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第2章 直流电机DC Machines 结构 基本原理 电磁关系 一、 直流电机的基本结构 1.1 定子 转子 （固定部分） （转动部分） 主磁极 换向极 机座 端盖 轴承 电刷装置 1.2 直流电机的磁路 1.2 直流电机的磁路 1.2 直流电机的磁路 1.3 直流电机的电路 励磁绕组 套在磁极铁芯上。 并励绕组——和电枢绕组并联，匝数较多、截面积较小 串励绕组——和电枢绕组串联，匝数较少，截面积较大 从电阻和能量消耗的角度考虑 电枢绕组 嵌在电枢铁芯槽中 叠绕组和波绕组 换向极绕组 与电枢绕组串联，激励换向极磁通。 换向器 将电枢绕组内部的交流电势用机械换接的方法转换为电刷间的直流电势。 1.4 电刷装置 电枢电流能经旋转的换向器（随转子）通过静止的电刷（固定在定子上）接通外电路 1.将转动的电枢与外电路相连 2.与换向器配合作用而获得直 流电压 1.5 直流电机的励磁方式 直流电机励磁方式，即励磁绕组与电枢绕组的连接方式，对电机的运行特性有大的影响 他励——励磁由另外独立的直流电源供给，与电枢绕组不相连接 自励——励磁绕组与电枢绕组相连接，励磁电流由发电机本身供给 自励的形式 二、 直流电机电枢绕组 二、直流电机电枢绕组 作用：电枢绕组——功率绕组。当电枢绕组在磁场中旋转时将感应电势，当电枢绕组中流通电流时，电流和气隙磁场相互作用将产生电磁转矩。通过电枢绕组直流电机进行电功率和机械功率的转换。 特点：直流绕组是闭合绕组。每个元件的两端点分别连接在两换向片上，每个换向片连接两个元件，各元件依一定规律依次连接，形成闭合回路。 2.1 双层绕组 线圈的两边都在电枢铁芯表面的槽中：两边都能切割磁场而产生感应电势。 两边电势相加：线圈的两边必须处于不同极性的极面下，线圈的跨距约等于一个极距。 线圈对称排列：当一线圈的一个边在某槽中占有上层位置时，则该线圈的另一边必须放在另一槽下层。 虚槽概念 在大型电机中、每层可能有N个并列圈边 为了改善电机的性能，用更多的元件组成电枢绕组。但电枢铁心不能开太多的槽，采用在每槽的上下层各放置若干元件边。 2.2 直流绕组的节距 第一节距y1 元件的宽度，虚槽数，两个圈边之间的距离 第二节距y2 联至同一换向片的两个圈边之间的距离 合成节距y 紧相串联的两个元件的对应圈边在电枢表面的跨距 换向器节距yk 每一线圈两端所连接的换向片之间在换向器表面的跨距，用换向片数表示 2.3 单叠绕组 每个元件出线端依次连在相邻的换向片上，后一个绕组元件相对前一个绕组元件仅移过一个槽。 例：绕组20虚槽，四极，双层 例：绕组20虚槽，四极，双层 电刷放置法 使电刷间导出的电势有最大值 使与电势为零的元件所连接的换向片相连接 2.4 单波绕组 每一绕组元件的出发点和终端不在相邻的两换向片上，而相隔近似为一个极距 相邻两元件相隔近似一对极距 连接p个元件后回到出发元件的附近，相隔一个槽 例：电枢绕组19槽，四极 例：电枢绕组19槽，四极 2.5 单叠绕组和单波绕组的差别 单叠绕组：各个极面下上层的绕组元件构成一支路，并联支路数等于极数 电枢间电势较下，电枢电流较大，称并联绕组 单波绕组：N极下上层的绕组元件串联为一支路，S极下的串联为另一支路，并连支路数恒等于2 电刷间电势较大，电枢电流较下，称串联绕组。 三、 直流电机的简单工作原理 三、直流电机的简单工作原理 旋转电枢式的直流电机 电枢旋转、磁极固定，带有换向器 3.1 单线圈导体的感应电势 电刷l、2间的电势e12为一含有很大脉动分量的直流电势，如单相全波整流一样。电势和电流脉动的很大 3.2 两线圈串联后的合成电势 与原有线圈相距90?电角度再设置一个线圈，其两端各接有换向片，并与原有换向片A、B相距90?电角度，换向器包含4片换向片，相邻换向片间各相距90?电角度。 当电枢旋转时，两个线圈的感应电势在时间相位上相距90?电角度 电枢绕组的感应电动势 电枢绕组的感应电势——电机正、负电刷之间的电势，即每一并联支路的电势。 1 电枢绕组的感应电势 设电枢总导体数为W，有2a条并联支路，则每一支路中的串联导体为W／2a 电刷间的感应电势为每一支路中的串联导体的感应电势之和 解释电刷位置偏移对电势的影响 2 直流发电机的平衡方程式 2 直流发电机的平衡方程式 3 直流电动机的平衡方程式 3 直流电动机的平衡方程式 电枢绕组的电磁转矩 电枢绕组的电磁转矩 设流过电刷的电流为Ia 电枢导体中的电流是Ia／2a 设电枢直径为Da，电枢导体的有效长度为l 电枢总的电磁转矩 1 直流发电机的转矩平衡