大工15秋《电机与拖动》辅导资料2

大连理工大学网络教育学院电机与拖动辅导资料二主 题：直流电机的辅导文章直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值、直流电机的磁场和电枢反应、直流电机的感应电动势和电磁转矩学习时间：2015年10月5日-10月11日内 容：我们这周主要学习课件第2章直流电机的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电机相关知识的理解。一、 直流电机的工作原理（重点掌握）直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。1.直流电动机的工作原理：当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流，使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。图1 直流电动机的工作原理图2.直流发电机的工作原理：当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。图2 直流发电机的工作原理图二、直流电机的基本组成和额定值（重点掌握）1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成，其基本组成如图3所示。 转子称为电枢，它是能量转换的枢纽。电枢绕组构成了直流电机的主要电路，它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。按元件的连接方式和端接形状分类，电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。电枢绕组是电机的重要部件。直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。换向器是直流电机所特有的部件，与电刷配合，实现电枢绕组端部的直流电流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换，即在直流电动机中起到了“逆变器”的作用，在直流发电机中起到了“整流器”的作用。图3 直流电机的基本组成2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。1）额定电压：对于直流电动机，是输入电压的额定值；对于直流发电机，是输出电压的额定值。2）额定电流：对于直流电动机，是输入电流的额定值；对于直流发电机，是输出电流的额定值。3）额定功率：对于直流电动机，是指电动机轴上输出的机械功率的额定值，即式中 -直流电动机的额定输出转矩； -直流电动机的额定角速度； -直流电动机的额定转速。 对于直流发电机，是指输出电功率的额定值，即 4）额定转速：电机在额定运行时转子转速，单位为转/分钟，记做 值得注意的是，各种电机的额定功率均是指输出功率的额定值。对于电动机，额定功率即为轴上输出的额定机械功率；对于发电机，额定功率即为输出的额定电功率。 直流发电机按励磁方式可分为自励和他励两大类，其中，他励直流发电机的励磁绕组由其他电源供电，而与电枢电路没有电的联系，如图4所示。图4 他励发电机自励又可分为并励、串励和复励3种。直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励4种。 三、直流电机的磁场和电枢反应（重点了解） 磁场是电机实现机电能量转换的耦合场。磁场能量主要存储在直流电机定、转子之间的气隙中，因此，气隙磁场的分布直接关系到感应电动势的产生和机电能量的转换。直流电机空载时，气隙磁场是由主极励磁磁动势单独产生，在几何中性线处径向磁通密度为零，直流电机负载时，气隙磁场是由主极励磁磁动势和电枢磁动势共同产生，几何中性线处径向磁通密度不为零，电枢表面径向磁通密度为零的连线物理中性线偏离了几何中性线一定的角度，即气隙磁场相对空载时发生了畸变，并使每极下的磁通量有所削弱。这就是直流电机的电枢反应。 四、直流电机的感应电动势和电磁转矩（重点了解） 直流电机的电枢旋转时，电枢绕组中将产生感应电动势，其值为，即为机电能量相互转换的电磁功率，在直流电动机中，为反电动势；在直流发电机中，为电源电动势。 电枢电流与气隙磁场相互作用所产生电磁转矩，其值为。也是标志着机电能量相互转换的电磁功率，因此有关系=。在直流电动机中，为拖动性质的转矩，在直流发电机中，为制动性质的转矩。 五、常见问题解析 1.他励直流发电机和并励直流发电机相比较，短路电流谁大？电压调整率谁大？ 答：他励直流发电机的短路电流远远大于并励直流发电机。因为他励直流发电机的励磁与电枢电压无关，发生短路时，电枢电流达到最大值；而并励直流发电机的励磁由电枢电压产生，发生短路时，励磁电流为零，故短路电流由剩磁产生的感应电动势决定，其值较小。 并励直流发电机的电压调整率大于他励直流发电机。因为他励直流发电机电枢电压降低的原因只有电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用两种，而并励直流发电机除了上述原因外，还有因电枢电压的降低引起励磁电流减小从而促使电枢电压进一步减小这一因素，故其电压调整率较大。2. 既然电机都是可逆的，为什么工程实际中还会有发电机和电动机之分？（辅导资料一思考题答案） 答：任何电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，这是电机的可逆性原理，但是，电机在正常情况下是用作发电机还是电动机，其设计和制造都有不同的