[工學(xué)]第二章-直流電機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理及單相異步電動(dòng)機(jī)課件

1、第二節(jié) 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)第三節(jié) 直流電機(jī)的繞組 本章主要討論直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機(jī)的磁場(chǎng)分布、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法。第四節(jié) 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式及磁場(chǎng)第七節(jié) 直流電機(jī)的運(yùn)行原理 第八節(jié) 直流電機(jī)的換向第一節(jié) 直流電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu) 第二章 直流電機(jī)第六節(jié) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 第一節(jié) 直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)一、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是建立在皮薩電磁定律的基礎(chǔ)上的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，若磁場(chǎng)與載流導(dǎo)體互相垂直，作用在改導(dǎo)體上的電磁力為 式中 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（Wb/m2）； 導(dǎo)體中的電流（A）； 導(dǎo)體中的有效長(zhǎng)度

2、（m）。由此計(jì)算出來(lái)的電磁力單位是N，其方向用左手定則確定。 把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過。如右圖。 直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 在磁場(chǎng)作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S 極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí)實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非

3、單一線圈，磁極也并非一對(duì)。二、直流發(fā)電機(jī)工作原理 右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。 當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 后 ，如右圖。 可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下， 導(dǎo)體ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)。 可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電

4、刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。 實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來(lái)，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對(duì)。二、直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)二、 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承第二節(jié) 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 額定值 是制造廠對(duì)各種電氣設(shè)備（本章指直流電機(jī)）在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以保證各電氣設(shè)備長(zhǎng)期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶

5、進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或試驗(yàn)的依據(jù)。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。額定功率 PN指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率，以 “W” 為量綱單位。若大于 1kW 或 1MW 時(shí),則用 kW 或 MW 表示。 對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。PNUNIN 對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率N存在。PNUNINN 額定電壓 UN指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 “V” 為量綱單位。 額定電流 IN指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電樞電流值，以 “A” 為量綱單位。 額定轉(zhuǎn)速 nN指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為

6、量綱單位。 額定勵(lì)磁電流 If指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。 第三節(jié) 直流電機(jī)的繞組在電動(dòng)機(jī)里，線圈中通過電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，吸收電功率，實(shí)現(xiàn)了將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。而在發(fā)電機(jī)中，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過換向器及電刷向外輸出，接上負(fù)載后，電流流過線圈，產(chǎn)生制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，吸收機(jī)械功率，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。直流機(jī)的電樞繞組嵌放在轉(zhuǎn)子上，直流機(jī)的轉(zhuǎn)子又稱為電樞。一、簡(jiǎn)單的繞組電樞繞組中的相鄰線圈的首端和末端一起焊接到一個(gè)換向片上，使所有的線圈通過換向片連接成一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)閉合的繞組。直流電機(jī)電樞繞組是一個(gè)通過換向片

7、連接起來(lái)的閉合繞組，這就是直流電機(jī)電樞繞組構(gòu)成的原則。直流繞組的基本知識(shí)元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用 表示。疊繞組：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來(lái)，象波浪式的前進(jìn)。合成節(jié)距 ：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。第一節(jié)距 ：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。第二節(jié)距 ：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的

8、下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。單疊繞組單波繞組換向節(jié)距 ：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。一般來(lái)說(shuō)，直流電機(jī)每個(gè)槽中都分上層元件邊和下層元件邊，實(shí)際直流電機(jī)槽中上層元件邊和下層元件邊都不止一匝。為了便于說(shuō)明問題將槽、換向片以及元件按順序編號(hào)。編號(hào)時(shí)元件的號(hào)碼、元件上層邊所放槽的號(hào)碼以及上層邊連接的換向片的號(hào)碼應(yīng)編得一致。直流電機(jī)電樞繞組的基本形式有兩種：一種名為單疊繞組，另一種為單波繞組。單疊繞組和單波繞組如下圖所示：?jiǎn)尾ɡ@組示意圖單疊繞組示意圖單疊繞組節(jié)矩的計(jì)算：第一節(jié)矩式中 為使 成為整數(shù) 所取的數(shù)，一般取負(fù)數(shù)。第二節(jié)矩 二、單疊繞組 單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組

9、的所有元件取出來(lái)畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對(duì)位置關(guān)系。繞組的并聯(lián)支路電路圖 單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即： 。單疊繞組的的特點(diǎn)：1） 同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同，a=p。2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)。3）電樞電流等于各支路電流之和。單波繞組節(jié)矩的計(jì)算換向節(jié)矩第一節(jié)矩第二節(jié)矩三、單波繞組 兩個(gè)串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個(gè)極距；沿圓周向一個(gè)方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。單波繞組的并聯(lián)支路

10、圖單波繞組的合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。單波繞組的特點(diǎn)1）把所有的在同極下各元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為1，與磁極對(duì)數(shù)無(wú)關(guān)；2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動(dòng)勢(shì)最大；3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；5）電樞電流等于兩條支路電流之和。4）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 供給勵(lì)磁繞組電流的方式稱為勵(lì)磁方式。分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類，自勵(lì)方式又分并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種方式。1、他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。如圖所示。 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：第四節(jié) 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式及磁場(chǎng)2、并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組

11、并聯(lián)。且滿足 。3、串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足 。4、復(fù)勵(lì)：并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢(shì)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)的影響稱為 電樞反應(yīng)。 右圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過電流為 ，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為： 空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。 如右圖 (a) 所示幾何中性線極靴極身（a）氣隙形狀 磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密

12、度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。 直流電機(jī)中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個(gè)作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。 空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b) 所示。 空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如右圖(c) 所示。（b）氣隙磁密分布 為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通 ，空載時(shí)，氣隙磁通 與空載磁動(dòng)勢(shì) 或空載勵(lì)磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特

13、性。如右圖所示。 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通 設(shè)定在圖中A點(diǎn)，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。三、 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng) 直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)生變化。 右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)分布情況。 假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。電樞反應(yīng)與直流電機(jī)的運(yùn)行特性關(guān)系很大，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，它影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速；對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，將直接影響到電機(jī)的端電壓。另外，它對(duì)直流電機(jī)的換向也是不利

14、的。同時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)的作用，除產(chǎn)生電樞反應(yīng)之外，還與氣隙磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。對(duì)電樞發(fā)應(yīng)作定性分析時(shí)，可先不計(jì)非線性因素，應(yīng)用疊加原理，先把電樞磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁場(chǎng)的特性分析清楚，然后把兩種磁場(chǎng)合起來(lái)，在考慮飽和問題。不論什么形式的電樞繞組，其各支路中的電流都是通過電刷引入或者引出的。在一個(gè)磁極下元件邊中電流方向都是相同的；不同極性的磁極下元件邊中電流方向總是相反。因此電刷是電樞表面各元件邊中電流分布的分界線。 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無(wú)窮多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中 所示。 由于主磁極下氣隙長(zhǎng)度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長(zhǎng)度增加得很快，致使電樞磁

15、動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的馬鞍型，如圖中 所示。主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線 當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場(chǎng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場(chǎng)分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況，如圖（a）所示。由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)： 2)、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用1)、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 空載時(shí)電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個(gè)磁極下，一

16、半磁場(chǎng)被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。 磁路不飽和時(shí)，主磁場(chǎng)被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。第六節(jié) 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),主磁場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱為電樞電動(dòng)勢(shì)。直流電機(jī)無(wú)論作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行還是作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電樞內(nèi)部都感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算 如書P37所示：當(dāng)元件軸線從某一主極軸線位置轉(zhuǎn)到相鄰主極軸線位置時(shí)

17、，電樞所轉(zhuǎn)過的電角度為，而與元件交鏈的磁通由變到。當(dāng)以電角度為單位的電樞角速度為，這個(gè)過程經(jīng)歷的時(shí)間為根據(jù)電磁感應(yīng)定律一個(gè)匝數(shù)為 的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為：每條支路串聯(lián)的元件數(shù)是 ，支路電動(dòng)勢(shì)的平均值為繞組的全部有效導(dǎo)體數(shù)是 ，所以對(duì)已制成的電機(jī)， 是一個(gè)常數(shù)。如果不計(jì)飽和影響，磁通 與勵(lì)磁電流 的關(guān)系可表示為這樣，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式可表示為式中 為機(jī)械角速度設(shè)氣隙中某處的徑向磁密為 ，元件匝數(shù)為 ，元件邊的有效長(zhǎng)度為 ，元件中的電流為 。元件邊所受的切線方向的電磁力為性質(zhì): 發(fā)電機(jī)電源電勢(shì)(與電樞電流同方向); 電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)(與電樞電流反方向).二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電樞直徑為 ，則

18、電磁力 產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為若元件數(shù)為 ，則電樞表面 段上共有元件邊數(shù)為 ， 段電流所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為：繞組的全部有效導(dǎo)體數(shù)為 ，電樞總電流為 。則一個(gè)極距內(nèi)導(dǎo)線電流所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為如不計(jì)飽和的影響，電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式也可以表示為：式中 此式表明電磁轉(zhuǎn)矩 的大小與每極磁通 和電樞電流 的乘積成正比。從以上各式可得出：從電磁角度看，電動(dòng)機(jī)（或發(fā)電機(jī)）通過電磁感應(yīng)作用，從電源吸?。ɑ虬l(fā)出）電磁功率 ，從機(jī)械的角度來(lái)看，在電動(dòng)機(jī)中， 為電動(dòng)機(jī)克服電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩所需輸入電機(jī)的機(jī)械功率。所以無(wú)論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)，其能量轉(zhuǎn)換過程中，電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率或機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率的這部分功率為 或 ，故稱這部分電

19、功率為電磁功率。性質(zhì): 發(fā)電機(jī)制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反)； 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)。一、直流電機(jī)的基本方程 第七節(jié) 直流電機(jī)的運(yùn)行原理 （一）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式（電動(dòng)機(jī)）不計(jì)直流電機(jī)磁路的飽和效應(yīng)，將定轉(zhuǎn)子的一些參數(shù)視為常數(shù)根據(jù)基爾霍夫定律，可列出并勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式： （231） 式中 電源電壓； 電樞繞組的端電壓； 勵(lì)磁繞組上的端電壓； 電樞電流； 勵(lì)磁電流； 電樞回路電阻； 勵(lì)磁回路的電阻； 電樞回路的自感系數(shù)； 勵(lì)磁回路的自感系數(shù)； 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角速度。（232）若電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，則（231）、（232）可變?yōu)槿綦姍C(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，方程式變?yōu)椋核苑€(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)勢(shì)平衡

20、方程式為（二）轉(zhuǎn)矩平衡方程電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式（電動(dòng)機(jī)）為穩(wěn)態(tài)時(shí)即電動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)速不變）時(shí)則有：在發(fā)電機(jī)中原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 ,其轉(zhuǎn)矩平衡方程式為穩(wěn)態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電功率平衡關(guān)系式而電磁功率 中，其中一部分為鐵心損耗 和機(jī)械損耗 ，還有一些附加損耗 ，我們令 ，稱為空載損耗。所以電動(dòng)機(jī)中機(jī)械功率的平衡關(guān)系式為對(duì)于并勵(lì)發(fā)電機(jī)，可得功率平衡關(guān)系為又因?yàn)樗圆?lì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程為電動(dòng)勢(shì)方程式如圖規(guī)定各物理量的參考方向直流電動(dòng)機(jī)的基本方程如下：二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指其端電壓 （額定電壓）；電樞回路中無(wú)外加電阻；勵(lì)磁電流 （額定勵(lì)磁電流）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 、電磁轉(zhuǎn)矩 和效率 三者

21、與輸出功率 之間的關(guān)系（1）、轉(zhuǎn)速特性定義：當(dāng) 、 時(shí)，由方程式可得 忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化。如圖所示。（2）、轉(zhuǎn)矩特性定義：當(dāng) 、 時(shí)，轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。如圖所示。1.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性（3）、效率特性定義：當(dāng) 、 時(shí)，由方程式可得 空載損耗為不變損耗，不隨負(fù)載電流變化，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負(fù)載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流增大到一定程度時(shí)銅損快速增大此時(shí)效率又變小。如圖所示。對(duì)于直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，由于勵(lì)磁電壓是不變的，所以氣隙磁通基本不變

22、，又由于并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化很小，所以勵(lì)磁損耗、鐵心損耗以及機(jī)械損耗都可認(rèn)為不變，效率與電流成二次曲線關(guān)系，當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，效率有最大值。2.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，電機(jī)磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵(lì)磁電流呈線性關(guān)系。即：轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)矩特性 當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，磁路飽和，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同。曲線如圖所示。 當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于無(wú)窮大，所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不宜輕載或空載運(yùn)行。3.復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性如書P47頁(yè)圖241所示三、 直流發(fā)電機(jī)的特性如圖規(guī)定各物理量的參考方向1、電樞電動(dòng)勢(shì)和電動(dòng)勢(shì)平衡方程 為電樞回路總電阻， 為正負(fù)

23、電刷與換向器表面的接觸壓降。則電動(dòng)勢(shì)平衡方程為：電樞電動(dòng)勢(shì)：從方程式可見，直流發(fā)電機(jī)（一）空載運(yùn)行 （他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性）定義： ，勵(lì)磁繞組端加上勵(lì)磁電壓 ，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 ，使發(fā)電機(jī)空載端電壓 ，然后再使 逐步降回到零測(cè)取空載端電壓 及勵(lì)磁電流 ，即可得出它勵(lì)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)端電壓的特性，即空載特性曲線 直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線性的的，上升與下降的過程是不相同的。實(shí)際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線。 空載時(shí)， 。由于 ，因此空載特性實(shí)質(zhì)上就是 。由于 正比于 ，所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線2、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電

24、機(jī)空載電壓的建立 曲線1為空載特性曲線，曲線2為勵(lì)磁回路總電阻 特性曲線，也稱場(chǎng)阻線 。 原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 。 在電動(dòng)勢(shì)作用下勵(lì)磁回路產(chǎn)生電流 。如果勵(lì)磁繞組和電樞繞組連接正確，產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，則電動(dòng)勢(shì)增大，從而 增加。如此不斷增長(zhǎng)，直到勵(lì)磁繞組兩端電壓與 相等時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點(diǎn)A，自勵(lì)的條件見書P49增大 ，場(chǎng)阻線變?yōu)榍€3時(shí)， 稱為臨界電阻 。如圖所示。若再增加勵(lì)磁回路電阻，發(fā)電機(jī)將不能自勵(lì)。定義：當(dāng) 、 時(shí)， 外特性曲線如圖所示 由曲線可見，負(fù)載電流增大時(shí)，端電壓有所下降。他勵(lì)并勵(lì) 根據(jù) 可知，端電

25、壓下降有兩個(gè)原因：一是在勵(lì)磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通量減少，使電動(dòng)勢(shì)減少；另一個(gè)原因是電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓下降。（二）負(fù)載特性（外特性）一、換向的電磁現(xiàn)象第八節(jié) 直流電機(jī)的換向 為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。 直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時(shí),元件里的電流方向改變，即換向。 電樞移到電刷與換向片2接觸時(shí)，元件1的被短路，電流被分流。如圖所示。 電刷與換向片1接觸時(shí)，元件1 中的電流方向如圖所示，大小為 。 電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件1 中的電流方向如圖所示，大小為 。元件112 換向問題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表