《電機(jī)與拖動(dòng)》第1章 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

模塊1直流電機(jī)及其拖動(dòng)1第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2本章要點(diǎn)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。直流電機(jī)的電樞繞組、磁場(chǎng)、電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。直流電機(jī)的基本方程式。直流電機(jī)的運(yùn)行特性和工作特性。31.1直流電機(jī)概述1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理1.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率1.4直流電機(jī)的基本公式1.5直流電機(jī)的基本特性本章主要內(nèi)容41.1直流電機(jī)概述任務(wù)1直流電機(jī)的外形觀察

任務(wù)2直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行觀察

任務(wù)3直流電動(dòng)機(jī)的拆裝5任務(wù)1直流電機(jī)的外形觀察

1、觀察直流電機(jī)的外觀電磁式直流電機(jī)如圖1-1所示，永磁式直流電機(jī)如圖1-2所示。圖1-1電磁式直流電機(jī)圖1-2永磁式直流電機(jī)6任務(wù)1直流電機(jī)的外形觀察

2、觀察直流電機(jī)的銘牌將銘牌數(shù)據(jù)記錄在表1-1中。表1-1直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號(hào)產(chǎn)品編號(hào)結(jié)構(gòu)類型勵(lì)磁方式額定功率勵(lì)磁電壓額定電壓工作方式額定電流絕緣等級(jí)額定轉(zhuǎn)速重量標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)出廠日期7任務(wù)1直流電機(jī)的外形觀察

3、測(cè)量絕緣電阻值在電動(dòng)機(jī)未接電源的情況下，將兆歐表端接外殼，端接繞組一端，測(cè)出定子繞組對(duì)地（外殼）的絕緣電阻值，記錄在表1-2中。表1-2直流電動(dòng)機(jī)絕緣電阻測(cè)量值測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量值絕緣電阻/8任務(wù)2直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行觀察1、觀察某直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況在直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，觀察電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、噪聲、振動(dòng)、冒煙等，并將觀察現(xiàn)象記錄在表1-3中。表1-3直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行觀察觀察內(nèi)容及現(xiàn)象觀察結(jié)果轉(zhuǎn)速（是否均勻）噪聲（大還是?。┱駝?dòng)（是否強(qiáng)烈）發(fā)熱（是否有明顯的發(fā)熱現(xiàn)象）冒煙（是否冒煙）焦糊（是否有糊味）9任務(wù)2直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行觀察2、測(cè)量電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的空載電流在電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行的情況下，將電流表串入電機(jī)線路，測(cè)出電機(jī)空載電流值，記錄在表1-4中。表1-4直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的電流測(cè)量值測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量值空載電流/10任務(wù)3直流電動(dòng)機(jī)的拆裝拆裝直流電動(dòng)機(jī)的基本操作步驟為：切斷電源→做好標(biāo)記→拆卸電刷→拆卸軸承外蓋→抽出電樞→檢查電機(jī)各部件→各部件質(zhì)量檢測(cè)和清理無(wú)故障后再進(jìn)行重新裝配→裝配完成后，測(cè)試空載電流大小及對(duì)稱性，最后帶負(fù)載運(yùn)行。拆裝一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，初步了解直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，將其各部件名稱記錄在表1-5中。表1-5直流電動(dòng)機(jī)的各部件名稱111.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示，其組成是：靜止部分:定子旋轉(zhuǎn)部分:轉(zhuǎn)子氣隙主要部件：機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、電刷裝置、出線盒主要部件：電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇作用：建立主磁場(chǎng)固定和支撐整個(gè)電機(jī)作用：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換一、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的組成121.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-3直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖a）直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)b）軸端剖面圖1-風(fēng)扇2-機(jī)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131、定子機(jī)座支撐和保護(hù)（固定主磁極、換向極、端蓋等零部件）磁軛（讓勵(lì)磁磁通經(jīng)過，與主磁路共同構(gòu)成閉合路徑）作用--電機(jī)定子部分的外殼（1）--由磁極鐵芯和勵(lì)磁繞組組成，如圖1-4所示。（2）主磁極作用：當(dāng)勵(lì)磁繞組中通入直流電后，鐵芯中即產(chǎn)生勵(lì)磁磁通，并在氣隙中建立勵(lì)磁磁場(chǎng)。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-4主磁極14（3）換向極--由換向極鐵芯和換向極繞組組成，如圖1-5所示。換向極鐵芯換向極繞組作用：產(chǎn)生換向磁場(chǎng)，用來改善直流電機(jī)的換向，減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的火花。換向極裝在兩主磁極之間，其換向極繞組套在換向極鐵芯上，并與電樞繞組串聯(lián)。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-5換向極15（4）電刷裝置--由刷握、銅絲辮、壓緊彈簧和電刷塊等部分組成，如圖1-6所示。刷握銅絲辮壓緊彈簧電刷塊作用：通過電刷與換向器表面的滑動(dòng)接觸，把電樞繞組中的直流電壓、直流電流引入或引出。電刷塊是用導(dǎo)電性和耐磨性能好的石墨粉壓制而成的導(dǎo)電塊，放置在刷握內(nèi)，用彈簧將它壓緊在換向器上。刷握固定在刷桿上，刷桿裝在刷桿座上，彼此之間都絕緣。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-6電刷裝置

16（6）出線盒作用：直流電機(jī)的電樞繞組和勵(lì)磁繞組通過出線盒（板）與外部連接。出線盒上的電樞繞組一般標(biāo)記為“A”或“S”，

勵(lì)磁繞組標(biāo)記為“F”或“L”。（5）端蓋--用于安裝軸承和支撐樞，一般為鑄鋼件1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理172、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)如圖1-7所示。圖1-7轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1-轉(zhuǎn)軸2-軸承3-換向器4-電樞鐵芯5-電樞繞組6-風(fēng)扇7-軸承1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理18電樞鐵芯--用厚度為0.5mm的表面有絕緣層的圓形硅鋼沖片沖壓疊裝而成，如下圖所示。（1）作用：通過磁通和嵌放電樞繞組。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理槽內(nèi)可安放電樞繞組改善散熱19（2）電樞繞組--由許多用絕緣導(dǎo)線繞制的按一定規(guī)律連接的線圈組成，各線圈分別嵌放在不同的電樞鐵芯的槽內(nèi)，其放置如圖1-8所示。圖1-8線圈在槽內(nèi)的放置示意圖1-上層有效邊2、5-端接部分3-下層有效邊4-線圈尾端6-線圈首端作用：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量的轉(zhuǎn)換。電樞繞組多為雙層繞組，同一個(gè)槽可嵌放兩條邊，每條邊僅占半個(gè)電樞槽，即同一個(gè)線圈的一條邊占了某個(gè)槽的上半槽，另一條邊占了另一個(gè)槽的下半槽。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理20單波繞組：并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a=1單疊繞組：并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a=p--第一節(jié)距--第二節(jié)距--換向器節(jié)距--合成節(jié)距1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理繞組聯(lián)接如圖1-9所示。--極距，就是一個(gè)磁極在電樞表面的空間距離，其計(jì)算是：21（3）換向器--由許多換向片構(gòu)成，如圖1-10所示。

作用：實(shí)現(xiàn)電樞繞組中的交流電動(dòng)勢(shì)和電流與電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)和電流的轉(zhuǎn)換。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-10換向器22換向過程如圖1-11所示，電樞繞組一個(gè)線圈中的電流隨時(shí)間變化的波形如圖1-12所示。圖1-11換向元件的換向過程a）換向開始b）換向中期c）換向結(jié)束圖1-12元件中電流隨時(shí)間變化波形1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理23不良換向會(huì)給直流電機(jī)運(yùn)行造成困難，所以要改善換向。改善換向的方法是從減小、甚至消除附加換向電流著手。一般容量在1KW以上的直流電機(jī)均在主磁極之間的幾何中性線處裝置換向極。換向極的作用是要產(chǎn)生一個(gè)與電樞電動(dòng)勢(shì)方向相反的換向極磁通勢(shì)，它除了抵消處于幾何中性線處的電樞磁通勢(shì)外，還要產(chǎn)生一個(gè)換向極磁場(chǎng)。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理24（4）轉(zhuǎn)軸--一般用合金鋼鍛壓加工而成作用：傳遞轉(zhuǎn)矩。（5）風(fēng)扇作用：降低電機(jī)運(yùn)行中的溫升。3、氣隙位于定子與轉(zhuǎn)子之間的間隙氣隙也是電機(jī)磁路的一部分。一般小型電機(jī)的氣隙為0.7～5mm，大型電機(jī)為5～10mm左右。氣隙如圖所示。1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理251.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理每一臺(tái)直流電機(jī)上都有一個(gè)銘牌，用來標(biāo)注直流電機(jī)的型號(hào)、額定值、勵(lì)磁方式等，如圖1-13所示。二、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)和勵(lì)磁方式圖1-13直流電動(dòng)機(jī)的銘牌261.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是用來表示電動(dòng)機(jī)的一些主要特點(diǎn)的，它由產(chǎn)品代號(hào)和規(guī)格代號(hào)等部分組成。圖1-13中銘牌所標(biāo)型號(hào)的含義如下：Z272電樞鐵芯長(zhǎng)度（1號(hào)為短鐵芯，2號(hào)為長(zhǎng)鐵芯）機(jī)座號(hào)（共有12個(gè)型號(hào)，1號(hào)到12號(hào)依次增大）第二次改型設(shè)計(jì)一般用途的中小型直流電機(jī)1．型號(hào)271.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2．額定值

（1）額定功率指電機(jī)在額定情況下長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)的輸出功率。（2）額定效率直流電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)輸出機(jī)械功率與電源輸入電功率之比，即：（3）額定電壓在額定情況下，直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓或直流電動(dòng)機(jī)的輸入電壓。281.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理（4）額定電流額定電壓和額定負(fù)載時(shí)允許電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期輸入的電流或允許發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期輸出的電流。（5）額定轉(zhuǎn)速指電機(jī)在額定電壓和額定負(fù)載時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度。2．額定值

291.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理【例1-1】一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，，，，。求。解：對(duì)于電動(dòng)機(jī)所以301.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理3．勵(lì)磁方式勵(lì)磁繞組獲得勵(lì)磁電流的方式稱為勵(lì)磁方式，如圖1-14所示。圖1-14直流電機(jī)的勵(lì)磁方式a）他勵(lì)b）并勵(lì)c）串勵(lì)d）復(fù)勵(lì)311.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理三、直流電機(jī)的工作原理

1．直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理圖1-15直流發(fā)電機(jī)工作原理模型當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖著電樞以一定的轉(zhuǎn)速在磁場(chǎng)中逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線圈邊ab和cd以線速度v切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向用右手定則確定。在圖中所示的位置，線圈的邊ab處于N極下，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)從b指向a；線圈的cd邊處于S極下，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從d指向c。從整個(gè)線圈來看，電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)閐cba。反之，當(dāng)ab邊轉(zhuǎn)到S極下，邊cd轉(zhuǎn)到N極下時(shí)，每個(gè)邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向都要隨之改變，于是，整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向變?yōu)閍bcd。所以線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交變的。為了在電刷上得到直流電動(dòng)勢(shì)，就要利用到換向器。在圖1-15所示的時(shí)刻：線圈ab的邊處于N極下，電動(dòng)勢(shì)的方向從b向a引到電刷A，所以電刷A的極性為正。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180°，線圈ab邊與cd邊互換位置，使cd邊處于N極下時(shí)，于是cd邊與電刷A接觸，其電動(dòng)勢(shì)的方向是從c向d引到電刷A，電刷a的極性仍為正。同理可分析出電刷B極性為負(fù)。進(jìn)一步觀察可以發(fā)現(xiàn)，電刷A總是與旋轉(zhuǎn)到N極下的導(dǎo)體接觸，所以電刷A總是正極性。而電刷B總是與旋轉(zhuǎn)到極下的導(dǎo)體接觸，所以電刷B總是負(fù)極性，故在電刷A、B之間得到的是脈動(dòng)直流電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電樞上分布的線圈足夠多時(shí)，就可使脈動(dòng)程度大為降低，得到平滑的直流電動(dòng)勢(shì)。322．直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-16直流電動(dòng)機(jī)工作原理模型原來電刷A通過換向片1與經(jīng)過N極面下的導(dǎo)體ab相連，現(xiàn)在電刷A通過換向片2與經(jīng)過S極面下的導(dǎo)體cd相連，原來電刷B通過換向片2與經(jīng)過S極下面的導(dǎo)體cd相連，現(xiàn)在電刷B通過換向片1與經(jīng)過S極面下的導(dǎo)體ab相連，線圈中的電流方向?yàn)閐cba，用左手定則判斷電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向未變，電樞仍逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。其中，換向器起到使導(dǎo)體中的電流方向發(fā)生變化的作用。在圖1-16所示位置，電流從電源的正極流出，經(jīng)過電刷A與換向片1流入電動(dòng)機(jī)線圈，電流方向?yàn)閍bcd，然后再經(jīng)過換向片2與電刷B流回電源的負(fù)極。根據(jù)電磁力定律，線圈邊ab與cd在磁場(chǎng)中分別受到電磁力的作用，其方向可用左手定則確定。此電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈邊ab轉(zhuǎn)到S極面下、cd轉(zhuǎn)到N極面下時(shí)，流經(jīng)線圈的電流方向必須改變，這樣導(dǎo)體所受的電磁力方向才能不變，從而保持電動(dòng)機(jī)沿著一個(gè)固定的方向旋轉(zhuǎn)。333．電機(jī)的可逆原理1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理無(wú)論發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)，由于電磁的相互作用，電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩是同時(shí)存在的。從原理上說發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩者并無(wú)本質(zhì)差別，只是外界條件不同而已。一臺(tái)電機(jī)，既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是直流電機(jī)的可逆原理。但在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，需考慮兩者運(yùn)行的些許差別。341.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)

勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率

一、直流電機(jī)的磁場(chǎng)

1．直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)空載運(yùn)行：是電機(jī)電樞電流（或輸出功率）為零的運(yùn)行狀態(tài)。直流電動(dòng)機(jī)中的空載：機(jī)械軸上無(wú)任何機(jī)械負(fù)載。直流發(fā)電機(jī)中的空載：電刷兩端未接任何電氣負(fù)載，電樞處于開路狀態(tài)。主磁場(chǎng)：直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)可以看作是由定子的勵(lì)磁磁通勢(shì)單獨(dú)產(chǎn)生的。351.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)

勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率

1．直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)圖1-17直流電機(jī)空載時(shí)磁場(chǎng)分布圖1-17所示的是直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布情況。當(dāng)勵(lì)磁繞組通入直流電流后，主磁極呈磁性，并且以N、S極間隔均勻地分布在定子內(nèi)圓周上。由于每對(duì)磁極下的磁通所經(jīng)過的路徑不同，根據(jù)它們的作用可以分為主磁通和漏磁通兩類。其中絕大部分的磁通勢(shì)從主磁極的極出來經(jīng)過氣隙進(jìn)入電樞的齒槽和磁軛，然后到達(dá)電樞鐵芯另一邊的齒槽，再穿過氣隙，進(jìn)入主磁極的S極，通過定子磁軛回到N極，形成閉合磁回路。這部分磁通是直流電機(jī)進(jìn)行電磁感應(yīng)和能量轉(zhuǎn)換所必需的，稱為主磁通。此外，還有一小部分磁通從極出來后并不進(jìn)入電樞，是經(jīng)過空間直接進(jìn)入相鄰的磁極或磁軛，它對(duì)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換工作毫無(wú)用處，相反，還使電機(jī)的損耗加大，效率降低，增大了磁路的飽和程度，這部分磁通稱為漏磁通，一般。361.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)

勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率

2．直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)：直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組中便有電流通過，產(chǎn)生電樞磁通勢(shì)。該磁通勢(shì)所建立的磁場(chǎng)，稱為電樞磁場(chǎng)。合成磁場(chǎng)：電樞磁場(chǎng)與主極磁場(chǎng)一起，在氣隙內(nèi)建立一個(gè)合成磁場(chǎng)。兩極直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載后的合成磁場(chǎng)的分布如圖1-18所示。圖1-18合成磁場(chǎng)分布371.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)

勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率

2．直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)圖1-18a為主極磁場(chǎng)的分布情況。按照?qǐng)D中所示的勵(lì)磁電流方向，應(yīng)用右手螺旋定則可以確定主極磁場(chǎng)的方向。在電樞表面上磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方是物理中性線m-m，它與磁極的幾何中性線n-n重合，幾何中性線與磁極軸線互差90°電角度，即正交。圖1-18b為電樞磁場(chǎng)，它的方向由電樞電流來確定。由圖中可以看出，不論電樞如何轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞電流的方向總是以電刷為界限來劃分的。在電刷兩邊，N極面下的導(dǎo)體和S極面下的導(dǎo)體電流方向始終相反，只要電刷固定不動(dòng)，電樞兩邊的電流方向不變。因此，電樞磁場(chǎng)的方向不變，即電樞磁場(chǎng)是靜止不動(dòng)的。根據(jù)圖上的電流方向用左手定則可判定該臺(tái)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。圖1-18c為合成磁場(chǎng)，它是由主極磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)共同合成的。比較圖1-18a和c，可見由于負(fù)載后電樞磁場(chǎng)的出現(xiàn)，對(duì)主極磁場(chǎng)的分布有明顯的影響。這種電樞磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。381.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)

勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率

2．直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)以圖1-18c直流電動(dòng)機(jī)為例的電樞反應(yīng)性質(zhì)是：

1）電樞反應(yīng)使磁極下的磁力線扭斜，磁通密度分布不均勻，合成磁場(chǎng)發(fā)生畸變，使原來的幾何中性n-n線處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不等于零，磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的位置，即電磁中性線m-m順旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)α角度，電磁中性線與幾何中性線不再重合。

2）電樞反應(yīng)使每一個(gè)磁極下的磁通勢(shì)發(fā)生變化，如N極下的左半部分主極磁通勢(shì)被削弱，右半部分的主極磁通勢(shì)被增強(qiáng)。由于電樞磁場(chǎng)磁力線是閉合的，所以電樞磁通勢(shì)對(duì)主極磁通勢(shì)的削弱數(shù)量等于主極磁通勢(shì)的增加數(shù)量。一般電動(dòng)機(jī)的磁路總是處在比較飽和的非線性區(qū)域。這樣磁通勢(shì)增強(qiáng)處（飽和度增加）的鐵磁磁阻大于被削弱處（飽和度降低）的磁阻，因此增強(qiáng)的磁通量小于減少的磁通量，故負(fù)載時(shí)每極合成磁通比空載時(shí)每極磁通Φ0略小，我們稱此為電樞反應(yīng)的去磁作用。因此，負(fù)載運(yùn)行時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)略小于空載時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。391.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)

勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率

二、直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)

直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)：指電機(jī)正、負(fù)電刷間的電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一根導(dǎo)體在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為。根據(jù)繞組連接規(guī)律，直流電機(jī)每條支路上的導(dǎo)體數(shù)為N/2a，其支路電勢(shì)也就是電刷間的電勢(shì)為所以直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通和轉(zhuǎn)速之積成正比，它的方向與電樞電流方向相反，在電路中起著限制電流的作用。401.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)

勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率

二、直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)

【例1-3】一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，功率為10kW，2p=4，轉(zhuǎn)速為2850r/min，單波繞組，電樞的總導(dǎo)體數(shù)N=372。當(dāng)每極磁通時(shí)，此發(fā)電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多少？解：?jiǎn)尾ɡ@組a=1，電勢(shì)常數(shù)為:

電勢(shì)為：411.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)

勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率

三、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

電轉(zhuǎn)矩的大小為：轉(zhuǎn)矩常數(shù)與電動(dòng)勢(shì)常數(shù)之間有固定的比值關(guān)系，即電磁轉(zhuǎn)矩：是由電樞電流與合成磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的電磁力所形成的。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下：電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，輸出機(jī)械功率。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下：電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，阻礙機(jī)組旋轉(zhuǎn)，吸收原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率。421.3直流電機(jī)的磁場(chǎng)、電樞電動(dòng)

勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率

四、直流電機(jī)的電磁功率

通過電磁轉(zhuǎn)矩的傳遞,實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)換,通常把電磁轉(zhuǎn)矩傳遞的功率稱為電磁功率。由力學(xué)知識(shí)可知,電機(jī)的電磁功率為實(shí)際中的直流電機(jī)是有功率損耗的，因此電磁功率總是小于輸入功率而又大于輸出功率。431.4直流電機(jī)的基本公式

一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式

圖1-19電動(dòng)機(jī)慣例下各物理量參考方向1．電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：勵(lì)磁回路的電壓方程式為：2．功率平衡方程式并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的總損耗為：輸入功率為：輸出的機(jī)械功率為：直流電動(dòng)機(jī)的效率為：441.4直流電機(jī)的基本方程式

3．轉(zhuǎn)矩平衡方程式直流電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩有三個(gè)：電樞電流與氣隙磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的拖動(dòng)性電磁轉(zhuǎn)矩T；機(jī)械負(fù)載的制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩TL，其大小等于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T2；制動(dòng)性的空載轉(zhuǎn)矩T0。其關(guān)系為：輸出轉(zhuǎn)矩常用公式是：在額定情況下：451.4直流電機(jī)的基本方程式

二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式

1．電動(dòng)勢(shì)平衡方程式圖1-20發(fā)電機(jī)慣例下各物理量參考方向電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：2．功率平衡方程式當(dāng)直流發(fā)電機(jī)接上負(fù)載后，其輸入功率為：輸出功率為：461.4直流電機(jī)的基本方程式

3．轉(zhuǎn)矩平衡方程式直流發(fā)電機(jī)以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩有三個(gè)：原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩:T1電樞電流與氣隙磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的制動(dòng)性電磁轉(zhuǎn)矩:T電機(jī)的機(jī)械摩擦和鐵損耗等引起的制動(dòng)性空載轉(zhuǎn)矩:T0穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡，按圖中1-20規(guī)定的參考方向，有471.4直流電機(jī)的基本方程式

【例1-4】一臺(tái)額定功率的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，它的額定電壓,額定轉(zhuǎn)速，電樞回路總電阻，勵(lì)磁回路總電阻。已知機(jī)械損耗和鐵損耗，求額定負(fù)載情況下各繞組的銅損耗、電磁功率、總損耗、輸入功率及效率（計(jì)算過程中，令，附加損耗）。解：先計(jì)算額定電流勵(lì)磁電流電樞繞組電流電樞回路銅損耗481.4直流電機(jī)的基本方程式

總損耗輸入功率效率勵(lì)磁回路銅損耗電磁功率491.5直流電機(jī)的基本特性

一、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性：當(dāng)外加電壓為額定值，勵(lì)磁電流為額定值，電樞回路附加電阻為零時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率η與電樞電流Ia之間的關(guān)系。圖1-21他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性關(guān)于直流電動(dòng)機(jī)的額定勵(lì)磁電流是這樣規(guī)定的：當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)加上額定電壓，帶上負(fù)載后，電樞電流、轉(zhuǎn)速、輸出的機(jī)械功率都達(dá)到額定值時(shí)，電機(jī)的勵(lì)磁電流為額定勵(lì)磁電流。501.5直流電機(jī)的基本特性

1．轉(zhuǎn)速特性2．轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)電樞電流Ia增加時(shí)，如氣隙磁通不變，轉(zhuǎn)速n將隨Ia的增加而直線下降。由可知，當(dāng)氣隙磁通不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流Ia成正比，轉(zhuǎn)矩特性應(yīng)是直線關(guān)系。511.5直流電機(jī)的基本特性

3．效率特性電流較小時(shí)，隨電流Ia增加較小，效率η增加較快，當(dāng)電流Ia較大時(shí)，隨電流Ia增加較大，效率η增加變慢?！纠?-5】一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為PN=19KW，UN=220V，nN=3000r/min，IN=91.3A，電樞回路總電阻Ra=0.121Ω，忽略電樞反應(yīng)影響。求：（1）電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩；（2）額定電磁轉(zhuǎn)矩；（3）額定效率；（4）理想空載時(shí)的轉(zhuǎn)速。52解：（1）額定輸出轉(zhuǎn)矩

（2）額定電磁轉(zhuǎn)矩

（3）額定效率（4）理想空載時(shí)的轉(zhuǎn)速1.5直流電機(jī)的基本特性

531.5直流電機(jī)的基本特性

二、直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性

直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性：發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，端電壓U、負(fù)載電流I和勵(lì)磁電流If這三個(gè)基本物理量之間