第1章 直流電機

第1章直流電機1.1直流電機的基本工作原理1.2直流電機的結構、額定值和主要系列1.3直流電機的電樞繞組1.4直流電機的磁場1.5直流電動機1.6直流發(fā)電機1.7直流電機的換向第1章直流電機主要內(nèi)容：

直流電機的用途及工作原理、直流電機的結構與型號、直流電機的磁路、空載磁勢的氣隙磁密與空載磁化特性、直流電機的電樞繞組、電樞電動勢與電磁轉矩、直流發(fā)電機和直流電動機的特性、直流電機的換向問題。學習要求：

了解直流電機的主要結構。理解直流電機的基本工作原理，額定值及重要系列產(chǎn)品。了解直流電機的磁路：空載時氣隙磁通密度的分析波形與空載磁化特性,直流電機的電樞繞組：單疊繞組，單波繞組。掌握直流電動機的運行原理；直流電動機的運行特性。直流電機的可逆性；直流電動機的基本方程式；直流電動機的工作特性。了解直流電機的換向理論；改善換向的措施。電機是利用電磁作用原理進行能量轉換的機械裝置。直流電機能將直流電能轉換為機械能，或將機械能換轉為直流電能。將直流電能轉換為機械能的叫做直流電動機，將機械能轉換為直流電能的叫做直流發(fā)電機。直流電機的外觀直流電機的優(yōu)點：直流發(fā)電機的電勢波形較好，受電磁干擾的影響小。直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機過載能力較強，起動和制動轉矩較大。缺點：由于存在換向器，限制了直流電機的極限容量，維護大；其制造復雜，價格較高。簡單交流發(fā)電機模型1.1直流電機的基本工作原理1.1.1直流電動機的基本工作原理1.1.2直流發(fā)電機的基本工作原理磁極對N,S不動;線圈abcd

旋轉;換向片1,2旋轉;電刷及出線A,B不動。1.1.1直流電動機的基本工作原理直流電機物理模型1.1直流電機的基本工作原理ABabcd將直流電源通過電刷和換向器接入電樞繞組，使電樞導體abcd內(nèi)有電流流過。電機內(nèi)部有磁場存在。線圈無原動機拖動。載流的轉子（即電樞）導體將受到電磁力f

的作用（安培定律）

f=Bli（左手定則）所有導體產(chǎn)生的電磁力作用于轉子，拖動機械負載旋轉。直流電動機的工作原理1、電樞里的繞組電流是交變的；2、產(chǎn)生的電磁轉矩是單向的(因換向器的緣故)；3、實際上電機的電樞不止一個線圈，但電磁轉矩是一樣的。

分析直流電動機的工作過程結論:兩極直流發(fā)電機的過程1.1.2直流發(fā)電機的基本工作原理直流發(fā)電機的模型與直流電動機相同，不同的是電刷上不加直流電壓，而是用原動機拖動電樞朝某一方向例如朝逆時針方向旋轉，如圖所示。結果：電刷A——在N極下（+）電刷B——在S極下（-）直流電電機的可逆運行原理：

從上述分析可知：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行也可以作為發(fā)電機運行，這種原理在電機理論中稱為可逆原理。

上述結論也適合于交流電機。旋轉電機都是由定子和轉子兩大部分組成。1.2直流電機的結構、額定值和主要系列1.2.1直流電機的結構縱剖面圖橫剖面圖1－風扇；2－機座；3－電樞；4－主磁極；5－刷架；6－換向器；7－接線板；8－出線盒9－換向極；10－端蓋定子：產(chǎn)生磁場主磁極（勵磁繞組主極鐵心）換向極（繞組和鐵心）機座端蓋電刷裝置轉子：產(chǎn)生電磁轉矩或感應電動勢電樞繞組、電樞鐵心換向器轉軸、風扇

（1）定子部分1）主磁極：主磁極的作用是建立主磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組構成。主磁極鐵心靠近轉子一端的擴大的部分稱為極靴，它的作用是使氣隙磁阻減小，改善主磁極磁場分布，并使勵磁繞組容易固定。為了減少轉子轉動時由于齒槽移動引起的鐵耗，主磁極鐵心采用0.5～1.5mm的低碳鋼板沖壓一定形狀疊裝固定而成。主磁極上裝有勵磁繞組，整個主磁極用螺桿固定在機座上。主磁極1－主極鐵心2－勵磁繞組3－機座2）換向極

——換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個小磁極，它的作用是改善直流電機的換向情況，使電機運行時不產(chǎn)生有害的火花。換向極結構和主磁極類似，是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組構成，并用螺桿固定在機座上。換向極的個數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相等，在功率很小的直流電機中，也有不裝換向極的。1—換向極鐵心；2—換向極繞組

3）機座

——電機定子部分的外殼。機座有兩個作用，一是作為主磁極的一部分，二是作為電機的結構框架。機座中作為磁通通路疊部分稱為磁軛。機座一般用厚鋼板彎成筒形以后焊成，或者用鑄鋼件（小型機座用鑄鐵件）制成。機座的兩端裝有端蓋。4）電刷裝置——電刷裝置是電樞電路的引出（或引入）裝置，它由電刷，刷握，刷桿和連線等部分組成，如圖所示，電刷是石墨或金屬石墨組成的導電塊，放在刷握內(nèi)用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表面，旋轉時與換向器表面形成滑動接觸。刷握用螺釘夾緊在刷桿上。每一刷桿上的一排電刷組成一個電刷組，同極性的各刷桿用連線連在一起，再引到出線盒。刷桿裝在可移動的刷桿座上，以便調(diào)整電刷的位置。電刷裝置1－刷握；2－電刷；3－壓緊彈簧；4－銅絲辮電刷架結構

1—電刷；2—刷握；3—彈簧壓板；4—座圈；5—刷桿1)電樞鐵心

——電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)。為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，鐵心一般用厚0.5mm且沖有齒、槽的硅鋼片疊壓夾緊而成，如圖所示。小型電機的電樞鐵心沖片直接壓裝在軸上，大型電機的電樞鐵心沖片先壓裝在轉子支架上，然后再將支架固定在軸上。鐵芯的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。(2)轉子(電樞)部分2）電樞繞組——作用產(chǎn)生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行機電能量轉換的關鍵部件。電樞繞組由一定數(shù)目的電樞線圈按一定的規(guī)律連接組成，線圈用絕緣的圓形或矩形截面的導線繞成，分上下兩層嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)，上下層以及線圈與電樞鐵心之間都要妥善地絕緣（右圖），并用槽楔壓緊。大型電機電樞繞組的端部通常緊扎在繞組支架上。槽楔導體槽底絕緣層間絕緣槽絕緣線圈絕緣3）換向器—在直流電動機中，換向器配以電刷能將外加直流電源轉換為電樞線圈中的交變電流；在直流發(fā)電機中能將電樞線圈中感應產(chǎn)生的交變電動勢轉換為直流電動勢。換向器由許多具有鴿尾形的換向片排成一個圓筒，其間用云母片絕緣，兩端再用兩個V形環(huán)夾緊而構成，如圖所示。小型電機常用塑料換向器，這種換向器用換向片排成圓筒，再用塑料通過熱壓制成。云母環(huán)V型套筒換向片連接片普通換向器塑料換向器4)轉軸—轉軸起轉子旋轉的支撐作用，一般采用圓鋼加工而成。額定值：是制造廠對各種電氣設備（本章指直流電機）在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證各電氣設備長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進行產(chǎn)品設計或試驗的依據(jù)。額定值通常標在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。1.2.2直流電機的額定值直流電機的額定值主要有：☆額定功率PN——指電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機的輸出功率。對直流發(fā)電機來說，是指電刷端輸出的電功率，對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率。單位：W或kW、

MW。☆額定電壓UN——指額定狀態(tài)下電樞繞組的輸出電壓，單位：V?！铑~定電流IN——指電機在額定電壓、額定功率時的電樞電流值，單位：A?！铑~定轉速nN——指額定狀態(tài)下運行時轉子的旋轉速度，單位為r/min。注意：額定容量，對直流發(fā)電機來說，是指電刷端輸出的電功率，對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率。所以，直流發(fā)電機的額定容量為：而直流電動機的額定功率為：ηN是直流電機的額定效率。額定值還有ηN，TN等。如果I＜IN，為欠載或輕載；如果I＞IN，為過載或超載；如果I＝IN，為滿載運行。欠載運行額定運行狀態(tài)過載運行運行效率低，浪費過熱損壞機器正好1.2.3直流電機的主要系列Z2，Z3，Z4，ZD2，ZF2等，詳見課本P14●復習上節(jié)課主要內(nèi)容直流電機的結構、額定值和主要系列結構：定子，轉子額定值：額定功率與額定電流、額定電壓的關系系列產(chǎn)品直流發(fā)電機：直流電動機：1.3直流電機的電樞繞組電樞繞組是直流電機產(chǎn)生電磁轉矩和感應電動勢，實現(xiàn)機電能量轉換的樞紐，電樞繞組的名稱由此而來，并為此把直流電機的轉子稱為電樞.直流電機電樞繞組最基本的形式有兩種：單疊繞組、單波繞組元件：構成繞組的線圈稱為繞組元件。每個線圈有兩個有效邊，分別位于電樞圓周相距一個極距的兩個槽中。一個邊在上層時，另一個邊一般在下層。1.3.1元件與節(jié)距(1)電樞繞組元件繞組線圈結構上層有效邊端接部分端接部分下層有效邊線圈首端線圈尾端繞組元件放置在槽上層的有效邊，稱上層邊（畫成實線）；放置在下層的有效邊，稱下層邊（畫成虛線）。元件的首末端：每一個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。電樞繞組：繞組元件按一定規(guī)律連接形成。

單疊繞組：

單波繞組：單疊、單波繞組聯(lián)接示意圖疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。S——元件數(shù)（線圈數(shù)）K——換向片數(shù)＝元件數(shù)Zu——總虛槽數(shù)（把一個上層元件邊與一個下層元件邊看成一個虛槽）Z——總實槽數(shù)，電樞鐵芯實際的槽數(shù)u——一個實槽的虛槽數(shù)u=1

電樞繞組的元件數(shù)和換向片數(shù)、槽數(shù)之間的關系：

因為每一個線圈有兩個邊，而每一換向片總是把一個線圈的尾端與緊跟的另一個線圈的首端焊接在一起，因此，線圈數(shù)與換向片數(shù)相等；如果電樞鐵心每個槽內(nèi)只安排一個上層邊和一個下層邊，這樣，線圈數(shù)又與單元槽數(shù)相等。由此可知，一臺直流電機的元件數(shù)S與換向片數(shù)K、槽數(shù)Z之間有關系為：

S=K=Z

指被聯(lián)結起來的兩個元件邊或換向片之間距離。以跨過的元件數(shù)或槽數(shù)或換向片數(shù)來表示。第一節(jié)距、第二節(jié)距、合成節(jié)距、換向器節(jié)距。(2)節(jié)距極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用表示。

1）第一節(jié)距y1：一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離，用槽數(shù)表示。

=整數(shù)e±=pZy21

y1=τ為整距繞組y1＜τ為短距繞組

y1＞τ為長距繞組為使每個元件的感應電動勢最大：4）換向片節(jié)距yk：同一元件首末端連接的換向片之間的距離，用換向片數(shù)表示。yk

y=yk，對單疊繞組：y=yk=1

2）第二節(jié)距y2：第一個元件的下層邊與相連的第二個元件的上層邊在電樞表面跨過的距離，用槽數(shù)表示。

對單疊繞組：y2=y1-y

3）合成節(jié)距y：直接相連的兩個元件的對應邊在電樞表面跨過的距離，用槽數(shù)表示。

y單波繞組的節(jié)距

第一節(jié)距y1：

第二節(jié)距y2

合成節(jié)距y

換向片節(jié)距yk對單波繞組：y=y1+y2y=yk1.3.2單疊繞組單疊繞組的特點是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即：（1）計算節(jié)距【舉例】

一臺4極16槽直流電機，已知換向片數(shù)K=16；電樞繞組的線圈數(shù)S=16；試畫出整距右行單疊繞組展開圖?！痉治觥?/p>

每槽兩個邊，每個線圈兩個邊，所以槽數(shù)Z=線圈數(shù)S=16,極距τ＝Z/2p＝16/4＝4槽。

因為要求為整距線圈即第一節(jié)距y1＝τ＝4（槽）

又因為單疊右行，則合成節(jié)距y＝1；

則第二節(jié)距y2＝y(tǒng)1－y＝3（槽）；換向片節(jié)距yk＝1。

畫出均勻分布的平行豎線代表電機各槽的元件邊，下層邊用虛線，上層用實線畫；標出槽號：畫出第一個元件，跨1~5。展開圖中可以把一個元件畫成一匝。[注意元件的端部要畫對稱]在第一個元件的引出線端畫出換向器的兩根橫平行線，并標出換向片號；換向片號與所連的上層邊槽號要相同。依次串聯(lián)16個元件。再畫出各磁極N、S、N、S。畫出電樞轉向和電刷連線。繞組展開圖和元件聯(lián)接圖如下：（2）繪制繞組展開圖極數(shù)2p=4元件S=16換向器K=16槽數(shù)Z=16右行繞組單疊繞組連接順序表（3）單疊繞組連接順序表單疊繞組并聯(lián)支路圖(4)單疊繞組的并聯(lián)支路圖1）同一個磁極下各元件串聯(lián)成一個支路，并聯(lián)支路對數(shù)等于極對數(shù)a=p。2）電刷在換向器表面的位置對準主磁極中心線時，正負電刷間引出的感應電動勢為最大，被電刷短路的元件里的感應電勢最小。3）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。(5)單疊繞組的特點1）第一節(jié)距y1

2）合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk選擇yk應使串聯(lián)的元件感應電動勢方向同向1.3.3單波繞組1-=Kpyk（1）節(jié)距

單波繞組的換向器節(jié)距為yk是一個整數(shù)

3）第二節(jié)距y2pKyk1-=（2）單波繞組的展開圖2p=4，Z=S=K=15y1=3yk=7y=7y2=4極距：pKyk1-=換向片節(jié)距：Z=15，2p=4單波繞組展開圖單波繞組連接順序表(3)單波繞組的連接順序表單波繞組的并聯(lián)支路圖(4)單波繞組的并聯(lián)支路圖1）同極性下各元件串聯(lián)起來組成一個支路，支路對數(shù)a=1，與磁極對數(shù)p無關。2）元件幾何對稱時，支路電動勢最大（電刷間）3）電刷桿也等于極數(shù)（5）單波繞組的特點：結論在電機的極對數(shù)（大于1）、元件數(shù)、導體截面積相同情況下，單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，每個支路里的元件少，適合較低電壓較大電流的電機。單波繞組，支路數(shù)永遠為1，每個支路里含的元件數(shù)較多，適合較高電壓、較小電流的電機。1.4直流電機的磁場直流電機無論是作發(fā)電機運行還是作電動機運行，都必須具有一定強度的磁場，所以磁場是直流電機進行能量轉換的媒介。1.4.1直流電機的勵磁方式1.4.2直流電機的空載磁場1.4.3直流電機的電樞反應及負載磁場1.4.4電樞繞組的感應電動勢1.4直流電機的磁場1.4.1直流電機的勵磁方式定義：

直流電機勵磁繞組的接線方式稱為勵磁方式。實質上就是勵磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接。直流電機的勵磁方式有他勵和自勵（串勵、并勵和復勵）。他勵——勵磁電流由其他直流電機單獨供給，自勵——電機的勵磁電流由電機自身供給。不同勵磁方式的直流電機有不同的特性。電樞繞組與勵磁繞組并聯(lián)電樞繞組與勵磁繞組串聯(lián)勵磁繞組由直流電源單獨供電有并勵又有串勵繞組勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨立的直流電源供電，勵磁電壓Uf與電樞電壓U彼此無關，如圖（a）所示。（1）他勵直流電機勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一電源供電，勵磁電壓Uf等于電樞電壓U，如圖（b）所示。并勵電動機的運行性能與他勵電動機相似。（2）并勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后再接于直流電源，此時的電樞電流就是勵磁電流，如圖（c）所示。（3）串勵直流電機電動機有并勵和串勵兩個勵磁繞組。并勵繞組與電樞繞組并聯(lián)后再與串勵繞組串聯(lián)，然后接于電源上，如圖（d）所示。（4）復勵直流電機1.4.2直流電機的空載磁場直流電機的空載是指電樞電流等于零或者很小，電樞磁通勢也很小，且可以不計其影響的一種運行狀態(tài)，此時電機無負載，發(fā)電機不輸出電功率，電動機不輸出機械功率。所以直流電機空載時的磁場可認為是由勵磁磁動勢單獨建立的磁場。當勵磁繞組通入勵磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為N極和S極，由于電機磁路結構對稱，不論極數(shù)多少，每對極的磁路是相同的，因此只要分析一對極的磁路情況就可以了。直流電機的空載磁場NS主磁通漏磁通漏磁通：僅交勵磁繞組本身，不進入電樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應電動勢及產(chǎn)生電磁轉矩，稱為漏磁通。Fs(1)主磁通和漏磁通空載時直流電機的磁場分布：F0主磁通：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機座構成磁回路。它同時與勵磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞組中感應電動勢和產(chǎn)生電磁轉矩，稱為主磁通。特點：1）由同一個磁通勢所產(chǎn)生2）所走的路徑不同，這就導致了他們對應磁路上所產(chǎn)生的磁場的分布規(guī)律不同。主磁通磁路的磁導較大；漏磁通磁路以空氣為主，磁導較小，而作用在這兩條磁路的磁通勢是相同的。

為了產(chǎn)生感應電動勢或電磁轉矩，直流電機氣隙中需要有一定量的每極磁通，空載時，氣隙磁通

與空載磁通勢或空載勵磁電流的關系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。電機的磁化曲線可以通過電機磁路計算求的。電機的主磁通所經(jīng)過的磁回路由主磁極鐵心、氣隙、電樞齒、電樞鐵心和磁軛等五部分組成。所以電機磁化曲線的形狀必然和所采用的鐵磁材料的B-H曲線相似。(2)直流電機的空載磁化特性當磁通較小時，鐵磁部分沒有飽和，磁壓降很小，整個磁路的磁動勢幾乎全部消耗在氣隙上，而氣隙的導磁系數(shù)是一個常數(shù)，因此曲線近似為一直線（圖中0A段）；當磁通增大時，曲線逐漸彎曲，很大時，呈飽和特性。

為了經(jīng)濟、合理地利用材料，一般直流電機額定運行時，額定磁通設定在圖中A點（膝部），即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。

空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當忽略鐵磁材料的磁阻時，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。

磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密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。

空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，如圖所示。(3)空載磁場氣隙磁密分布曲線

直流電機帶上負載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁通勢稱為電樞磁通勢。電樞磁通勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。負載時電機中的氣隙磁場由勵磁磁通勢和電樞磁通勢共同建立。

直流電機工作中，主磁極產(chǎn)生勵磁磁通勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁通勢。電樞磁通勢對勵磁磁通勢的影響稱為電樞反應。1.4.3直流電機的電樞反應及負載磁場(1)直流電機的電樞反應

右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機的電樞磁場分布情況。

假設勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況。（2）直流電機的電樞磁場一個繞組元件的磁通勢磁通勢流入定子為正，流出為負。如果認為直流電機電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖所示。由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖所示。直流電機的電樞反應(3)負載時的氣隙合成磁場電樞磁場磁通密度分布曲線Bax主磁場的磁通密度分布曲線Box兩條曲線逐點疊加后得到負載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線Bδx直流電機的電樞反應(3)負載時的氣隙合成磁場

1）磁路不飽和時把主磁場與電樞磁場合成，將合成磁場與主磁場比較，即1與4比較。磁場發(fā)生畸變。物理中性線偏離幾何中性線。2）磁路飽和時

實際的氣隙合成磁場分布曲線為5，磁通減小。這就是電樞反應的去磁作用。由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應的特點：1)使氣隙磁場發(fā)生畸變

空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線，磁通密度的曲線與空載時不同。

2)對主磁場起去磁作用

磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常運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，因此負載時每極磁通略為減少。即電樞反應為去磁作用。1.4.4電樞繞組的感應電動勢產(chǎn)生:電樞旋轉時,主磁場在電樞繞組中感應的電動勢簡稱為感應電動勢。電樞繞組的電動勢是指直流電機正負電刷之間的感應電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應電動勢。大小:一根導體內(nèi)的感應電動勢：

Bav與每極主磁通

的關系為

由此導得

線速度v可以表示為

式中：為極距；p為極對數(shù)；n為電樞轉速；L為導體的有效長度。)(電動勢常數(shù)為電機的結構常數(shù)其中可見，直流電機的感應電動勢與電機結構、氣隙磁通及轉速有關。性質:

發(fā)電機——電源電勢；電動機——反電勢。直流電機的電樞電動勢：1.4.5電樞繞組的電磁轉矩產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時,在磁場內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉矩.大小:一根導體在磁場中所受電磁力的大小:一根電樞導體產(chǎn)生的電磁轉矩為:為電機的轉矩常數(shù)，有其中可見，制造好的直流電機其電磁轉矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。性質:

發(fā)電機——制動(與轉速方向相反)；電動機——驅動(與轉速方向相同)。電樞繞組的電磁轉矩：●總結直流電機的磁場空載磁場電樞反應負載時的合成磁場電樞繞組的感應電動勢電樞繞組的電磁轉矩1.5直流電動機1.5.1直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本關系式1.5.2并勵直流電動機的工作特性1.5.3串勵直流電動機的工作特性1.5.4復勵直流電動機的工作特性按勵磁方式的不同，直流電動機分他勵直流電動機、并勵直流電動機、串勵直流電動機和復勵直流電動機4類。規(guī)定各物理量的參考方向如圖,電動機的基本方程如下：1.5.1直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本關系式并勵直流電動機(1)電壓平衡方程式并勵直流電動機在穩(wěn)定運行時，加在電樞兩端電壓為U，電樞電流為Ia，電樞電動勢為Ea，由電動機工作原理可知Ea是反電勢。（2）轉矩平衡方程式并勵電動機的電磁轉矩T為驅動性質的轉矩。當電動機以恒定的轉速穩(wěn)定運行時，電磁轉矩與負載轉矩T2及空載轉矩T0相平衡：由此可見，電動機軸上的電磁轉矩一部分與負載轉矩相平衡，另一部分是空載損耗。（3）功率平衡方程式電壓平衡方程式轉矩平衡方程式：直流電動機工作時，從電網(wǎng)吸取電功率，除去電樞回路的銅損耗，及勵磁回路銅耗，其余部分轉變?yōu)殡姌猩系碾姶殴β?。電磁功率并不能全部用來輸出，它的一部分是運行時的機械損耗、鐵損和附加損耗，剩下的部分才是軸上對外輸出的機械功率。

直流電動機功率流程圖：并勵他勵1.5.2并勵直流電動機的工作特性并勵直流電動機的工作特性是指在,勵磁電流，電樞回路不串電阻時，電動機的轉速n、電磁轉矩T

和效率分別與電樞電流之間的關系。

轉速特性

轉矩特性

效率特性當U=UN，If=IfN時，n=f(Ia)

忽略電樞反應的去磁作用，轉速與負載電流按線性關系變化(1)轉速特性電壓平衡方程式當U=UN，If=IfN時，T=f(Ia)轉矩表達式

考慮電樞反應的作用，轉矩上升的速度比電流上升的慢。線性關系(2)轉矩特性當U=UN，If=IfN時，η=f(Ia)不隨負載電流變化的損耗稱為不變損耗。當負載電流較小時效率較低，輸入功率大部分消耗在不變損耗上；負載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機械負載上；但當負載電流增大到一定程度時銅損快速增大此時效率又變小。(3)效率特性并勵電動機的工作特性

電樞電流與勵磁電流關系：轉速特性

當電樞電流不大時，轉速特性具有雙曲線性質；當負載電流為零時，電機轉速趨于無窮大，所以串勵電動機不宜輕載或空載運行。1.5.3串勵直流電動機的工作特性

當負載電流較小時，電機磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵磁電流呈線性關系。即：轉矩特性電磁轉矩與電樞電流的平方成正比，啟動轉矩和最大轉矩比并勵電動機大很多，當負載電流較大時，和并勵直流電機相同。1.5.3串勵直流電動機的工作特性效率特性：和并勵直流電機相同。復勵直流電動機

積復勵介于并勵直流電動機和串勵直流電動機之間。1.5.4復勵直流電動機的工作特性復勵直流電動機的轉速特性1.6直流發(fā)電機根據(jù)勵磁方式的不同，直流發(fā)電機可以分為他勵直流發(fā)電機、并勵直流發(fā)電機、串勵直流發(fā)電機和復勵直流發(fā)電機?，F(xiàn)在主要采用他勵直流發(fā)電機，為此本節(jié)只介紹這種發(fā)電機。如圖規(guī)定各物理量的參考方向（1）電動勢平衡方程式從方程式可見，直流發(fā)電機滿足（2）轉矩平衡方程式發(fā)電機軸上有三個轉矩：原動機輸入給的驅動轉矩、電磁轉矩和機械摩擦及鐵損引起的空載轉矩。轉矩平衡方程為：1.6.1直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式（3）功率平衡方程式原動機輸入給發(fā)電機的機械功率

機械摩擦損耗、鐵損耗空載損耗包括：電磁功率

電磁功率一方面代表電動勢為的電源輸出電流時發(fā)出的電功率，一方面又代表轉子旋轉時克服電磁轉矩所消耗的機械功率。電樞回路電阻及電刷與換向器表面接觸電阻上的銅損耗輸出的電功率自勵發(fā)電機中還應減去勵磁損耗他勵直流發(fā)電機的功率流程圖●復習上節(jié)課主要內(nèi)容1.直流電動機、直流發(fā)電機的3個平衡關系電壓平衡轉矩平衡功率平衡2.直流電動機的3個工作特性轉速特性轉矩特性效率特性（1）空載特性1.6.2他勵直流發(fā)電機的運行特性可通過空載實驗來測定他勵直流發(fā)電機試驗線路定義:空載特性是指原動機的轉速n=nN，輸出端開路，負載電流I=0（Ia=0）時，電樞端電壓與勵磁電流之間的關系，即：U0=?(If)?？蛰d特性實質上就是。所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。

直流發(fā)電機的空載特性是非線性的，上升與下降的過程是不相同的。實際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線?？蛰d時（2）外特性定義：當、時，負載實驗接線圖（2）外特性

由曲線可見，負載電流增大時，端電壓有所下降。

根據(jù)可知端電壓下降有兩個原因：1)在勵磁電流一定情況下，負載電流增大，電樞反應的去磁作用使每極磁通量減少，使電動勢減少；2)電樞回路上的電阻壓降隨負載電流增大而增加，使端電壓下降。（5～10）%1.7直流電機的換向

就一個具體的電樞元件(線圈)來說，其電流總是不斷變化的?；蛘哒f電樞旋轉時，每個具體的電樞元件總是不斷地從一個支路轉進另外一個支路。元件中電流的方向改變的過渡過程稱為換向過程，簡稱換向。

為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。元件112

電刷與換向片1接觸時，元件1中的電流方向如圖所示，大小為。電刷同時與換向片1、2接觸時，元件1被短路，電流被分流。

電刷僅與換向片2接觸時，元件1中的電流方向如圖所示，大小為

換向剛開始時

處于換向中時