电机学 第2章

1、1第二章第二章 直流电机直流电机2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 直流电机的磁场直流电机的磁场 直流发电机的基本特性直流发电机的基本特性 直流电动机的基本特性直流电动机的基本特性 直流电动机的起动与调速直流电动机的起动与调速3几点说明: 什么是直流电机什么是直流电机? 与直流有关的电机称为直流电机。 直流电机的优点直流电机的优点 1. 具有良好的起动性能（起动转矩大，起动电流小）.能在宽范围内平滑调速。 直流电机的用途直流电机的用途.直流电动机广泛用于对调速性能和起动性能要求高的场合。（如：电动机车、无轨电车、轧钢机） 2. 直流发电机主要用作直流

2、电源，同步发电机的励磁。 3.控制系统中的伺服电动机，测速发电机等作为测量执行元件。 本章研究对象：带换向器的直流电机。本章研究对象：带换向器的直流电机。42.1 概述概述 2.1.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理一、线圈中感应电势产生的过程 1. 原动机拖动电枢以恒定转速沿反时针方向在磁场中旋转，导体中产生感应电势。cdcdabab导体：导体：导体中感应电势的方向5根据切割电势的计算公式，导体中的感应电势为lvBe导体的线速度导体的有效长度密度导体所在处的气隙磁通式中：vlBBevl为常数，所以为常数，转速恒定，对于一台制造好的电机602 Rnv6 规定：从电枢进入磁极的磁通方向为正

3、方向为负电枢，极下的磁密为从磁极为正磁极，极下的磁密为从电枢即：BNBS气隙的分布规律相同沿随时间的变化规律与当电枢旋转时，Be. 2沿气隙的分布曲线。出为纵坐标，绘坐标，为刻度的横并展成以（几何中性线）切开，极的分界线极和沿假设把电枢从外圆周上BBSN7tnPt，即电枢旋转的电角速度为何中性线上，而时刻被观察导体位于几并设6020u 标刻度即可。相同，只要改变一下坐的变化规律随随时间的变化规律与线圈电势，所以由于BeBeBe22 u 8 线圈中的感应电势是交变的线圈中的感应电势是交变的daadSNcdabSN电势方向为范围内，线圈中的感应在电势方向为范围内，线圈中的感应在极磁场）例如极磁场（

4、或导体）轮流切割导体（或当电枢旋转时，感应电势的方向相反，极下的导体势与极下的导体中的感应电原因：因为209是单向的（直流）之间的电势电刷ABeABu 的脉动较大ABeu 电刷及换向器的作用u 10二、电机中的能量转换过程二、电机中的能量转换过程以左图为例分析直流发直流发电机电机的能量转换过程11三、直流电动机的工作原理三、直流电动机的工作原理以右图为例说明直流电动机直流电动机的工作原理12 电机的可逆性原理 从电机的电端口看，电机作发电机或电动机运行的区别就在于电流方向发生了变化，电流自端口正极性端流出时为发电机；电流自端口正极性端流入时为电动机。 研究电机常用的两个术语：发电机惯例、电动发

5、电机惯例、电动机惯例机惯例i132.1.2 直流电机的构造14 一、综述一、综述 1.定子：定子：由主磁极、换向极、机座三部分组成 2.转子：转子：由电枢铁心，电枢绕组、换向器三部分组成。 3.端盖：端盖：端盖内有轴承，转子在轴承中转，端盖则固定在电机两端，使电机组成一个整体。 4.电刷架：电刷架：电刷固定在端盖上，电刷与换向器相接触。 5.气隙：气隙：定、转子之间有气隙，气隙的大小对电机的性能影响很大。15二、分述各部分的特点及作用二、分述各部分的特点及作用 1.定子定子厚的低碳钢片叠成。通常用铁心造成的涡流损耗，主极表面，而形成磁密变化极靴旋转时齿、槽依次掠过的主磁场，为减小电枢定时，气隙

6、中会产生一恒流绕组中通有直流励磁电磁的励磁绕组构成，当励上由主极铁心和套在铁心主磁极mm5 . 11) 1 (16（2）换向极17（3）机座）机座）固定电机。（）固定主极和换向极；（分；）构成电机磁路的一部（功用：cba焊接而成。用铸钢或薄钢板182.转子转子 （1）转子铁心（电枢铁心） 作用：作用：是磁路的一部分；转子槽中放置绕组 特点：特点：电枢旋转时被交变磁化，所以转子铁心中有铁耗。 19（2）电枢绕组）电枢绕组 作用：作用：感应电势，流过电流，产生电磁力和电磁转矩，是电机能够实现能量转换的核心部件。 构成：构成：由绝缘导线绕成线圈，各线圈以一定的规律焊接在换向片上而连成一个整体。 20

7、 212.1.3 直流电机的额定值直流电机的额定值 一、什么是额定值？ 电机生产厂家根据设计和试验数据，确定的电机在额定运行工况额定运行工况时的物理量，如电压、电流、功率、转速等等。额定值一般都标注在电机的铭牌或产品说明书上。二、有哪些额定值？），单位（额定电压VUN. 1），单位为（额定电流AIN. 2指输出功率）或，单位为额定功率(. 3kWWPN分转，单位为额定转速Nn. 4），单位为（额定励磁电压VUfN. 5），单位为（额定励磁电流AIfN. 6222.2 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 2.2.1 基本特点基本特点 一、对电枢绕组的要求 1.产生尽可能大的电动势，并且有良好的

8、波形； 2.能通过足够大的电流，以产生并承受所需要的电磁力和电磁转矩； 3.结构简单，连接可靠； 4.便于维护和检修； 5.对直流电机，应有良好的换向。 23二、绕组的型式二、绕组的型式 根据绕组连接方式的不同，直流电机电枢绕组分为三种类型： 1.叠绕组，又分单叠和复叠绕组；叠绕组，又分单叠和复叠绕组； 2.波绕组，又分为单波和复波绕组；波绕组，又分为单波和复波绕组； 3.蛙绕组，既叠绕组和波绕组混合的绕组。蛙绕组，既叠绕组和波绕组混合的绕组。三、元件的形状与放置三、元件的形状与放置 1.直流电枢绕组的构成 电枢绕组是由结构形状相同的绕组元件（简称元件）构成。 2.什么是元件？ 元件指两端分别

9、与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。 24直流电枢绕组元件直流电枢绕组元件25 绕组元件在电枢表面槽中的放置绕组元件在电枢表面槽中的放置 为了便于绕组元件在电枢表面槽中的嵌放，每个元件的一个元件边放在某一槽的上层（称为上元件边上元件边），另一个元件边则放在另一个槽的下层（称为下元件边下元件边）。26四、布线（下线）常用的几个名词四、布线（下线）常用的几个名词 电枢绕组的特点常用虚槽数、元件数、换向虚槽数、元件数、换向片数及各种节距片数及各种节距来表征。 1.虚槽数个“虚槽”实际的槽包含了个个元件边，则意味着一如果槽内每层有uuuzzzzii的关系为：与虚槽数实际槽数27 三者之间的关系、换向片数

10、、元件数虚槽数kszi. 2因为每个元件有两个元件边，而每一片换向片同时接有一个元件的上层边和另一个元件的下层边，所以元件数一定与换向片数相等，又由于每个虚槽也包含上、下层两个元件边，即虚槽数也与元件数相等。所以kszi1. 3y第一节距每个元件的两个有效边在电枢表面的跨距，用虚槽数表示。28应的虚槽数来表示）跨弧长或用该弧长所对面所（用每个主极在电枢表应接近一个极距所跨的距离势最大，为了使元件中感应的电1y29，则，电枢外径为设电机的极对数为aDPPzPDia22或整数嵌放，因此有必须为整数，否则无法由于Pzyyi211凑成整数的分数，用于将是一个小于11y称为整距元件10y称为短距元件10

11、y称为长距元件10y302. 4y第二节距，也用虚槽数表示。层边在电枢表面的跨距到第二个元件的上第一个元件的下元件边连接的两个元件中定义为与同一换向片相02y对叠绕组02y对波绕组31y合成节距. 5表示就是：表面的跨距，用虚槽数件的对应边在电枢定义为相串联的两个元21yyy32ky换向器节距. 6为左行绕组为右行绕组；00kkyykyy 相等的。即向器节距在数值上总是数表示。合成节距与换换相器节距，用换向片表面所跨过的距离称为片换向片之间在换向器每一个元件两端所接两332.2.2 单叠绕组单叠绕组 一、什么是单叠绕组？的一种绕组是1kyy为右行1kyy为左行1kyy右行整距绕组。，试绕制一单

12、叠，数举例说明：已知电机极法二、单叠绕组的绕制方1642kszzPi341. 1kyy单叠右行：节距计算441621Pzyi整距：34112yyy第二节距：1uzzi可知由虚槽数：352.作绕组连接表作绕组连接表 规定元件编号与槽编号相同，上元件边直接用槽编号表示，下元件边用所在槽编号加“ ”以示区别。上元件边与下元件边之间用实线连接，两元件通过换向器串联用虚线表示，绕组连接关系为：363.作绕组展开图作绕组展开图37 作展开图的步骤边，依次编好槽号。层根短虚线，虚线代表下层边，再在其旁边画出个槽和槽中的上根短实线，每根代表一画出ZZ) 1 (中，腿接几号换向片。上层边放在几号槽放元件，将几号

13、元件的）（2定感应电动势的方向。定则确极穿出纸面；根据右手极指向纸面，放，安，磁极在绕组上面均匀极。磁极宽度为线，放磁分极，找出磁极的中心放磁极，按）（SN7 . 06 . 0338 电枢上的几何中性线电枢上的几何中性线 相邻两主极间的中心线称为电枢上的几何中性线，基本特征是电机空载时此处的径向磁场为另，故位于几何中性线上的元件边的感应电势为另，如上图中的1、5、9、13号元件中感应电势为另。 对于端接对称的绕组，元件的轴线与所接两片换向片的中心线重合。 电刷应放在换向器的几何中性线上，电刷应放在换向器的几何中性线上，电刷宽度为一个换向片宽，并且空间位置固定。 3940 判断电刷正负判断电刷正

14、负 根据右手定则，判断瞬时感应电势的方向 感应电势的方向根据： （1）电枢旋转方向（从右向左） （2）磁场方向：规定N极向里“ ” S极向外“ ” 的位置恒为负。、刷的电位恒为正，电、转到什么位置，电刷则不管电枢和换向器按以上原则安放电刷，2121BBAA41三、单叠绕组的电路图三、单叠绕组的电路图 为进一步说明元件的串联次序及其电势分布情况，画出绕组的电路图如下：42 整个电枢绕组16个元件构成一个闭和回路，其中1、5、9、13号元件在图示瞬间处在电枢的几何中性线上，这四个元件将整个电路分成四段，每段串联三个电势相同的元件，由于对称关系，这四段电路的电势大小是相等的，但电势方向两两相反，在整

15、个闭和回路内，它们恰好互相抵消。 结论：结论：（1）闭和回路的总电势为另，故电枢绕组内不产生环）闭和回路的总电势为另，故电枢绕组内不产生环流；流；（2）并联支路数恒等于主极数；）并联支路数恒等于主极数；（3）电刷组数）电刷组数=主极数主极数（4）电刷放在换向器的几何中性线上，在正、负电刷）电刷放在换向器的几何中性线上，在正、负电刷间可获得最大支路电势，换向性能良好，不产生火花。间可获得最大支路电势，换向性能良好，不产生火花。432.2.3 单波绕组单波绕组 单叠绕组是把一个主极下的元件串联成一条支路，以保证串联元件中的电动势同方向，根据此思路，当然可以设想把电枢所有处在相同极把电枢所有处在相同

16、极性下的元件串联起来构成一条支路，性下的元件串联起来构成一条支路，此时，相邻两串联元件对应的距离约为两个极距，从而形成波浪形构形，称为波绕组。44 单波绕组的并联支路数单波绕组的并联支路数122aa或并联支路对数：即并联支路数：只有两条并联支路。与主极数无关，单波绕组的并联支路数 因此，在元件数相同的情况下，波绕组每条支路的串联元件数就可能比叠绕组多，支路电压也会比较高，这也是波绕组的基本特点。 波绕组增加并联支路数的方法是采用复波绕组。452.3 直流电机的磁场直流电机的磁场 磁场是电机实现机电能量转换的媒介，直流电机中产生磁场的方式有两种，一种是永久磁铁一种是永久磁铁磁场，磁场，只在一些比

17、较特殊的微电机中采用；另一种是电磁铁磁场，电磁铁磁场，是由套在主极铁心上的励磁绕组通入直流电流产生的，称为励磁磁场，励磁磁场，一般电机都采用这种励磁方式。2.3.1 直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式 一、什么是励磁方式？ 指供给励磁绕组励磁电流的方式。 不同的励磁方式，电机的性能不一样，可满足不同形式的负载。 46二、直流电机按励磁方式分类二、直流电机按励磁方式分类 1.他励直流电机他励直流电机 励磁绕组由其它直流电源单独供电。动机惯例。用电为电机电流，正方向采为励磁电流；为电枢电流；为励磁电压；为电枢电压；图中：IIIUUfafaII 472.并励直流电机并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组

18、并联，励磁绕组与电枢绕组并联，电枢电压即为励磁电压。483. 串励直流电机串励直流电机 励磁绕组与电枢绕组串联，励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电流即为励磁电流。494.复励直流电机复励直流电机 励磁绕组分成两部分，一部分与电枢绕组串联，另一部分与电枢绕组并联。 串励和并励两部分绕组的磁势可以相加可以相减，前者称为积复励，积复励，后者成为差复差复励。励。（a）短复励（b）长复励长、短复励电机在运行性能上没有多大差别，只是串励绕组的电流稍微不同而已502.3.2 直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场 一、什么是空载磁场？ 也叫主磁场。建立的磁场，；仅由电机不带负载，即faII0二、磁通与磁动势 1.

19、磁通 磁通分两磁通分两部分：即部分：即主磁通和主磁通和漏磁通。漏磁通。51m磁通为通过每个主极铁心的总00001Km）（25. 115. 110KKK关，一般大小与磁场分布情况有的称为主极漏磁系数，式中：组匝数为每个主极上的励磁绕式中：根据全电流定律磁磁势产生主磁通的每对极励fffNNIHdlFF2. 200523.磁路构成磁路构成电机中的磁电机中的磁回路数目等回路数目等于主极数目，于主极数目，每个磁回路每个磁回路由五个部分由五个部分组成：组成：。，磁场强度为，平均长度为）一个转子（电枢）轭（；，磁场强度为度为）一个定子轭，计算长（；，磁场强度为为）两个磁极，计算高度（；，磁场强度为为两个电枢

20、齿，计算高度）（；，磁场强度为两个气隙，计算长度为）（aaammzzHLHLHhHhH54232.22.153。以及相应的励磁电流，可求得磁动势参照磁路计算的方法，fIF0构成磁回路的五个部分中，除气隙外，其他部分均由磁性材料组成，气隙的长度虽短，但由于它的磁阻比起铁磁性材料的磁阻要大几千倍，故总磁势的大部分消耗于气隙中，总磁势的大部分消耗于气隙中，因此，气隙长度的微小变化，对电机性能会产生重大影响。54三、主磁场分布三、主磁场分布 假设：（1）电枢表面是光滑的（不受齿、槽影响）（2）极弧下气隙均匀（电枢表面与极弧同心）在极面下，气隙较小，磁阻较小，在上述假设条件下，极面下的磁阻处处相等，因此

21、在极面下的磁密较高，且基本相等，而在两极之间的气隙处，磁阻较大，故磁通密度显著降低。55四、磁化曲线四、磁化曲线 关系，故显然为直线。的关系，而后者是线性与的关系几乎也就是和气隙中的磁压降，所以于部分中的磁压降远远小磁部分没有饱和，铁磁铁磁通很小时，磁路中的主几乎是一条直线，因为分图中磁化曲线的起始部FF000）。（，即磁动势之间的关系曲线指电机的主磁通与励磁直流电机的磁化曲线是00Ff561.气隙线气隙线析。气隙线可用于非饱和分），简称气隙线，（气隙磁化曲线延长，即为电机的把磁化曲线的起始直线Ff057入饱和区。气隙线而弯曲，最后进著增加，磁化曲线偏离显急剧下降，所需磁动势饱和，磁导率入，磁

22、路铁磁部分逐步进，磁密随着饱和系数FeFeF0. 25835. 11 . 1100KKFFFFFFFKFFFeFe一般饱和系数，式中：的比值来表示，即线上的磁动势与同一磁通下气隙需磁动势时产生额定电枢电压所运行以电机额定转速下空载电机磁路的饱和程度，为了最经济地利用材为了最经济地利用材料，电机的额定工作料，电机的额定工作点一般设计在磁化曲点一般设计在磁化曲线开始弯曲的线开始弯曲的“膝点膝点”附近附近59即可。只需变换有关比例系数）等各种形式（）或（）、（为因此，磁化曲线可表示绕组有关的比例系数。枢之间也只相差一个与电与当电机转速恒定时，代替，因载时的电枢电压外，纵坐标也可以用空；此组匝数有关的

23、比例系数之间只差一个与励磁绕表示，它们，而用不用磁化曲线的横坐标有时注意：000FfUIfIfUUUIFfff602.3.3 直流电机的电枢磁场直流电机的电枢磁场 。生磁场，称为电枢磁场该电流也会在电机中产）时组中有电流通过（即当电机有负载，电枢绕0aI只能消耗在气隙上。，所以）认为（另磁密处的导体上）；枢电流分布，直接放在不影响电性线上（不影响导电，）电刷放在电枢几何中（）气隙是均匀的；（不变）；不变，总导体数代替（）电枢元件用单层导体（）电枢表面是光滑的；（假设线上一、电刷放在几何中性aFeaaFNi54321. 1612.电流分布电流分布62是相等的）一条支路中的电流肯定（两刷间为一条支

24、路，是以电刷为分界线的；）电枢表面的电流分布（流方向相反；相同，每一刷两边的电上的导体电流方向都）两刷间一段电枢圆周（”同，都为“极下导体电流方向都相”，都为“极下导体电流方向相同）（从上图中可以看出：32.1SN63极轴线正交。枢几何中性线上，与主合，也在电势的轴线与电刷轴线重生磁场的方向，电枢磁枢电流的产右手定则可以判定出电根据图中电流方向，用磁力线分布. 364是交轴磁势。是直轴磁势；电枢磁势励磁磁势aFF0体数）上单位长度内的安培导线负荷（表示电枢圆周分布，则假设导体在圆周上均匀电枢外径导体中电流电枢总导体数；令：成一直线中性线处将电枢切开展分析方法：沿左侧几何）（电枢磁势的大小及波形

25、ADiNADiNxFaaaaaaa. 465全电流定律：处作一闭合回路，根据点，在距原的交点为坐标原点取主极轴线与电枢表面x066xAxFxxAFa）（处每个气隙的磁动势：作用于中动势都消耗在两个气隙忽略不计，即全部磁设铁磁材料中的磁压降势为：作用在闭合磁路上的磁）电枢磁势的大小（2167）为负（）为正，反之（入磁极规定：磁力线从电枢进电枢磁势的波形xFxFaa)2(680022）（时，当之间在xFxxaxAxFxa）（时0最大，磁势也最大）（此时回路包围的电流）（时当AxFxa212相互抵消）流方向相反，部分电流（因回路中部分导体电）（时当AxFxa212抵消）（因回路中的电流全部）（时当0

26、 xFxa69）（）（）（）（）（度沿气隙的分布为电枢磁势产生的磁通密是马鞍形）（形找出电枢磁场的磁密波xxAxxFxHxBxBaaaa000. 5由于极面下气隙的长度不变(磁阻基本不变)，电枢磁密随电枢磁势的增加而增加。但在极间区域，电枢磁势虽继续增加，但气隙很大，磁阻增加很快，所以电枢磁通密度反而下降，形成图示的马鞍形。70）的分布为马鞍形（电枢磁密xBa716.负载时气隙中的合成磁场负载时气隙中的合成磁场电枢反应电枢反应 电刷在几何中性线时，电枢磁场只有交轴分量，电刷在几何中性线时，电枢磁场只有交轴分量，电机磁场由励磁磁动势和交轴磁动势共同建立。电机磁场由励磁磁动势和交轴磁动势共同建立。

27、72 交轴电枢反应对气隙磁场的影响交轴电枢反应对气隙磁场的影响 （1）使物理中性线偏离几何中性线一个角度，对发电机偏移为顺电枢转向；对电动机则是逆电枢转向。 。变，而且还有去磁作用气隙磁场畸，交轴电枢反应不但使综上所述，实际电机中会减少。磁通量也线会下降，因此，每极料的饱和影响，磁密曲中铁磁材的一半，由于实际磁路时相同；但对于被加强不计饱和弱的一半来说，波形与计及饱和影响，对被削）（总的磁通不变。半被加强，一半被削弱，但另一此时每个主极下的磁场），（）相加得合成磁场（）和（不计饱和影响，将3)2(0 xBxBxBa73二、电刷偏离几何中性线二、电刷偏离几何中性线的距离。枢表面移过弧长为，相当于

28、在电的电角度为设电刷偏离几何中性线b74上时）线上（电刷放在几何中性交轴电枢反应的性质同）（势，其最大值为：生交轴电枢磁动）范围内的导体电流产（交轴电枢磁势bAFbFaqaq22. 175AbFbFadad动势，其最大值为：称为直轴电枢磁轴线与主极轴线重合，的磁动势的范围内的导体电流产生直轴电枢磁势2. 276 直轴电枢反应的性质直轴电枢反应的性质77相同，起助磁作用。与主极磁势方向分量角时，电枢磁势的直轴过一个转向移发电机（或顺电动机）作用；反之，当电刷逆起去磁与主极磁势方向相反，电枢磁势的直轴分量角时，电动机）转向移过一个当电刷顺发电机（或逆结论：adadFF性能。响电机离了原来的位置，会

29、影电刷的位置，若电刷偏意记好直流电机时，一定要注所以，我们将来若修理782.3.5 感应电动势和电磁转矩感应电动势和电磁转矩 一、感应电动势一、感应电动势 无论是迭绕组还是波绕组，经正、负电刷引无论是迭绕组还是波绕组，经正、负电刷引出的都是支路中各串联元件感应电动势的代数出的都是支路中各串联元件感应电动势的代数和。和。 假设假设（1）绕组为整距；（）绕组为整距；（2）电刷在几何）电刷在几何 中性线上中性线上 。 先求一根导体中的感应电势：先求一根导体中的感应电势：lvxBek)(位置根导体在电枢表面处的为第式中：Kx79 EaNa根导体的支路电势再求2）（xBlveEaNKaNKKaa2121

30、aNBxBaavaNKa2)(21令：lBdxxBlldxxBav）（）（每极磁通量：22221lBav80602nPvnv表示为：可用转速电枢表面的线速度nCnaPNaNlnPlaNlvBEEaaaav6026022称为电动势常数式中：aPNCaE60/布波形无关。有关，而与每极磁场分与每极磁通）（）（结论：EnE2181二、电磁转矩二、电磁转矩 所有电枢导体所受力矩之和称为电磁转矩所有电枢导体所受力矩之和称为电磁转矩emaKTPPNT个主极下的求力矩之和）根导体求一个主极下（先求一根导体的力矩推导思路22aIiIiaaaa21的关系为电流为支路电流，则与电枢设）（aIlxBlixBFKaa

31、K2(2）（）根导体所受的电磁力为第）（82aIlPxBPaIlxBDaIlxBDFTaaaaaKK22122222)3(）（）（）（产生的电磁转矩为：83aTaaaaaavaPNKaPNKKemICIaPNPNlaIlPPPNBaIlPPxBaIlPPTPTPaa22222222222)4(2121）（为个主极下合成电磁转矩aemaTITaPNC为转矩常数，所以式中：284三、电动势常数与转矩常数的关系三、电动势常数与转矩常数的关系TEaaTECCaPNaPNCC3030260或TTECCnCEnnnn30303030602则之间的关系和角速度机械转速电机常数TC852.4 直流发电机的基本

32、特性直流发电机的基本特性 86一、电势平衡方程式一、电势平衡方程式励磁绕组的调节电阻励磁绕组电阻一组电刷接触压降电枢绕组电阻电枢绕组电势发电机机械角速度电磁转矩空载转矩原动机输入转矩jfbaemrrUrETTT01励磁电流电枢电流发电机的电流发电机的端电压faIIIU871.电枢回路电势平衡方程式电枢回路电势平衡方程式VURba13 . 0一般取电刷接触压降）和电刷接触电阻两部分阻（包括电枢绕组电阻电枢回路总等效电式中：aaabaabaaRIUIUrIUUrIUE)2(288ffjffRIrrIU）（程式励磁回路的电压平衡方. 2回路的总电阻为励磁式中：jffrrRfaIII电流平衡方程. 3

33、89二、功率平衡方程式二、功率平衡方程式 1.电磁功率电磁功率 aemaEIPIE的乘积。与电枢电流电动势功率为电枢绕组的定义：直流电机的电磁）（nCCTnIaPNnIaPNPTEemaaaaem303030260902. 发电机电枢回路的电功率平衡方程式发电机电枢回路的电功率平衡方程式cucuacufemaafaafaaaaaaapPppPPRIUIUIRIIIURIUIEIIRIUE22222）（得：将上式两边同乘以根据式：913. 发电机总的功率平衡方程式发电机总的功率平衡方程式）通常估算为杂散损耗）（铁心损耗）（机械损耗）（损耗包括；换所必须的损耗，这些转轴转动和实现能量转另一部分则被

34、用于平衡的部分，而被转换为电功率的那一机械功率过转轴传递给发电机的电磁功率只是原动机通NadFemecPpppPP%1%5 . 0(3211192adFemeccufcuacucuadFemecemadFemecemppppppppppPPpppppPpppPP0021001称空载损耗或不变损耗式中：93 并励发电机的功率流程图并励发电机的功率流程图mecpFepadp1PemP2Pcuapcufp944. 发电机的效率发电机的效率00100110012100)1 (100100PpPpPPP。机则可能低于，小容量电达左右，大容量电机可高效率在，普通直流电机的额定）围为（大值，相应的功率范相等

35、时，效率会达到最与不变损耗可变损耗可以证明，当电机中的000000070968517 . 0NcuPpp95三、转矩平衡方程式三、转矩平衡方程式010101TTTpPPpPPememem得：得两边同除以机械角速度将式也是制动转矩是发电机的空载转矩，矩的电磁转矩，是制动转时产生是发电机输出电磁功率为拖动转矩是原动机输入机械转矩0011pTPPTPTememem962.4.2 他励发电机的运行特性他励发电机的运行特性 说明：说明： 1.什么是发电机的特性？什么是发电机的特性？ 指电机外部各个可测物理量之间的关系。指电机外部各个可测物理量之间的关系。 2.有哪些特性？有哪些特性？ （1）空载特性（开

36、路特性）空载特性（开路特性） （2）负载特性）负载特性 （3）外特性）外特性 （4）调节特性）调节特性 3.为什么讨论特性？为什么讨论特性？ （1）便于选择电机）便于选择电机 （2）从特性曲线上求取性能指标）从特性曲线上求取性能指标97一、空载特性一、空载特性 1.什么是空载特性？什么是空载特性？关系曲线。）的（时，端电压，在fNIfUInn00。曲线测定发电机的实际磁化验方法，故实际上也就是由实，因为)(000FfFIUf98线。，即可作出空载特性曲和减小到零，记录若干组单调使开始，调节）（测试方法：从003 . 11 . 1UIIrUUffjN剩磁作用的励磁电流。，为对应坐标左移，并将纵延

37、长，交横轴于，把曲线定电压的为额称为剩磁电压，数值约电压，发电机还有一个不大的时，由于电机有剩磁，故oooIf0000420动。转速成正比地上、下移转速，空载特性将会与，故对于不同给定流相同时，而测定的，由于励磁电）（一般为是相对于某一恒定转速以上所得空载特性曲线nEnN993.该特性有何用？该特性有何用？ （1）从空载特性可以知道电机的饱和程度，从而检）从空载特性可以知道电机的饱和程度，从而检验电机的设计制造水平。验电机的设计制造水平。 （一般情况下，额定电压位于特性曲线开始弯曲的部分，称为“膝”点，如果额定电压在“膝”点以下，说明磁路未饱和，铁心没有充分利用，不经济，同时，励磁电流稍有变化

38、，就会引起端电压较大的波动；若工作在“膝”点以上，磁路比较饱和，要得到额定电压，就需要较多的励磁安匝，这会使铜损和用铜量增加，也不经济。） （2）可用该特性求出电机的其他特性曲线。）可用该特性求出电机的其他特性曲线。注：无论何种励磁方式的直流电机，其空载特性曲线均由他励接线方式测定。100二、负载特性二、负载特性 1.什么是负载特性？关系曲线。）的（常数时，常数，负载特性是fIfUIn不变。以保持，的同时调节负载恒定，调节，实验中保持合上开关实验测取IRrnKLj. 21013.曲线分析曲线分析表示。作用，用其二，电枢反应的去磁表示；降，用其一，电枢电阻上的压原因：这有两方面的电流的端电压不相

39、同。作用下，不同负载相同的励磁电流曲线，在是一条特殊的负载特性EAAUIIf0。电流时的负载特性曲线点的轨迹即为相应负载则，点沿空载特性曲线移动形的特性三角形，将此三角，称之为间存在着一个负载特性与空载特性之即的长度认为是不变的，和当负载电流一定时，UEEAUEAAU102三、外特性三、外特性 1.什么是外特性？什么是外特性？）的关系曲线。（常数时，常数，外特性是当IfUInf即可作出特性曲线。值，流及其相应的端电压数），根据不同的负载电（，最后直到开路减小负载电流，不变，调节保持励磁电流时，使和电阻，调节负载，使合开关实验测取0. 2IIRIUUIIrRnnKLfNNNjLN1033.曲线分

40、析曲线分析 外特性是一条随负载电流增加而下降的曲外特性是一条随负载电流增加而下降的曲线，原因有二：线，原因有二：UEnCEUrIIUrIEUEaabaa的去磁作用使，电枢反应可知：根据：20000000105100. 4率一般为他励发电机的电压调整电压调整率NNUUUU104四、调节特性四、调节特性 1.什么是调节特性？什么是调节特性？的关系曲线。）（常数时，常数，调节特性是指IfIUnf，即可绘出曲线。和组持转速不变，测定若干压恒定，与此同时，保励磁电流，从而使端电调节励磁电阻，以改变，电阻，改变负载电流后，调节负载闭合开关实验测取IIKf. 21053.曲线分析曲线分析1062.4.3 并

41、励发电机的自励条件和外特性并励发电机的自励条件和外特性 并励发电机是自励发电机中最常用的一种，并励发电机是自励发电机中最常用的一种，它的励磁电流不需要其他的直流电源供给，而它的励磁电流不需要其他的直流电源供给，而取自发电机本身，所以称为取自发电机本身，所以称为“自励自励”，并励发，并励发电机的主极绕组与电枢绕组并联。电机的主极绕组与电枢绕组并联。曲线。特性依然定义为发电机空载）（的关系磁电流与励，端电压合开关不发电机在自励过程中，一、自励过程与条件ffIfUIUK00107称为励磁回路的电阻线）（的斜率为：右图中，直线ffjfffRIrrIIUtg/10）电压为载，所以建压时端（建立电压时不接

42、负是怎样建立的？00. 1UU1081092. 并励发电机的自励条件并励发电机的自励条件 （1）电机内有剩磁；）电机内有剩磁； （2）励磁绕组连接正确；）励磁绕组连接正确； （3）励磁回路电阻应小于临界电阻）励磁回路电阻应小于临界电阻（电阻线与空载 特性的线性段重合时 对应的电阻值）以确 保电机端有一个恰当 的端电压。 110111二、外特性二、外特性，则得外特性。电流和电机，测取端电压小，并逐步减然后合上开关；自励过程，建立端电压，使电机完成节励磁电阻调实验时保持转速恒定，实验求取IURKUrLj0. 2）的关系曲线。（常数时，常数，指并励发电机的外特性是IfURnf. 1112113电势。

43、为剩磁感应路电流短至短路。不断减小，直急剧下降，使的减小使进入不饱和区，时，增大到临界电流的减小而增大，当随不大，于是的减小的减小使还比较饱和，降不多时，电机的磁路，当电压下象，因为负载电流有“拐弯”现rarKfLfCrLfLEREIIURIUIIIRIUIRUI,)0, 0, 0()2(0很小的。短路电流是此，并励发电机的稳态很小，因为剩磁电动势，其数值rE1142.4.4 复励发电机的特性复励发电机的特性 在并励发电机的基础上加上串励绕组就是复励在并励发电机的基础上加上串励绕组就是复励发电机。发电机。枢反应的去磁作用。枢回路的电阻压降和电串励绕组则用来补偿电；证空载时产生额定电压绕组起主要

44、作用，以保积复励发电机中，并励1151162.5 直流电动机的基本特性直流电动机的基本特性2.5.1 基本方程基本方程 仍以并励电动机为例，等效电路中各物理量的正方向按电动机惯例示出。一、电动势平衡方程式baaaaaaUrIRIRIEU2. 1式中：电枢回路ffjffRIrrIU）（励磁回路. 2afIII电流平衡方程式. 3117二、功率平衡方程式二、功率平衡方程式cuemcufcuaemfaaafaaafafapPppPUIRIEIUIIRIEUIUIIIUPUIPP2111）（）（电动机输入功率，即率为机转轴上输出的机械功耗完全相同，最终在电义与发电机中的空载损损耗，其成份和物理意服因转

45、动而引起的各种转换过程中，势必要克到机械能的转换，在此械负载，实现电能，使电机转动并拖动机产生电磁转矩电磁功率2PTPemem022pPpppPPadFemecem118pPppPpppppPpPPcucufcuaadFemeccuem20221cuapcufpemP1PmecpFepadp2P119%10012PP效率：0202TTTpPPemem可得功率平衡方程式稳态恒速运行时，根据三、转矩平衡方程式120）之间的关系。流（或电枢电与输出功率、电磁转矩效率、时，电动机的转速电阻，励磁电流，电枢回路不串入附加工作特性是指aemfNfNIPTnIIUU2121 为什么讨论工作特性？为什么讨论工

46、作特性？ （1）便于用户选择、使用电机； （2）从工作特性上找到衡量电机性能好坏的指标； （3）鉴定电机的设计水平； 求取特性的方法求取特性的方法 （1）实验求取 （2）计算求取我们介绍的是用实验方法求取特性曲线。122一、并励电动机一、并励电动机在启动完成后切除。，阻电枢回路串入的启动电时的励磁电流）。图中常数（对应于常数，实验中保持stNNfNfNRnnPPIIUU2nnCRIUnnCERIEUPfnIIUUEaaEaafNfN02. 1可得速率计算公式：根据）的关系曲线。（常数，常数，在速率特性123n曲线分析曲线分析转速变化很小。的影响互相抵消，它们对转速磁作用）分母变小（电枢反应去）

47、时，分子变小，（即当根据上式：nIPCRIUnaEaa2特性。，称为硬）（很小，并励电动机的转速变化%43%1000nnnnnNN124u 注意注意: 并励电动机运行时，励磁绕组绝对不允许开路，并励电动机运行时，励磁绕组绝对不允许开路，因为当励磁回路断开时，气隙中的磁通将骤然因为当励磁回路断开时，气隙中的磁通将骤然降至微小的剩磁：降至微小的剩磁： 转动部件。轻载时，“飞速”损坏）（致电枢绕组过热。，电枢电流剧增，而导机停转，反电动势不了负载转矩，使电重载时，电磁转矩克服）（201E125的关系曲线。）（常数时，常数，在转矩特性2. 2PfTIIUUemfNfN126 直流电动机的转矩平衡方程式

48、为直流电动机的转矩平衡方程式为02TTTem略有下降）增加，随原点的直线（其原因是是一条略微上翘的经过变化。常数，不随基本不变，故认为由于2222000PPTPTnpT02TTTem空载转矩应于到，其与纵轴的交点对曲线平移得曲线可由127计算而得。和率特性曲线可由实测的根据效率计算公式，效）（效率特性212. 3PPPf耗相等。在理论上与不变损电机中的可变损耗率取最大值，此时接近额定功率时效普通电动机大都在128二、串励电动机二、串励电动机。同，其余两个特性不同效率特性与并励基本相）的关系曲线，（或与、常数，即aemNIPTnUU2129（上升更少）用，若考虑电枢反应去磁作）（上升少）；考虑饱

49、和时，）（成正比变化；变化，不考虑饱和时，）（与负载的大小有关：即变化，变化串励：afafafafIIIIIIIIII321130转速很高，发生飞车。空载、轻载时电动机的）（；很快，为软特性（随）（曲线特点：常数验中，保持实验接线图如图示，实）曲线（速率特性2)1. 122nPUUPfnN131 曲线分析 （1）分析为什么是软特性？nICRIUnaEaa，分母时，分子当根据式。使而分母大，）很小时，分子影响不（或根据转速计算公式，当nIPa2。额定值的小于，工作的最低负载不应对一般串励电动机而言运行，不允许空载起动及空载因此，串励电动机绝对%30%25132 转速调整率转速调整率额定负载时的转

50、速。为式中：机的转速调整率定义为动动机有所不同，串励电调整率的定义与并励电速空载运行，所以它的转由于串励电动机不允许41%1004141*nnnnnNN133的增加上升很快。随可知，降，因此从式的增加而迅速下随由于串励电动机的转速）（转矩特性2222222602. 2PTnPPTPnPfTem134 曲线分析上升很快。故次方的比例上升，以大于电枢电流），转矩时（所以，当）（考虑饱和）（不考虑饱和）（emaemaaemaemTITIPITIT1212122afaemaTemIIITICT串励并励根据135动无轨电车，电气机车拖变）。基本不，使，超载时，（不至于烧坏电机）过载能力强，超载时（）（）

51、起动转矩大，因（，否则飞速；）不能空载、轻载运行（222232121PTTPITaem136 三、复励电动机三、复励电动机 要利用串励电动机的特点，同时又避免空载发生“飞速”危险，复励电动机的特性介于两者之间，其速率特性如下：1372.5.3 机械特性机械特性l什么是机械特性？什么是机械特性？特性。）称为机械（之间的关系曲线转矩与电磁常数时，转速直流电机在ememNTfnTnUU138自然机械特性。的关系曲线，称为）（时，路串入的调节电阻常数，电机回常数时，当自然机械特性emjfNfNTfnRIIUU0. 1139直线的斜率理想空载转速20TEaECCRKCUnememTEaETemaEaaK

52、TnTCCRCUnCTICRIUn02代入上式，则得将根据式140，特性变软。因）（根据式KKTKnTCCRRCUnjemjemTEjaE02机械特性。工）的关系曲线，称为人（时，电阻常数，电枢回路串入常数，emjfNfNTfnRIIUU141，特性变软。因）（根据式KKTKnTCCRRCUnjemjemTEjaE02142二、串励电动机的机械特性二、串励电动机的机械特性是一个变数。常数，考虑饱和效应，效应，不考虑饱和，在串励电动机中，KKIKIIafa特性。）之间的关系曲线为软（即，分母，分子当）（）（根据式emaemaEjaaEjaaaTaTemTfnnITIKCRRIUCRRIUnIKC

53、ICT2为人工机械特性。为自然机械特性，00jjRR143三、复励电动机的机械特性三、复励电动机的机械特性 复励电动机的机械特性介于并励和串励之间，一般采用积复励，积复励电动机的转速为：串并，2121)(EaaCRIUn1442.6.2 直流电动机的起动直流电动机的起动 一、什么是起动？ 二、衡量一台电动机起动性能指标优劣的标准 起动电流要小起动电流要小：很大，带来的不良影响所以起动电流很小，所以，时，因为，起动方程式根据电动机的电势平衡staastaaaIRRUIIEnRIEU00145 起动转矩要大起动转矩要大不能失磁）保证磁通可靠建立（不能太小；）（：所以，要保证可靠起动因为21stst

54、TaTemstIICICTT1461.直接起动直接起动 什么是直接起动？ 将电动机直接投入具有额定电压额定电压的电网上起动 起动方法（以并励电动机为例说明）。枢回路开关，然后再合电立主磁通，以保证可靠建开关起动时，先合励磁回路afKK1472.在电枢回路串电阻起动在电枢回路串电阻起动 起动方法起动方法矩也同时减小。减小，起动转，电流，串入电阻后，以限制起动串入一电阻起动时，在电枢回路中ststaststIRRUIR性能。逐步减小，以保证起动电阻，将串入的大，随着时，串入）。开始起动（电流限制在一定范围内动一定的起动转矩，将起在实际工程中，为保证RIEnRIIstminmax148 如何控制串入

55、电枢回路的起动电阻如何控制串入电枢回路的起动电阻?过程。的电磁转矩，缩短起动生足够的数值范围内，保证产理使起动电流限制在一合逐步切除ststastststEstRIEnRRRRnCUI321最大。最大，全部切除，以使变阻器动时应将励磁回路中的为保证起动转矩大，起）（会烧坏；计的，长期通过大电流起动变阻器是按短时设）（说明两点：fI21149 特点特点: (1) 可限制起动电流，保证一定的起动转矩，设备简单，广泛用于中、小型电机中。 （2）对于大容量直流电机，变阻器将变得笨重，消耗电能。 3. 降压起动（适用于他励）降压起动（适用于他励） 加成本。好，但设备投资大，增不消耗电能，起动性能特点：不

56、用起动电阻，直流电源；作法：用一套专用调压起动电流为：电压以限制起动电流起动时降低电动机的端*stastIURUI1502.6.3 直流电动机的调速直流电动机的调速 什么是调速? 在电动机负载转矩不变的情况下，通过人工方法改变机组的转速，称为调速。 对调速性能的要求： （1）速比大；（2）平滑；（3）经济 综述调速方法 ）调电枢回路电阻（；调）（；调）（可知，调速方法有三种根据式321UICRIUnfEaa151一、电枢回路串电阻调速一、电枢回路串电阻调速 aEjemTEjemTEjemTEaemTEjemTEaEemTEjaEaEjaEjICRTCCRnTCCRTCCRnTCCRTCCRCU

57、TCCRRCUICRRCUnR2220222化量串入电阻后，转速的变）（式求得后，速度调节量可用下电枢回路串入调节电阻1521.调速结果调速结果后，消耗了电能）（因电枢回路串入电阻不变。所以调速前后输入功率都不变，、），因调速前、后（看效率）（；：电枢电流保持不变，即，因此，调速前后即：负载）保持不变（设为恒转矩由于调速前后负载转矩）（特性变软；%10032) 1 (1222211212121PPPTPPUIIIIUUIPIIICICTTTnRfafaaaaTaTLememj1532.特点特点 （1）只能调低，不能调高；）只能调低，不能调高； （2）平滑性可以；）平滑性可以； （3）方法简单，

58、但效率下降。）方法简单，但效率下降。 。范围地改变电机的转速可平滑地较大可知，改变从式二、改变励磁电流调速EaaCRIUn15412221221121122122111nnIInCnCEEUUEUIIIICICffEEfaaaTaT不变，则则忽略电枢电阻的影响，枢反应影响，则不计磁路饱和，忽略电则：。常数矩计磁路饱和，总负载转路电枢电阻的影响，不去磁作用和电枢回不变，忽略电枢反应的前提：调速的物理过程emLTTU. 11552. 调速结果调速结果基本不变调速前后效率的减小可忽略；很小，）（看效率）（，调速后下在负载转矩不变的情况）（1122212121212%10021PIIIIIUPPTTP

59、PPnnIIafffaLaa156。调速前后效率基本不变）（平滑性好，方法简单；）（）；最大，时，因为只能调高，不能调低（）（特点3201. 3nRRff157本高。设备复杂，价格贵，成）（机反转；利用反向开关，可使电）（）可同时作降压起动；（以上。：转速比可达宽广范围内平滑调速，在低，配合励磁调节，可转速既可调高，也可调）（特点流电源；电动机，使用专门的直他励活的调速方式，适合于改变电枢电压是一种灵方法三、改变端电压调速43. 21251. 2. 11582.6.4 直流电动机的制动直流电动机的制动 为制动转矩。反向，与使改变方向，改变方向，方向不变，电枢电流制动后：为拖动转矩；方向相同，与

60、制动前：方向不变。制动时保证磁通总原则：综述制动方法耗能少。）（方法简单；）（制动快；）（对制动性能的要求emememaememTnTTITnT. 2321. 1回馈制动。）反接制动；（）能耗制动；（）（制动方法321. 3159一、能耗制动一、能耗制动 1.作法：一般用于并励电动机，接线图如图反向与制动状态：同方向与电动状态：看一下电枢电流：nTICTRREInTICTREUIemaTemLaaemaTemaa. 21603.特点特点（1）不消耗电源电能；（2）方法简单；（3）制动较慢。二、反接制动二、反接制动 1.作法作法1612.制动过程制动过程 制动时，保持励磁电流大小、方向不变。反向