航空直流电机课件

1、回篇目录回篇目录航空直流电机的基本工作原理和结构航空直流电机的基本工作原理和结构直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理直流电机的可逆原理直流电机的可逆原理直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理教学目的及教学思路教学目的及教学思路 掌握直流发电机基本工作原理；掌握直流发电机基本工作原理； 掌握直流电动机基本工作原理；掌握直流电动机基本工作原理； 理解直流电机的可逆原理；理解直流电机的可逆原理； 系统掌握直流电机基本工作原理。系统掌握直流电机基本工作原理。 基本电磁定律在电机原理分析中的应用基本电磁定律在电机原理分析中的应用重重 点点

2、 直流电机中直流电机中“直流直流”的实现方法的实现方法难难 点点 换向器和电刷在直流电机中的作用换向器和电刷在直流电机中的作用教学目的及教学思路教学目的及教学思路直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理教学目的及教学思路教学目的及教学思路两个工作原理两个工作原理如何实现如何实现“直流直流”？总体目标分解为几层递进问题总体目标分解为几层递进问题系统掌握系统掌握抓住核心抓住核心分解目标分解目标引入定律引入定律法拉第电磁感应定律、安培力定律法拉第电磁感应定律、安培力定律直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理直流电机的定义和分类直流电机的定义和分类机械能机械能直流电能直流电能直流发电机直流发

3、电机直流电动机直流电动机发动机发动机电网电网电网电网作动器作动器直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理直流电机发展过程中的几件大事直流电机发展过程中的几件大事 18311831年，法拉第建立了年，法拉第建立了电磁感应原理电磁感应原理、建造了第一座发、建造了第一座发电机原型电机原型 。 18321832年，法国人皮克希受法拉第发现的启示，应用电磁年，法国人皮克希受法拉第发现的启示，应用电磁感应原理制成了最初的感应原理制成了最初的交流发电机交流发电机 。直流电机的发展直流电机的发展直流电机发展过程中的几件大事直流电机发展过程中的几件大事 1870 1870 年，比利时学者年，比利时学者格拉姆

4、格拉姆制成了性能优良的制成了性能优良的直流发直流发电机电机。 1873 1873 年，比利时学者格拉姆发明了年，比利时学者格拉姆发明了直流电动机直流电动机。直流电机的发展直流电机的发展 航空直流发电机的应用航空直流发电机的应用襟副翼作动器襟副翼作动器 温度调节控制活门温度调节控制活门 调整片效应作动器调整片效应作动器 航空直流电动机的应用航空直流电动机的应用 18311831年年, ,法拉第法拉第建立建立电磁感应原理电磁感应原理、建造了第一座、建造了第一座发电机原型发电机原型。法拉第圆盘发电机法拉第圆盘发电机直流发电机的发展历程直流发电机的发展历程 1870 1870 年，比年，比利时学者利时

5、学者格拉姆格拉姆制成了由水轮驱制成了由水轮驱动、性能优良的动、性能优良的直流发电机直流发电机。直流发电机的发展历程直流发电机的发展历程直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律法拉第e 的的大小大小和和方向方向v 的的大小大小和和方向方向B 的的大小大小和和方向方向e = B l v航空直流发电机的原理模型航空直流发电机的原理模型环形电枢绕组环形电枢绕组直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理直流发电机电枢导体中的电势直流发电机电枢导体中的电势直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理航空直流发电机的原理模型航空直流发电机的原理模型直流发

6、电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理航空直流发电机的原理模型航空直流发电机的原理模型BA换向器换向器直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理BA航空直流发电机的原理模型航空直流发电机的原理模型几何中性线几何中性线直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理电枢绕组中的电势电枢绕组中的电势直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理直流电机电刷间的电势直流电机电刷间的电势直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理主极磁通密度在空间的分布主极磁通密度在空间的分布直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理直流发电机的基

7、本工作原理直流发电机的基本工作原理 直流发电机藉助于直流发电机藉助于换向器和电刷换向器和电刷，将电势方向，将电势方向即将改变的元件及时地由即将改变的元件及时地由一条支路一条支路换接到换接到另一条支路另一条支路，保证每条支路始终由在保证每条支路始终由在一定极性下运动的一定极性下运动的全部元件组全部元件组成，而在一定极下运动的元件，其电势方向是固定不成，而在一定极下运动的元件，其电势方向是固定不变的。因而能在电机的正负电刷间得到变的。因而能在电机的正负电刷间得到方向不变方向不变、大大小基本不变小基本不变的电势。的电势。 直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理直流发

8、电机的基本工作原理 1873 1873 年，年，格格拉姆拉姆发明了发明了直流直流电动机电动机。直流电动机的发明直流电动机的发明安培安培(1775-1836)(1775-1836)f 的的大小大小和和方向方向I 的的大小大小和和方向方向B 的的大小大小和和方向方向安安 培培 力力 定定 律律直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理f = B I l航空直流电动机的原理模型航空直流电动机的原理模型直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理 小小 结结1 1、电磁基本定律的应用、电磁基本定律的应用磁磁 场场导体运动导体运动电势和电流电势和

9、电流可可逆逆原原理理导体运动导体运动磁磁 场场电势和电流电势和电流磁磁 场场导体运动导体运动电势和电流电势和电流发电机发电机电动机电动机法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律B l ve = =安培力定律安培力定律B I lf= =直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理2 2、直流电机的工作原理、直流电机的工作原理磁磁 场场导体运动导体运动电势和电流电势和电流电动机电动机发电机发电机交变的电枢交变的电枢导体电流导体电流换向换向装置装置外电路的外电路的直流电流直流电流 小小 结结航空直流电机的基本工作原理航空直流电机的基本工作原理 思考题与作业思考

10、题与作业1 1、为什么说直流电机本质上是一台带有换向装置的交流电、为什么说直流电机本质上是一台带有换向装置的交流电机？机？2 2、请列表说明飞机直流发电机与直流电动机在工作原理上、请列表说明飞机直流发电机与直流电动机在工作原理上有何异同？有何异同？回篇目录回篇目录飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构和其它所有的旋转和其它所有的旋转电机一样，电机一样，DCGDCG主主要由定子及转子两要由定子及转子两部分组成。部分组成。定定 子子转转 子子DCG的电路连接的电路连接DCG的通风的通风教学目的及教学思路教学目的及教学思路 了解飞机直流发电机的基本结构组成及其特点；了解飞机直流发电机的基本结构

11、组成及其特点； 理解飞机直流发电机的基本电磁环境及其基本概念；理解飞机直流发电机的基本电磁环境及其基本概念； 掌握飞机直流发电机的电路连接及其等值电路。掌握飞机直流发电机的电路连接及其等值电路。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构飞飞机机直直流流发发电电机机返回整整体体分分解解飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构一、定一、定 子子 主要由机壳、磁极、电刷组件、以及接线盒、端盖、主要由机壳、磁极、电刷组件、以及接线盒、端盖、通风管等部分组成。通风管等部分组成。( (一一) )机机 壳壳返回目录由磁轭及结合盘两部分组成。由磁轭及结合盘两部

12、分组成。磁磁 轭轭 固定磁极的部分。固定磁极的部分。结合盘结合盘发电机的后端盖。发电机的后端盖。磁轭与结合盘焊接成一个整体。磁轭与结合盘焊接成一个整体。结结合合盘盘磁磁轭轭飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构飞飞机机直直流流发发电电机机机机壳壳飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构结结合合盘盘磁磁轭轭磁轭磁轭 是磁路的一部分是磁路的一部分 , , 用导磁性能好的电工钢做成。用导磁性能好的电工钢做成。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构 发电机的后端盖发电机的后端盖, ,是发电机与发动机传动机匣结合的部分是发电机与发动机传动机匣结合的部分, ,用机械强度高的合金钢做成。用机

13、械强度高的合金钢做成。结合盘结合盘结结合合盘盘磁磁轭轭飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构（二）（二） 磁磁 极极主磁极主磁极飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构（二）（二） 磁磁 极极主磁极主磁极 由激磁线圈及由激磁线圈及磁极铁芯组成磁极铁芯组成。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构磁磁 轭轭磁极铁芯磁极铁芯激磁线圈激磁线圈固定螺钉固定螺钉（二）（二） 磁磁 极极几个基本概念几个基本概念极极 掌掌 主极铁芯下面的扩大部主极铁芯下面的扩大部分分, ,其其特定形状对应于主极特定形状对应于主极磁通的分布规律磁通的分布规律, ,又称极靴。又称极靴。飞机直流电机的基本结构飞机直

14、流电机的基本结构（二）（二） 磁磁 极极几个基本概念几个基本概念主极轴线主极轴线 当极掌对称于主极当极掌对称于主极铁芯的中心线时，主极铁芯的中心线时，主极铁芯的中心线成为主极铁芯的中心线成为主极轴线。轴线。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构几何中性线几何中性线 两条相邻主极轴线两条相邻主极轴线夹角的平分线。夹角的平分线。极极 距距 两条相邻的几何两条相邻的几何中性线间的电枢圆周中性线间的电枢圆周长度长度, ,以以表示。表示。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构主磁通主磁通 主磁极所产生的、穿主磁极所产生的、穿过主磁极与电枢铁心间过主磁极与电枢铁心间的气隙的磁通。的气隙的磁通。

15、主极磁路系统主极磁路系统飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构换向磁极换向磁极 换向磁极又称整流磁极、辅助磁极或附加磁极，换向磁极又称整流磁极、辅助磁极或附加磁极，用来改善电机换向情况。用来改善电机换向情况。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构刷架组件刷架组件电刷架经绝缘固定于机壳上电刷架经绝缘固定于机壳上, ,电刷放于刷架上的刷盒中电刷放于刷架上的刷盒中, ,为了使电刷与换向器紧密接触为了使电刷与换向器紧密接触, ,电刷用弹簧压紧。电刷用弹簧压紧。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构刷盒做成使电刷与换向器倾斜一定的角度刷盒做成使电刷与换向器倾斜一定的角度, ,以便使弹簧

16、压力产生以便使弹簧压力产生一个切向分力一个切向分力F， F和电枢转动时电刷与换向器之间产生的摩和电枢转动时电刷与换向器之间产生的摩擦力擦力Fr 相平衡，从而使电刷与换向器之间接触更为良好。相平衡，从而使电刷与换向器之间接触更为良好。刷架组件刷架组件飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构二、转二、转 子子 直流电机的转子直流电机的转子又叫电枢。主要由电又叫电枢。主要由电枢铁心、电枢绕组、枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴等部分换向器、转轴等部分组成。组成。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构电电机机的的转转子子飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构二、转二、转 子子电枢铁心电枢铁

17、心 电枢铁心由电枢铁心由厚厚0.20.20.5mm0.5mm的互相绝缘的的互相绝缘的硅钢硅钢片片迭成。迭成。 电枢铁心的全部迭电枢铁心的全部迭片压紧在片压紧在星形衬筒星形衬筒上成上成一个一个整体整体。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构直直流流发发电电机机返回电电枢枢转转子子飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构返回直直流流发发电电机机电电枢枢铁铁心心分分解解飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构直直流流发发电电机机电电枢枢铁铁芯芯冲冲片片飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构电电机机的的转转子子飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构电电机机的的电电枢枢绕绕组组

18、飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构电电机机的的电电枢枢绕绕组组飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构直直流流发发电电机机返回星星形形衬衬筒筒飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构电枢绕组电枢绕组有效边有效边端端 接接端接端接有效边有效边飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构换向器换向器换向器又称整流子。换向器又称整流子。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构换向片换向片 用耐磨、强度高、导用耐磨、强度高、导电好的紫铜或镉铜做成，电好的紫铜或镉铜做成，每个换向片上开有两个每个换向片上开有两个燕尾槽。燕尾槽。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构换向器换向器

19、换换向向器器飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构换向器换向器单燕尾槽换向器单燕尾槽换向器双燕尾槽换向器双燕尾槽换向器飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构转转 轴轴飞机直流发电机的转轴由空心轴和柔性轴（软轴）组成。飞机直流发电机的转轴由空心轴和柔性轴（软轴）组成。空心轴空心轴柔性轴柔性轴飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构转转 轴轴空心轴空心轴用抗扭强度高、弹性好的合用抗扭强度高、弹性好的合金钢做成。金钢做成。柔性轴柔性轴用抗压强度高合金钢做成。用抗压强度高合金钢做成。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构转转 轴轴柔性轴装在空心轴内，一端通过半月键与空心轴啮和，柔

20、性轴装在空心轴内，一端通过半月键与空心轴啮和，另一端通过花键与发动机传动机匣内的减速齿轮啮合。另一端通过花键与发动机传动机匣内的减速齿轮啮合。飞机直流电机的基本结构飞机直流电机的基本结构三、飞机直流发电机的电路连接三、飞机直流发电机的电路连接电路连接电路连接飞机直流发电机的电路连接飞机直流发电机的电路连接三、飞机直流发电机的电路连接三、飞机直流发电机的电路连接几个电刷组成的正负电刷组分别通过汇流条连在一起；几个电刷组成的正负电刷组分别通过汇流条连在一起；发电机机壳上固定着发电机的接线板及接线柱；发电机机壳上固定着发电机的接线板及接线柱；发电机的发电机的“”接线柱接在正电刷上接线柱接在正电刷上;

21、 ;“”接线柱与换向极绕组的正端相连接线柱与换向极绕组的正端相连; ;“B B”接线柱与激磁绕组的正端相连接线柱与激磁绕组的正端相连; ;“C C”接线柱与串激绕组相连。接线柱与串激绕组相连。电路连接电路连接飞机直流发电机的电路连接飞机直流发电机的电路连接直流发电机的等效电路直流发电机的等效电路返回CC：为串激绕组为串激绕组H：为换向极绕组为换向极绕组B：为激磁绕组为激磁绕组飞机直流发电机的电路连接飞机直流发电机的电路连接DCGDCG的等值电路的等值电路返回Ra: 电枢电路的总电阻。包括电枢绕电枢电路的总电阻。包括电枢绕组的电阻、换向极绕组的电阻、电刷组的电阻、换向极绕组的电阻、电刷与换向器间

22、的接触电阻等。与换向器间的接触电阻等。Ea: :电枢电势，即正负电刷间的电势。电枢电势，即正负电刷间的电势。Ia: : 电枢电流。电枢电流。U: 发电机的端电压。即发电机发电机的端电压。即发电机“”、“”接线柱间的电压。接线柱间的电压。等值电路等值电路飞机直流发电机的电路连接飞机直流发电机的电路连接直流起动发电机的等值电路直流起动发电机的等值电路直流起动发电机的等值电路直流起动发电机的等值电路四、飞机直流发电机的通风四、飞机直流发电机的通风用通风管引入飞机的迎面气流。用通风管引入飞机的迎面气流。风风 路：路：通风管通风管星形衬筒的通风沟星形衬筒的通风沟风扇风扇通风孔通风孔换向器、电刷组件、电枢

23、铁心换向器、电刷组件、电枢铁心通风孔通风孔返回目录飞机直流发电机的通风飞机直流发电机的通风四、飞机直流发电机的通风四、飞机直流发电机的通风返回目录飞机直流发电机的通风飞机直流发电机的通风五、飞机发电机在飞机上的安装五、飞机发电机在飞机上的安装返回目录飞机发电机在飞机上通过发动机传动机匣与发电机相连。飞机发电机在飞机上通过发动机传动机匣与发电机相连。飞机直流发电机在飞机上的安装飞机直流发电机在飞机上的安装作业题和思考题作业题和思考题 （1 1）简述直流发电机和直流电动机的基本工作原理。）简述直流发电机和直流电动机的基本工作原理。（2 2）分别画出飞机直流电机的等值电路图。）分别画出飞机直流电机的

24、等值电路图。（3 3）简述航空直流起动发电机四个接线柱的意义。）简述航空直流起动发电机四个接线柱的意义。思考题思考题（1 1）为什么说直流电机实质上是一台带有换向装置的交）为什么说直流电机实质上是一台带有换向装置的交流电机？流电机？（2 2）直流发电机电刷位置根据什么原则确定？若安放位）直流发电机电刷位置根据什么原则确定？若安放位置有偏差，会产生什么影响？置有偏差，会产生什么影响？ 目的、要求目的、要求u 理解影响飞机发电机端电压的因素理解影响飞机发电机端电压的因素；u 熟练掌握飞机直流发电机的外特性和调节特性。熟练掌握飞机直流发电机的外特性和调节特性。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流

25、发电机的外特性和调节特性回篇目录回篇目录飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性一、定一、定 义义二、影响二、影响DCGDCG端电压的因素端电压的因素三、低转速时三、低转速时DCGDCG的外特性和调节特性的外特性和调节特性四、高转速时四、高转速时DCGDCG的外特性和调节特性的外特性和调节特性五、飞机直流发电机特性的实验室求法五、飞机直流发电机特性的实验室求法重重 点点飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性难难 点点高转速时，飞机直流发电机的外特性高转速时，飞机直流发电机的外特性飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性一

26、、定一、定 义义DCG的外特性的外特性 当转速当转速n=常数，发电机空载时的端电压常数，发电机空载时的端电压U0等于发等于发电机的额定电压电机的额定电压UN，保持，保持U0 = UN 时的磁场电阻不变，时的磁场电阻不变，而负载电流而负载电流I变化时，发电机的端电压变化时，发电机的端电压U随负载电流随负载电流I变变化的规律化的规律U = f ( I )，称为飞机直流发电机的外特性。，称为飞机直流发电机的外特性。 返回目录返回目录飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性DCG的调节特性的调节特性 由于飞机发电机的端电压由于飞机发电机的端电压U随转速随转速n n及负载电流及负

27、载电流I的的变化而变化，为了保持飞机发电机的端电压变化而变化，为了保持飞机发电机的端电压U不变，就不变，就需要相应地改变发电机的主磁通需要相应地改变发电机的主磁通，这就需要相应地改，这就需要相应地改变磁场电阻，调节激磁电流变磁场电阻，调节激磁电流IB，当转速，当转速n一定时，为保一定时，为保持发电机的端电压持发电机的端电压U恒定，需要的激磁电流恒定，需要的激磁电流IB随负载电随负载电流流I变化的规律变化的规律IB=f(I)，称为发电机的调节特性。，称为发电机的调节特性。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性二、影响二、影响DCGDCG端电压的因素端电压的因素 发电机

28、的电枢压降发电机的电枢压降IaRa ； 可知，可知，当磁场电阻不变时，影响飞机直流发电机端电当磁场电阻不变时，影响飞机直流发电机端电压的因素有压的因素有： 发电机的转速发电机的转速n ； 发电机的有效磁通发电机的有效磁通 。返回目录返回目录飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性由直流发电机端电压的基本公式由直流发电机端电压的基本公式 aaeaaaRInCRIEU- -= =- -= =f f其中，有效磁通其中，有效磁通对端电压的影响尤为重要。对端电压的影响尤为重要。影响有效磁通影响有效磁通的主要因素有：的主要因素有： 激磁电流激磁电流IB及其所产生的主磁通及其所产生的

29、主磁通0随端电压的随端电压的变化而变化；变化而变化； 电机中除主磁通以外的磁通使有效磁通的变化。电机中除主磁通以外的磁通使有效磁通的变化。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性式中，式中，“”号表示与号表示与F0方向相反的去磁磁势；方向相反的去磁磁势； “”号表示与号表示与F0方向相同的助磁磁势。方向相同的助磁磁势。表示磁路饱和时表示磁路饱和时横轴电枢磁通横轴电枢磁通产生的附加去磁作用；产生的附加去磁作用； 表示换向元件中的表示换向元件中的附加换向电流附加换向电流产生的助磁作用或去产生的助磁作用或去磁作用。超越换向时为助磁，延迟换向时为去磁；磁作用。超越换向时为助磁，

30、延迟换向时为去磁； 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性dKFFFF- -= =D Dr r式中，式中，“”号表示与号表示与F0方向相反的去磁磁势；方向相反的去磁磁势； “”号表示与号表示与F0方向相同的助磁磁势。方向相同的助磁磁势。表示表示电刷偏离几何中性线电刷偏离几何中性线时纵轴电枢磁通及换向极磁时纵轴电枢磁通及换向极磁通产生的等效的助磁磁势或去磁磁势。顺电枢转向移通产生的等效的助磁磁势或去磁磁势。顺电枢转向移刷时去磁，逆电枢转向移刷时为助磁。刷时去磁，逆电枢转向移刷时为助磁。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性dKFFFF- -=

31、=D Dr r 显然，影响有效磁通的附加磁势显然，影响有效磁通的附加磁势F的大小，与负载电的大小，与负载电流流I的大小、磁路饱和程度、发电机的转速的大小、磁路饱和程度、发电机的转速n有关。有关。 对于一定的转速，对于一定的转速，发电机的端电压只与负载电流有关；发电机的端电压只与负载电流有关；但对不同的转速，但对不同的转速，发电机的端电压随负载电流的变化规发电机的端电压随负载电流的变化规律是不同的。由于转速不同时发电机的外特性不同，律是不同的。由于转速不同时发电机的外特性不同，相相应地，应地，转速不同时发电机的调节特性也不同。转速不同时发电机的调节特性也不同。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机

32、直流发电机的外特性和调节特性三、低转速时三、低转速时DCGDCG的调节特性和外特性的调节特性和外特性（一）外（一）外 特特 性性返回目录返回目录 由于转速低，发电机的磁场电阻小，激磁电流大，由于转速低，发电机的磁场电阻小，激磁电流大，主磁通多，磁路处于饱和状态。主磁通多，磁路处于饱和状态。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性当负载电流增大时，电枢电流当负载电流增大时，电枢电流Ia增大，电枢压降增大，电枢压降IaRa增大，使发电机的端电压降低；增大，使发电机的端电压降低； 由于磁路饱和，横轴电枢磁场产生附加去磁磁势由于磁路饱和，横轴电枢磁场产生附加去磁磁势F，使发电

33、机端电压降低；使发电机端电压降低；当发电机端电压降低时，将使激磁电流减小，主磁通当发电机端电压降低时，将使激磁电流减小，主磁通减小，电枢电势降低，使发电机端电压进一步降低。减小，电枢电势降低，使发电机端电压进一步降低。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 由于上述三个因素的共同作由于上述三个因素的共同作用，用，当负载电流增大时，发电机当负载电流增大时，发电机的端电压降低。的端电压降低。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 在开始阶段在开始阶段 负载电流较小，电枢压降较负载电流较小，电枢压降较小；横轴电枢磁势较小，磁路饱小；横轴电枢磁势

34、较小，磁路饱和程度又较高。因此，由此产生和程度又较高。因此，由此产生的附加去磁磁势较小。的附加去磁磁势较小。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 这两个因素使发电机端电压这两个因素使发电机端电压降低的数值不大，激磁电流降低降低的数值不大，激磁电流降低不多。同时，由于磁路较饱和，不多。同时，由于磁路较饱和，IB的减小而使主磁通及电势下降的减小而使主磁通及电势下降的数值很小，故发电机的端电压的数值很小，故发电机的端电压下降不多。下降不多。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 随着负载电流的增大随着负载电流的增大 端电压逐渐下降，磁路饱和端电

35、压逐渐下降，磁路饱和程度逐渐降低。程度逐渐降低。I 继续增大时，继续增大时，不但不但IaRa增大，使增大，使U降低较多，降低较多，同时，横轴电枢磁势增大及饱和同时，横轴电枢磁势增大及饱和程度降低，程度降低，F增大，亦使增大，亦使U降低降低较多；较多；飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 U降低较多，降低较多，IB亦降低较亦降低较多，又由于磁路饱和程度降低，多，又由于磁路饱和程度降低， IB的减小使主磁通及的减小使主磁通及Ea减小量减小量大，端电压下降越来越大。大，端电压下降越来越大。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 随着端电压下降越

36、来越大随着端电压下降越来越大 磁路的饱和程度越来越低，磁路的饱和程度越来越低，到到C C点以后，磁路处于不饱和状态。点以后，磁路处于不饱和状态。此时，由于任何原因的扰动（如此时，由于任何原因的扰动（如负载电阻减小）而使端电压下降负载电阻减小）而使端电压下降时，因激磁电流减小使磁通减少时，因激磁电流减小使磁通减少较多，端电压下降很多较多，端电压下降很多飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 再继续减小负载电阻时，负再继续减小负载电阻时，负载电流非但不能继续增大，反而载电流非但不能继续增大，反而会减小。直到下降到零，即发电会减小。直到下降到零，即发电机短路时，仍有较小的电

37、枢电流，机短路时，仍有较小的电枢电流，称为短路电流。短路电流的大小，称为短路电流。短路电流的大小，由剩磁电势的大小决定。由剩磁电势的大小决定。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 在上述分析中，在上述分析中，忽略了超越忽略了超越换向时附加换向电流所产生的助换向时附加换向电流所产生的助磁作用及电刷逆电枢转向移动时磁作用及电刷逆电枢转向移动时纵轴电枢磁势所产生的助磁作用。纵轴电枢磁势所产生的助磁作用。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 低转速时，附加换向电流低转速时，附加换向电流较小；磁路饱和，助磁磁势使磁较小；磁路饱和，助磁磁势使磁通增

38、增加并不多；主磁通较多，通增增加并不多；主磁通较多，助磁增加的磁通量相对较小。所助磁增加的磁通量相对较小。所以助磁作用使端电压上升的因素以助磁作用使端电压上升的因素并不起主要作用。并不起主要作用。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性（二）（二） 调节特性调节特性 发电机的端电压随负载电流的增发电机的端电压随负载电流的增大而降低，为使发电机的端电压始终大而降低，为使发电机的端电压始终保持恒定，必须设法使发电机的激磁保持恒定，必须设法使发电机的激磁电流随负载电流的增大而增大，这可电流随负载电流的增大而增大，这可由电压调节器来自动完成。由电压调节器来自动完成。 低转速时，

39、激磁电流随负载电流低转速时，激磁电流随负载电流的增大一直是增大的。的增大一直是增大的。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性四、高转速时四、高转速时DCGDCG的调节特性和外特性的调节特性和外特性（一）外（一）外 特特 性性返回目录返回目录 由于转速高，所需的激磁电流很小，主磁通很少，由于转速高，所需的激磁电流很小，主磁通很少，磁路处于不饱和状态。磁路处于不饱和状态。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性当负载电流较小时，当负载电流较小时，Ia Ra很小；磁路不饱和，横轴电枢磁很小；磁路不饱和，横轴电枢磁势根本不产生附加去磁磁势，即势根本不

40、产生附加去磁磁势，即F0。因此，使端电压。因此，使端电压降低的因素不起主要作用。降低的因素不起主要作用。 相反，当负载电流较小时，发电机处于超越换向状态，附相反，当负载电流较小时，发电机处于超越换向状态，附加换向电流对主磁场起助磁作用。而且，由于转速高，附加换向电流对主磁场起助磁作用。而且，由于转速高，附加换向电流大，由它所产生的磁势加换向电流大，由它所产生的磁势FK大。又由于磁路不饱大。又由于磁路不饱和，它所产生的磁通多。故高转速时，附加换向电流的助和，它所产生的磁通多。故高转速时，附加换向电流的助磁作用使端电压升高的因素表现很突出。磁作用使端电压升高的因素表现很突出。飞机直流发电机的外特性

41、和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性如果电刷逆电枢转向移动，还有如果电刷逆电枢转向移动，还有纵轴电枢磁势及换向极磁场的助纵轴电枢磁势及换向极磁场的助磁作用，使端电压升高的因素更磁作用，使端电压升高的因素更为突出。为突出。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性由于端电压升高，又使激磁电由于端电压升高，又使激磁电流增大，此时磁路又不饱和，流增大，此时磁路又不饱和，发电机的端电压上升很快。以发电机的端电压上升很快。以上因素，使发电机的端电压随上因素，使发电机的端电压随负载电流的增大逐渐上升，如负载电流的增大逐渐上升，如图中曲线段图中曲线段a b所示。所示。飞机直流发电

42、机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性然而，这种情况不是固定不变的。然而，这种情况不是固定不变的。当负载电流继续增大时，由于激当负载电流继续增大时，由于激磁电流随端电压的升高而增大，磁电流随端电压的升高而增大，附加换向电流及纵轴电枢磁势的附加换向电流及纵轴电枢磁势的助磁作用增大，主磁通增多，磁助磁作用增大，主磁通增多，磁路的饱和程度随负载电流的增大路的饱和程度随负载电流的增大而逐渐提高。而逐渐提高。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性当负载电流增大到某一数值时，当负载电流增大到某一数值时，磁路由不饱和状态进入饱和状态。磁路由不饱和状态进入饱和状态。电机

43、中使端电压上升的作用逐渐电机中使端电压上升的作用逐渐减弱，使端电压降低的因素逐渐减弱，使端电压降低的因素逐渐增强，发电机的外特性又和低转增强，发电机的外特性又和低转速时类似：负载电流增大时，发速时类似：负载电流增大时，发电机的端电压一直下降，如图中电机的端电压一直下降，如图中曲线段曲线段bcbc所示。所示。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 在高转速、小负载（小于在高转速、小负载（小于5050额定负载）时，飞机直额定负载）时，飞机直流发电机的外特性可能产生流发电机的外特性可能产生“上凸上凸”现象。现象。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节

44、特性（二）（二） 调调 节节 特特 性性 由于在高转速、小负载时发由于在高转速、小负载时发电机的端电压高于电机的端电压高于28.528.5伏，为使伏，为使端电压保持端电压保持28.528.5伏，发电机的激伏，发电机的激磁电流必须减小，小于空载时的磁电流必须减小，小于空载时的激磁电流。激磁电流。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 发电机的端电压随负载电流发电机的端电压随负载电流的增加而升高时，发电机的激磁的增加而升高时，发电机的激磁电流必须随负载电流的增大而减电流必须随负载电流的增大而减小；而当端电压随负载电流的增小；而当端电压随负载电流的增大而降低时，发电机的激磁

45、电流大而降低时，发电机的激磁电流必须随负载电流的增大而增加。必须随负载电流的增大而增加。 飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 在高转速、小负载时发电在高转速、小负载时发电机的调节特性可能产生机的调节特性可能产生“下凹下凹”现象现象。飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 飞机直流发电机的外特性和调节特性在高转速、小负飞机直流发电机的外特性和调节特性在高转速、小负载时分别发生载时分别发生“上凸上凸”和和“下凹下凹”现象，对飞机电源系统现象，对飞机电源系统的稳定性是极为不利的，在某些情况下，甚至造成空中断的稳定性是极为不利的，在某些情况下，甚

46、至造成空中断电、充爆电瓶、烧坏发电机，从而导致严重后果。电、充爆电瓶、烧坏发电机，从而导致严重后果。结结 束束飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性 可以采取一些措施来消除外特性的可以采取一些措施来消除外特性的“上凸上凸”或调节或调节特性的特性的“下凹下凹”现象。例如：适当加大换向极的气隙，现象。例如：适当加大换向极的气隙，以减小换向极所产生的磁通，并减小换向极磁路的饱以减小换向极所产生的磁通，并减小换向极磁路的饱和现象，用以减小超越换向时的附加换向电流的助磁和现象，用以减小超越换向时的附加换向电流的助磁作用。作用。结结 束束飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发

47、电机的外特性和调节特性五、飞机直流发电机特性的实验室求法五、飞机直流发电机特性的实验室求法飞机直流发电机拖动实验系统原理飞机直流发电机拖动实验系统原理返回目录返回目录飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机拖动实验系统原理框图飞机直流发电机拖动实验系统原理框图五、飞机直流发电机特性的实验室求法五、飞机直流发电机特性的实验室求法实验原理实验原理返回目录返回目录飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机的外特性和调节特性飞机直流发电机特性实验原理电路飞机直流发电机特性实验原理电路回篇目录回篇目录直流电机的基本电磁关系与运行分析直流电机的基本电磁关系与运行分

48、析电枢绕组的感应电势电枢绕组的感应电势电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势电枢反应电枢反应电机中的电势平衡与转矩平衡电机中的电势平衡与转矩平衡教学目的及教学思路教学目的及教学思路 掌握感应电势、电磁转矩公式的物理意义及推导思路；掌握感应电势、电磁转矩公式的物理意义及推导思路； 理解电枢绕组中的电流和磁势；理解电枢绕组中的电流和磁势； 掌握电枢反应的分析过程；掌握电枢反应的分析过程； 理解直流电机中电势平衡和力矩平衡的内在关系。理解直流电机中电势平衡和力矩平衡的内在关系。直流电机的电势、磁势和转矩直流电机的电势、磁势和转矩 感应电势、电磁转矩公式的物理意义感应电势、电磁转矩公式的物理意义

49、重重 点点 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应难难 点点 公式的推导公式的推导教学目的及教学思路教学目的及教学思路直流电机的电势、磁势和转矩直流电机的电势、磁势和转矩教学目的及教学思路教学目的及教学思路直流电机的电势、磁势和转矩直流电机的电势、磁势和转矩 电机中感应电势和电磁转矩的产生都有赖于磁场；电机中感应电势和电磁转矩的产生都有赖于磁场； 电机的磁场特性在很大程度上影响着电机的运行性能；电机的磁场特性在很大程度上影响着电机的运行性能； 电机的许多特性都与气隙磁场有关；电机的许多特性都与气隙磁场有关； 直流电机的电势、磁势和转矩是直流电机的共同理论。直流电机的电势、磁势和转矩是直流电机的共

50、同理论。一、电枢绕组的感应电势一、电枢绕组的感应电势直流电机正负电刷之间的电势，用直流电机正负电刷之间的电势，用Ea表示。表示。电枢电势电枢电势f fnCEea= = 直流电机的电势常数直流电机的电势常数 一条支路的元件所切割的总磁通一条支路的元件所切割的总磁通P 电机的极对数电机的极对数a 电机的并联支路对数电机的并联支路对数aPNCe60= =f f电枢绕组的感应电势电枢绕组的感应电势电枢电势公式的推导思路电枢电势公式的推导思路一个一个范围内主极磁密按曲边梯形分布范围内主极磁密按曲边梯形分布集中的均匀分布的磁通，每极下集中的均匀分布的磁通，每极下等效等效每极下导体数每极下导体数N/2P ,

51、 , 均匀分布在均匀分布在范围内范围内设全电机电枢表面总导体数为设全电机电枢表面总导体数为N经等效后经等效后, ,只有在只有在b范围内的导体才产生电势范围内的导体才产生电势lbBd df f= =电枢绕组的感应电势电枢绕组的感应电势电枢电势公式的推导思路电枢电势公式的推导思路每极下产生感应电势导体数为每极下产生感应电势导体数为N/2p.b/等效后等效后, ,只在只在bb范围内的导体才产生电势范围内的导体才产生电势每根导体产生的感应电势为每根导体产生的感应电势为e=Blv每条支路的感应电势为每条支路的感应电势为 t td d2baNlvBEa. . .= =pDa2p pt t= =60260n

52、pnDvat tp p= = =lbBd df f= = t tp pd d22banplBEa. . . .= = lbBnapNEa60d d. . .= = f fnCEea= =电枢绕组的感应电势电枢绕组的感应电势一、电枢绕组的感应电势一、电枢绕组的感应电势f fnCEea= =结论结论对直流发电机来说，空载时从电刷间得到的是空载对直流发电机来说，空载时从电刷间得到的是空载电势；负载时，电刷间量得的是端电压，比负载时的电电势；负载时，电刷间量得的是端电压，比负载时的电枢电势小，其差值是枢电势小，其差值是电枢压降电枢压降。对于直流电动机来说，。对于直流电动机来说，上式表示的是电枢绕组所产

53、生的反电势，外加的电源电上式表示的是电枢绕组所产生的反电势，外加的电源电压较反电势大，其差值仍是压较反电势大，其差值仍是电枢压降电枢压降。 电枢绕组的感应电势电枢绕组的感应电势二、电枢绕组中的电流和磁势二、电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流 发发电电机机电电动动机机电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势二、电枢绕组中的电流和磁势二、电枢绕组中的电流和磁势当发电机负载时，电枢当发电机负载时，电枢绕组中便有电流流过。当电绕组中便有电流流过。当电动机接通电源时，电枢绕组动机接通电源时，电枢绕组中也有电流流过，只是电流中也有电流流过，只是电流方向与用作发电机时相反。方向与用作

54、发电机时相反。 电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流 电刷轴线是电枢表电刷轴线是电枢表面导体中电流方向的分面导体中电流方向的分界线。界线。 二、电枢绕组中的电流和磁势二、电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流 电枢绕组中的总电流，电枢绕组中的总电流，称为电枢电流，以称为电枢电流，以Ia表示。表示。电枢导体中的电流电枢导体中的电流，也就是也就是一条支路中的电流，以一条支路中的电流，以ia表表示示: : Ia=2=2ia二、电枢绕组中的电流和磁势二、电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势电枢绕

55、组中的电流和磁势电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流 当电刷位于当电刷位于几何中性线几何中性线上时上时 电刷位置对电枢磁势的影响电刷位置对电枢磁势的影响 当电枢绕组中有电流流过，电当电枢绕组中有电流流过，电枢电流将产生电枢磁势。当电刷固枢电流将产生电枢磁势。当电刷固定不动时，电枢表面的电流分布及定不动时，电枢表面的电流分布及电枢磁势轴线也固定不动；当电刷电枢磁势轴线也固定不动；当电刷移动时，电枢表面的电流分布及电移动时，电枢表面的电流分布及电枢磁势轴线也跟着移动。枢磁势轴线也跟着移动。二、电枢绕组中的电流和磁势二、电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势电刷位置对电枢磁势

56、的影响电刷位置对电枢磁势的影响(当电刷不在几何中性线上时当电刷不在几何中性线上时) 二、电枢绕组中的电流和磁势二、电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势电枢绕组中的电流和磁势三、电枢反应三、电枢反应电枢磁场引起电机气隙中磁场（磁通）分布发生电枢磁场引起电机气隙中磁场（磁通）分布发生改变的现象，称为改变的现象，称为电枢反应电枢反应。对应横轴电枢磁势。对应横轴电枢磁势和纵轴电枢磁势的电枢反应分别称为和纵轴电枢磁势的电枢反应分别称为横轴电枢反横轴电枢反应应和和纵轴电枢反应纵轴电枢反应。电枢反应与。电枢反应与磁路的饱和程度磁路的饱和程度及及电刷位置电刷位置有关。有关。 电枢反应电枢反应三、电枢反

57、应三、电枢反应 磁路饱和磁路饱和时，时，前极尖前极尖去去磁，磁，后极尖后极尖助助磁，电机中的磁，电机中的磁场发生畸变磁场发生畸变 。电枢反应电枢反应磁路饱和程度的影响磁路饱和程度的影响三、电枢反应三、电枢反应 顺电枢转向顺电枢转向移动电刷去磁，移动电刷去磁，逆电枢转向移动逆电枢转向移动电刷助磁。电刷助磁。电枢反应电枢反应电刷位置的影响电刷位置的影响四、飞机直流电机的电磁转矩四、飞机直流电机的电磁转矩 无论电机作为发电机工作或作为电动机工作无论电机作为发电机工作或作为电动机工作,电枢上电枢上都存在电磁转矩，只是电磁力矩在两者上所起的作用是都存在电磁转矩，只是电磁力矩在两者上所起的作用是截然相反的

58、。截然相反的。 直流电机所产生的电磁力矩为直流电机所产生的电磁力矩为 式中，式中，CM为力矩常数。为力矩常数。aMICMf f= =飞机直流电机的电磁转矩飞机直流电机的电磁转矩 的推导思路的推导思路aMICMf f= =电枢绕组中某一导体产生的电磁力为电枢绕组中某一导体产生的电磁力为aIlBliBfaaj2d dd d= = =一根导体产生的电磁力矩为一根导体产生的电磁力矩为222aaajjDaIlBDfM. .= =. .= =d d每极下有每极下有 根导体产生电磁力矩。全电机产生电磁根导体产生电磁力矩。全电机产生电磁力矩的导体数为力矩的导体数为 t tt t22bNbPNP= =. . .

59、t t2bPN. .飞机直流电机的电磁转矩飞机直流电机的电磁转矩 全电机的电转矩为全电机的电转矩为t tt td d22bNDaIlBbNMMaaj. . .= =. .= =又又 且且p pt tPDa2= =lbBd df f= =可得可得即即aIlbBaPNM. . .= =2d dp paMICMf f= =飞机直流电机的电磁转矩飞机直流电机的电磁转矩 电磁转矩也可由电磁功率求得，即电磁转矩也可由电磁功率求得，即 aMaaaaMICIaPNnInaPNIEPMf ff fp pp pf f= = =. . . .= =W W= =W W= =260260飞机直流电机的电磁转矩飞机直流电

60、机的电磁转矩五、直流电机中的电势平衡与转矩平衡五、直流电机中的电势平衡与转矩平衡电势平衡方程式电势平衡方程式 直流电机中的电势平衡与转矩平衡直流电机中的电势平衡与转矩平衡五、直流电机中的电势平衡与转矩平衡五、直流电机中的电势平衡与转矩平衡直流发电机的电势平衡方程式：直流发电机的电势平衡方程式： aaeaaaRInCRIEU- -= =- -= =f f直流电机中的电势平衡与转矩平衡直流电机中的电势平衡与转矩平衡五、直流电机中的电势平衡与转矩平衡五、直流电机中的电势平衡与转矩平衡直流电动机的电势平衡方程式：直流电动机的电势平衡方程式： aaeaaaRInCRIEU= = =f f直流电机中的电势