电托复习PPT第二章

1、第二章第二章直流电机直流电机 直流电机的用途和基本工作原理直流电机的用途和基本工作原理 直流电机的结构和铭牌数据直流电机的结构和铭牌数据 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 直流电机的磁势和磁场直流电机的磁势和磁场 电枢电势、电磁转矩和电磁功率电枢电势、电磁转矩和电磁功率 直流发电机直流发电机 直流电动机直流电动机1 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构一、直流电机的用途一、直流电机的用途一切电机都是以一切电机都是以电磁感应定律电磁感应定律作为主要依据设计而成的。作为主要依据设计而成的。它的基本功能是实现机电能量的相互转换。它的基本功能是实现机电能量的相互转换。直流电机直流电机电

2、动机电动机发电机发电机将电能转换成机械能。将电能转换成机械能。将机械能转换成电能。将机械能转换成电能。.二二 直流电机的工作原理直流电机的工作原理NSn发电机（发电机（右手定则右手定则）机械能机械能电能电能SNn电动机（电动机（左手定则左手定则）电能电能机械能机械能axxliBflvBe注意：注意：电刷固定在空间不动，而半圆铜片与导体电刷固定在空间不动，而半圆铜片与导体 一起旋转。一起旋转。Naisax发电机：电枢绕组中感应的交变电势，依靠换向器的换向作发电机：电枢绕组中感应的交变电势，依靠换向器的换向作 用用,利用静止的电刷把同一磁极下导体电势引出，利用静止的电刷把同一磁极下导体电势引出，

3、变为直流电势输出。变为直流电势输出。电动机：通过电刷和换向器的共同作用，使得同磁极下的导体电动机：通过电刷和换向器的共同作用，使得同磁极下的导体 边流过的电流方向不变，导体受力方向不变，进而产边流过的电流方向不变，导体受力方向不变，进而产 生方向恒定的电磁转矩，使电机连续转动。生方向恒定的电磁转矩，使电机连续转动。 在电枢线圈内的感应电动势及电流都是交流的。在电枢线圈内的感应电动势及电流都是交流的。通过换向片及电刷的通过换向片及电刷的整流整流作用才变成从外部看的作用才变成从外部看的两电刷间的直流电动势。两电刷间的直流电动势。虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，虽然电枢线圈是旋转的且

4、电枢线圈中的电流是交变的，但从空间上看，但从空间上看，N极与极与S极下的电枢电流的方向是不变的。极下的电枢电流的方向是不变的。因此，由电枢电流所产生的磁场从空间上看也是一个因此，由电枢电流所产生的磁场从空间上看也是一个恒定不变的磁场恒定不变的磁场。电枢线圈中的感应电动势与其电流的方向始终一致。电枢线圈中的感应电动势与其电流的方向始终一致。当接上负载时，电枢绕组中就有电流，此电流与磁场当接上负载时，电枢绕组中就有电流，此电流与磁场相互作用产生电磁力，该电磁力使转轴受到一个力矩，相互作用产生电磁力，该电磁力使转轴受到一个力矩，称之为称之为电磁转矩电磁转矩，其方向是与转子的转向相反的，是，其方向是与

5、转子的转向相反的，是制动制动性质。性质。.虽然外施电压及电流都是直流，但在电枢绕组内部，虽然外施电压及电流都是直流，但在电枢绕组内部，电枢电流和电枢电动势都是交流。这是通过换向片电枢电流和电枢电动势都是交流。这是通过换向片及电刷的及电刷的逆变逆变作用，将作用，将外部直流变成内部的交流外部直流变成内部的交流。虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，但从空间上看，由电枢电流所产生的磁场仍是一个但从空间上看，由电枢电流所产生的磁场仍是一个恒定不变的磁场恒定不变的磁场。当电枢旋转时，电枢导体切割磁力线也会感应电动势。当电枢旋转时，电枢导体切割磁力

6、线也会感应电动势。其方向与电枢电流的方向始终相反，故称之为其方向与电枢电流的方向始终相反，故称之为反电势反电势。转子是在电磁转矩的作用下才能旋转，所以电磁转矩的转子是在电磁转矩的作用下才能旋转，所以电磁转矩的方向是与转子的转向一致，是方向是与转子的转向一致，是驱动驱动性质的。此时，电动性质的。此时，电动机从电源输入电能，通过电磁感应转换成机械能从轴上机从电源输入电能，通过电磁感应转换成机械能从轴上输出而带动生产机械转动。输出而带动生产机械转动。.对于同一台电机，在不同的外部条件下，即可作发电机对于同一台电机，在不同的外部条件下，即可作发电机运行，也可作电动机运行原理，称为电机的运行，也可作电动

7、机运行原理，称为电机的可逆可逆原理。原理。.电机的可逆原理，是电机理论中的普遍原理。它不仅电机的可逆原理，是电机理论中的普遍原理。它不仅适用于直流电机，而且也适用于交流电机。适用于直流电机，而且也适用于交流电机。三、三、 直流电机的结构直流电机的结构1、直流电机的主要结构部件、直流电机的主要结构部件直流电机直流电机定子定子转子转子主磁极主磁极换向极换向极机座机座电刷装置电刷装置电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组换向器换向器起机械支撑，起机械支撑，产生磁场的作用产生磁场的作用 产生电磁转矩、产生电磁转矩、产生感应电势产生感应电势 气隙气隙耦合磁场耦合磁场 部件名称部件名称作用作用材料材料主磁极主磁

8、极励磁绕组通入直流，建立气隙磁励磁绕组通入直流，建立气隙磁场场11. 5mm低碳钢片叠低碳钢片叠制，降低涡流损耗制，降低涡流损耗换向极换向极改善换向改善换向整块钢或整块钢或11. 5mm钢片叠制钢片叠制机座机座机械支撑并构成磁回路机械支撑并构成磁回路铸钢（小电机），厚铸钢（小电机），厚钢板焊接（大中型电钢板焊接（大中型电机）机）电枢铁心电枢铁心构成磁路、嵌放电枢绕组构成磁路、嵌放电枢绕组0.350概述概述.5mm硅硅钢片叠制，降低涡流钢片叠制，降低涡流损耗损耗电枢绕组电枢绕组感应电势，承载电流，产生转矩感应电势，承载电流，产生转矩圆截面铜线或扁导线、圆截面铜线或扁导线、空心导线空心导线换向器换

9、向器与电刷配合，用机械换接的方法与电刷配合，用机械换接的方法引入（出）直流电势引入（出）直流电势铜换向片和片间绝缘铜换向片和片间绝缘云母构成换向片云母构成换向片电刷装置电刷装置与换向器配合，实现直流量和交与换向器配合，实现直流量和交流量之间的转换流量之间的转换石墨碳刷石墨碳刷 2 直流电机的铭牌数据和额定值直流电机的铭牌数据和额定值n额定容量额定容量 PN (w或或kw)；直流电机的直流电机的输出输出功率功率n额定电压额定电压 UN (V)n额定电流额定电流 IN (A)n额定转速额定转速 nN (r/min)n励磁方式和额定励磁电流励磁方式和额定励磁电流IfN (A) 直流电动机直流电动机

10、直流发电机直流发电机NNNNUIPNNNUIP 额定值：指电机正常运行时各物理量的数值。此额定值：指电机正常运行时各物理量的数值。此时亦称电机满载运行。否则为欠载或过载时亦称电机满载运行。否则为欠载或过载 3 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组一、有关技术名词一、有关技术名词1. 极轴线极轴线它是将主磁极平分左右两部分的直线。它是将主磁极平分左右两部分的直线。极轴线极轴线2. 极距极距它是相邻两主磁极极轴线之间的距离。它是相邻两主磁极极轴线之间的距离。3. 几何中线几何中线 nn它是在相邻两极轴线之间，并且与这两极轴线等距离的直线。它是在相邻两极轴线之间，并且与这两极轴线等距离的直线。nn.

11、4. 电角度电角度定义在空间相邻两主磁极之间的角度恒为定义在空间相邻两主磁极之间的角度恒为180电角度。电角度。注意：注意：电角度与几何角度的电角度与几何角度的区别区别：空间一周的几何角度恒等于空间一周的几何角度恒等于360；空间一周的电角度与空间一周的电角度与磁极对数磁极对数p有关，即为有关，即为p360。5. 绕组元件绕组元件绕组元件简称元件，又称为线圈。绕组元件简称元件，又称为线圈。它有两个平行边为它有两个平行边为有效边有效边，是放在电枢槽中，切割磁通用。，是放在电枢槽中，切割磁通用。绕组元件可以是单匝，也可以是多匝。绕组元件可以是单匝，也可以是多匝。单匝单匝多匝多匝.6. 绕组绕组所有

12、线圈（元件）按一定规律连接起来就构成绕组。所有线圈（元件）按一定规律连接起来就构成绕组。7. 双层绕组双层绕组一个电枢槽分为上下两层。一个电枢槽分为上下两层。将一个线圈的两个边分别放在电枢槽的上层和下层而形成的将一个线圈的两个边分别放在电枢槽的上层和下层而形成的绕组称为双层绕组。绕组称为双层绕组。8. 实槽与虚槽实槽与虚槽一个电枢槽的上下两层共放一个电枢槽的上下两层共放2个元件边称为实槽。个元件边称为实槽。一个电枢槽的上下两层可以放一个电枢槽的上下两层可以放4、6、8、个元件边称为虚槽。个元件边称为虚槽。虚槽虚槽虚槽虚槽实槽实槽9. 第一节距第一节距 y1它是它是同一元件同一元件的第一元件边的

13、第一元件边(上层边上层边)和第二元件边和第二元件边(下层边下层边)在电枢表面所跨的距离。在电枢表面所跨的距离。单位：虚槽数。单位：虚槽数。y1选取的原则为：选取的原则为：应使元件产生最大电动势应使元件产生最大电动势。故。故 y1=。pZi2虚槽总数虚槽总数整数而pZyi21，则称为整距绕组；如果1y，则称为短距绕组；如果1y，则称为长距绕组。如果1y10. 第二节距第二节距 y2它是它是第一元件的第二元件边第一元件的第二元件边（下层边）与紧相串联的（下层边）与紧相串联的第二元件的第一元件边第二元件的第一元件边（上层边）在电枢表面所跨的（上层边）在电枢表面所跨的距离。距离。单位：虚槽数。单位：虚

14、槽数。11. 合成节距合成节距 y它是它是第一元件的第一元件边第一元件的第一元件边（上层边）与紧相串联的（上层边）与紧相串联的第二元件的第一元件边第二元件的第一元件边（上层边）在电枢表面所跨的（上层边）在电枢表面所跨的距离。距离。单位：虚槽数。单位：虚槽数。12. 换向器节距换向器节距 yk它是它是同一元件的首端和末端在换向器表面上的同一元件的首端和末端在换向器表面上的跨距跨距，以所跨换向片数表示。，以所跨换向片数表示。二、单叠绕组二、单叠绕组1. 特点特点单叠绕组是一个线圈压住另一个线圈的一大半。单叠绕组是一个线圈压住另一个线圈的一大半。换向器节距等于合成节距，且恒为换向器节距等于合成节距，

15、且恒为1。即。即 yk= y = 12. 展开图展开图设一电机设一电机 Zi=16，2p=4pZyi21则线圈是通过换向片线圈是通过换向片串联串联起来的，使整个单迭绕组在电枢上起来的，使整个单迭绕组在电枢上形成形成一个一个 闭合电路闭合电路。注意：注意：换向片本身是互不相通的。换向片本身是互不相通的。槽40416下线51适合于大电流的电机适合于大电流的电机 将展开图简化表示为将展开图简化表示为换向片换向片上层边上层边下层边下层边567453812116315412316115419电刷放置：电刷放置： na) 电枢绕组形成一个闭合回路，绕组产生的电动电枢绕组形成一个闭合回路，绕组产生的电动势要

16、靠电刷引出（入）势要靠电刷引出（入）nb) 电刷放在换向器上的位置是根据电机空载时，在电刷放在换向器上的位置是根据电机空载时，在正、负电刷之间获得最大电动势为原则。正、负电刷之间获得最大电动势为原则。nc) 电刷与感应电动势为零的元件边连接的换向片电刷与感应电动势为零的元件边连接的换向片接触，否则不能保证接触，否则不能保证b)的要求，并且如果感应电动的要求，并且如果感应电动势不为零的话，还会产生短路电流。势不为零的话，还会产生短路电流。nd) 只要元件轴线与主磁极轴线重合，元件中的电动只要元件轴线与主磁极轴线重合，元件中的电动势就是零。势就是零。电刷放置：电刷放置： ne) 电刷必须放在换向器

17、的几何中性线上。电刷必须放在换向器的几何中性线上。n元件端接对称时，主磁极轴线、元件轴线、换向器的元件端接对称时，主磁极轴线、元件轴线、换向器的几何中性线重合几何中性线重合n元件端接不对称时，主磁极轴线、元件轴线重合，但元件端接不对称时，主磁极轴线、元件轴线重合，但与换向器的几何中性线不重合，电刷必须放在换向器与换向器的几何中性线不重合，电刷必须放在换向器的几何中性线上。注意：它与电枢上的几何中性线无的几何中性线上。注意：它与电枢上的几何中性线无关。关。nf) 叠绕组的电刷数叠绕组的电刷数=极数极数ng) 根据电路图，将同极性端接在一起，得电枢根据电路图，将同极性端接在一起，得电枢电动势电动势

18、。3. 基本性质基本性质. 并联支路数等于电机的主磁极数，即并联支路数等于电机的主磁极数，即2a = 2p每个磁极下，元件电势串成一路，有几个磁极就有几路。每个磁极下，元件电势串成一路，有几个磁极就有几路。. 电刷数等于电机的主磁极数，即电刷数等于电机的主磁极数，即2b = 2p缺少一个电刷，电枢绕组将不能正常工作。缺少一个电刷，电枢绕组将不能正常工作。. 电枢电势电枢电势Ea等于支路电势等于支路电势es，即即. 电枢电流电枢电流Ia等于极数与支路电流等于极数与支路电流ia的乘积，即的乘积，即Ea=esIa=2aia=2p ia三、单波绕组三、单波绕组1. 单波绕组的节距单波绕组的节距；pZi

19、y21pKyk1y= yk ；y1+y2= y2. 展开图展开图设一电机的设一电机的K=15，2p=4pZyi21则4154槽槽3槽槽一般地，一般地，y1取取3， 若若y1取取4，则浪费材料和有效电势。，则浪费材料和有效电势。今取今取 y1=4（1-5下线）下线）721151pKyk换向器节距.两个绕组紧相串联后形似波浪，故称之为两个绕组紧相串联后形似波浪，故称之为“波波”绕组。绕组。换向片数换向片数适合于小电流高电压的电机适合于小电流高电压的电机 将展开图简化表示为将展开图简化表示为换向片换向片上层边上层边下层边下层边下层边下层边上层边上层边换向片换向片1211106579887126354

20、11514109111312543141315211159101411131287621354它也是它也是一个闭合回路一个闭合回路。单波绕组的单波绕组的特点特点：将将所有所有N极极下的元件串联起来；下的元件串联起来；将将所有所有S极极下的元件串联起来。下的元件串联起来。3. 基本性质基本性质. 电枢绕组的并联支路数：电枢绕组的并联支路数：不论主磁极数目是多少，单波绕组的并联支路数不论主磁极数目是多少，单波绕组的并联支路数恒等于恒等于 2。2a = 2. 电刷数目：电刷数目：一般地，一般地，2b = 2p （即全额电刷）即全额电刷）.电刷位置：电刷位置：电刷也应安装在电刷也应安装在极轴线处极轴线

21、处，且固定在空间不动。，且固定在空间不动。四、电枢绕组小结四、电枢绕组小结3. 电枢绕组本身一定是电枢绕组本身一定是交流交流的。的。4. 不管是什么绕组，均构成不管是什么绕组，均构成一个闭合回路一个闭合回路。5. 全额电刷，且位于极轴线处。全额电刷，且位于极轴线处。 在能通过规定的电流和产生足够大的感应电动势及在能通过规定的电流和产生足够大的感应电动势及 电磁转矩的前提下，所消耗的有效材料（包括导线电磁转矩的前提下，所消耗的有效材料（包括导线 和绝缘）最省；强度（机械、电气和热的强度）高；和绝缘）最省；强度（机械、电气和热的强度）高； 运行可靠；结构简单；下线方便等。运行可靠；结构简单；下线方

22、便等。2.要根据电机额定电压或电流要求选择绕组形式。要根据电机额定电压或电流要求选择绕组形式。（叠（叠-大电流，波大电流，波-高电压）高电压） 单叠绕组单叠绕组单波绕组单波绕组总元件数总元件数极数极数并联支路数并联支路数每条支路中的元件数每条支路中的元件数电压电压电流电流电阻电阻适用范围适用范围SS2p2p2p2EapS22SEaapI2aI2低压、大电流电机低压、大电流电机容量为几百千瓦容量为几百千瓦高压、小电流电机高压、小电流电机容量为几十千瓦以下容量为几十千瓦以下6. 单叠绕组与单波绕组比较：单叠绕组与单波绕组比较：RS22RpS24例例 题题例：今有例：今有S=100个线圈（元件），每

23、个线圈的平均电势个线圈（元件），每个线圈的平均电势eav=10V， 每个线圈的电阻每个线圈的电阻 r=0.01，每个线圈的电流每个线圈的电流ia=10A，电机电机 的主磁极数的主磁极数2p=4，试分别求出单迭绕组和单波绕组的电枢试分别求出单迭绕组和单波绕组的电枢 电势电势Ea=？电枢电流电枢电流Ia=？总电阻总电阻R=？解：对于单迭绕组解：对于单迭绕组VpSeEava2504100102AipIaa4010420625. 001. 04410022rppSRVSeEava5002100102AiIaa20102225.001.02210022rSR.对于单波绕组对于单波绕组4直流电机的磁势和磁

24、场直流电机的磁势和磁场一、直流电机的励磁方式一、直流电机的励磁方式主磁极是用来建立磁场的。主磁极是用来建立磁场的。 这个磁场是由励磁绕组产生的。这个磁场是由励磁绕组产生的。按励磁绕组与电枢绕组连接关系的不同，励磁方式分为按励磁绕组与电枢绕组连接关系的不同，励磁方式分为1. 他励他励U与与Uf 相互独立。相互独立。Ia= I2. 并励并励U = Ua= UfIa= I+If3. 串励串励Ia= I4. 复励复励一套为并励绕组，另一套为串励绕组。一套为并励绕组，另一套为串励绕组。两个励磁绕组的磁势两个励磁绕组的磁势相加相加，称为，称为积复励积复励；两个励磁绕组的磁势两个励磁绕组的磁势相减相减，称为

25、，称为差复励差复励。一个励磁绕组与电枢的连接是一个励磁绕组与电枢的连接是先并联先并联，称为，称为短复励短复励；一个励磁绕组与电枢的连接是一个励磁绕组与电枢的连接是先串联先串联，称为，称为长复励长复励。线路电流线路电流由由两套两套励磁绕组组成。励磁绕组组成。. (a) 他励他励 (b) 并励并励 (c) 串励串励 (d) 复励复励 长复励长复励U)(cIIaU)(dIfIIaU)(bIIaIfUfU)(aIIaIf二、直流电机的空载磁场二、直流电机的空载磁场当当只有励磁绕组中有电流只有励磁绕组中有电流，而其他绕组中均无电流时的磁场，而其他绕组中均无电流时的磁场称为空载磁场。称为空载磁场。1. 电

26、机的磁化曲线电机的磁化曲线电机的磁路电机的磁路主磁磁极主磁磁极空气气隙空气气隙电枢齿电枢齿电枢磁轭电枢磁轭定子磁轭定子磁轭以四极直流电机空载磁场为例以四极直流电机空载磁场为例1245nkkkflHl dHF1aajjhHhH22mmttfhHhHHF2222sBHFf00fFB0由全电流定律，得由全电流定律，得每个主磁极的磁势为每个主磁极的磁势为Ff=IfWf=H+Htlt+Hala+Hmlm+HjljSBH00气隙磁化曲线气隙磁化曲线主磁极定子磁轭电枢齿空载时励磁磁势几空载时励磁磁势几乎全部消耗在空气乎全部消耗在空气气隙上气隙上每对磁极的励磁磁势每对磁极的励磁磁势空载时的气隙磁场分布空载时的

27、气隙磁场分布(不计电枢影响不计电枢影响)B0 x1).不计电枢齿的影响，在磁不计电枢齿的影响，在磁极中心部分气隙小而均匀，极中心部分气隙小而均匀，所以磁阻小，磁密较高。所以磁阻小，磁密较高。2).在极靴范围以外，气隙长在极靴范围以外，气隙长度显著增加，因此磁阻增大，度显著增加，因此磁阻增大，磁通密度迅速下降。磁通密度迅速下降。3).在两极之间的几何中心线在两极之间的几何中心线处处 ，磁密下降为零。，磁密下降为零。)(0AIf)/(0poleAFf)/(2mWbB气隙线气隙线膝点膝点空载磁化特性空载磁化特性1).磁场强度较小时磁路磁场强度较小时磁路中铁磁材料没有饱和，中铁磁材料没有饱和，铁内磁阻

28、及磁压降均较铁内磁阻及磁压降均较气隙中的小，即励磁磁气隙中的小，即励磁磁势全部消耗在气隙上。势全部消耗在气隙上。2).随铁磁材料的饱和，随铁磁材料的饱和，铁磁材料中所消耗的磁铁磁材料中所消耗的磁势迅速增长，磁化曲线势迅速增长，磁化曲线开始弯曲，渐呈饱和状。开始弯曲，渐呈饱和状。磁化曲线与气隙线之间磁化曲线与气隙线之间的的 横向线段表示在产生横向线段表示在产生一定的磁感应强度时铁一定的磁感应强度时铁心部分所消耗的磁势。心部分所消耗的磁势。三、直流电机负载时的磁场及电枢反应三、直流电机负载时的磁场及电枢反应励磁电流产生主极磁场励磁电流产生主极磁场电枢电流产生电枢磁场电枢电流产生电枢磁场负载磁场负载

29、磁场两个磁场共同作用形成合成磁场。两个磁场共同作用形成合成磁场。电枢磁势电枢磁势Fa对主极磁势对主极磁势Ff的影响称为的影响称为电枢反应电枢反应。.不仅励磁绕组中有电流，而且电枢绕组中也有电流的不仅励磁绕组中有电流，而且电枢绕组中也有电流的磁场，称为负载磁场。磁场，称为负载磁场。设主极磁场为设主极磁场为垂直方向垂直方向，且为均匀磁场；，且为均匀磁场；则电枢磁场为则电枢磁场为水平方向水平方向。它不是均匀磁场。它不是均匀磁场。S SN N电枢磁场分布几何中性线N NS SB01. 电枢磁势和电枢磁场电枢磁势和电枢磁场一个元件所消耗于气隙的电枢磁势一个元件所消耗于气隙的电枢磁势三个元件的电枢磁势三个

30、元件的电枢磁势.yaWi21yaWi23xx电枢电枢2/2/小结：小结：电枢磁场的特点电枢磁场的特点：. 电枢磁势电枢磁势Fa与主极磁势与主极磁势Ff互相垂直；互相垂直；. 电枢表面各点的电枢磁势电枢表面各点的电枢磁势Fa不等；不等；在几何中性线处电枢磁势在几何中性线处电枢磁势Fa最大，最大，在极轴线处电枢磁势等于零，即在极轴线处电枢磁势等于零，即Fa=0。. 电枢磁密电枢磁密Bax在几何中性线处的值不为零。在几何中性线处的值不为零。2. 合成磁场及交轴电枢反应合成磁场及交轴电枢反应电枢磁场对主极磁场的影响称为交轴电枢反应。电枢磁场对主极磁场的影响称为交轴电枢反应。交轴电枢反应产生的结果：交轴

31、电枢反应产生的结果： 波形发生畸变，产生峰值；波形发生畸变，产生峰值； 在几何中性线处，在几何中性线处，Ba+B0； 每极磁通下降。每极磁通下降。.考虑饱和时，由于交轴电枢反应的作用，对被削弱的一半考虑饱和时，由于交轴电枢反应的作用，对被削弱的一半磁场影响不大，而被加强的另一半的磁场出现了饱和的情况磁场影响不大，而被加强的另一半的磁场出现了饱和的情况 3. 直轴电枢反应直轴电枢反应电枢磁势电枢磁势Fa交轴电枢磁势交轴电枢磁势Faq直轴电枢磁势直轴电枢磁势Fad直轴电枢磁势直轴电枢磁势Fad与主极磁势与主极磁势Ff同方向同方向时起时起增磁增磁作用，作用，直轴电枢磁势直轴电枢磁势Fad与主极磁势与

32、主极磁势Ff反方向反方向时起时起去磁去磁作用。作用。对于发电机对于发电机若电刷顺转向移，则直轴电枢磁势对主极磁势起去磁作用，若电刷顺转向移，则直轴电枢磁势对主极磁势起去磁作用，若电刷逆转向移，则直轴电枢磁势对主极磁势起助磁作用。若电刷逆转向移，则直轴电枢磁势对主极磁势起助磁作用。若电刷顺转向移，则直轴电枢磁势对主极磁势起助磁作用，若电刷顺转向移，则直轴电枢磁势对主极磁势起助磁作用，若电刷逆转向移，则直轴电枢磁势对主极磁势起去磁作用。若电刷逆转向移，则直轴电枢磁势对主极磁势起去磁作用。对于电动机对于电动机.与主极磁势相与主极磁势相平行平行的磁势的磁势与主极磁势相与主极磁势相垂直垂直的磁势的磁势几

33、何中性线N NS S物理中性线带负载 磁场分布FaFadFaq1.在有换向极的直流电机中，电刷总是严在有换向极的直流电机中，电刷总是严 格地放格地放 在几何中心线上，一般不出现直轴电枢反应。在几何中心线上，一般不出现直轴电枢反应。2.为了补偿交轴电枢反应的去磁效应，在电机主为了补偿交轴电枢反应的去磁效应，在电机主 磁极上加一个串联绕阻磁极上加一个串联绕阻(稳定绕组稳定绕组)，其中流过，其中流过 电流，所产生的磁通刚好补偿电枢反应的去磁电流，所产生的磁通刚好补偿电枢反应的去磁 效应。效应。直流电机负载运行时，电枢反应引起每极磁直流电机负载运行时，电枢反应引起每极磁通变化，这将影响电机性能，采取以

34、下通变化，这将影响电机性能，采取以下措施措施：5 电枢电势电枢电势 电磁转矩和电磁功率电磁转矩和电磁功率一、电枢电势一、电枢电势直流电机中的电枢电势是指正、负电刷之间的电枢绕组直流电机中的电枢电势是指正、负电刷之间的电枢绕组感应电势的总和，也就是每条支路上感应电势之和。感应电势的总和，也就是每条支路上感应电势之和。设导体在电枢表面均匀分布，气隙磁密的平均值为设导体在电枢表面均匀分布，气隙磁密的平均值为Bav， 电枢表面的线速度为电枢表面的线速度为v，导体在磁场中的轴向长度为，导体在磁场中的轴向长度为 l，则每根导体的感应电动势的平均值则每根导体的感应电动势的平均值eav为为30pn602nDp

35、Daa60nDllalvBeavavpDa2电枢直径若电枢总导体数为若电枢总导体数为N，并联支路数为，并联支路数为2a，那么一条支路的总电动势，即电枢电势那么一条支路的总电动势，即电枢电势Ea为为则每条支路中串联导体数为则每条支路中串联导体数为N/2a，电势常数电势常数nCenapN60302pnaNavaeaNE2.注：注：以上分析假设所有元件都是以上分析假设所有元件都是整距整距。若为短距，则。若为短距，则 总电枢电势要小些，但这种影响很小，可忽略。总电枢电势要小些，但这种影响很小，可忽略。二、电磁转矩二、电磁转矩设电枢电流为设电枢电流为Ia，流过每根导体的电流为，流过每根导体的电流为ia，

36、并联支路数为，并联支路数为2a，则每根导体所受到的平均电磁力则每根导体所受到的平均电磁力fav为为fav=Bavlia产生的平均电磁转矩产生的平均电磁转矩mav为为电枢表面共有电枢表面共有N根导体，且根导体，且ia=Ia/2a则总的电磁转矩则总的电磁转矩M为为avmNM转矩常数转矩常数aIapN2aIpNa2amIC aip22aaaDlilDp2aaavDliB2aavavDfm电枢直径电枢直径/2pDa=2p/Da截面积S= l三、电磁功率三、电磁功率知和由apNCapNCme260eemCCC55.930在电磁感应作用下，由电能转换为机械能，或由机械能在电磁感应作用下，由电能转换为机械能

37、，或由机械能转换为电能的这部分功率称为电磁功率。常用转换为电能的这部分功率称为电磁功率。常用PM表示。表示。它体现了能量的互相转换作用。它体现了能量的互相转换作用。aaMIEP aIapN26060 MaIapN2amICaeInCaInapN60.电势常数和转矩常数都决定于电机的结构数据。电势常数和转矩常数都决定于电机的结构数据。对于一台已制成的电机，电势常数和转矩常数都是恒定对于一台已制成的电机，电势常数和转矩常数都是恒定不变的常数，且两者之间有一固定的关系，即：不变的常数，且两者之间有一固定的关系，即：机械角机械角速度速度6 6 直流电动机直流电动机一、直流电动机稳态运行时一、直流电动机

38、稳态运行时 的基本方程和功率关系的基本方程和功率关系 电动机惯例电动机惯例 基本方程基本方程（并励）（并励）U=Ea+IaRaM=M2+M0Ea=CenM=CmIaIf =Uf / Rf=f(If，Ia) 功率关系功率关系而 M=M2+M0UIa=EaIa+Ia2RaP1=UI=U(If+Ia)= UIf +(Ea +IaRa +2uc)Ia = pcuf +pcua + pc + Pem 效率效率%10012PP%10012pPpPem=P2+p0 其中其中P2 为为输出的机械功率输出的机械功率U=Uf I =Ia+ IfEaMIf+Uf+UIa二、他励直流电动机的运行特性二、他励直流电动机

39、的运行特性1. 工作特性工作特性工作特性是指工作特性是指U=UN，If = IfN 时，n = f (P2)，M = f (P2)，= f (P2)，2PIa表示。，工作特性常用aaaIfIfMIfn. 转速特性转速特性 n = f (Ia)akIn 0. 转矩特性转矩特性M = f (Ia)amICMaecaeICRRCUecaaCRRIUn)(理想空载理想空载转速转速机械特性机械特性斜率斜率. 效率特性效率特性= f (Ia)2acuIp = f (Ia)为一条二次曲线。为一条二次曲线。可以证明：可以证明：当可变损耗当可变损耗pcu等于不变损耗等于不变损耗p0时，效率时，效率 达到最大值达

40、到最大值。2. 机械特性机械特性机械特性是指当电源电压机械特性是指当电源电压U，励磁电流，励磁电流If以及电枢回路总电阻以及电枢回路总电阻Ra+Rc为常数时，电动机的电磁转矩为常数时，电动机的电磁转矩M与转速与转速n之间的关系，之间的关系，即即n= f (M)。当当U=UN，If=IfN，Rc=0时，的机械特性称为时，的机械特性称为固有机械特性固有机械特性或或自然机械特性自然机械特性。注意：注意：在电动机运行中，绝对不允许励磁回路开路。在电动机运行中，绝对不允许励磁回路开路。若若0，则则n，Ia，将烧毁电动机。将烧毁电动机。kMn 0MCRRUmca2eeCCeCcaaRRIUn.例例 题题例

41、：例：一台一台Z261型他励直流电动机，型他励直流电动机，PN=17KW，UN=220V， IN=90A，nN=1500r/min，UfN=110V，N=86%，Ra=0.2， Rf=27.5，加额定电压和额定励磁电流作负载运行时，加额定电压和额定励磁电流作负载运行时， 电枢电流电枢电流Ia=70A，空载损耗，空载损耗p0=510W，忽略电枢反应的影，忽略电枢反应的影 响及附加损耗，试求：响及附加损耗，试求：理想空载转速；理想空载转速；额定输出转矩、额定电磁转矩和空载转矩；额定输出转矩、额定电磁转矩和空载转矩；负载运行时的转速和输出功率；负载运行时的转速和输出功率；负载运行时的总损耗和效率；负

42、载运行时的总损耗和效率；若在电枢回路串入若在电枢回路串入RC=0.3的电阻，在其它条件的电阻，在其它条件 不变的情况下，电动机的稳定转速。不变的情况下，电动机的稳定转速。 NmnPnPPMNNNNNNN23.1081500101755. 955. 9602232NmICMNNmN74.11590286. 1NmMMMNN51. 723.10874.11520min/3 .16331347.02200rCUnNeN286.11347.055.955.9NeNmCC1347.015002 .090220NaNNNenRIUC解：(1) WRUIUpffNffNf4405 .27110422WRIpaacu9802 . 07022KWWppppcuf93. 119305109804400%82.87%10093. 191.1393. 11%10012pPp min/5 .1373701347. 03 . 02 . 03 .163350rICRRnn