直流电机(28~210)

1、第第2章章第第2章章 直流电机直流电机直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理2.1直流电机的结构直流电机的结构2.2直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据2.3下 页直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场2.4直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组2.5直流电机的负载磁场及电枢反应直流电机的负载磁场及电枢反应2.6感应电动势和电磁转矩的计算感应电动势和电磁转矩的计算2.7直流发电机直流发电机2.8直流电动机直流电动机2.9直流电机的换向直流电机的换向2.10本本章章重重点点回回顾顾第第2章章2.8 直流发电机直流发电机2.8.1 直流发电机的基本方程式1.电动势平衡方程式电动势平衡方程式n以并

2、励直流发电机为例n直流发电机直流发电机是将原动机输入的机械能转变为直流电能机械能转变为直流电能的电气设备，即有：机械能直流电能；内部的机、电、磁平衡关系可以用基本方程描述。问问：励磁方式有哪些？：励磁方式有哪些？n基本方程包括电动势平衡方程、转矩平衡方程、功率平衡方程。基本方程式与励磁方式有关。并励发电机电枢回路与励磁回路电路并励发电机电枢回路与励磁回路电路 下 页上 页返 回第第2章章方程式方程式n电枢回路方程为：电枢回路方程为：Ea=U+IaRa式中式中Ra为电枢回路总电阻，它为电枢回路总电阻，它包括包括电刷接触电阻和电枢绕组内阻电刷接触电阻和电枢绕组内阻ra。 Ea=U+Iara+2Ub

3、(2Ub =0.31V)n励磁回路方程为：励磁回路方程为：U=Uf=IfRf式中式中Rf为励磁回路总电阻，它包括为励磁回路总电阻，它包括励磁回路外串电阻和励磁绕组内阻。励磁回路外串电阻和励磁绕组内阻。n电流方程电流方程Ia=I+Ifn从发电机电压基本方程式可见：从发电机电压基本方程式可见： 电枢电势电枢电势Ea必须大于电枢端电压必须大于电枢端电压U， 这也是判断电机是否处于发电运行这也是判断电机是否处于发电运行 状态的依据。状态的依据。nCnapNEe60a输出电压输出电压输出电流输出电流下 页上 页返 回第第2章章n以他励直流发电机为例2.转矩平衡方程转矩平衡方程电磁转矩电磁转矩T T为制动

4、转矩，有为制动转矩，有TTT01nT1为原动机的拖动转矩，为驱为原动机的拖动转矩，为驱动转矩；动转矩；T为发电机中产生的电为发电机中产生的电磁转矩，其性质为制动转矩，磁转矩，其性质为制动转矩，T0为空载转矩，它是由电机的为空载转矩，它是由电机的机械摩擦和铁损引起的转矩机械摩擦和铁损引起的转矩,也也为制动转矩。为制动转矩。n发电机的转向由原动机决定，发电机的转向由原动机决定，T1T，电磁转矩为制动转矩，电磁转矩为制动转矩，是阻碍原动机的阻力矩。是阻碍原动机的阻力矩。下 页上 页返 回第第2章章3.功率平衡关系功率平衡关系TTT01转矩平衡方程转矩平衡方程乘以发电机的机械角速度乘以发电机的机械角速

5、度P1=p0+PM(轴上输入总功率)空载损耗功率空载损耗功率机械功率机械功率电磁功率电磁功率发电机把机械能转换成电能发电机把机械能转换成电能n空载损耗功率 p0=pFe+pm+ps铁损耗铁损耗pFe机械摩擦损耗机械摩擦损耗pm附加损耗附加损耗psn电磁功率 PM=TW6022602aanIapNnICTnCnapNEe60aaaIE电磁功率具有机械功率性质电磁功率具有机械功率性质电磁功率又具有电功率性质电磁功率又具有电功率性质下 页上 页返 回第第2章章下 页上 页返 回n电磁功率电磁功率 PMaaIEEa=U+IaRaa2aaRIUI Ia=I+Ifa2aRIUIUIf=P2+pcuf+pc

6、ua发电机输出的电功率发电机输出的电功率电枢回路铜损耗电枢回路铜损耗励磁回路铜损耗励磁回路铜损耗P1=PM+p0=P2+pcuf+pcua+pFe+pm+ps=P2+pn 机械能机械能TW 转化为电能转化为电能aaIE电磁功率是机电电磁功率是机电能量转换的桥梁能量转换的桥梁n功率平衡方程式发电机输出的电功率发电机输出的电功率能量传递过程中总损耗能量传递过程中总损耗第第2章章直流发电机功率流程图直流发电机功率流程图下 页上 页返 回P1=PM+p0=P2+pcuf+pcua+pFe+pm+ps=P2+p第第2章章4.效率效率n直流发电机的总损耗为p=pFe+pm+ps+pCua+pCuf，即：

7、p=p0+pCun效率为：pPpPpPPP211121下 页上 页返 回他励在计算效率时，不包括他励损耗他励在计算效率时，不包括他励损耗注意注意第第2章章例题例题n一台并励直流发电机数据为：一台并励直流发电机数据为：PN=82kW，UN=230V，nN=970r/min，电枢绕组总电阻，电枢绕组总电阻Ra=0.0259，并励绕组内，并励绕组内阻阻Rf=22.8，额定负载时，并励回路串入的调节电阻，额定负载时，并励回路串入的调节电阻Rf=3.5，一对电刷压降，一对电刷压降2U=2V，pFe+pm=2.5kW，附，附加损耗加损耗ps=0.005PN，试求额定负载时，发电机的输入功，试求额定负载时，

8、发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩和效率。率、电磁功率、电磁转矩和效率。)(75. 85 . 38 .22230NWWfffRRUI)A(52.35623010823NNNUPI下 页上 页返 回额定负载电流为：额定负载电流为：n输入功率输入功率P1=PM+p0解：（解：（1）求电磁功率）求电磁功率 励磁电流为：励磁电流为：PMaaIE第第2章章（2）求输入功率)A(27.36575. 852.356NafIII)V(5 .2412029. 027.3652302aaNaURIUE)kW(2 .8827.3655 .241aaMIEP)kW(9182005. 05 . 22 .88smFeM

9、1pppPP下 页上 页返 回n电枢电流为：n电枢电势为：n电磁功率为：第第2章章)mN(4 .868970102 .8855. 955. 96023NMNMMnPnPPT%1 .90%1009182%10012PP下 页上 页返 回（3）求电磁转矩NM55. 9nPT （4）求效率第第2章章2.8.2 他励直流发电机的运行特性他励直流发电机的运行特性1.空载特性n空载特性是指原动机的转速n=n0， 输出端开路，负载电流I=0（Ia=0） 时，电枢端电压与励磁电流之间的 关系，即：U0=E0=(If)下 页上 页返 回n发电机的运行特性是指发电机运行 时(转速不变)，端电压U、负载电流 I、励

10、磁电流If这三个基本物理量之 间的函数关系。一般保持其中一个 物理量不变，讨论剩余两个量之间 的关系，这种函数关系就是运行特性。他励：他励：I=Ia，与，与If无关无关I=Ian直流发电机运行时，有4个主要物理量: 电枢端电压U、励磁电流If、负载电流I和转速n。UEa第第2章章n空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。下 页上 页返 回他励直流发电他励直流发电机空载特性机空载特性实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据，在测取的数据中应包含额定点，电压可测取到U0=（1.11.3）UN为止，线性部分测取的

11、数据可稀疏一些，非线性部分测取的数据可密集一些，这样得到的曲线较准确。实验可测取上、下两个分支曲线，一般取平均值作为空载特性曲线一般取平均值作为空载特性曲线，如图中虚线所示。另外，特性曲线与转速有关，实验时一定要保持额定转速实验时一定要保持额定转速。第第2章章下 页上 页返 回他励直流发电他励直流发电机空载特性机空载特性空载时，U0=E0，由于E0、励磁磁势 ，所以空载特性曲线与铁磁材料磁化曲线=f(Ff)形状相似。由于主磁极铁芯存在剩磁，所以当励磁电当励磁电流为零时，仍有一个不大的剩流为零时，仍有一个不大的剩磁电势磁电势，其大小一般为额定电压的2一4。 Er膝点膝点第第2章章2.外特性外特性

12、n外特性是指原动机的转速n=nN，励磁电流If=IfN时，电枢端电压与负载电流之间的关系，即：U=(I)。下 页上 页返 回I=IaUEan使发电机在额定转速下运行，闭合开关S，调节励磁电流，使发电机在额定负载时端电压为额定值。保持转速和励磁电流不变，逐渐增大电逐渐增大电阻阻RL来减小负载电流来减小负载电流，直至Ia=0。在增大电阻RL的过程中，逐点记取安培表和伏特表的读数，最后用描点法得出发电机的外特性曲线 。第第2章章他励直流发电机的外特性他励直流发电机的外特性他励直流发电机的外特性：他励直流发电机的外特性：是一条略微下斜的曲线。是一条略微下斜的曲线。下 页上 页返 回从空载到负载电压下降

13、的从空载到负载电压下降的原因是：原因是：负载增大，电枢电流增负载增大，电枢电流增大，使电枢回路电阻压降大，使电枢回路电阻压降增大，则端电压下降；增大，则端电压下降；电枢电流增大，电枢反电枢电流增大，电枢反应的去磁作用增强，使每应的去磁作用增强，使每极磁通量减少，使电动势极磁通量减少，使电动势减少，端电压进一步下降。减少，端电压进一步下降。nCEeaaaaRIEU第第2章章电压变化率n发电机的端电压随负载的变化程度可用电压变化率电压变化率（或称电压调整率）表示。电压变化率是指电压变化率是指发电机从额定负载（U=UN，I=IN）过渡到空载（U=U0，I=0）时，电压升高的数值与额定电压的百分比，即

14、：%100%0NNUUUU下 页上 页返 回n通常他励直流发电机的电压变化率U%约为（510）%，宜做恒压源。第第2章章3、调节特性、调节特性n调节特性曲线是一条上翘的曲线。n欲保持端电压不变，负载电流增加时，励磁电流也应随着增欲保持端电压不变，负载电流增加时，励磁电流也应随着增加，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对输出端电压的影响。加，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对输出端电压的影响。n调节特性是指当U=UN，n=nN时，励磁电流If与负载电流I之间的关系，即：If=f(I) 。他励发电机的调节特性他励发电机的调节特性n曲线上翅的原因有两点：一是补偿电枢电阻压降，二是补偿电枢反应的去磁作用。I

15、f0IfNIN下 页上 页返 回第第2章章2.8.3 并励直流发电机的运行特性并励直流发电机的运行特性下 页上 页返 回n他励直流发电机运行特性好，但励磁回路需一直流电源供电，若实际应用中没有条件，可采用并励，这样就不需设制专门的直流励磁电源了。n并励的励磁绕阻并接于电枢绕组两端，由发电机本身的端电压提供励磁，而发电机的端电压是在励磁电流作用下才能产生，所以并励发电机由初始的U=0到正常运行时U为一定值，有一个自己建立电压的过程，并励发电机建立电压的过程称为自并励发电机建立电压的过程称为自励过程，励过程，满足建压的条件称为自励满足建压的条件称为自励条件。条件。第第2章章n当发电机在原动机带动下

16、以恒定的额定转速nN运转时，在有剩磁条件在有剩磁条件下下，电枢绕组切割剩磁，则电枢绕组中产生感应电势Er（约为25%UN），从而在发电机电枢两端建立剩磁电压Ur，在剩磁电压Ur作用下，产生不大的励磁电流If（If=Ur/Rf），此励磁电流通过励磁绕组会产生磁场，如果励磁绕组和电枢绕组连接正确，使磁场的方向磁场的方向与剩磁方向一致与剩磁方向一致，则主磁通得以加强，电枢端电压进一步提高，端电压的升高，又使励磁电流增大，主磁通更加强，如此反复不断增长，直到励磁绕组两端电压与IfRf相等时，达到稳定的平衡工作点，最终使电枢端电压建立。1.自励过程自励过程下 页上 页返 回第第2章章下 页上 页返 回曲

17、线1为空载特性曲线，曲线2、3、4为励磁回路特性曲线，称场阻线场阻线。 fffRIU增大 ，场阻线变为曲3(与空载曲线相切)时， 称为临界电阻 。fRfRcrR再增加励磁回路电阻，发再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励，如电机将不能自励，如B点。点。场阻线的斜率等于励磁回路总电阻场阻线的斜率等于励磁回路总电阻并励直流发电机的空载特性一般在他励方式下测得，测取方法和特并励直流发电机的空载特性一般在他励方式下测得，测取方法和特性形状与他励直流发电机相同，注意性形状与他励直流发电机相同，注意由于励磁电压不能反向，所以由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限。它的空载特性曲线只在第一象限

18、。第第2章章并励直流发电机的自励条件并励直流发电机的自励条件n电机必须有剩磁，否则应利用其它直流电源（例如干电池）短时加于励磁绕组给主磁极充磁 ；n励磁绕组并联到电枢两端的极性正确，使励磁电流产生的磁通方向与剩磁方向一致，如果并联极性不正确，可将并励绕组并到电枢绕组的两个端头对调，改变并励绕组极性；n励磁回路总电阻应小于该转速下的临界电阻。下 页上 页返 回第第2章章实际应用注意实际应用注意n实际应用中，并励直流发电机自励而电压未能建立时，应先减小励磁回路的外串电阻，看电压是否能建立，不行再改变励磁绕组与电枢绕组连接的极性，若电压还不能建立，则应考虑可能没有剩磁，充磁后，再进行自励发电。下 页

19、上 页返 回第第2章章2.外特性外特性n造成下降的原因a.电阻 Ra 上的压降b.电枢反应的去磁作用c. 并励直流发电机的励磁绕组与电枢绕组并联，当以上2因素使发电机端电压下降，励磁电流减少，使磁通变弱，则电枢电势降低，从而使端电压进一步下降，所以它的外特性要比他励直流发电机下垂。它的电压变化率U%约为(2030)%，如果负载变化较大，不宜作恒压源使用。 下 页上 页返 回nn=nN，Rf为常数时，端电压U与负载电流I之间的关系称为并励直流发电机的外特性，并励发电机的外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线。U=Ea-(I+If)Ra-2Ubn对并励发电机并励直流发电机的外特性并励直流发电机的

20、外特性1. 并励并励2. 他励他励第第2章章调节特性调节特性n由于并励直流发电机负载电流增大时电压下降较多，为维持电压恒定所需增加的励磁电流也就较大，所以调节特性上翘程度超过他励。并励直流发电机的调节特性并励直流发电机的调节特性1. 并励并励2. 他励他励下 页上 页返 回第第2章章电机的可逆原理电机的可逆原理 直流电机的运行是可逆的，同一台电机既可在一定条直流电机的运行是可逆的，同一台电机既可在一定条件下作发电机运行，又可在另一条件下作电动机运行。件下作发电机运行，又可在另一条件下作电动机运行。如在原动机的拖动下，可作为发电机，将输入的机械能转变为电能；又如在电枢两端输入直流电能，可作为电动

21、机，将输入的电能转变为机械能。 以他励电机为例说明可逆原理： 把一台他励直流发电机并联于直流电网上运行， 保持不变。 U 保持发电机的 不变，减少原动机的输出功率，发电机的转速下降。当 下降到一定程度时，使得 ，此时 ，发电机输出的电功率 ，原动机输入的机械功率仅仅用来补偿电机的空载损耗。继续降低原动机的 ，将有 ， 反向，这时电网向电机输入电功率，电机进入电动机状态电动机状态运行。同理，上述的物理过程也可以反过来，电机从电动机状态转变到发电机状态。nUEa0I02PnUEaUaI 任何直流电机都是可逆的，但这并不是说任何直流电机都是可逆的，但这并不是说是厂商提供的直流机可以不分发电机和电动机

22、了。是厂商提供的直流机可以不分发电机和电动机了。因为电机是有额定工作状态的，这也是制造厂家因为电机是有额定工作状态的，这也是制造厂家为该电机设计的最佳工作状态，若混用，会不同为该电机设计的最佳工作状态，若混用，会不同程度的偏离最佳工作状态，是电机的性能变坏。程度的偏离最佳工作状态，是电机的性能变坏。直流电机运行状态的判据：直流电机运行状态的判据：EaU 发电机发电机下 页上 页返 回第第2章章2.9 直流电动机直流电动机n直流电动机是将输入的直流电能转变为机械能的电气设备，即有： 直流电能机械能。n直流电动机具有良好的起动性能和调速性能，励磁方式与直流发电机类似。按励磁方式的不同，直流电动机分

23、为他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机四类。n同直流发电机一样，分析直流电动机各种运行特性的基础是电动机的电动势、功率和转矩等基本方程式。 下 页上 页返 回第第2章章并励电动机的电动势和电磁转矩并励电动机的电动势和电磁转矩 回顾回顾下 页上 页返 回第第2章章他励（并励）直流电动机惯例他励（并励）直流电动机惯例2.9.1 直流电动机的基本方程式下图（a）、（b）分别表示他励和并励直流电动机稳态运行时以电动机惯例标注的各量之间正方向，图中I为线路电流，他励时有：I=Ia；并励时有：I=Ia+If。下 页上 页返 回第第2章章n电枢回路电压方程式U=Ea+IaRa=Ea

24、+Iara+2Ubn其中反电势Ea=Cen，若为并励时，存在： U=If（rf+Rfad）=IfRf n Ra为电枢回路的总电阻，包括电枢绕组、换向器、补偿绕组的电阻，以及电刷与换向器间的接触电阻等。由于Ra很小，电枢回路上电阻压降很小，电源电压大部分降落在反电势Ea上。1.电动势平衡方程以并励直流电动机为例下 页上 页返 回第第2章章2.转矩方程式n电动机空载时，轴上输出转矩T2=0，则有： T=T0n当负载转矩为TL，轴上输出有T2=TL，电动机匀速稳定运行时有： T=T2+T0 n其中电磁转矩为拖动性质转矩，可用公式T=CTIa计算，（T2+T0）为总的阻转矩，方向与T相反。 下 页上

25、页返 回第第2章章3.功率平衡关系n他励直流电动机他励直流电动机输入功率为：P1=UI=UIa=Ia（Ea+IaRa）=EaIa+Ia2Ra P1=PM+pCua 式中电磁功率PM的功率性质为电功率电功率，pCua=Ia2Ra为电枢回路上的铜耗。n并励直流电动机并励直流电动机输入功率为：P1=UI=U（Ia+If）=UIa+UIf =（Ea+IaRa）Ia+UIf =EaIa+Ia2Ra+UIf =EaIa+Ia2Ra+If2Rf， P1=PM+pCua+pCuf 式中pCuf=If2Rf为励磁回路上的铜耗。 下 页上 页返 回第第2章章电磁功率n在转矩平衡方程式T=T2+T0两边同乘以角速度

26、可得：T=T2+T0， 则有：PM=P2+p0 也可表示为：P2=PM- -p0 n式中电磁功率PM的功率性质为机械功率机械功率，空载损耗：p0=pFe+pm+ps。 下 页上 页返 回第第2章章他励直流电动机功率流程图他励直流电动机功率流程图他励直流电动机的功率流程图sP1=UI=UIa=EaIa+Ia2Ra P1=PM+pCuaMPM=P2+p0下 页上 页返 回第第2章章并励直流电动机功率流程图并励直流电动机功率流程图并励直流电动机的功率流程图P1=UI=EaIa+Ia2Ra+If2Rf P1=PM+pCua+pCufPM=P2+p0电动机效率电动机效率%100)1 (%100112Pp

27、PP（他励在计算效率时，不包括他励励磁损耗）（他励在计算效率时，不包括他励励磁损耗）下 页上 页返 回Ms第第2章章2.9.2直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性n直流电动机工作特性是指在U=UN，If=IfN，电枢回路不外串电阻的条件下，转速n、转矩T、效率与输出功率P2之间的关系曲线。实际运行中，电枢电流Ia是随P2增大而增大，又便于测量，故也可把转速n、转矩T、效率与电枢电流Ia之间的关系曲线称为工作特性。下 页上 页返 回第第2章章(1)转速特性转速特性n转速特性是指当U=UN，If=IfN，电枢回路外串电阻R=0时，n=(Ia)关系。n根据电势方程式Ea=Cen和电压方程式U=E

28、a+IaRa可得： aeaaeaeNICRnICRCUn01、他励（并励）直流电动机的工作特性、他励（并励）直流电动机的工作特性忽略电枢反应的去磁作用，转速与电枢电流按线性关系变化忽略电枢反应的去磁作用，转速与电枢电流按线性关系变化 也称为自然转速特性或固有转速特性也称为自然转速特性或固有转速特性下 页上 页返 回第第2章章n，T，Ia(P2)0n=f(Ia)=f(Ia)T=f(Ia)图136 他励(并励)直流电动机工作特性当当Ia=0时，得时，得理想空载转速理想空载转速NeNCUn0实际实际空载转速空载转速=？下 页上 页返 回第第2章章(2)转矩特性转矩特性n转矩特性是指当U=UN，If=

29、IfN，电枢回路外串电阻R=0时，T=(Ia)关系。n根据转矩公式T=CTIa，忽略电枢反应，转矩特性是一条过原点的直线。n，T，Ia(P2)0n=f(Ia)=f(Ia)T=f(Ia)图136 他励(并励)直流电动机工作特性n考虑电枢反应，电动机轻载时电枢电流小，电枢反应微弱，电动机转矩特性特性仍是直线；随着负载增加，电枢电流加大，电枢反应增强，去磁效应也增强，每极磁通下降，因此转矩值下降，电动机转矩特性略向下弯曲。下 页上 页返 回第第2章章(3)效率特性效率特性n效率特性是指当U=UN，If=IfN，电枢回路外串电阻R=0时，=(Ia)关系。n根据效率的定义可得： a121IUpPPa2a

30、a0RIppppppsFemCun式中总损耗：下 页上 页返 回第第2章章a121IUpPPa2aa0RIppppppsFemCuaI0n空载损耗p0与负载电流变化无关的称为不变不变损耗；损耗；n电枢铜耗pcua随负载电流平方倍变化，称可可变损耗变损耗。n当负载电流从零逐渐增大时，效率也随之增大，当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分消耗在空载损耗上；当负载电流增大到一定程度，铜损快速增大(平方关系)此时效率又变小，之后随负载电流的继续增大，效率减小；存在存在效率最大值。效率最大值。n如果不变损耗等于可变损耗时，效率最高，不变损耗等于可变损耗时，效率最高，效率特性的这个特点，对其它电机、变压

31、器也适用，具有普遍意义。励磁回路的铜耗是励磁回路的铜耗是可变损耗还是不变可变损耗还是不变损耗？损耗？下 页上 页返 回第第2章章2、串励直流电动机的工作特性、串励直流电动机的工作特性 当负载电流较小时，电机磁路不饱和电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：aIkIkfff转速特性effefNeeNCkRRICkUCIRCUnaaaa转矩特性2aaMICkICTTfTaI0nMTnMT 轻载时，磁路不饱和，励磁电流与磁通呈线性，电磁转矩与电枢电流的平方成正比，在同样的起动电流下产生的起动转矩大，具有起动转矩较大的特点；重载时，负载电流较大，磁路饱和，磁路饱和，磁通趋于确定值，电磁转

32、矩与电枢电流称正比，具有过载能力强磁通趋于确定值，电磁转矩与电枢电流称正比，具有过载能力强的特点。的特点。 当负载电流为零时，电机转速趋于无穷大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行串励电动机不宜轻载或空载运行。串励电动机的励磁绕组与电枢绕组相串联，电枢电流即为励磁电流。串励电动机的励磁绕组与电枢绕组相串联，电枢电流即为励磁电流。下 页上 页返 回第第2章章2.10 直流电机的换向直流电机的换向(自学自学)2.10.1 换向的物理过程n从前面分析直流电机工作原理可知，直流电机电枢绕组里的电势和电流是交变的。电机运行时，元件会随电枢的运转从一条支路经过电刷换到另一条支路，元件电流改变方向，这一过程称

33、为换向，换向也是直流电机特有的问题，换向的好坏，直接影响直流电机的运行性能。下 页上 页返 回第第2章章1.换向过程n下图是某一单叠绕组1号元件的换向过程，设图中电刷宽度与换向片宽度相等，电枢以va的速度从右向左旋转。1 1号元件换向过程号元件换向过程下 页上 页返 回第第2章章下 页上 页返 回说明n换向之前：如图（a）所示，电刷与换向片1接触，1号元件中的电流ia从下层边流向上层边，设为+ia，元件处于右支路。第第2章章n换向之中：如图（b）所示，电刷与换向片1、2同时接触，1号元件被短接，元件中的电流正从+ia向-ia变化。n换向之后：如图（c）所示，电刷与换向片2接触，1号元件中的电流

34、ia从上层边流向下层边，电流为-ia，元件处于左支路。n电枢上的每个元件在经过电刷时都要换向，元元件的换向时间称为换向件的换向时间称为换向周期，记作：周期，记作：Tk。下 页上 页返 回第第2章章2.直线换向n如果当换向元件中各种电动势为零，被电刷短接的闭合回路就不会出现环流，元件中的电流大小由电刷与相邻两换向片的接触面积决定，电流随时间均匀变化，即有：i=(t)，我们把这种换向称为直线换向，如图曲线1所示，直线换向是理想换向，电机不会出现火花。下 页上 页返 回第第2章章换向元件中的电流变化换向元件中的电流变化换向元件中的电流变化下 页上 页返 回第第2章章2.10.2 换向元件的感应电势换

35、向元件的感应电势实际电机换向时，换向元件中e0。换向元件中存在以下电动势：（1）自感电动势）自感电动势eL换向元件中电流变化时产生的自感电动势（2）互感电动势）互感电动势eM同时换向的几个元件中相互产生的互感电动势 通常把自感电动势eL与互感电动势eM之和称为电抗电动电抗电动势势er，即： 。电抗电动势总是阻碍换向元件中的电流变化的，er方向应与换向前元件的电流方向一致。dtdiLeLdtdiMeMdtdiLeeerMLr下 页上 页返 回第第2章章（3）电枢反应电动势电枢反应电动势(运动电动势运动电动势)ean 换向元件处在几何中心线上，主磁场在此区域磁通密度0=0，但电枢磁密a0(电枢反应

36、使物理中性线偏离了几何中性线)，在刷位正常时最大，换向元件切割电枢磁场产生电枢反应电动势ea，其方向与er相同，也是阻碍换向元件中的电流变化的。下 页上 页返 回第第2章章2.10.3 换向元件中电流的变化规律换向元件中电流的变化规律n由于换向元件中的e=ea+er0，则在被电刷短接的闭合回路中就有环流ik产生，设闭合回路的总电阻为R，环流为： 环流的存在使换向元件在换向过程中电流不随时间直线变化，电流的变化比直线换向慢，如图曲线2所示，这种换向称为延迟换向延迟换向。延迟换向使延迟换向使电刷电流密度不均匀，电刷后部电流密度比前部大，因此在电刷后部出现火花电刷后部出现火花。ReeReirak下

37、页上 页返 回第第2章章2.10.4 改善换向的方法改善换向的方法n为了改善换向，应使ik=0，想办法产生ek，使ek大小等于ea+er，方向与ea+er的方向相反，则e=0。如果ek作用大于ea+er，则电流变化如图曲线3所示，这种换向称为超前换向，超前换向使电刷前部出现火花超前换向使电刷前部出现火花。n改善换向的方法是加装换向磁极。在几何中心线处几何中心线处加装换向磁极，换向绕组与电枢绕组串联换向绕组与电枢绕组串联，使BkIa，使换向磁换向磁极的极性与电枢磁场极性相反极的极性与电枢磁场极性相反，强度比电枢磁场稍强。 换向极的作用换向极的作用 ：抵消电枢反应电动势，使几何中性线处合成磁场为零

38、；使换向元件切割换向极磁场后产生的电动势与电抗电动势反向。n小容量的电机小容量的电机，因为体积有限，无换向磁极，一般用移刷一般用移刷的方法来改善换向。的方法来改善换向。如发电机中将电刷从几何中性线沿电枢旋转方向移动一定角度。下 页上 页返 回第第2章章加装换向磁极的极性与电路加装换向磁极的极性与电路加装换向磁极下 页上 页返 回对发电机：换向极极对发电机：换向极极性与电枢即将进入的性与电枢即将进入的主磁极极性相同；主磁极极性相同；对电动机：换向极极对电动机：换向极极性与电枢已离开的主性与电枢已离开的主磁极极性相同；磁极极性相同； 第第2章章2.10.5 环火原因和克服环火的方法环火原因和克服环

39、火的方法n由前面介绍的直流电机电枢反应内容可知，电枢反应使气隙磁密发生畸变，极靴下出现真磁区域，使位于Bmax处的元件边感应较高的电动势，该元件所连接的两换向片之间的电位差增大，此电位差超过一定限度，可能出现环火，即在正、负电刷之间出现电弧，环火能使电机在很短时间内损坏。为了防止环火，可在主磁极的极靴中加装与电枢在主磁极的极靴中加装与电枢绕组串联的补偿绕组，绕组串联的补偿绕组，它所产生的磁势应与电枢磁势相反。下 页上 页返 回第第2章章本章小结1n直流电机的基本工作原理是建立在电磁感应定律和电磁力定律上的，直流电机的运行是可逆的，同一台电机既可在一定条件下作发电机运行，又可在另一条件下作电动机运行，如在原动机的拖动下，可作为发电机，将输入的机械能转变为电能；如在电枢两端输入直流电能，可作为电动机，将输入的电能转变为机械能。下 页上 页返 回第第2章章本章小结2n直流电机由定子和转子组成，定子主要用于建立主磁场，转子主要作用是产生感应电势和电磁转矩，是实现机电能量转换的枢纽，故又称电枢。旋转着的电枢绕组中的电流、电势都是交变的，但电机的外部静止电路中的电流、电压是直流性质，这是换向器和电刷的共同作用的结果，