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第二章直流电机的基本结构和运行分析
直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。将机械能转换为直流电能的电机称为直流发电机;将直流电能转换为机械能的电机称为直流电动机。直流发电机可作为各种直流电源;直流电动机具有宽广的调速范围,较强的过载能力和较大的起动转矩等特点,广泛应用于对起动和调速要求较高的生产机械,如电力机车、内燃机车、工矿机车、城市电车、电梯、轧钢机等的拖动电机。
本章介绍直流电机的工作原理和基本结构;分析直流电机的磁路系统、电路系统和电磁过程;导出感应电势和电磁转矩的一般计算方法;得出直流电机在不同运行状态的各种平衡方程式和运行特性。
第一节直流电机基本工作原理
直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机具有可逆性,既可作直流发电机使用,也可作直流电动机使用。作直流发电机使用时,将机械能转换成直流电能输出;作直流电动机使用时,则将直流电能转换成机械能输出。
一、直流电机的模型结构图21所示为一台直流电机简单模型图。N、S为定子上固定不动的两个主磁极,主磁极可以采用永久磁铁,也可以采用电磁铁,在电磁铁的励磁线圈上通以方向不变的直流电流,便形成一定极性的磁极。
图21直流发电机工作原理
在两个主磁极N、S之间装有一个可以转动的、由铁磁材料制成的圆柱体,圆柱体表面嵌有一线圈(称为电枢绕组),线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片(称为换向片)上。换向片之间用绝缘材料构成一整体,称为换向器,它固定在转轴上(但与转轴绝缘),随转轴一起转动,整个转动部分称为电枢。为了接通电枢内电路和外电路,在定子上装有两个固定不动的电刷A和B,并压在换向器上,与其滑动接触。
二、直流发电机的工作原理1感应电势的产生当直流发电机的电枢被原动机拖动,并以恒速v逆时针方向旋转时,如图2-2a所示,线圈两个有效边ab和cd将切割磁力线,而感应产生电势e。其方向用右手定则确定,导体ab位于N极下,导体cd位于S极下,产生电势方向分别为b→a,d→c。若接通外电路,电流从换向片1→A→负载→B→换向片2。电流从电刷A流出,具有正极性,用“+”表示;
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从电刷B流入,具有负极性,用“一”表示。当电枢转到90o时,线圈有效边ab和cd转到N、S极之间的几何中心线上,此处磁密为
零,故这一瞬时感应电势为零。当电枢转到180o时,导体ab和cd及换向片1、2位置r