0-15因0-20中直流磁路由D23硅铜片養成，磁路各截面的净面积相等，为A=2.5×10-m’,磁路 平均长1=0.5m,2=0.2m,=0,5m(包括气6)，6=0.2×10-2m。已知空气中的通中= 4.6×10 Wb,又N=18300A,求另外两支路中的、：及N,l1。 图0-20习题0-15磁路
第一篇直流电机 直流电机是指发出直流电流的发电机，或通以直流电流而转动的电动机。 由于直流电动机具有良好的起动特性、能在宽广的范围内平滑而经济地调速，所以它被 广泛地用于电力机车、无轨电车、轧钢机、机床和起重设备等机械中。直沈发电机则作为各 种直流电源，如直流电动机的电源、同步发电机的励磁电源（称为扇磁机），电葭和电解用 的低压电源等。在自动控制系统中，小容量直流电机广泛作为伺服电动机和测盘、执行元件 使用。 目前，由晶闸管整流元件组成的直逾电源设备正逐步取代直流发电机。但直流电动机由 于其性能优越，在许多传动性能要求高的场合仍占很重要的地位。利用晶闸管整流器配合直 流电动机组戒的调速系统正在发展中。 木箱主要研究换向器式直流电机。首先介绍其工作原理及基本结构，分析其磁路系统及 电路系统，然后研究直流电机作发电机和电动机运行时的电磁过程及工作特性。对一般旋转 电机（包括直流电机和交流电机）的发热和冷却问题也在本篇中作了简要介绍。 第-一章直流电机的工作原理和基本结构 第一节直流电机的工作原理 为了说明直流电机的工作原理，先从一个最简单的直流电机模型开始研究。见图1-1， 在两个空间固定的永久磁锅北被()和南极 (S)之间，有一个铁制的圆柱体（称为电枢铁 心)。电枢铁心与磁极之间的间歇称为气踪。图中 两根导体ab和cd连接成为一个线國，并敷设在电 枢铁心表面上。线因的首、末端分别连接到两片 圆弧形的？片（称为换向片）上。换向片固定于 转轴上，换向片之间以及换向片与转轴都互相绝 缘。这种由换向片构成的整体称为换向器。整个 转动部分称为电枢。为了把电枢和外电路接通， 行别装置了两个电刷A和B。电刷在空间上是 图1-1直在电机的工作原理 定不动的。 由原动机以恒定转速沿反时针拖动电招旋转，它就成为一台直流发电机。由电磁惑应 定律，每根导体的感应电动势。的瞬时做为 e =Bid (1-1)
20 式中B,一导体所处位置的磁通密度影 一导休的有效长度，即每根导体切制磁力线部分的长度 。一导体的线速度。 在已制成的电机中，【不变，假定电枢以恒速旋转，此时u为常数，故©B。这就表 明，在电机中，当导体与磁场有相对运动时，导休感应电动势依时问而变化的规律与气隙磁 场沿气醉的分布规律相同。假设把也枢在外圆周上相应于由V极到S极的分界线（电枢表面 相应于两极分界线的位置称电枢的几何中性线)处切开，把圆周顺着6角正方向展开成一直 线作为横坐标，并规定由电杯进入磁极的磁远密度为正，即S极下磁通密度为正，N极下 为负，则B沿9的分布曲线如图1-2所示。若观察的导体，在：=0时恰位于分界线上，电 框以角速度相对磁极转动，日=，则导体感应电动势变化规律也就是图1-2的曲线，这 时只要将纵坐标换为e=B,o,横坐标换为日=ot。在图1-1中，ab导体处于N极下时电动 势由b到a,而cd刚处于s极下，其电动势由d到e。对于整个线圈，导体ad与导体cd的电 动势方向恰好是相加的，即线圈电动势为2©。由此可见，图1-2中若把纵坐标刻度记为2©， 就是线圈的电动势曲线了。可见，直流电机线医的感应电动势是交变电动势。 因！一？流电机气中磁度分 图1-3接间后的电动势迹化曲线 布曲线或线喝电动势曲钱 图1-1中电刷A只与处于N极下的导体相接触，当导体5在N极下时，电动势方向由& 到a引到电刷A,电刷A的极性为“+”，当导体cd转到N极下，那时刻电制A与导体cd相接 然，电动势方向白©到d引到电倒A,其极性仍为“+”。由此可见，电刷A的极性永远为 “+”,同理，电刷B的极性永远为“一”，故得电刷A、B间的电动势为直流电动势，见 图1-3。若把电刷A、B接到负载（例如电灯）上，则流过负载的电流就是单向的直流电流 了。不过，在图1-1所示的简单模型中，其电压、电滋都有很大的脉动罢了。 为了使电动势的脉动程度减低，在实际白机中，电枢不是只有一个线腦，而是由许多线 图均匀地分布在电枢表面，按一定的规律连接起来组成直流电枢绕组（下一章将详述其连按 方法)。若电机每极下均匀分布的导体数大于8时，电动势脉动的幅度将小于1%。 上述的直流发电机的工作原理表明，直流电机电绕组所感应的电动势，对绕组来说是 交流电动势，而由于换向器配合电刷的作用，才把交流电动势“换向”成为真流电动势。因 此常把这种电机称为换向器式直流电机。 以上分析说明了直流发电机电动势和电流产生的过程，现在再讨论能量转换过程。当电
之 剧A、B接到负载时，如图1-l所示，电流由dc、ba流过线圈，导体ab、cd在不同极性磁场 下，由左手定则可知，所受电磁力是反对电枢旋转的。原动机为了保持电机以恒定转速旋转， 就必须克服此电磁力而作功，于是原动机的机椒能就转变成发电机的电能供给负载使用， 电 机作为直流发电机运行。反之，若由外电源从电刷A、B引入直流电流，如图1-1所示，电流 从正电刷A流入，经N极下导体ab流进去，经s极下导体cd由负电刷B流出，上、下两根 导体分别受到的电磁力的方向始终不变，其相应力矩方向水远是反时针方向，这台电机可以特 动别的机根旋转，电源的电能就转变成电动机的机械能，因此电机作为直流电动机运行。上 述这种电机运行状卷的可性，称为电机的可逆性原理，在后面第三章中还将详细分析。 必须指出，同一台电机可以作为发电机也可以作为电动机，是从原理上和可能性上来说 的。在实用上，根据生产箭要和经济要求，对每台电机规定其能居转换方向一一发电机或电 动机，二者的结构及额定值都不同，例如直流发电机的额定电压规定中有230V或115V,而 电动机相应的规定为220V和110V。 第二节直流电机的主要结构部件 宜流电机的结构形式是多种多样的，图1-4是我国乙：系列直流电机的剖面图。官流电机 主要由定子（固定部分）和转子（转动部分）两大部分组成。定子用来安置磁极和作电机的 机候支探，它包括主磁极、换向极、机座、端益、轴承等，静止的电刷装登也固定在定子 上。转子上用来感应电动势而实现能量特换的部分称为电杯，它包括电都铁心和电枢绕组， 西1-42：一92型直克电机的制面图 1一热向瑟2一电刷装过3一试座一宝慧技舌一换向投6一喻整7一风职号一电招绕胡身一电松铁女