第二章直流电机运行特点

1、陶若冰陶若冰1822830660018228306600 按联结方法，可分为：按联结方法，可分为：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组、混合绕组。单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组、混合绕组。 区别在于电枢绕组的并联支路数不同。区别在于电枢绕组的并联支路数不同。电枢绕组产生感应电动势，通过电流，从而产生电枢绕组产生感应电动势，通过电流，从而产生电磁转矩和电磁功率，是实现机电能量转换的重电磁转矩和电磁功率，是实现机电能量转换的重要部件。要部件。直流电机电枢绕组的一般知识单叠绕组单波绕组直流电机的磁动势和磁场主要内容直流电机电枢绕组的一般知识u作用：电枢绕组是直流电机的关键部件之一，构成直流

2、电机的电路部分，在机电能量转换中起着重要的作用，运行时电枢绕组产生电动势，流过电流并产生电磁转矩，是实现机电能量转换的枢纽。u电枢绕组的基本要求：(1)能产生尽可能大的电动势，并有良好的波形。(2)能通过足够大的电流，以产生并承受所需的电磁力和电磁转矩。(3)节省材料（有色金属和绝缘材料），结构简单，连接可靠。(4)便于维护和检修。(5)对直流电机，应保证换向良好。直流电机电枢绕组的一般知识u分类u特点：闭合绕组(1)叠绕组：单叠和复叠绕组。(2)波绕组：单波和复波绕组。(3)蛙绕组：叠绕和波绕混合的绕组。u电枢绕组的演变环形电枢绕组鼓形电枢绕组eeeeeeeeeeeeee直流电机电枢 绕组的

3、一般知识u电枢绕组的演变环形电枢绕组只有一半的导体产生感应电动势，导体利用率低。环形绕组2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e直流电机电枢 绕组的一般知识u电枢绕组的演变鼓形电枢绕组线圈的两边都在电枢铁芯表面的槽中,两边都能切割磁场而产生感应电势。 鼓形绕组直流电机电枢绕组的一般知识NS电枢绕组展开图AB+_直流电机电枢绕组的一般知识一、叠绕组和波绕组元件：构成绕组的线圈。电枢绕组的基本单元，单匝和多匝直流电机电枢绕组的一般知识一、叠绕组和波绕组双层绕组1）每个元件的两端点分别连接在两换向片上，每个换向片连接两个元件，各元件依一定规律依次连接，形成闭合

4、回路。2）一个元件边放在槽的上层，另一边放在另一槽的下层，一个槽里总有上下层线圈边。3）线圈的两个元件处于不同极性的极面下，线圈的跨距约等于一个极距，两个电势相加。直流电机电枢绕组的一般知识一、叠绕组和波绕组叠绕组：一个元件的两出线端接在两相邻换向片上（单叠绕组），或相隔数片的换向片上（复叠绕组）。折叠式前进波绕组叠绕组波绕组：一个元件的两出线接在相隔约两个极距的换向片上，绕它一周后回到与起始片相邻的换向片上（单波绕组），或相隔数片的换向片上（复波绕组）。波浪式前进直流电机电枢绕组的一般知识二、实槽和虚槽为改善电机的性能，希望用更多的元件组成电枢绕组。由于工艺等原因，电枢铁心不能开太多的槽，故

5、在每槽的上下层各放置若干元件边。若每一实槽中一层并排放置u排元件边，则一个实槽可以看成u个“虚槽”，每一个虚槽的上、下层各有一个元件边。实槽与虚槽 u=3直流电机电枢绕组的一般知识二、实槽和虚槽每一元件有两个边； 每一换向片上接两个边； 每一虚槽内放置有两个边； 元件数S等于换向片数K，等于虚槽数 每线圈有Nc匝，则总导体数为N 直流电机电枢绕组的一般知识三、节距第一节距y1：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。 极距 ：在电枢铁心表面上，一个极所占的距离。2Dpp=为凑整分数111整距绕组 短距绕组 长距绕组 短距绕组端部接线短、省铜，且利于换向，故常用第一节距y1换向器节距yk：每元

6、件的两端所连接的换向片之间在换向器表面的跨距，用换向片数表示。 yK y直流电机电枢绕组的一般知识三、节距第二节距y2：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。合成节距y第二节距y2换向器节距yk合成节距y：连接同一换向片的两个元件的对应边在电枢表面的跨距。 y y1 y2单叠绕组l元件依次相连，元件的出线端接到相邻的换向片上，第一个元件的下层边（虚线）连接着第二个元件的上层边，它放在第一元件上层边相邻的第二个槽内。l相邻元件(线圈)相互叠压,后一元件的端部紧叠在前一元件的端部（叠）；首末端相联的两换向片相隔一个换向片的宽度，合成节距与换向节距均为1（单），

7、即 yK y1l槽数Z、元件数S和换向片数K三者相同单叠绕组单叠绕组元件 右行 左行 l单叠左行绕组和单叠右行绕组单叠绕组l举例： 2p4， u=1，Z Z eSK16，单叠右行整距绕组一、 节距计算yyk1节距计算 y, y1, y2画绕组展开图安放电刷和磁极e12116042221 43Zypyyye=mm展开图展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系单叠绕组1单叠绕组展开图单叠绕组展开图1.槽展开2.绕组放置3.安放磁极电刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极

8、、电刷NSNSA+B+单叠绕组单叠绕组展开图单叠绕组展开图1123456789101112131416152345678910111213141615NSNSA+B+单叠绕组单叠绕组展开图单叠绕组展开图单叠绕组单叠绕组l极轴线：磁极的中心线l磁极的放置：磁极宽度约为 ,均匀分布，N、S极交替排列0.7l几何中性线：相邻两个主磁极之间的中心线l电刷的放置原则空载时，正、负电刷间的电动势最大；被电刷短路的元件的感应电动势最小或等于零。l换向器的几何中性线：线圈轴线与主磁极轴线重合时，该线圈所接两换向片的分界线l电刷的位置：换向器的几何中性线，简称几何中性线单叠绕组l同一极下导体电流方向相同（同一槽

9、中上下层边不属于同一线圈，但电流的方向一致）；N、S极下导体电流方向相反。l直流电机示意图单叠绕组l电路图单叠绕组l 单叠绕组的特点（1）元件的两个出线端连接于相邻的两个换向片上；（2）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。2a=2p（3）整个电枢绕组的闭合回路中，感应电动势的总和为零，绕组内部无“环流”；（4）每条支路由不相同的电刷引出，所以电刷数等于主磁极数； （5）电刷位置应使感应电动势最大，正负电刷之间引出的电动势即为每一支路的电动势，电枢电压等于支路电压； Ea=ea（6）由正负电刷引出的电枢电流为各支路电流之和，即Ia=2aia（式中 ia为每一条支路的电流，即绕

10、组元件中流过的电流）。 单波绕组l首末端所连的两换向片相隔很远， 两个元件串联后形似波浪。l两个串联元件放在同极磁极下，空间位置相距约两个极距；沿圆周向一个方向绕一周后，其末尾所边的换向片落在与起始的换向片相邻的位置。l合成节距与换向节距相等yK y1kkyyp=m整数1kp yk =m单波绕组l单波左行绕组和单波右行绕组单波绕组元件 右行 K1Kyyp左行K1Kyyp右行单波绕组l举例： 2p4， u=1，Z Z eSK15，左行短距单波绕组一、 节距计算节距计算 y, y1, y2画绕组展开图安放电刷和磁极11533 (244eZype=-=-=短距)11517()2kKyyp-=左行21

11、734yyy=-=-=单波绕组l元件、换向片的放置：1元件上层边1槽，下层边4槽;首末端所连的换向片相距yk7；为了端部对称， 首末端所连的两换向片之间的中心线与1元件的轴线重合。 1元件上层边所连的换向片定为1。 依次联接。 l磁极放置： N、S极磁极均匀交替的排列。l电刷的放置：放在与主磁极轴线重合的换向片上。即几何中心线上。 单波绕组单波绕组展开图3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512NSSN槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷单波绕组单波绕组展开图单波绕组展开图单波绕组单波绕组元件连接顺序图从绕组展开图可以看出，

12、 全部15个元件串联而构成一个闭合回路的顺序是：1815 714 6 13 5 124 11 310 291用联接顺序图表示为：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上层边下层边单波绕组单波绕组l电路图单波绕组l单波绕组的特点1）同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，即a1，与磁极对数无关；2）当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大；3）电刷数原则上等于2，为降低电刷电流密度，可用2p只电刷，即电刷数等于磁极数（采用全额电刷）；5）电枢电流等于两条支路电流之和

13、。即Ia=2ia4）电枢电动势等于支路感应电动势；因只有两条支路，元件一定时，可得到较高的电压；单叠绕组和单波绕组的主要区别l单叠绕组：各个极面下上层的绕组元件构成一支路，并联支路数等于极数，每增加一对主极就增加一对支路。 2a2p。相同元件数时，叠绕组并联的支路数多， 每条支路中串联元件数少，称并联绕组，适应于较大电流、较低电压的电机。 l单波绕组：全部上元件边在相同极性下的元件相连，形成一条支路，即N极下上层的绕组元件串联为一支路，S极下的串联为另一支路，并连支路数恒等于2 ， 整个绕组只有一对支路， 极数的增减与支路数无关。 2a2。相同元件数时，波绕组并联的支路数少， 每条支路中串联元

14、件数多，称串联绕组，适用于较高电压、较小电流的电机。l大容量的电机，可以采用混合绕组。w 电枢绕组由结构相同的线圈组成，电枢绕组由结构相同的线圈组成，可以是单匝或多匝的。可以是单匝或多匝的。w 线圈由线圈边和线圈端部组成，线圈由线圈边和线圈端部组成，有首端和末端，首、末端分别与有首端和末端，首、末端分别与不同的换向片联结。不同的换向片联结。w 每个槽内放置两层线圈边。每个槽内放置两层线圈边。w 线圈的一个线圈边放在槽的上线圈的一个线圈边放在槽的上层，称为上层边；另一线圈边层，称为上层边；另一线圈边放在另一槽的下层，称为下层放在另一槽的下层，称为下层边。边。直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组w

15、 每个槽内放置两个线圈边，每个槽内放置两个线圈边，电枢槽数电枢槽数 Q 等于线圈数等于线圈数 S 。w 实际电机中，常在槽的上、下实际电机中，常在槽的上、下层放置多个线圈边。层放置多个线圈边。w 用虚槽来描述，如果每个实槽用虚槽来描述，如果每个实槽中有中有u个虚槽，则虚槽数与实个虚槽，则虚槽数与实槽数的关系为槽数的关系为QuuQ 。直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组w 线圈间通过换向片相互联结，线圈间通过换向片相互联结，同一换向片既联一个线圈的同一换向片既联一个线圈的首端，又联另一线圈的末端，首端，又联另一线圈的末端，换向片数换向片数 K 等于线圈数等于线圈数 S 。w 虚槽数、线圈数和换向

16、片数虚槽数、线圈数和换向片数的关系为的关系为 Qu S K 。w 节距：表示相关的两个线圈边之间的距离，用虚槽节距：表示相关的两个线圈边之间的距离，用虚槽数或换向片数表示。数或换向片数表示。直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组w 第一节距第一节距 y1 ：一个线圈的：一个线圈的两个线圈边在电枢圆周表两个线圈边在电枢圆周表面上跨过的距离。面上跨过的距离。w 为使线圈的感应电动势最为使线圈的感应电动势最大，大，y1应接近极距应接近极距p 。 整距线圈：整距线圈：y1p 短距线圈：短距线圈：y1p 长距线圈：长距线圈：y1p 整数pQyu21直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组w 第二节距第二节距

17、y2 ：一个线：一个线圈的下层边和与其串圈的下层边和与其串联的另一线圈的上层联的另一线圈的上层边间的距离。边间的距离。 w 合成节距合成节距 y ：两个串联的：两个串联的线圈的对应边的距离。线圈的对应边的距离。 12yyy单叠绕组单叠绕组单波绕组单波绕组（代数和）（代数和）直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组w 换向片节距换向片节距 yK ：一个线圈的首、末端在换向器表：一个线圈的首、末端在换向器表面跨过的距离，用换向片数表示。面跨过的距离，用换向片数表示。 yK y 。单叠绕组单叠绕组单波绕组单波绕组单叠绕组：单叠绕组：yK1 ；单波绕组：单波绕组：yK2p 。单叠绕组单叠绕组w 单叠绕组的

18、联结规律单叠绕组的联结规律以以 2p4，QuSK16 的直流电机为例。的直流电机为例。整数441621pQyuK1yy312yyy 合成节距合成节距 y 为正表示右行，负表示左行。为正表示右行，负表示左行。 绕组可用右行，也可用左行，通常采用右行。绕组可用右行，也可用左行，通常采用右行。单叠绕组单叠绕组w 绕组展开图绕组展开图 电枢在旋转，电枢在旋转，取某一时刻，取某一时刻，磁极在上面。磁极在上面。 电动势方向。电动势方向。 电 刷 的 位 置电 刷 的 位 置（磁极中心线（磁极中心线下）。下）。 实线表示上层实线表示上层边，虚线表示边，虚线表示下层边。下层边。几何中性线几何中性线：相邻两个主

19、极间的中心线。：相邻两个主极间的中心线。单叠绕组单叠绕组w 单叠绕组的并联支路图单叠绕组的并联支路图 绕组并联支路数绕组并联支路数2a等于电机的极等于电机的极数，即数，即 电刷数应与极数相同，称为全额电刷。电刷数应与极数相同，称为全额电刷。pa 单叠绕组自成一单叠绕组自成一个闭合回路。个闭合回路。单波绕组单波绕组w 单波绕组的联结规律单波绕组的联结规律整数pQyu21Kyy K1pyK 经过经过p对极后，应与换对极后，应与换向片向片1相邻，即相邻，即、号分别表示右、左行。左行端部稍短，常被采用。号分别表示右、左行。左行端部稍短，常被采用。 y1 接近极距接近极距p 。K1Kyp整数单波绕组单波

20、绕组w 单波绕组的联结规律单波绕组的联结规律以以2p4，QuSK15 的直流电机为例。的直流电机为例。整数44141521pQyuK7yy34712yyy采用左行绕组。采用左行绕组。K115 172Kyp整数单波绕组单波绕组w 绕组展开图绕组展开图单波绕组单波绕组w 并联支路图并联支路图 电刷数通常与极数相同（全额电刷）。电刷数通常与极数相同（全额电刷）。 绕组并联支路数绕组并联支路数2a2，即，即 。1a 单波绕组自成一个闭合回路。单波绕组自成一个闭合回路。1. 1. 直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式 大多数直流电机都采用励磁绕组通以直流励磁电大多数直流电机都采用励磁绕组通以直流励磁电流

21、的方式来建立气隙磁场（此外还有采用永磁体流的方式来建立气隙磁场（此外还有采用永磁体建立气隙磁场的永磁直流电机）。建立气隙磁场的永磁直流电机）。 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。励磁绕组的供电方式称为励磁方式。 直流电机在不同的励磁方式下，运行特性会有明直流电机在不同的励磁方式下，运行特性会有明显的差别。显的差别。 按励磁方式分类是直流电机的一种主要分类方法。按励磁方式分类是直流电机的一种主要分类方法。 以直流电动机为例。以直流电动机为例。faIIIfaIII并faIII串faII 串faIII串fII 他励他励Ia I并励并励串励串励复励复励IIaIfIIaIa ：电枢电流，：电枢电流， I

22、：输入电流输入电流IIaIf直流电机空载时（直流电机空载时（Ia0）的气隙磁场仅由励磁电流）的气隙磁场仅由励磁电流If 产生的励磁磁动势产生的励磁磁动势Ff 建立。建立。 磁动势磁动势Ff 产生的磁场产生的磁场 主要分析电枢绕组流过负载电流时产生的主要分析电枢绕组流过负载电流时产生的电枢磁动势及其作用。电枢磁动势及其作用。 电枢磁动势对励磁电流建立的气隙磁场产电枢磁动势对励磁电流建立的气隙磁场产生影响，称为生影响，称为电枢反应电枢反应。 电枢反应对气隙磁通密度的大小、分布、电枢反应对气隙磁通密度的大小、分布、电机的换向、运行性能都有影响。电机的换向、运行性能都有影响。“电刷位于几何中性线电刷位

23、于几何中性线” 通过换向片被电刷短路的整通过换向片被电刷短路的整距线圈的线圈边位于几何中距线圈的线圈边位于几何中性线处。性线处。 画示意图时，通常省略换向画示意图时，通常省略换向片，把电刷直接画在几何中片，把电刷直接画在几何中性线处，与被短路的线圈边性线处，与被短路的线圈边直接接触。直接接触。 通常将这种情况称为通常将这种情况称为“电刷电刷位于几何中性线位于几何中性线”。此时电刷的实际位此时电刷的实际位置仍在主极中心线置仍在主极中心线 w电刷是电枢电流的分电刷是电枢电流的分界线。界线。w以主极中心线为直轴以主极中心线为直轴（d 轴），以几何中轴），以几何中性线为交轴（性线为交轴（q 轴）。轴）

24、。电枢磁动势电枢磁动势Fa及其产生的磁场的及其产生的磁场的空间位置不动，轴线在交轴处。空间位置不动，轴线在交轴处。交轴交轴（q 轴）轴）直轴直轴（d 轴）轴）l电刷位于几何中心线时电刷位于几何中心线时l电刷位于几何中心线时电刷位于几何中心线时规定磁动势及磁通密度的参考规定磁动势及磁通密度的参考方向：出电枢、进磁极为正。方向：出电枢、进磁极为正。每极下导体数为每极下导体数为 z /2p ，导体电流为导体电流为 iaIa /2a 。电负荷电负荷A ：电枢圆周单位长度：电枢圆周单位长度上的安培导体数，上的安培导体数，ap2ziApl电刷位于几何中心线时电刷位于几何中心线时 每极电枢磁动每极电枢磁动势

25、最大值为势最大值为ap12FA Fa使几何中性使几何中性线处的气隙磁线处的气隙磁通密度不为零。通密度不为零。l电刷不位于几何中心线时电刷不位于几何中心线时电枢磁动势可分解为两个分量：直轴、交轴磁动势。电枢磁动势可分解为两个分量：直轴、交轴磁动势。paapp2()2qbFFAbaap2dbFFAbl交轴电枢反应交轴电枢反应w使磁场畸变，几何使磁场畸变，几何中心线处的气隙磁中心线处的气隙磁通密度不为零。通密度不为零。w不饱和时，气隙每不饱和时，气隙每极磁通量不变。极磁通量不变。w饱和时，每极磁通饱和时，每极磁通量略有减小，有去量略有减小，有去磁作用。磁作用。l直轴电枢反应直轴电枢反应w有增磁或去磁

26、作用。有增磁或去磁作用。直流电机电枢旋转时，构成电枢绕组的各线圈，依直流电机电枢旋转时，构成电枢绕组的各线圈，依次从一条支路经由电刷短路后转入电流方向相反的次从一条支路经由电刷短路后转入电流方向相反的另一条支路。这种电流方向的改变称为换向。另一条支路。这种电流方向的改变称为换向。 开始换向开始换向换向过程中换向过程中换向结束换向结束w 换向性能是直流电机运行品质的重要指标。换向性能是直流电机运行品质的重要指标。w 换向不好会在电刷与换向片间产生有害的火花。换向不好会在电刷与换向片间产生有害的火花。w 当火花超过一定限度时，会加剧电刷和换向器的当火花超过一定限度时，会加剧电刷和换向器的磨损，可能

27、损坏电刷和换向器表面，甚至产生环磨损，可能损坏电刷和换向器表面，甚至产生环火，使电机不能正常运行甚至损坏。火，使电机不能正常运行甚至损坏。w 产生换向火花的原因有多方面，受电磁、机械、产生换向火花的原因有多方面，受电磁、机械、电刷材质、电化学、电热以及环境等多种因素影电刷材质、电化学、电热以及环境等多种因素影响。响。 w改善换向的方法改善换向的方法 在几何中性线处在几何中性线处安装换向极（最安装换向极（最有效的方法）。有效的方法）。 采用补偿绕组。采用补偿绕组。 选用合适的电刷。选用合适的电刷。换向极换向极l电枢绕组的感应电动势电枢绕组的感应电动势为了简单，假定：为了简单，假定： 电枢表面光滑

28、无槽；电枢表面光滑无槽； 电枢绕组导体数目无穷多，且均匀分布；电枢绕组导体数目无穷多，且均匀分布； 绕组采用整距线圈；绕组采用整距线圈； 电刷位于几何中性线（实际位置在磁极中心电刷位于几何中性线（实际位置在磁极中心线）。线）。 电枢绕组的感应电动势电枢绕组的感应电动势Ea ，简称电枢电动势，是，简称电枢电动势，是指正、负极性电刷间的电动势。指正、负极性电刷间的电动势。 Ea 就是电枢绕组任一条并联支路的电动势，等于就是电枢绕组任一条并联支路的电动势，等于一条并联支路串联的所有导体的电动势之和。一条并联支路串联的所有导体的电动势之和。 电枢绕组有效导体总数为电枢绕组有效导体总数为 z2SNk（S

29、为线圈数，为线圈数，Nk为线圈匝数），则为线圈匝数），则/ 2a1zaiiEe设气隙磁通密度平均值为设气隙磁通密度平均值为Bav ，则气隙每极磁通量，则气隙每极磁通量Bav lep ，一根导体感应电动势的平均值为，一根导体感应电动势的平均值为电枢电动势为电枢电动势为pavav eav e226060pnpneB l vB l为简单起见，用平均值来推导。为简单起见，用平均值来推导。aav2226060ezzpnpzEenCnaaa为电动势常数。为电动势常数。60epzCa（le为有效长度）为有效长度）w 电枢电动势电枢电动势 如果线圈不是整距，而是短距的，则如果线圈不是整距，而是短距的，则Ea会

30、略有降会略有降低。但实际电机不允许短距太大，所以可不计其低。但实际电机不允许短距太大，所以可不计其影响。影响。aeECn 如果电刷不位于几何中性线，如果电刷不位于几何中性线，Ea 将会减小。将会减小。 电枢电动势电枢电动势Ea 与每极磁通量与每极磁通量 、转速、转速n成正比。成正比。 电动势常数电动势常数Ce 与极对数与极对数 p 、导体总数、导体总数 z 、并联支、并联支路对数路对数a有关。有关。电枢绕组的电磁转矩电枢绕组的电磁转矩 T 为电枢所有导体上产生的电为电枢所有导体上产生的电磁转矩之和。磁转矩之和。 电枢电流为电枢电流为Ia时，一根导体中的电流为时，一根导体中的电流为 Ia / /

31、2a 每根导体产生的平均电磁力为每根导体产生的平均电磁力为avav e a/2fB l Ia 电磁转矩为电磁转矩为paravav eaa22222aTpIdpzTzfzB lICIa（dr 为电枢直径）为电枢直径）设线圈为整距，电刷位于几何中性线，则一个主极下设线圈为整距，电刷位于几何中性线，则一个主极下各导体的电流方向相同，产生的电磁转矩方向相同。各导体的电流方向相同，产生的电磁转矩方向相同。w 电磁转矩电磁转矩6022TepzCCaaTTCI，称为转矩常数。，称为转矩常数。 如果线圈不是整距的，则总的电磁转矩会减小；如果线圈不是整距的，则总的电磁转矩会减小；因为通常短距不大，所以不考虑此影

32、响。因为通常短距不大，所以不考虑此影响。 电刷不位于几何中性线时，电刷不位于几何中性线时，T 的增减与电枢反应的增减与电枢反应性质有关。性质有关。 电磁转矩电磁转矩T 与每极磁通量与每极磁通量 、电枢电流、电枢电流Ia成正比。成正比。w 直流电机的基本方程式描述电机稳态运直流电机的基本方程式描述电机稳态运行时通过电磁感应作用而实现的机电能行时通过电磁感应作用而实现的机电能量转换过程。量转换过程。w 直流电机的基本方程式包括：电动势平直流电机的基本方程式包括：电动势平衡方程式、转矩平衡方程式和功率平衡衡方程式、转矩平衡方程式和功率平衡方程式等。方程式等。l参考方向参考方向以并励直流发电机为例。以

33、并励直流发电机为例。按发电机惯例规定参考方向。按发电机惯例规定参考方向。 向负载侧看，向负载侧看，U与输出电流与输出电流 I 同向。同向。 EaU，Ea 与与Ia 同向。同向。 励磁电流励磁电流 If 与励磁电压与励磁电压Uf 的参考的参考方向相同。方向相同。 原动机拖动转矩原动机拖动转矩 T1 与转速与转速 n 同向。同向。 电磁转矩电磁转矩 T 与与 n 反向，为制动性。反向，为制动性。l电动势平衡方程式电动势平衡方程式Ra 为为电枢回路总电阻（包括电枢回路总电阻（包括 ra 和电刷接触电阻），和电刷接触电阻）， 在一定范围内可视为常数。在一定范围内可视为常数。aaaEI RUaa ab2

34、EUI rU w电枢回路的电动势平衡方程式电枢回路的电动势平衡方程式w常用形式：常用形式：ra 为电枢回路各绕组的总电阻；为电枢回路各绕组的总电阻；2Ub 为为一对电刷接触电阻的压降。一对电刷接触电阻的压降。l电动势平衡方程式电动势平衡方程式Rf 为为励磁回路总电阻。励磁回路总电阻。 （包括励磁绕组电阻和串入的附加电阻）（包括励磁绕组电阻和串入的附加电阻）afIIIw电流关系电流关系w励磁回路励磁回路If 为为励磁电流；励磁电流；I 为为输出电流。输出电流。fffUI Rl转矩平衡方程式转矩平衡方程式10TTTT0 为为空载转矩（由电机的机械摩擦和铁耗等引起，空载转矩（由电机的机械摩擦和铁耗等

35、引起， 总是制动性转矩）。总是制动性转矩）。稳态运行时，拖动转矩与制动稳态运行时，拖动转矩与制动转矩相平衡。转矩相平衡。 按照转矩的参考方向，可得按照转矩的参考方向，可得l功率平衡方程式功率平衡方程式 轴上输入的机械功率轴上输入的机械功率P1扣除空载损耗扣除空载损耗 p0 ，等于电，等于电磁功率磁功率Pem。 TTT011em0PPp 空载损耗空载损耗p0包括机械损耗包括机械损耗 pm 、铁耗、铁耗 pFe 和附加损和附加损耗耗 pad 。1100em,PT pT PT10TTTl功率平衡方程式功率平衡方程式emaa a2260pznPTIE Ia 说明原动机克服电磁转矩说明原动机克服电磁转矩T所提供的机械功率所提供的机械功率T ，转换成了电枢回路的电功率转换成了电枢回路的电功率EaIa ，即发电机转轴，即发电机转轴输入机械功率，电枢绕组输出电功率。输入机械功率，电枢绕组输出电功率。 电磁功率电磁功率Pem是电磁转矩是电磁转矩 T 吸收吸收的机械功率，也是电枢回路获的机械功率，也是电枢回路获得的电功率。得的电功率