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(二)換向磁極——產(chǎn)生附加磁場，改善電機(jī)的換向，減小電刷與換向器之間的火花，不致使 換向器燒壞。
在兩個(gè)相鄰的主磁極之間中性面內(nèi)有一個(gè)小磁極，這就是換向磁極。它的構(gòu)造與主磁極 相似，它的勵(lì)磁繞組與主磁極的勵(lì)磁繞組相串聯(lián)。
主磁極中性面內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度本應(yīng)為零值，但是，由于電樞電流通過電樞繞組時(shí)所產(chǎn)生 的電樞磁場，使主磁極中性面的磁感應(yīng)強(qiáng)度不能為零值。于是使轉(zhuǎn)到中性面內(nèi)進(jìn)行電流換向 的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使得電刷與換向器之間產(chǎn)生較大的火花。
中感應(yīng)電動勢的方向發(fā)生了改變，但由于換向器隨同一起旋轉(zhuǎn)，使得電刷 A 總是接觸 N 極 下的導(dǎo)線，而電刷 B 總是接觸 S 極下的導(dǎo)線，故電流仍由 A 流出 B 流回，方向不變。
*雖然有換向器的作用，將線圈內(nèi)的交變電動勢在兩電刷間變換為方向不變的電動勢，但它 的大小仍然是脈動的。欲獲得在方向和量值上均為恒定的電動勢，則應(yīng)把電樞鐵心上的槽 數(shù)和線圈匝數(shù)增多，同時(shí)換向器上的換向片數(shù)也要相應(yīng)地增加。 （3） 電磁轉(zhuǎn)矩與能量轉(zhuǎn)換分析 ： 電磁轉(zhuǎn)矩：電樞電流 Ia 與磁場相互作用而產(chǎn)生的電磁力形成了電磁轉(zhuǎn)矩 T。
當(dāng)電樞被原動機(jī)以恒速驅(qū)動，按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動時(shí)，用右手定則可以判定，線圈 ab 和 cd 邊切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向，則在負(fù)載與線圈構(gòu)成的回路中產(chǎn)生電流 Ia，其 方向與電動勢方向相同。電流由電刷Ａ流出，由電刷Ｂ流回。
P2：換向 當(dāng)電樞轉(zhuǎn)到上圖 b 所示位置時(shí)，ab 邊轉(zhuǎn)到了 S 極下，cd 邊轉(zhuǎn)到了 N 極下。這時(shí)線圈
(三)換向器 換向器由許多銅來自換向片組成，外形呈圓柱形，片與片之間用云母絕緣。
三、銘牌和額定值 為了使電機(jī)安全而有效地運(yùn)行，制造廠對電機(jī)的工作條件都加以技術(shù)規(guī)定。按照規(guī)定的
工作條件進(jìn)行運(yùn)行的狀態(tài)叫做額定工作狀態(tài)。電機(jī)在額定工作時(shí)的各種技術(shù)數(shù)據(jù)叫做額定 值，一般加下標(biāo) e 表示。這些額定值都列在電機(jī)的銘牌上，使用電機(jī)前，應(yīng)熟悉銘牌。使 用中的實(shí)際值，一般不應(yīng)超過銘牌所規(guī)定的額定值。
(一)型號：它表示電機(jī)的類別。例如：Z2--12 Z：直流；2：設(shè)計(jì)序號；1：鐵心長度；2：機(jī)座號
(二)額定電流 Ie 這是指發(fā)電機(jī)長期運(yùn)行時(shí)電樞輸出給負(fù)載的允許電流。對于電動機(jī)則是指電源輸入 到電動機(jī)的允許電流。 (三)額定電壓 Ue 這是指發(fā)電機(jī)輸出的允許端電壓。對于電動機(jī)則指輸入到電動機(jī)端鈕上的允許電 壓。 (四)額定轉(zhuǎn)速 ne 這是指電機(jī)在額定工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)達(dá)到的轉(zhuǎn)速。 (五)額定功率(額定容量) Pe
發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是阻轉(zhuǎn)矩，它與原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T1 的方向是相反的。電動機(jī)的電 磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，它使電樞轉(zhuǎn)動。電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 T 必須與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T2 及空載損 耗轉(zhuǎn)矩 T0 相平衡，即 T＝T2 十 T0。
發(fā)電機(jī)的電動勢是電源電動勢。電動機(jī)的電動勢是反電動勢，電源只有克服這個(gè)反電動 勢才能向電動機(jī)輸入電流。
直流電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行和作電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，雖然都產(chǎn)生電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，但兩者作 用截然相反。
目的：了解它們各主要部件的名稱、作用、相互組裝及動作關(guān)系。以利正確選用和使用。 電機(jī)的結(jié)構(gòu)要求： 1 電磁要求: 產(chǎn)生磁場，感應(yīng)出電動勢，通過電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 2 機(jī)械要求：傳遞轉(zhuǎn)矩，保持堅(jiān)固穩(wěn)定，冷卻的要求，檢修，運(yùn)行可靠。
二、直流電機(jī)的工作原理 原理：任何電機(jī)的工作原理都是建立在電磁感應(yīng)和電磁力這個(gè)基礎(chǔ)上。
為了討論直流電機(jī)的工作原理，我們把復(fù)雜的直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡化為工作原理圖。 （一）直流發(fā)電機(jī)的工作原理 1．工作原理：導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體中會感應(yīng)出電勢 e 。
e=Blv。 B:磁密 l：導(dǎo)體長度； v：導(dǎo)體與磁場的相對速度。 正方向：用右手定則判斷。電勢 e 正方向表示電位升高的方向，與 U 相反。如果同一元件 上 e 和 U 正方向相同時(shí)，e= -U。
轉(zhuǎn)子又稱電樞，是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。它由電樞鐵心、繞組、換向器等組成。如右圖所示。 (一)電樞鐵心
電樞鐵心由硅鋼片沖制迭壓而成，在外圓上有分布均勻的槽用來嵌放繞組。鐵心也作 為電機(jī)磁路的一部分。
(二)繞組 繞組是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的主要部件。它是由許多繞組元件
構(gòu)成，按一定規(guī)則嵌放在鐵心槽內(nèi)和換向片相連，使各組線圈的電動勢相加。繞組端部用鍍 鋅鋼絲箍住，防止繞組因離心力而發(fā)生徑向位移。
從電機(jī)的基本工作原理知道，電機(jī)的磁極和電樞之間必須有相對運(yùn)動，因此，任何電機(jī) 都有固定不動的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，在這兩部分之間的間隙叫空氣隙。
一、定子 定子的作用是產(chǎn)生磁場和作為電機(jī)機(jī)械支撐。它由主磁極、換向磁極、電刷、機(jī)座、端
主磁極鐵心包括極心和極掌兩部分。極心上套有勵(lì)磁繞組，各主磁極上的繞組一般都是 串聯(lián)的。直流電機(jī)的磁極如圖所示。極掌的作用是使空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度分布最為合適。
P2：換向 當(dāng)電樞轉(zhuǎn)到上圖 b 所示位置時(shí)，ab 邊轉(zhuǎn)到了 S 極下，cd 邊轉(zhuǎn)到了 N 極下。這時(shí)線圈
電磁轉(zhuǎn)矩的方向發(fā)生了改變，但由于換向器隨同一起旋轉(zhuǎn)，使得電刷 A 總是接觸 N 極下的 導(dǎo)線，而電刷 B 總是接觸 S 極下的導(dǎo)線，故電流流動方向發(fā)生改變，電磁轉(zhuǎn)矩方向不變。 （3） 電動勢與能量轉(zhuǎn)換分析 ： 電動勢：電樞轉(zhuǎn)動時(shí)，割切磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個(gè)電動勢(用右手定則判定)的方向 與電樞電流 Ia 和外加電壓 U 的方向總是相反的，稱為反電動勢 Ea。
它與發(fā)電機(jī)的電動勢 E 的作用不同。發(fā)電機(jī)的電動勢是電源電動勢，在外電路產(chǎn)生電 流。而 Ea 是反電動勢，電源只有克服這個(gè)反電動勢才能向電動機(jī)輸入電流。
可見，電動機(jī)向負(fù)載輸出機(jī)械功率的同時(shí)，卻向電動機(jī)輸入電功率，電動機(jī)起著將電能 轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的作用。
電源（電能）-電磁轉(zhuǎn)矩-負(fù)載（機(jī)械能） 比較： 發(fā)電機(jī)和電動機(jī)兩者的電磁轉(zhuǎn)矩 T、電動勢的作用是不同的。
本章主要介紹直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理、直流電機(jī)繞組的構(gòu)成、直流電機(jī)的電樞 反應(yīng)、直流電機(jī)繞組的電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩、直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)的功率轉(zhuǎn)矩等內(nèi)容。本 章共有 10 節(jié)課，內(nèi)容和時(shí)間分配如下：
1.掌握直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。（ 2 節(jié)） 2.掌握直流電機(jī)繞組有關(guān)的結(jié)構(gòu)。（2 節(jié) ） 3.掌握直流電機(jī)繞組的電樞反應(yīng)。（1 節(jié)） 4.掌握直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩。（1 節(jié)） 5.掌握直流發(fā)電機(jī)的基本方程式和運(yùn)行特性、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的條件。( 2.5 節(jié)) 6.掌握直流電動機(jī)的基本方程式和運(yùn)行特性。( 1.5 節(jié))
觸，使電樞繞組與外電路接通。 電刷數(shù)一般等于主磁極數(shù)，各同極性的電刷經(jīng)軟線匯在一起，再引到接線盒內(nèi)的接線板
(四)機(jī)座——用來固定主磁極、換向磁極和端蓋，是電機(jī)磁路的一部分。 機(jī)座用鑄鋼或鑄鐵制成。機(jī)座上的接線盒有勵(lì)磁繞組和電樞繞組的接線端，用來對外接
端蓋由鑄鐵制成，用螺釘固定在底座的兩端，蓋內(nèi)有軸承用以支撐旋轉(zhuǎn)的電樞。 二、轉(zhuǎn)子
對于發(fā)電機(jī)來說，這是指在額定電壓下，輸出額定電流時(shí)，向負(fù)載提供的電功率 Pe,Pe=UeIe
對于電動機(jī)來說，則是指在額定電壓，額定電流和額定轉(zhuǎn)速下，電動機(jī)軸上輸出的 機(jī)械功率 Pe=UeIeηe
(六)額定效率ηe 額定功率與輸入功率之比，稱為電機(jī)的額定效率，即ηe=（額定功率/輸入功率） ×100 % 四、電樞繞組 1 有關(guān)術(shù)語 1）極軸線——主磁極的中軸線) 幾何中性線——相鄰兩個(gè)主磁極之間的幾何分界線) 極距τ： 相鄰兩磁極中心線間的距離稱為極距τ，常用槽數(shù)表示， τ =z/2p 其中 z 為槽數(shù)，p 為極對數(shù)。 4)繞組元件——兩端分別與兩個(gè)換向器片聯(lián)接的單匝或多匝線圈，每個(gè)元件由兩個(gè)放在電 樞槽中可以產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的有效邊，叫元件邊。槽外部分只起連接作用，叫端接部分。 5)節(jié)距——繞組元件的寬度和元件之間的連接規(guī)律。 第一節(jié)距: 一個(gè)線圈的兩個(gè)邊所跨定子圓周上的距離稱為節(jié)距，用 y1 表示,一般用槽數(shù)計(jì). 線圈可范圍分為： 整距繞組: y1 = τ 短距繞組: y1 τ 長距繞組: y1 τ 換向節(jié)距: 一個(gè)元件的兩個(gè)邊在換向器上的距離稱為換向節(jié)距，用 yk 表示.
一 直流電機(jī)的用途 直流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 1 調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié) 2 過載、啟動、制動轉(zhuǎn)矩大 3 易于控制，可靠性高 4 調(diào)速時(shí)的能量損耗較小 缺點(diǎn): 換向困難，容量受到限制，不能做的很大。 應(yīng)用: 軋鋼機(jī)、電車、電氣鐵道牽引、造紙、紡織拖動。
勵(lì)磁繞組—— 容量較小的發(fā)電機(jī)是用永久磁鐵做磁極的。容量較大的發(fā)電機(jī)的磁場是 由直流電流通過繞在磁極鐵心上的繞組產(chǎn)生的。用來形成 N 極和 S 極的繞組稱為勵(lì)磁繞組， 勵(lì)磁繞組中的電流稱為勵(lì)磁電流 If。 電樞繞組：在 N 極和 S 極之間，有一個(gè)能繞軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形鐵心，其上緊繞著一個(gè)線圈稱 為電樞繞組(圖中只畫出一匝線圈)，電樞繞組中的電流稱為電樞電流 Ia。
換向器：電樞繞組兩端分別接在兩個(gè)相互絕緣而和繞組同軸旋轉(zhuǎn)的半圓形銅片——換向片 上，組成一個(gè)換向器。換向器上壓著固定不動的炭質(zhì)電刷。 電樞：鐵心、電樞繞組和換向器所組成的旋轉(zhuǎn)部分稱為電樞。
電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相聯(lián)。電流從電刷 A 流 入電樞繞組，從電刷 B 流出。電樞電流 Ia 與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力 F，其方向可用左手 定則判定。這一對電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩 T，使電動機(jī)電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
用換向磁極的附加磁場來抵消電樞磁場，使主磁極中性面內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度接近于零， 這樣就改善了電樞繞組的電流換向條件，減小了電刷與換向器之間的火花。
(三)電刷裝置 電刷裝置主要由用碳一石墨制成導(dǎo)電塊的電刷、加壓彈簧和刷盒等組成。固定在機(jī)座上
(小容量電機(jī)裝在端蓋上)不動的電刷，借助于加壓彈簧的壓力和旋轉(zhuǎn)的換向器保持滑動接
2 發(fā)電機(jī)工作過程分析：兩磁極直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖。 （1） 構(gòu)成： 磁場：圖中 N 和 S 是一對靜止的磁極，用以產(chǎn)生磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度沿圓周為正弦分布。
勵(lì)磁繞組—— 容量較小的發(fā)電機(jī)是用永久磁鐵做磁極的。容量較大的發(fā)電機(jī)的磁場是 由直流電流通過繞在磁極鐵心上的繞組產(chǎn)生的。用來形成 N 極和 S 極的繞組稱為勵(lì)磁繞組， 勵(lì)磁繞組中的電流稱為勵(lì)磁電流 If。 電樞繞組：在 N 極和 S 極之間，有一個(gè)能繞軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形鐵心，其上緊繞著一個(gè)線圈稱 為電樞繞組(圖中只畫出一匝線圈)，電樞繞組中的電流稱為電樞電流 Ia。 換向器：電樞繞組兩端分別接在兩個(gè)相互絕緣而和繞組同軸旋轉(zhuǎn)的半圓形銅片——換向片 上，組成一個(gè)換向器。換向器上壓著固定不動的炭質(zhì)電刷。 電樞：鐵心、電樞繞組和換向器所組成的旋轉(zhuǎn)部分稱為電樞。
載流導(dǎo)體在磁場中將會受到力的作用，若磁場與載流導(dǎo)體互相垂直，作用在導(dǎo)體上的電磁力
理解：電流產(chǎn)生磁場原理的變形（電流產(chǎn)生磁場） 一個(gè)通電線圈相當(dāng)于一個(gè)具有 NS 極的磁體。形成電磁力。 2 電動機(jī)工作過程分析：直流電動機(jī)的工作原理圖。 （1）構(gòu)成： 磁場：圖中 N 和 S 是一對靜止的磁極，用以產(chǎn)生磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度沿圓周為正弦分布。
用左手定則可以判定，電磁轉(zhuǎn)矩 T 的方向與電樞旋轉(zhuǎn)方向相反。因此，在電樞等速旋 轉(zhuǎn)時(shí)，原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T1 必須與發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 T 和空載損耗轉(zhuǎn)矩 T0 相平衡( T0 是發(fā)電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩)，即 T1=T T0
原動機(jī)（機(jī)械能）-電磁轉(zhuǎn)矩-發(fā)電機(jī)負(fù)載（電能） 當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載(即電樞電流)增加時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和輸出功率也隨之增加，這時(shí)原動機(jī) 的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩所供給的機(jī)械功率亦必須相應(yīng)增加，以保持轉(zhuǎn)矩之間和功率之間的平衡。可見， 發(fā)電機(jī)向負(fù)載輸出電功率的同時(shí)，原動機(jī)卻向發(fā)電機(jī)輸出機(jī)械功率，發(fā)電機(jī)起著將機(jī)械能轉(zhuǎn) 換為電能的作用。直流電機(jī)工作原理
