直流电机原理

1、 1.1 1.1 直流电机的工作原理与结构直流电机的工作原理与结构 1.2 1.2 直流电机的铭牌数据及主要系列直流电机的铭牌数据及主要系列 1.3 1.3 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 1.4 1.4 直流电机的磁场直流电机的磁场 1.5 1.5 直流电机的电磁转矩和电枢电动势的计算直流电机的电磁转矩和电枢电动势的计算 1.6 1.6 直流电机的换向直流电机的换向 1.7 1.7 直流发电机直流发电机 1. 1.8 8 直流电动机直流电动机直流电机特点直流电机特点v直流电机优点易于控制，可靠性高调速范围广，平滑。过载能力强、起动、制动转矩大。v直流电机缺点换向困难结构复杂价格高第一节

2、第一节 直流电机的工作原理及结直流电机的工作原理及结构构直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理 一、一、直流电机的工作原理直流电机的工作原理换向器的作用：直流发电机中，换向器将绕组中的换向器的作用：直流发电机中，换向器将绕组中的交变电势变为电刷间的直流电势（整流作用）。交变电势变为电刷间的直流电势（整流作用）。( )()LVeBLVeBBBfef wt电势波形分析： 设导体有效长度为 ，速度为恒速，由可知， 的波形 由磁密 确定。 在气隙空间分布波形为、。*实际的电枢绕组在电机转子表面相隔一定实际的电枢绕组在电机转子表面相隔一定角度的多个线圈串联组成，可以减小脉动角度的多个线圈串联组成，可以

3、减小脉动直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理NSU电刷电刷换向片换向片abdcNSUadbc换向器的作用：在直流电动机中将电刷端的直流转换为绕组中的交变电流换向器的作用：在直流电动机中将电刷端的直流转换为绕组中的交变电流（逆变作用）。（逆变作用）。 从上述直流电机的工作原理来看，一台直流电机若在电刷两端加上直流电压，输入电能，即可拖动生产机械，将电能变为机械能而成为电动机；反之若用原动机带动电枢旋转，输入机械能，就可在电刷两端得到一个直流电动势作为电源，将机械能变为电能而成为发电机。这种一台电机既能作电动机又能作发电机运行的原理，在电机理论中称为电机的可逆原理电机的可逆原理。二、二、 直流

4、电机的结构直流电机的结构由两大部分由两大部分组成组成定子部分定子部分转子（电枢）转子（电枢）部分部分主磁极主磁极换向磁极换向磁极机座机座电刷电刷u 定子定子产生磁场，做电机的机械支撑产生磁场，做电机的机械支撑 主磁极主磁极作用：建立主磁场。 构成：构成：主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。换向极换向极:作用：改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有作用：改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有 害的火花。害的火花。构成：由铁心和绕组组成构成：由铁心和绕组组成主磁极主磁极换向磁极换向磁极机座作用：1)作为磁路的一部分； 2)固定主磁极、换向极和端盖。构成:通常由铸钢或厚钢板焊成机座机座No

5、Image电刷电刷构成：构成：电刷、刷握、刷杆和连线等。作用：把直流电压、直流电流引入或引出u转子（电枢）转子（电枢） 电枢铁心电枢铁心 电枢绕组电枢绕组 换向器换向器 转轴与风扇转轴与风扇NoImage电枢铁心硅钢片电枢铁心硅钢片(0.5mm)电枢铁心电枢铁心作用：作用：1、主磁路的一部分； 2、电枢绕组的支撑部件。 构成：构成：一般用厚0.5且冲有齿、槽的DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成。电枢绕组电枢绕组作用：作用：感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量转换，是电 机的主要电路部分。构成：构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下层以及线 圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用槽楔

6、压紧。1槽楔槽楔2线圈绝缘线圈绝缘3导体导体44层间绝缘层间绝缘55槽绝缘槽绝缘66槽底绝缘槽底绝缘电枢槽内的绝缘电枢槽内的绝缘换向器换向器作用：作用：和电刷配合将直流电引入或引出的装置。构成：构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒，片间用V形云母绝缘。励磁绕组的供电方式称为励磁方式。直流电机按励磁方式可分：他励自励三、三、 励磁方式励磁方式1 1、他励式、他励式（图（图a a）其励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连。复励式复励式( (图图d) d) ： 装有两个励磁绕组，一为与电2 2、自励式、自励式并励式并励式( (图图b b) ) ： 励磁绕组与电枢绕组并联；串励式串励式(

7、 (图图c) c) ： 励磁绕组与电枢绕组串联；枢并联的并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。MIf+UaIa+Uf(a)他他励励(b)并并励励(c)串串励励(d)复复励励 直流电动机按励磁方式分类直流电动机按励磁方式分类M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI(1) 额定电压额定电压 UN 发电机的发电机的 UN ：指输出电压的额定值。：指输出电压的额定值。 电动机的电动机的 UN ：指输入电压的额定值。：指输入电压的额定值。(2) 额定电流额定电流 IN 发电机的发电机的 IN ：指输出电流的额定值。：指输出电流的额定值。 电动机的电动机的 IN ：指输入电流的额定值。：指输入电流的额定

8、值。(3) 额定功率额定功率 PN 发电机的发电机的 PN ：指输出电功率的额定值：指输出电功率的额定值(UN IN ) 。 电动机的电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值：指输出机械功率的额定值 (UN INN ) 。四、四、 额定值额定值(4) 额定转速额定转速 nN： 额定状态下的电机转子的转速。额定状态下的电机转子的转速。 额定状态额定状态 ： 指指 U、I、P、n 均为额定值的状态。均为额定值的状态。 满载状态满载状态 ： 指指 I = IN 的状态。的状态。 欠载状态欠载状态 ： 指指 I IN 的状态。的状态。 第二节 直流电机的电枢绕组直流电枢绕组的结构直流电枢绕组的结构对电

9、枢绕组的要求对电枢绕组的要求：(1)产生足够的感应电动势；产生足够的感应电动势；(2)允许通过一定的电流；允许通过一定的电流；(3)节省有色金属和绝缘材料；节省有色金属和绝缘材料； (4)结构简单，运行可靠。结构简单，运行可靠。上元件边下元件边后端接前端接有效边有效边:元件边钳放在槽内，切割磁力线感应出电动势。直流电机电枢绕组是一个通过换向片连接起来的闭合绕组。直流电机电枢绕组是一个通过换向片连接起来的闭合绕组。这是直流电机电枢绕组构成的原则。这是直流电机电枢绕组构成的原则。一个元件有两个元件边，同一个换向片上，连有一个元件的一个元件有两个元件边，同一个换向片上，连有一个元件的首端和另一个元件

10、的末端。因此，电枢绕组的元件数等于换首端和另一个元件的末端。因此，电枢绕组的元件数等于换向片数，即向片数，即S S= =K K，其中，其中 K K为换向片数，为换向片数，S S为元件数。为元件数。“虚槽虚槽”概念概念 设槽内每层有设槽内每层有u个元件边，则意味着一个实际槽内个元件边，则意味着一个实际槽内包含了包含了u个个“虚槽虚槽”，而每个虚槽的上、下层依然只，而每个虚槽的上、下层依然只有一个元件边。有一个元件边。 实槽数用实槽数用Z表示，虚槽数用表示，虚槽数用Zi表示，则有表示，则有 Zi=uZ注意：元件数注意：元件数S S，换向片数，换向片数K K，虚槽数，虚槽数Z Zi i满足下式满足下

11、式 S=K=ZS=K=Zi iu=2u=2（2 2）磁极轴线：）磁极轴线： 平分主极成左右两部分的直线。平分主极成左右两部分的直线。（3 3）几何中性线：）几何中性线： 相邻两主极的几何分界线相邻两主极的几何分界线, ,该处的气隙磁密为零。该处的气隙磁密为零。直流电枢绕组的基本概念直流电枢绕组的基本概念（1 1）极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距）极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距 离，用离，用 表示。表示。22iZDppD-电枢外径；电枢外径；p-磁极对数；磁极对数；l 绕组的型式绕组的型式l节距节距（1）第一节距）第一节距y1一个元件的两条有效边在电枢表一个元件的两条有效边

12、在电枢表面上所跨的虚槽数，称为第一节面上所跨的虚槽数，称为第一节距，用距，用y1表示。表示。y1y2单叠绕组单叠绕组的特点:每个元件的两个出线端连接在相邻的两个换向片上。是指被连接起来的两个元件边或换向片之间的距离，以所跨过的是指被连接起来的两个元件边或换向片之间的距离，以所跨过的元件边数或虚槽数或换向片数来表示。元件边数或虚槽数或换向片数来表示。（2）合成节距）合成节距y相串联的两个元件对应边在电枢表面所跨过的虚槽数，称为相串联的两个元件对应边在电枢表面所跨过的虚槽数，称为合成节合成节距距。单叠绕组。单叠绕组y=1，y=+1，右行绕组，右行绕组，y=-1，左行绕组。，左行绕组。y1y212y

13、yky1y2161yyk右行绕组右行绕组左行绕组左行绕组为了获得最大感应电动势，为了获得最大感应电动势， y1是等于或接近于一个极距是等于或接近于一个极距11112(1)0( 2 )0 ,iZypyyy整 数， 整 距 绕 组 ；， 长 距 绕 组；， 短 距 绕 组（3）换向器节距）换向器节距yk一个元件的首末端在换向器上的距离称为换向片节距一个元件的首末端在换向器上的距离称为换向片节距,用换向片用换向片数表示。由于数表示。由于S=K，元件边在电枢表面跨过的槽数，等于其出线，元件边在电枢表面跨过的槽数，等于其出线端在换向片上跨过的换向片数端在换向片上跨过的换向片数 yk=y单叠绕组，单叠绕组

14、， yk=1。y1y212yyk（4）第二节距）第二节距y2连至同一换向片上的两个元件中相连至同一换向片上的两个元件中相邻有效边的距离称为邻有效边的距离称为第二节距第二节距，用，用y2表示，也用虚槽数计算。表示，也用虚槽数计算。直流电机的直流电机的 ，试将其绕，试将其绕成单叠右行绕组。成单叠右行绕组。24,p 16iZSK1kyy213yyy116(/ 2 )44iyZp电枢转向1231516123456789101112131416154567891012131415161514电枢转向下下层层元元件件边边上上层层元元件件边边y1yyy2123456789101112131416156789

15、10111213141615123451闭闭合合ap23478610111214161551391A1A2B1B212109651314单叠绕组的的特点：单叠绕组的的特点：l 同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。数与支路数相同。l 电刷数等于主磁极数，电刷位置对准磁极轴电刷数等于主磁极数，电刷位置对准磁极轴线（使正、负电刷之间得到的感应电动势最线（使正、负电刷之间得到的感应电动势最大）。大）。l 电枢电动势等于并联支路电动势，电枢电流电枢电动势等于并联支路电动势，电枢电流等于各支路电流之和。等于各支路电流之和。l 并联支路数多，每条支

16、路中串联元件数少，并联支路数多，每条支路中串联元件数少，适用于较低电压、较大电流的电机。适用于较低电压、较大电流的电机。单波绕组 单波绕组:每个元件是和相距约两个极距的元件相连，即是与相邻的一对极下所处磁场位置相近的元件相连。2NNSSl 单波绕组的节距单波绕组的节距12yyy (1) 第一节距第一节距1y2iZp1y11=ikZKyypp整数 (2) 合成节距合成节距2y (3) 第二节距第二节距1kKyyp单波左行，1kKyyp单波右行，以一台以一台 的直流电机为例。的直流电机为例。24,p 15iZSK7kyy21743yyy1151(/ 2 )444iyZp115 172kKyp1a

17、下下层层元元件件边边上上层层元元件件边边y1yyy212345689101112136789101112131415123451闭闭合合15714234761011121415A1A2B1B2151985413112895单波绕组的特点单波绕组的特点: :l 同极下各元件串联组成一条支路，支路对数为同极下各元件串联组成一条支路，支路对数为1 1，与极对数无关；与极对数无关；l 电刷数等于主磁极数，电刷位置对准磁极轴线电刷数等于主磁极数，电刷位置对准磁极轴线（使正、负电刷之间得到的感应电动势最大）。（使正、负电刷之间得到的感应电动势最大）。l 电枢电动势等于并联支路电动势，电枢电流等于电枢电动势

18、等于并联支路电动势，电枢电流等于各支路电流之和。各支路电流之和。l 并联支路数少，每条支路中串联元件数多，并联支路数少，每条支路中串联元件数多， 适用适用于较高电压，较小电流的电机于较高电压，较小电流的电机GIa+UaEM+UaIaIf+Uf直流电机的磁场直流电机的磁场一、直流电机的空载磁场Ia=0,PIa=0,P2 2=0=0Ia=0,PIa=0,P2 2=0=0四极直流电机空载时的磁路四极直流电机空载时的磁路漏磁通漏磁通 比主磁通比主磁通 小得多，大约是主磁通的小得多，大约是主磁通的20%20%。 u空载气隙磁密波形空载气隙磁密波形空载时，忽略铁心磁阻时，励磁磁动势主要消耗在气隙上气隙磁密

19、的分布就取决于气隙的大小和形状平顶波（梯形波）磁化曲线磁化曲线或或()ff F ()ff I A-膝点气隙线气隙线二、直流电机负载时的磁场二、直流电机负载时的磁场 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过直流电机负载后，电枢绕组有电流通过, , 并产生电枢磁场（与电枢电流分布有并产生电枢磁场（与电枢电流分布有关）。关）。 负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同作用同作用 电枢磁场会对主磁场产生一定的影响，电枢磁场会对主磁场产生一定的影响，这一影响称为电枢反应。这一影响称为电枢反应。 电枢反应会使气隙磁场发生畸变，从而电枢反应会使气隙磁场发生畸变，从而影响电机的性能。影

20、响电机的性能。NSX1.电枢磁场电枢磁场2aaxFxAFAx直轴：与主极轴线重合的轴交轴：与主极轴线正交的轴A-A-表示电枢圆周单位长度上的安培数，表示电枢圆周单位长度上的安培数，aaN iAD主主磁磁场场电电枢枢磁磁场场物理中性线电枢表面磁通密度的实际过零点的连线。物理中性线交轴电枢反应交轴电枢反应电枢表面磁通密度的实际过零点的连线。B(x)NSB0(x)Ba(x) 2) 2)对主磁场起去磁作用对主磁场起去磁作用1)1)使气隙磁场发生畸变使气隙磁场发生畸变 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁

21、场被增强，一半被电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线削弱，物理中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线角，磁通密度的曲线与空载时不同。与空载时不同。 磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极磁通量与空载时相同。磁路饱和时，主磁极增磁部分因此每极磁通量与空载时相同。磁路饱和时，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢因此负载时每极磁通略为减少。即电刷

22、在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。反应为交轴去磁性质。由图可知，交轴电枢反应的特点：由图可知，交轴电枢反应的特点：将电刷位置逆时针（顺时针）移动将电刷位置逆时针（顺时针）移动角，则电枢磁势可分为两部分。角，则电枢磁势可分为两部分。（1 1）(-2)(-2)角度内的磁势为交角度内的磁势为交轴电枢磁动势轴电枢磁动势Faq Faq （2 2）22范围内的磁势为直轴电枢范围内的磁势为直轴电枢磁动势磁动势FadFad。直轴电枢磁势的作用为： 1.发电机，电刷顺转向去磁；电刷逆转向去增磁； 2.电动机，电刷顺转向为增磁，逆转向为去磁。2.电刷不在几何中性线时的电枢反应电刷不在几何中性线时的电枢反应直

23、流电机的感应电动势和电磁转矩直流电机的感应电动势和电磁转矩每根导体的感应电动势为一、电枢绕组的感应电动势一、电枢绕组的感应电动势电枢绕组的感应电动势为一条支路内所有串联导体电枢绕组的感应电动势为一条支路内所有串联导体的电动势之和。的电动势之和。 lvbeBav 极距极距（1）大小）大小l 每个导体的平均感应电动势：每个导体的平均感应电动势：e av= Bav l vl 导体切割磁场的线速度：导体切割磁场的线速度： v = n Da a60= n2p 60l 电枢感应电动势：电枢感应电动势：226060avnpelpnl260aaveNNpEenCnaa 与与 无关，与导体每秒切无关，与导体每秒

24、切割的总的磁通量割的总的磁通量 有关有关 B2p Ea = Ce n Ce 电动势常数：电动势常数： Ce = pN60a单位：单位：Wb单位：单位：r/min(V) (2) 方向：方向： 由由 和和 n 共同决定。共同决定。(3) 性质：性质： 发电机为电源电动势；电动机为反电动势。发电机为电源电动势；电动机为反电动势。二、直流电机的电磁转矩二、直流电机的电磁转矩(1) 产生产生 电枢电流电枢电流 i 磁磁 场场 Tem (2) 大小大小总电磁转矩总电磁转矩Tem=总导体数总导体数 Tav22avaavaaavf DB li DTNoImageNoImageavBlaIiaa22aPD.2e

25、mavaTaNPTN TICIa Tem = CT IaCT 转矩常数：转矩常数：单位：单位：Wb单位：单位：A(Nm) CTCe=602 = 9.55 CT = 9.55 CeCT =pN2a Ce =pN60a(2)(2) 方向：方向： 由由 和和 I Ia a 共同决定。共同决定。(3) (3) 性质：性质：发电机发电机: :制动制动( (与转速方向相反与转速方向相反) )； 电动机电动机: :驱动驱动( (与转速方向相同与转速方向相同) )。 直流发电机按励磁方式分类直流发电机按励磁方式分类GIf+UaIa+Uf他他励励并并励励串串励励复复励励G+UIIfIaG+UIIaGIaIf+U

26、I直流发电机直流发电机一、直流发电机的基本方程式一、直流发电机的基本方程式直流发电机直流发电机2aaabEUI RU 1.1.电压平衡方程式电压平衡方程式aa aEU I R fffRUIUfIfEa+-UIa励磁回路：励磁回路：电枢回路：电枢回路：注：注：EaU2.转矩平衡方程式转矩平衡方程式0TTem T负 载 时 ： iaTemT0TnNSem0TTT原动机拖动发电机的转矩电磁转矩（制动，与n反向）由机械损耗及电枢铁损耗产生的制动转矩3.功率平衡关系功率平衡关系0TTemT0TTemT10emPPPemPTem2aaabEI RUU222a aaaab aCuaCubE II RUIU

27、IpPp 2emCuaCubPPpp10202emCuaCubPPPPppPPp0FesppppNSP)%15 . 0(p CuaCubFespppppp2260aNpnIa60aN pnIaaaE I直流发电机功率流程图直流发电机功率流程图P1=TPem=Tem=EaIapCua，pCubUIa=P20FesPppp1020emCuaCubPPPPppPNnn 0Ia )I (fUf定义：当定义：当 、 时，时， 空载特性空载特性ARfUf-+IfGA+-VKRLn二、他励直流发电机的运行特性二、他励直流发电机的运行特性研究条件：保持转速研究条件：保持转速n不变且等于额定转速不变且等于额定转

28、速nN.三个物理量：端电压三个物理量：端电压U、负载电流、负载电流I、励磁电流、励磁电流If空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线UfIUNIfNA 空载特性（续）空载特性（续）空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线UfIUNIfNA分析：分析： U0=Ea-IaRa=Ea=CenN If= Ff/N 结论：结论：1.1.经过一定比例转换后，经过一定比例转换后，开路特性开路特性U U0 0=f(I=f(If f) )曲线与电机的磁化曲线曲线与电机的磁化曲线=f(F=f(Ff f) )形状完形状完全相同。全相同。 2.2.一台电机的磁化曲线只有一条，而空载特性

29、曲线会随一台电机的磁化曲线只有一条，而空载特性曲线会随着转速着转速n n的升降而成比例的上升或下移。的升降而成比例的上升或下移。3.3.一般电机的工作点位于开路特性上曲线开始弯曲的膝一般电机的工作点位于开路特性上曲线开始弯曲的膝点点A A附近。据此可以判断电机的饱和程度。附近。据此可以判断电机的饱和程度。NnnfNfII )(IfU 定义：当定义：当 、 时，时， 外特性外特性 ARfUf-+IfGA+-VKRLnOIUn = nNIf = IfNINUNU0外特性外特性 电压平衡方程式电压平衡方程式 U = EaRa Ia当当 Ia Ra Ia Ea (电枢反应电枢反应)U 电压调整率（电压

30、调整率（当当 额定负载过渡到空载时）额定负载过渡到空载时）U0UNUNUN =100%( 5% 10% ) 调节特性调节特性 当当 n = nN，U = UN 时：时： If = f ( I )OI If IfNIN调节特性调节特性Nnn fNfII 效率是指输出功率与输入功率之比效率是指输出功率与输入功率之比22212b100%cucuaFesmPPPPPpUIppppp P2/PN0 效率特性效率特性 当当 n = nN，U = UN 时时, ,效率与负载的关系效率与负载的关系ddI令令 =0=0可求得效率最高点，得可求得效率最高点，得到效率最大的条件：当电动机中不到效率最大的条件：当电动

31、机中不变损耗等于可变损耗时，效率最高。变损耗等于可变损耗时，效率最高。且通常出现在（且通常出现在（75% 75% 100%100%）P PN N 区区域内。域内。cua,Femscubspp pppp中一部分损耗不变损耗，不随负载的变化而变化中一部分损耗可变损耗，与负载电流的二次方成正比三、并励直流发电机三、并励直流发电机自励：励磁绕阻并接于电枢绕组两自励：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端，由发电机本身的端电压提供励磁，而发电机的端电压又必须励磁，而发电机的端电压又必须在有了励磁电流后才能产生，所在有了励磁电流后才能产生，所以并励发电机由初始的以并励发电机由初始的U=0到

32、正到正常运行时常运行时U为一定值，有一个自为一定值，有一个自己建立电压的过程己建立电压的过程(自励过程自励过程). G+UIIfIa自励条件：自励条件：（1 1）发电机必须有剩磁，如果无剩磁，必须用另外的直流）发电机必须有剩磁，如果无剩磁，必须用另外的直流电源充磁。电源充磁。（2 2）励磁绕组并联到电枢两端，线端的接法应与旋转方向）励磁绕组并联到电枢两端，线端的接法应与旋转方向配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁的磁场方向一配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁的磁场方向一致。致。（3 3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。空载特性励磁回路场阻线临界电阻线

33、AG+UIIfIa00f()=ffUf IIUR电枢回路：励磁回路：a00,faIIIUE空载时：，励磁回路的总电阻必须小于励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。临界电阻。l并励发电机的外特性并励发电机的外特性 n=nN 、励磁回路总电阻不变时，、励磁回路总电阻不变时， U =f (I )关系曲线。关系曲线。并励他励UI U = Ea - Ra( I+If ) =( Cen RaIf ) - RaI 一般一般 U= U=（10103030）% %。 并励比他励电机外特性下降得快并励比他励电机外特性下降得快原因：原因： （1 1）电枢电阻压降）电枢电阻压降 （2 2）电枢反应去磁）电枢反应去磁 （3

34、 3）U IfU IfG+UIIfIa 【例例】 一他励直流发电机，一他励直流发电机， PN = 10 kW，UN = 230 V，nN = 1 000 r/min ，Ra = 0.4。如果磁通如果磁通 保保持不变，求持不变，求 1 000 r/min 时的空载电压时的空载电压 U0 和和 900 r/min 时时的满载电压的满载电压 U 。 解：解：在在 nN 和和 UN 时的电枢电流时的电枢电流9001 000E = E U0 = E = UNRa IaN = (2300.443.5) V = 247 V 在在 保持不变时，保持不变时， E n10103230= A = 43.5 A PN

35、UNIaN = 9001 000= 247 V = 222 V U = ERa IaN = (222 0.443.5) V = 205 V P2 = UI = 230100 W = 23 000 WIa = IIf = (1002) A =102 APCu = Ra Ia2 Rf If2 = ( 0.2102211522 ) W = 2 540.8 W Pem = P2PCu = 25 540.8 W 【例题例题】 一并励直流发电机，输出电压一并励直流发电机，输出电压 U = 230 V，输出电流，输出电流 I = 100 A ，Ra = 0.2，Rf = 115，n = 1 500 r/mi

36、n ， T0 =17.32 Nm 。求发电机的输出功率求发电机的输出功率P2 、电磁功率、电磁功率 Pem 、输入功率、输入功率 P1 和效率和效率 。 解：解：230115= A = 2 A URfIf = P0 = T0n2 60= 17.321 500 W 2 60 = 2 719.24 W P1 = PemP0 = (25 540.82 719.24) W = 28 260 W = 100%P2P1= 100% = 81.39% 23 00028 260 直流电动机按励磁方式分类直流电动机按励磁方式分类MIf+UaIa+Uf他他励励并并励励串串励励复复励励M+UIIfIaM+UIIaM

37、IaIf+UI直流电动机直流电动机 直流电动机直流电动机1.直流电动机的基本方程直流电动机的基本方程(1) 电压平衡方程式电压平衡方程式 U=Ua= Ea + R Ia +2Ub R=Ra+Rpa 02emTTT电动机电动机NSnemTMemT0T2Tn(2) 转矩平衡方程式转矩平衡方程式MIf+UaIa+Uf02TTTem02TTTem02empPP(3) (3) 功率平衡方程式功率平衡方程式emaaPE ITem122emCuaCubCufFesCuaCubCufPPpppPppppppPp电动机从电网吸收的电功率电动机从电网吸收的电功率 P1 =UI ，减去电枢绕，减去电枢绕组铜损组铜损

38、pcua，电刷接触损耗，电刷接触损耗pcub以及励磁回路铜损以及励磁回路铜损pcuf，余下的转换为机械功率，余下的转换为机械功率的电磁功率的电磁功率P Pemem。220emFesPPpppPP直流电动机功直流电动机功率流程图率流程图P1PCuPemP0P2 并励电动机并励电动机输入电压输入电压 U = Ua = Uf = Ea + RaIa+2Ub(2) 输入电流输入电流 I = Ia + If(3) 输入功率输入功率 MIa+UIIf1()afPUIU II 【例例】 某并励直流电动机，某并励直流电动机，UN = 220 V，IN = 12.5 A，nN = 3 000 r/min ，Rf

39、 = 628 ，Ra = 0.41 。求该电机在额定状态下运行时的：。求该电机在额定状态下运行时的： (1) If ； (2) Ia； (3) E ； (4) Tem 。 解：解： (1) 励磁电流励磁电流 If UfRfIf =220628= A = 0.35A(2) 电枢电流电枢电流 Ia Ia = IN If = (12.50.35) A = 12.15 A (2) 电动势电动势 E E = UN Ra Ia = (2200.4112.15) V = 215 VCT = 9.55 Ce = 0.685Tem = CT Ia = 0.68512.15 Nm = 8.32 Nm (4) 电磁

40、转矩电磁转矩Ce =EnN2153 000= = 0.071 7 直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性 一、并(他)励电动机的工作特性 )(2Pfn aNaaeeeEUI RnCCC（1 1）转速特性转速特性 据转速公式 ,0NffNpaUUIIR2,()emn Tf P指 时， 或,()eman Tf I2Pn0nn0影响转速影响转速n n的因素有二：的因素有二： 1 1）电流）电流IaIa增大时电枢电阻压降增大时电枢电阻压降IaRaIaRa也增大，也增大， 使转速趋于下降；使转速趋于下降；2 2）随着负载的增大，电枢电流增大时，电枢反）随着负载的增大，电枢电流增大时，电枢反 应的去磁作

41、用使得磁通应的去磁作用使得磁通下降，使转速趋于上升。下降，使转速趋于上升。2. 2. 一般电阻压降的影响较大，所以随着电流的增大，电动机转速降一般电阻压降的影响较大，所以随着电流的增大，电动机转速降低。由于电阻低。由于电阻RaRa的值很小，所以转速下降比较平缓。电流增大，电压的值很小，所以转速下降比较平缓。电流增大，电压恒定时意味着恒定时意味着P P2 2增大，所以增大，所以n=f(Pn=f(P2 2) )是一条较平的下降曲线（硬特性）。是一条较平的下降曲线（硬特性）。%1000NNnnnnn额定转速调整率 % ：表示电动机从空载到满载转速变化的程度。（2）转矩特性）转矩特性 转矩方程2( )emTf P22020060=2 nemPPTTTTT0T2PnemT2T二二 、串励电动机的工作特性、串励电动机的工作特性afIIINUU 2,()emn Tf P,()eman Tf I特点： 工作特性