第二章 直流电机(新)

第⼆章直流电机实验第⼆章直流电机实验2-1 认识实验⼀、实验⽬的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

2、认识在直流电机实验中所⽤的电机、仪表、变阻器等组件及使⽤⽅法。

3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励⽅式)的接线、起动、改变电机转向与调速的⽅法。

⼆、预习要点1、如何正确选择使⽤仪器仪表。

特别是电压表电流表的量程。

2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产⽣什么严重后果?3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调⾄什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产⽣什么严重后果?4、直流电动机调速及改变转向的⽅法。

三、实验项⽬1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正直流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使⽤⽅法。

2、⽤伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。

3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。

四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序12、控制屏上挂件排列顺序D31、D42、D51、D31、D44五、实验说明及操作步骤1、由实验指导⼈员介绍DDSZ-1型电机及电⽓技术实验装置各⾯板布置及使⽤⽅法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。

2、⽤伏安法测电枢的直流电阻图2-1 测电枢绕组直流电阻接线图（1）按图2-1接线，电阻R ⽤D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调⾄最⼤。

A 表选⽤D31上的直流安培表。

开关S 选⽤D51挂箱上的双⼑双掷开关。

（2）经检查⽆误后接通电枢电源，并调⾄220V 。

调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太⼤，可能由于剩磁的作⽤使电机旋转，测量⽆法进⾏；如果此时电流太⼩，可能由于接触电阻产⽣较⼤的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。

将电机转⼦分别旋转三分之⼀和三分之⼆周，同样测取U 、I 三组数据列于表2-1中。

（3）增⼤R 使电流分别达到0.15A 和0.1A ，⽤同样⽅法测取六组数据列于表2-1中。

第二章直流电机内容提要一、直流电机的工作原理1、皮—萨电磁定律f=其方向用左手定则确定。

Bil2、直流电机电枢绕组内电流是交变的，直流电机具有可逆性。

二、直流电机的绕组1、绕组的基本形式：单迭绕组和单波绕组。

2、单迭绕组的特点a=a为支路对数，p为磁极对数。

p3、单波绕组的特点=a a为支路对数，即单波绕组的支路对数与磁极对数无关，总等于1。

1三、直流电机的励磁方式1、直流电机的励磁方式：分为他励、并励、串励和复励。

2、他励直流电机他励直流电机是一种励磁绕组与电枢绕组无联结关系，而由其它直流电源对励磁绕组供电的直流电机，励磁电流与电枢电流无关。

3、串励直流电机串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联，电机的电枢电流与励磁电流相等。

4、并励直流电机并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组上所加的电压就是电枢两端的电压。

5、复励直流电机复励直流电机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢电路并联(称为并励绕组)，然后再和另一个励磁绕组串联(称为串励绕组)。

也可以一个励磁绕组与电枢绕组串联后，再和另一个励磁绕组并联。

四、直流电机的磁场和电枢反应1、直流电机的主磁路分为五段：定子、转子之间的气隙；电枢齿；电枢磁轭；主磁路和定子磁轭。

2、直流电机的空载磁场空载时，气隙磁场仅由主磁极上的励磁磁动势建立。

电机磁路中磁通数值不大时，磁动势随磁通成正比例地增加；当磁通达到一定数值后，磁动势的增加比磁通增加得快，磁化曲线呈饱和特性。

3、直流电机负载时的磁场及电枢反应(1)负载时气隙磁场发生了畸变；(2)呈去磁作用；五、并励直流电动机的基本方程感应电动势 n C E e a ϕ=电磁转矩 a T em I C T ϕ=转矩方程 02T T T em +=电动势平衡方程 a a a R I E U +=功率平衡方程 N N N N I U P η= n T T I E p em em a a em 602π=Ω== N Fe c m ec Cuf Cua P p p p p p P +++++=1六、直流电动机的工作特性1、并励直流电动机的工作特性(1)转速特性 当fN f N I I U U ==,时，()a I f n =的关系曲线。

教案—电刷装置；3—机座；4—主磁极；5—换向极；—电枢绕组；9—电枢铁心定子部分：直流电机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。

别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方向。

由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，变为电枢线圈中的交变电流，这种将直流电流变为交变电流的作用称之为逆变。

由于电枢线圈所处的磁极也是同时交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。

这就是直流电动机的基本工作原理。

同时可以看到，一旦电枢旋转，电枢导体就会切割磁力线，产生运动电势。

在图1.1(a)所示时刻，可以判断出ab导体中的运动电势由b指向a，而此时的导体电流由a指向b，因此直流电动机导体中的电流和电势方向相反。

图1.1 直流电动机的基本工作原理实际的直流电动机，电枢圆周上均匀地嵌放许多线圈，相应地换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生总的电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转速也比较均匀。

根据上述原理，可以看出直流电动机有如下特点：（1）直流电动机将输入电功率转换成机械功率输出；（2）电磁转矩起驱动作用；（3）利用换向器和电刷，直流电动机将输入的直流电流逆变成导体中的交变电流；（4）直流电动机导体中的电流与运动电势方向相反。

3、直流电铭牌数据及主要系列-51的直流电机是一台机座号为 5、电枢铁心为短铁心的第2次改型设计的型号为Z2直流电机。

机座号表示直流电机电枢铁心外直径的大小，共有1-9个机座号，机座号数越大，直径越大。

枢铁心长度分为短铁心和长铁心两种，1表示短铁心，2表示长铁心。

铭牌数据（1）额定功率；（2）额定电压；（3）额定电流；（4）额定转速；（5）励磁方式和额定励磁电流。

直流发电机的额定功率应为(a) 单叠绕组 (b)单波绕组2．单叠绕组的联接方法和特点下面通过一个实例来说明。

设一台直流发电机2P=4，Z = S = K = 16，联接成单叠右行绕组。

第二章 直流电机的电力拖动2-1 一台他励直流电动机的额定数据为： N P =54 kW ，N U =220 V ，N I =270 A ， N n =1150 r /min 。

估算额定运行时的aN E ，再计算N e C Φ、N T 、0n ，最后画出固有机械特性。

解： 估算额定运行时的 V 20922095.095.0=⨯==N aN U Emin)/r /(V 182.01150209===ΦN aN N e n E C N.m 29.469270182.055.955.9=⨯⨯=Φ=Φ=N N e N N T N I C I C Tr/min 1209182.02200==Φ=N e N C U n 在n -T 直角坐标系中过点A （1209，0）和点B （1150，469.29）作直线，该直线就是他励直流电动机的固有机械特性，如题2-1图所示。

2-2 一台他励直流电动机的额定数据为：N P =7.5 kW ，N U = 220 V ，N I =40 A ，N n =1 000 r /min ，a R =0.5 Ω。

拖动L T =0. 5N T 恒转矩负载运行时电动机的转速及电枢电流是多大?解： V 200405.0220=⨯-=-=Φ=N a N N N e aN I R U n C En /(r/min)1209 1150 T/N.m469.29 题2-1图1V/r.min 2.01000200-===ΦN aN N e n E C r/min 11002.02200==Φ=N e N C U n 由a N T I C T Φ=可知，当L T =0.5N T 时，A 20405.05.0=⨯==N a I Ir/min 10505011002.0205.0110000=-=⨯-=Φ-=∆-=a N e a I C R n n n n2-3 写出题2-3图所示各种情况下系统的运动方程，并说明系统的运行状态。

第二章 直流电机 2．1 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流，“换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。

2．2 试判断下列情况下，电刷两端电压性质 （1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转； （2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。

(1)交流 ∵电刷与电枢间相对静止，∴电刷两端的电压性质与电枢的相同。

（2）直流 电刷与磁极相对静止，∴电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 ∴是直流。

2．3 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？ 直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到N 极下，还是S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩 2．4 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？有7个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记2．5 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，∴线圈太多，无处嵌放。

2．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。

漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换，δΦ与饱和系数有关。

2．7 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？磁化曲线：00()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 励磁磁动势设计在低于“膝点”，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是0Φ（根据E 和m T 公式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。

第二章直流电机2.1直流电机的基本工作原理及结构一、基本工作原理（一）直流电机的构成（1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；（2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴（3）气隙**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。

1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；（1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势（2）特点：e=BLV；a、电枢绕组中电动势是交流电动势b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向）2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；（1）原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来（2）特点：f=BiLa、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩的方向不变。

c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n同向）**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。

3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成（二）直流电机的基本结构1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚3.电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）4.电枢绕组——电路。

电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路）换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料）电刷装置a、电刷——石墨或金属石墨b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨）5.换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电枢绕组串联）（三）励磁方式1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；2.分类：以直流发电机为例分为：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）他励：激磁电流较稳定；并励：激磁电流随电枢端电压而变；串励：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复励：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。

电机及电力拖动课程《教案》第一章：电机的基本概念1.1 电机的定义与分类1.2 电机的工作原理1.3 电机的性能参数1.4 电机的优缺点分析第二章：直流电机2.1 直流电机的基本结构2.2 直流电机的工作原理2.3 直流电机的特性2.4 直流电机的应用实例第三章：交流电机3.1 交流电机的基本结构3.2 交流电机的工作原理3.3 交流电机的特性3.4 交流电机的应用实例第四章：电力拖动系统4.1 电力拖动的基本原理4.2 电力拖动系统的分类4.3 电力拖动系统的性能分析4.4 电力拖动系统的应用实例第五章：电机与电力拖动的控制技术5.1 电机控制技术的基本概念5.2 电机控制技术的分类5.3 电机控制技术的应用实例5.4 电机控制技术的发展趋势第六章：电机的设计与制造6.1 电机设计的基本原则6.2 电机参数的计算与选择6.3 电机制造工艺及流程6.4 电机性能的测试与检测第七章：电机故障诊断与维修7.1 电机故障的类型及原因7.2 电机故障诊断的方法7.3 电机维修的基本工艺7.4 电机故障案例分析与维修实例第八章：电力电子技术在电机控制中的应用8.1 电力电子器件及其特性8.2 电力电子变换器及其控制8.3 电力电子技术在电机调速中的应用8.4 电力电子技术在电机节能中的应用第九章：电机及电力拖动的保护与节能9.1 电机保护的原理与方法9.2 电机保护装置及其应用9.3 电力拖动的节能技术9.4 电机节能案例分析与应用第十章：电机及电力拖动在现代工业中的应用10.1 电机及电力拖动在制造业中的应用10.2 电机及电力拖动在交通运输中的应用10.3 电机及电力拖动在电力系统中的应用10.4 电机及电力拖动在新能源领域的应用重点解析本教案涵盖了电机及电力拖动课程的十个章节，全面介绍了电机的基本概念、结构、工作原理、性能参数、优缺点、控制技术、设计制造、故障诊断与维修、保护与节能以及在现代工业中的应用等方面的知识。