大大，或或或或者者者者说说说说被被被被电刷短路的元件的电动势为电刷短路的元件的电动势为电刷短路的元件的电动势为电刷短路的元件的电动势为0 0或最小。或最小。或最小。或最小。只只只只有有有有元元元元件件件件的的的的

27、轴轴轴轴线线线线与与与与主主主主极极极极轴轴轴轴线线线线重重重重合合合合时时时时，元元元元件件件件中中中中的的的的电电电电动动动动势势势势为为为为0 0，此此此此时时时时元元元元件件件件所所所所接接接接的的的的两两两两片片片片换换换换向向向向片片片片的的的的中中中中心心心心线线线线称称称称为为为为此此此此时换向器上的几何中性线。时换向器上的几何中性线。时换向器上的几何中性线。时换向器上的几何中性线。电刷应固定安放在换向片的几何中性线上。电刷应固定安放在换向片的几何中性线上。电刷应固定安放在换向片的几何中性线上。电刷应固定安放在换向片的几何中性线上。对称时，元件、主极、换向器中性线三线合一。对称

28、时，元件、主极、换向器中性线三线合一。对称时，元件、主极、换向器中性线三线合一。对称时，元件、主极、换向器中性线三线合一。第45页，共197页，编辑于2022年，星期一二、单叠绕组电路图二、单叠绕组电路图为为进进一一步步说说明明元元件件的的串串联联次次序序及及其其电电势势分分布布情情况况，画画出出绕绕组组的的电电路路图图如如右右图所示图所示.并联支路数等于主极数，并联支路数等于主极数，并联支路数等于主极数，并联支路数等于主极数，2 2a a=2=2p p第46页，共197页，编辑于2022年，星期一结论：结论：结论：结论：（1 1）闭和回路的总电势为）闭和回路的总电势为）闭和回路的总电势为）闭

29、和回路的总电势为0 0，故电枢绕组内不产生环流；，故电枢绕组内不产生环流；，故电枢绕组内不产生环流；，故电枢绕组内不产生环流；（2 2）并联支路数恒等于主极数；）并联支路数恒等于主极数；）并联支路数恒等于主极数；）并联支路数恒等于主极数；（3）电刷组数）电刷组数=主极数主极数（4 4）电电电电刷刷刷刷放放放放在在在在换换换换向向向向器器器器的的的的几几几几何何何何中中中中性性性性线线线线上上上上，在在在在正正正正、负负负负电电电电刷刷刷刷间间间间可获得最大支路电势，换向性能良好，不产生火花。可获得最大支路电势，换向性能良好，不产生火花。可获得最大支路电势，换向性能良好，不产生火花。可获得最大支

30、路电势，换向性能良好，不产生火花。第47页，共197页，编辑于2022年，星期一2.2.2 单波绕组单波绕组第48页，共197页，编辑于2022年，星期一单单单单叠叠叠叠绕绕绕绕组组组组是是是是把把把把一一一一个个个个主主主主极极极极下下下下的的的的元元元元件件件件串串串串联联联联成成成成一一一一条条条条支支支支路路路路，以以以以保保保保证证证证串串串串联联联联元元元元件件件件中中中中的的的的电电电电动动动动势势势势同同同同方方方方向向向向，根根根根据据据据此此此此思思思思路路路路，当当当当然然然然可可可可以以以以设设设设想想想想把把把把电电电电枢枢枢枢所所所所有有有有处处处处在在在在相相相相

31、同同同同极极极极性性性性下下下下的的的的元元元元件件件件串串串串联联联联起起起起来来来来构构构构成成成成一一一一条条条条支支支支路路路路，此此此此时时时时，相相相相邻邻邻邻两两两两串串串串联联联联元元元元件件件件对对对对应应应应的的的的距距距距离离离离约约约约为为为为两两两两个个个个极极极极距距距距，从而形成波浪形构形，称为波绕组从而形成波浪形构形，称为波绕组从而形成波浪形构形，称为波绕组从而形成波浪形构形，称为波绕组第49页，共197页，编辑于2022年，星期一单波绕组电路图单波绕组电路图单波绕组电路图单波绕组电路图第50页，共197页，编辑于2022年，星期一单波绕组的并联支路数单波绕组的

32、并联支路数单波绕组的并联支路数单波绕组的并联支路数注注意意：在在元元件件数数相相同同的的情情况况下下，波波绕绕组组每每条条支支路路的的串串联联元元件件数数就就可可能能比比叠叠绕绕组组多多，支支路路电电压压也也会比较高。会比较高。波绕组增加并联支路数的方法是采用复波绕组波绕组增加并联支路数的方法是采用复波绕组波绕组增加并联支路数的方法是采用复波绕组波绕组增加并联支路数的方法是采用复波绕组第51页，共197页，编辑于2022年，星期一2.3 直流电机的磁场直流电机的磁场磁磁磁磁场场场场是是是是电电电电机机机机实实实实现现现现机机机机电电电电能能能能量量量量转转转转换换换换的的的的媒媒媒媒介介介介，

33、直直直直流流流流电电电电机机机机中产生磁场的方式有两种：中产生磁场的方式有两种：中产生磁场的方式有两种：中产生磁场的方式有两种：一一一一种种种种是是是是永永永永久久久久磁磁磁磁铁铁铁铁磁磁磁磁场场场场，只只只只在在在在一一一一些些些些比比比比较较较较特特特特殊殊殊殊的的的的微微微微电电电电机中采用；机中采用；机中采用；机中采用；另另一一种种是是电电电电磁磁磁磁铁铁铁铁磁磁磁磁场场场场，是是是是由由由由套套套套在在在在主主主主极极极极铁铁铁铁心心心心上上上上的的的的励励励励磁磁磁磁绕绕绕绕组组组组通通通通入入入入直直直直流流流流电电电电流流流流产产产产生生生生的的的的，称称称称为为为为励励励励磁

34、磁磁磁磁磁磁磁场场场场，一般电机都采用这种励磁方式。一般电机都采用这种励磁方式。一般电机都采用这种励磁方式。一般电机都采用这种励磁方式。第52页，共197页，编辑于2022年，星期一2.3.1 直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式一、什么是励磁方式？一、什么是励磁方式？一、什么是励磁方式？一、什么是励磁方式？指供给励磁绕组励磁电流的方式。指供给励磁绕组励磁电流的方式。指供给励磁绕组励磁电流的方式。指供给励磁绕组励磁电流的方式。不不不不同同同同的的的的励励励励磁磁磁磁方方方方式式式式，电电电电机机机机的的的的性性性性能能能能不不不不一一一一样样样样，可可可可满满满满足足足足不不不不同同同同形式的

35、负载。形式的负载。形式的负载。形式的负载。第53页，共197页，编辑于2022年，星期一二、直流电机按励磁方式分类二、直流电机按励磁方式分类二、直流电机按励磁方式分类二、直流电机按励磁方式分类 他励直流电机；他励直流电机；他励直流电机；他励直流电机；并励直流电机；并励直流电机；并励直流电机；并励直流电机；串励直流电机；串励直流电机；串励直流电机；串励直流电机；复励直流电机。复励直流电机。复励直流电机。复励直流电机。第54页，共197页，编辑于2022年，星期一1.他励直流电机他励直流电机励磁绕组由其它直流电源单独供电。励磁绕组由其它直流电源单独供电。励磁绕组由其它直流电源单独供电。励磁绕组由其

36、它直流电源单独供电。第55页，共197页，编辑于2022年，星期一2.2.并励直流电机并励直流电机并励直流电机并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组并联，电枢电压即为励磁电压。励磁绕组与电枢绕组并联，电枢电压即为励磁电压。励磁绕组与电枢绕组并联，电枢电压即为励磁电压。励磁绕组与电枢绕组并联，电枢电压即为励磁电压。第56页，共197页，编辑于2022年，星期一3.3.串励直流电机串励直流电机串励直流电机串励直流电机 励励磁磁绕绕组组与与电电枢枢绕绕组组串串联联，电电枢枢电电流流即即为为励励磁磁电电流。流。第57页，共197页，编辑于2022年，星期一4.4.复励直流电机复励直流电机复励直流电机复励直流

37、电机励励励励磁磁磁磁绕绕绕绕组组组组分分分分成成成成两两两两部部部部分分分分，一一一一部部部部分分分分与与与与电电电电枢枢枢枢绕绕绕绕组组组组串串串串联联联联，另另另另一一一一部部部部分与电枢绕组并联。分与电枢绕组并联。分与电枢绕组并联。分与电枢绕组并联。串串励励和和并并励励两两部部分分绕绕组组的的磁磁势势可可以以相相加加可可以以相相减减，前前者称为积复励，后者成为差复励。者称为积复励，后者成为差复励。（a）短复励）短复励（b b）长复励）长复励）长复励）长复励第58页，共197页，编辑于2022年，星期一2.3.2 直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场 一、什么是空载磁场？一、什么是空载磁场

38、？一、什么是空载磁场？一、什么是空载磁场？第59页，共197页，编辑于2022年，星期一二、磁通与磁动势二、磁通与磁动势二、磁通与磁动势二、磁通与磁动势1.1.磁通磁通磁通磁通主磁通主磁通漏磁通漏磁通磁通分两部分：磁通分两部分：磁通分两部分：磁通分两部分：第60页，共197页，编辑于2022年，星期一第61页，共197页，编辑于2022年，星期一第62页，共197页，编辑于2022年，星期一3.五段式主磁路结构五段式主磁路结构电电机机中中的的磁磁回回路路数数目目等等于于主主极极数数目目，每每个个磁磁回回路路由五个部分组成由五个部分组成第63页，共197页，编辑于2022年，星期一三、主磁场分布

39、三、主磁场分布假设：假设：假设：假设：（1 1）电枢表面是光滑的）电枢表面是光滑的）电枢表面是光滑的）电枢表面是光滑的（2）极弧下气隙均匀）极弧下气隙均匀磁密为一平顶波磁密为一平顶波磁密为一平顶波磁密为一平顶波第64页，共197页，编辑于2022年，星期一四、磁化曲线四、磁化曲线四、磁化曲线四、磁化曲线第65页，共197页，编辑于2022年，星期一1.1.气隙线气隙线气隙线气隙线第66页，共197页，编辑于2022年，星期一2.2.饱和系数饱和系数饱和系数饱和系数电电电电机机机机额额额额定定定定转转转转速速速速下下下下空空空空载载载载运运运运行行行行时时时时产产产产生生生生额额额额定定定定电电

40、电电枢枢枢枢电电电电压压压压所所所所需需需需的的的的磁磁磁磁动动动动势势势势与与与与同同同同一一一一磁磁磁磁通通通通下下下下气气气气隙隙隙隙线线线线上上上上磁磁磁磁动动动动势势势势的的的的比值比值比值比值电机的额定工作点一般设计在电机的额定工作点一般设计在电机的额定工作点一般设计在电机的额定工作点一般设计在“膝点（膝点（膝点（膝点（c c点）点）点）点）”附近。附近。附近。附近。第67页，共197页，编辑于2022年，星期一注意：注意：由于：由于：由于：由于：磁化曲线还可以表示为：磁化曲线还可以表示为：磁化曲线还可以表示为：磁化曲线还可以表示为：第68页，共197页，编辑于2022年，星期一2

41、.3.3 直流电机的电枢磁场直流电机的电枢磁场第69页，共197页，编辑于2022年，星期一2.2.电流分布电流分布电流分布电流分布电电机机作作为为电电动动机机运运行行时时，导导体体中中的电流分布如图所示：的电流分布如图所示：第70页，共197页，编辑于2022年，星期一3.3.磁力线分布磁力线分布磁力线分布磁力线分布电电电电枢枢枢枢磁磁磁磁势势势势的的的的轴轴轴轴线线线线与与与与电电电电刷刷刷刷轴轴轴轴线线线线重重重重合合合合，也也也也在在在在电电电电枢枢枢枢几几几几何何何何中中中中性性性性线线线线上上上上，与与与与主主主主极轴正交。极轴正交。极轴正交。极轴正交。第71页，共197页，编辑于

42、2022年，星期一4.4.电枢磁势的大小与波形电枢磁势的大小与波形电枢磁势的大小与波形电枢磁势的大小与波形F Fa a(x x)分分分分析析析析方方方方法法法法：沿沿沿沿左左左左侧侧侧侧几几几几何何何何中中中中性性性性线线线线将将将将电电电电枢枢枢枢切切切切开开开开展展展展成成成成一一一一条条条条直直直直线线线线第72页，共197页，编辑于2022年，星期一（1 1）电枢磁势的大小电枢磁势的大小电枢磁势的大小电枢磁势的大小第73页，共197页，编辑于2022年，星期一（2 2）电枢磁势的波形电枢磁势的波形电枢磁势的波形电枢磁势的波形第74页，共197页，编辑于2022年，星期一第75页，共19

43、7页，编辑于2022年，星期一5.5.磁密波形：磁密波形：磁密波形：磁密波形：第76页，共197页，编辑于2022年，星期一二、电刷偏离几何中性线二、电刷偏离几何中性线由于装配等原因，电刷很难正好在几何中性线上，由于装配等原因，电刷很难正好在几何中性线上，由于装配等原因，电刷很难正好在几何中性线上，由于装配等原因，电刷很难正好在几何中性线上，第77页，共197页，编辑于2022年，星期一1.1.交轴电枢磁动势交轴电枢磁动势交轴电枢磁动势交轴电枢磁动势Faqaq第78页，共197页，编辑于2022年，星期一交轴磁动势波形如图曲线交轴磁动势波形如图曲线交轴磁动势波形如图曲线交轴磁动势波形如图曲线2

44、 2第79页，共197页，编辑于2022年，星期一1.1.直轴电枢磁动势直轴电枢磁动势直轴电枢磁动势直轴电枢磁动势F Fadad第80页，共197页，编辑于2022年，星期一交直轴合成磁动势波形如图曲线交直轴合成磁动势波形如图曲线交直轴合成磁动势波形如图曲线交直轴合成磁动势波形如图曲线1 1 曲线曲线曲线曲线1=1=曲线曲线曲线曲线2+2+曲线曲线曲线曲线3 3直轴磁动势波形如图曲线直轴磁动势波形如图曲线直轴磁动势波形如图曲线直轴磁动势波形如图曲线3 3第81页，共197页，编辑于2022年，星期一2.3.4 电枢反应电枢反应电电机机中中，主主磁磁场场和和电电枢枢磁磁场场共共同同存存在在和和存

45、存在在，我我们们把把电枢磁场对励磁磁场的作用称为电枢反应。电枢磁场对励磁磁场的作用称为电枢反应。1 1、交轴电枢反应、交轴电枢反应、交轴电枢反应、交轴电枢反应2 2、直轴电枢反应、直轴电枢反应、直轴电枢反应、直轴电枢反应第82页，共197页，编辑于2022年，星期一1 1、交轴电枢反应、交轴电枢反应、交轴电枢反应、交轴电枢反应电电刷刷在在几几何何中中性性线线时时，电电枢枢磁磁场场只只有有交交轴轴分分量量，电电机磁场由励磁磁动势和交轴磁动势共同建立。机磁场由励磁磁动势和交轴磁动势共同建立。第83页，共197页，编辑于2022年，星期一交轴电枢反应对气隙磁场的影响交轴电枢反应对气隙磁场的影响交轴电

46、枢反应对气隙磁场的影响交轴电枢反应对气隙磁场的影响（1 1）使使使使物物物物理理理理中中中中性性性性线线线线偏偏偏偏离离离离几几几几何何何何中中中中性性性性线线线线一一一一个个个个角角角角度度度度，对对对对发发发发电机偏移为顺电枢转向；对电动机则是逆电枢转向。电机偏移为顺电枢转向；对电动机则是逆电枢转向。电机偏移为顺电枢转向；对电动机则是逆电枢转向。电机偏移为顺电枢转向；对电动机则是逆电枢转向。（2 2）不计饱和，每个主极下总磁通不变。）不计饱和，每个主极下总磁通不变。）不计饱和，每个主极下总磁通不变。）不计饱和，每个主极下总磁通不变。（3 3）考虑饱和，总磁通下降。）考虑饱和，总磁通下降。）

47、考虑饱和，总磁通下降。）考虑饱和，总磁通下降。第84页，共197页，编辑于2022年，星期一 2 2、直轴电枢反应、直轴电枢反应、直轴电枢反应、直轴电枢反应第85页，共197页，编辑于2022年，星期一考考虑虑饱饱和和，可可把把每每极极Fadad和和和和F F0 0叠叠叠叠加加加加后后后后通通通通过过过过磁磁磁磁化化化化曲曲曲曲线线线线确确确确定定定定。第86页，共197页，编辑于2022年，星期一2.3.5 感应电动势和电磁转矩感应电动势和电磁转矩一、感应电动势一、感应电动势无无无无论论论论是是是是迭迭迭迭绕绕绕绕组组组组还还还还是是是是波波波波绕绕绕绕组组组组，经经经经正正正正、负负负负电

48、电电电刷刷刷刷引引引引出出出出的的的的都都都都是是是是支支支支路路路路中各串联元件感应电动势的代数和。中各串联元件感应电动势的代数和。中各串联元件感应电动势的代数和。中各串联元件感应电动势的代数和。假设假设假设假设（1）绕组为整距；）绕组为整距；（2）电刷在几何中性线上）电刷在几何中性线上 。第87页，共197页，编辑于2022年，星期一先求一根导体中的感应电势：先求一根导体中的感应电势：先求一根导体中的感应电势：先求一根导体中的感应电势：第88页，共197页，编辑于2022年，星期一第89页，共197页，编辑于2022年，星期一第90页，共197页，编辑于2022年，星期一第91页，共197

49、页，编辑于2022年，星期一二、电磁转矩二、电磁转矩二、电磁转矩二、电磁转矩所有电枢导体所受力矩之和称为电磁转矩所有电枢导体所受力矩之和称为电磁转矩所有电枢导体所受力矩之和称为电磁转矩所有电枢导体所受力矩之和称为电磁转矩第92页，共197页，编辑于2022年，星期一第93页，共197页，编辑于2022年，星期一第94页，共197页，编辑于2022年，星期一三、电动势常数与转矩常数的关系三、电动势常数与转矩常数的关系三、电动势常数与转矩常数的关系三、电动势常数与转矩常数的关系第95页，共197页，编辑于2022年，星期一2.4 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性2.4.1基本方程基本方程电

50、机的基本方程即电机稳态运行时内部物理过电机的基本方程即电机稳态运行时内部物理过电机的基本方程即电机稳态运行时内部物理过电机的基本方程即电机稳态运行时内部物理过 程的数学描述。因为电机内部存在着机、电、程的数学描述。因为电机内部存在着机、电、程的数学描述。因为电机内部存在着机、电、程的数学描述。因为电机内部存在着机、电、磁耦合关系，稳态运行时必须满足机械方面和磁耦合关系，稳态运行时必须满足机械方面和 电磁方面的平衡要求，因此，电机的基本方程电磁方面的平衡要求，因此，电机的基本方程电磁方面的平衡要求，因此，电机的基本方程电磁方面的平衡要求，因此，电机的基本方程 将包括将包括将包括将包括电动势平衡方