電機(jī)學(xué)-直流電機(jī)課件

第三章直流電機(jī)第三章預(yù)習(xí)直流電機(jī)的原理結(jié)構(gòu)、工作原理、交流直流出現(xiàn)的位置、繞組和鐵芯分類名稱、額定值及其關(guān)系？直流機(jī)磁場的建立方式（勵(lì)磁方式）直流繞組名稱及含義、構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中電勢（電流）方向與分布規(guī)律（分界線）？直流機(jī)空載到負(fù)載磁場分布的變化情況，這種變化用一側(cè)磁場對(duì)另一側(cè)磁場的影響（電樞反應(yīng)）來描述，影響的結(jié)果（電樞反應(yīng)的性質(zhì)）是什么？是實(shí)現(xiàn)能量傳遞的必要條件。分清分析磁場的d軸、q軸位置、作用、意義。掌握直流機(jī)的電樞電勢、電磁轉(zhuǎn)矩公式及其含義，了解推導(dǎo)原理和過程，發(fā)電與電動(dòng)狀態(tài)的判定。對(duì)比變壓器的電勢。直流機(jī)電樞回路電壓方程、不同勵(lì)磁方式下3個(gè)電流間的方程、發(fā)電與電動(dòng)狀態(tài)下的區(qū)別？功率和損耗計(jì)算及功率流圖描述發(fā)電機(jī)的特性有哪些？不同勵(lì)磁方式下的直流發(fā)電機(jī)特性的描述方程、曲線規(guī)律特點(diǎn)原因，并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件，由此在使用中可以怎么樣、不允許怎么樣及原因描述電動(dòng)機(jī)的特性有哪些？不同勵(lì)磁方式下的直流電動(dòng)機(jī)特性的描述方程、曲線規(guī)律特點(diǎn)原因，由此在使用中可以怎么樣、不允許怎么樣及原因直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性？方程、曲線的特征點(diǎn)？了解恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的機(jī)械特性，根據(jù)兩條機(jī)械特性曲線交點(diǎn)的變化控制，來分析電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速的種類、原理、方法、調(diào)速性能等。掌握平衡運(yùn)行和穩(wěn)定運(yùn)行的異同。了解電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)原理、方法和性能。第三章直流電機(jī)第三章預(yù)習(xí)3.2直流電機(jī)電樞繞組3.3空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢和磁場

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)的磁場分布、感應(yīng)電動(dòng)勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法。3.4直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩3.6直流電機(jī)的運(yùn)行特性

3.7直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)

3.8直流電機(jī)的換向3.1直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)第三章直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行3.5直流電機(jī)的基本方程

3.2直流電機(jī)電樞繞組3.3空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢和3.1.1直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)3.1直流電機(jī)的基本工作原理和結(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)軸軸承風(fēng)扇機(jī)座電樞鐵心和繞組主磁極電刷換向器接線板接線盒勵(lì)磁繞組端蓋/3.1.1直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)3.1直流電機(jī)的基本工作原理和一、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。3.1.2直流電機(jī)的工作原理一、直流發(fā)電機(jī)工作原理右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理

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)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

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，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。

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，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)。

氣隙磁場的分布波形電樞線圈電動(dòng)勢波形電樞繞組輸出電壓波形

可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理

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)。二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理把電刷A、B接到直流電原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)

同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對(duì)。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)電機(jī)學(xué)-直流電機(jī)ppt課件3.1.3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(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。

⒈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。PN＝UNIN

對(duì)于直流電機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率ηN存在。PN＝UNINηN

3.1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定值是制造廠對(duì)各種⒉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。

⒊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。

⒋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為量綱單位。

⒌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。⒉額定電壓UN

指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以定子機(jī)座3.1.1直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)3.1直流電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)主磁極電刷裝置機(jī)座、端蓋主極繞組定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸電刷主磁極繞組主磁極鐵心電樞鐵心電樞繞組換向器定子機(jī)座3.1.1直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)3.1直流電機(jī)的基本工電樞繞組是直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。3.2直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組的構(gòu)成原則是，能夠產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動(dòng)勢，并允許通過一定的電樞電流，從而產(chǎn)生所需要的電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率。電樞繞組是直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。3.2直流電機(jī)的一、直流樞繞組基本知識(shí)3.2直流電機(jī)的電樞繞組元件：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。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)極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。一、直流樞繞組基本知識(shí)3.2直流電機(jī)的電樞繞組元件：構(gòu)成繞元件的概念線圈在槽中的安排上元件邊前端接電樞繞組的元件前端接下元件邊換向片NS1.元件數(shù)等于虛槽數(shù)2.每一個(gè)元件兩個(gè)邊接到兩個(gè)換向片上，每一個(gè)換向片接兩個(gè)元件的邊，因此元件數(shù)等于換向片數(shù)元件的概念線圈在槽中的安排上元件邊前端接電樞繞組的元件前端接極距和節(jié)距的概念合成節(jié)距

y：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

y1

：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。NSy1y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。yc換向器節(jié)距

yc：同一元件的兩個(gè)出線端所接的兩個(gè)換向片之間所跨的距離，稱為換向器節(jié)距。yc＝y(tǒng)極距和節(jié)距的概念合成節(jié)距y：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)二、單疊繞組

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：。二、單疊繞組單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件(線圈)相繞組的并聯(lián)支路電路圖繞組的并聯(lián)支路電路圖單疊繞組的的特點(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。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)勢最大，電刷間電動(dòng)勢等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢。電刷放置在幾何中性線上3）電樞電流等于各支路電流之和。4）電樞表面電流方向的分布以電刷為分界換向。單疊繞組的的特點(diǎn)：1）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路三、單波繞組單波繞組的合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。單波繞組的特點(diǎn)1）同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為1，與磁極對(duì)數(shù)無關(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)勢等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢；三、單波繞組單波繞組的合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。單波繞組的特點(diǎn)

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。兩個(gè)串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩單波繞組的并聯(lián)支路圖單波繞組的并聯(lián)支路圖一、直流電機(jī)的空載磁場3.2.3空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢和磁場

直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢對(duì)主極磁動(dòng)勢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)勢為：一、直流電機(jī)的空載磁場3.2.3空載和負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁動(dòng)勢

空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢主要消耗在氣隙上。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?。粯O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)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵

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）氣隙磁密分布空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b)所

為了感應(yīng)電動(dòng)勢或產(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。為了感應(yīng)電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場

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)勢稱為電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(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)勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢為交軸磁動(dòng)勢。二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場直流電機(jī)帶上負(fù)

如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢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度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的馬鞍型，如圖中所示。如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場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)氣隙磁場的磁通密度分布曲線主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)1、交軸電樞磁動(dòng)勢和交軸電樞反應(yīng)影響：1）引起氣隙磁場畸變，2)使電樞表面磁密過零位置（物理中性線）偏離幾何中性線。3）不計(jì)飽和時(shí)，交軸電樞反應(yīng)既無增磁、亦無去磁用;計(jì)及飽和時(shí)，交軸電樞反應(yīng)具有一定的去磁作用。A1A2磁密等于零的位置1、交軸電樞磁動(dòng)勢和交軸電樞反應(yīng)影響：A1A2磁密等于零的位三、直流電機(jī)的電樞反應(yīng)

當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵(lì)磁磁動(dòng)勢與電樞磁動(dòng)勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對(duì)氣隙磁場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)，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況，如圖（a）所示。三、直流電機(jī)的電樞反應(yīng)當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：2)、對(duì)主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(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，一半磁場被增強(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)。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2、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)電刷從幾何中性線偏移角，電樞磁動(dòng)勢軸線也隨之移動(dòng)角這時(shí)電樞磁動(dòng)勢可以分解為兩個(gè)垂直分量：交軸電樞磁動(dòng)勢和直軸電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢交軸分量直軸分量交軸電樞磁動(dòng)勢直軸電樞磁動(dòng)勢2、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)電刷從幾何中性線偏移角，2、直軸電樞磁動(dòng)勢和直軸電樞反應(yīng)發(fā)電機(jī)：電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為去磁；

電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，電樞反應(yīng)為增磁。電動(dòng)機(jī)：與發(fā)電機(jī)情況相反。2、直軸電樞磁動(dòng)勢和直軸電樞反應(yīng)發(fā)電機(jī)：電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移小結(jié)空載時(shí)直流電機(jī)的磁場由勵(lì)磁磁勢單獨(dú)激勵(lì)產(chǎn)生電機(jī)磁場分為漏磁場與氣隙磁場兩部分氣隙磁場在極靴下最大且磁密均勻分布，在極靴兩側(cè)逐漸減小負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的磁場電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)電樞反應(yīng)的大小和性質(zhì)與：負(fù)載大小、電刷位置、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及磁路飽和程度等因素有關(guān)小結(jié)空載時(shí)直流電機(jī)的磁場討論分析在發(fā)電和電動(dòng)狀態(tài)下定子磁場軸線和轉(zhuǎn)子磁場軸線的超前和滯后關(guān)系討論分析在發(fā)電和電動(dòng)狀態(tài)下定子磁場軸線和轉(zhuǎn)子磁場軸線的超前和3.4.1直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢3.4直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢簡稱為電樞電動(dòng)勢。大小:性質(zhì):發(fā)電機(jī)——電源電勢(與電樞電流同方向);

電動(dòng)機(jī)——反電勢(與電樞電流反方向).)(電動(dòng)勢常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中可見，直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。3.4.1直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢3.4直流電機(jī)的電樞電3.4.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時(shí),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(zhuǎn)矩。大小: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)。可見直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中3.4.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流一、電動(dòng)勢平衡方程:

3.5

直流電機(jī)的基本方程

式中：：電樞回路總電阻；正、負(fù)電刷電壓降，一般為0.6～2伏；發(fā)電機(jī)：取“+”；電動(dòng)機(jī)：取“-”；忽略電刷壓降，則

結(jié)論：發(fā)電機(jī)：；電動(dòng)機(jī)：；即根據(jù)與U的大小判斷直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

一、電動(dòng)勢平衡方程:3.5直流電機(jī)的基本方程式中：二、轉(zhuǎn)矩方程1.發(fā)電機(jī)2.電動(dòng)機(jī)三、功率方程二、轉(zhuǎn)矩方程1.發(fā)電機(jī)2.電動(dòng)機(jī)三、功率方程發(fā)電機(jī)：三、功率流圖電動(dòng)機(jī)：發(fā)電機(jī)：（一）直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式一直流發(fā)電機(jī)

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：3.6

直流電機(jī)的運(yùn)行特性

（一）直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式一直流發(fā)電機(jī)供給2、并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足。3、串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足。2、并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足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)。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，（二）、直流發(fā)電機(jī)的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向1、電樞電動(dòng)勢和電動(dòng)勢平衡方程

為電樞回路總電阻，為正負(fù)電刷與換向器表面的接觸壓降。則電動(dòng)勢平衡方程為：電樞電動(dòng)勢：從方程式可見，直流發(fā)電機(jī)（二）、直流發(fā)電機(jī)的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向1、直流發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩。平衡方程為：2、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡方程電磁轉(zhuǎn)矩：直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流3、勵(lì)磁特性公式每極氣隙磁通直流發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩4、功率平衡方程原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率電磁功率機(jī)械摩擦損耗、鐵損耗、附加損耗。空載損耗包括：

電磁功率一方面代表電動(dòng)勢為的電源輸出電流時(shí)發(fā)出的電功率，一方面又代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)克服電磁轉(zhuǎn)矩所消耗的機(jī)械功率。電樞回路繞組電阻及電刷與換向器表面接觸電阻是的銅損耗輸出的電功率自勵(lì)發(fā)電機(jī)中還應(yīng)減去勵(lì)磁損耗4、功率平衡方程原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率電磁功（三）他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1、空載特性定義：當(dāng)、時(shí)，

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?？蛰d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（三）他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1、空載特性定義：當(dāng)2、外特性定義：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。2、外特性定義：當(dāng)、3、調(diào)節(jié)特性定義：當(dāng)、時(shí)，外特性曲線如圖所示

由曲線可見，在負(fù)載電流變化時(shí)，若保持端電壓不變，必須改變勵(lì)磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對(duì)對(duì)輸出端電壓的影響。（四）、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性

并勵(lì)的勵(lì)磁是由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵(lì)磁電流作用下建立的，這一點(diǎn)與他勵(lì)發(fā)電機(jī)不同。并勵(lì)發(fā)電機(jī)建立電壓的過程稱為自勵(lì)過程，滿足建壓的條件稱為自勵(lì)條件。3、調(diào)節(jié)特性定義：當(dāng)、1、自勵(lì)條件

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。在電動(dòng)勢作用下勵(lì)磁回路產(chǎn)生。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，電動(dòng)勢增大，增加。如此不斷增長，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。增大，場阻線變?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)。1、自勵(lì)條件曲線1為空載特性曲線，曲線2為勵(lì)磁可見，并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件有：2、空載特性

并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性與一般電機(jī)的空載特性一樣，也是磁化曲線。由于勵(lì)磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線只在第一象限。（1）電機(jī)的主磁路有剩磁（3）勵(lì)磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵(lì)磁繞組極性要正確可見，并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件有：2、空載特性3、外特性4、調(diào)節(jié)特性

并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電樞電流，比起他勵(lì)發(fā)電機(jī)僅僅多了一個(gè)勵(lì)磁電流，所以調(diào)節(jié)特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)的相差不大。

對(duì)并勵(lì)發(fā)電機(jī)，除了像他勵(lì)發(fā)電機(jī)存在的電樞反應(yīng)去磁作用和電樞回路上的電阻壓降使端電壓下降外，還有第三個(gè)原因：由于上述兩個(gè)原因使端電壓下降，引起勵(lì)磁電流減小，端電壓進(jìn)一步下降。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)相似，也是一條下降曲線。3、外特性4、調(diào)節(jié)特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電樞電流，比二、直流電動(dòng)機(jī)（一）、直流電機(jī)的可逆原理以他勵(lì)電機(jī)為例說明可逆原理：

一臺(tái)電機(jī)既可作為發(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。

把一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運(yùn)行，保持不變。

保持發(fā)電機(jī)的不變，減少原動(dòng)機(jī)的輸出功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)下降到一定程度時(shí)，使得，此時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電功率，原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率僅僅用來補(bǔ)償電機(jī)的空載損耗。繼續(xù)降低原動(dòng)機(jī)的，將有，反向，這時(shí)電網(wǎng)向電機(jī)輸入電功率，電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行。同理，上述的物理過程也可以反過來，電機(jī)從電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機(jī)狀態(tài)。二、直流電動(dòng)機(jī)（一）、直流電機(jī)的可逆原理以他勵(lì)電機(jī)為例說明可（二）直流電動(dòng)機(jī)的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向電機(jī)的基本方程如下：（二）直流電動(dòng)機(jī)的基本方程如圖規(guī)定各物理量的參考方向電機(jī)的（三）直流電動(dòng)機(jī)的工作特性（1）、轉(zhuǎn)速特性1、他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的工作特性定義：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。（三）直流電動(dòng)機(jī)的工作特性（1）、轉(zhuǎn)速特性1、他勵(lì)（并勵(lì)）直（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。（3）、效率特性定義：