第一章 直流电机.ppt

1、第一章 直流电机直流电机概述直流电机概述 直流电机的优缺点直流电机的优缺点优点：优点：1、直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑、控制简单。2、直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。3、直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。缺点：缺点：1、由于存在换向器，使得制造复杂，维护困难。2、相比于相同容量的三相交流电机，体积大，重量大，造价高。3、电源不易取得。需要有直流电源配套装置。所以，在普通的直流电机已在大多数应用场合被交流电机取代那我们为什么还要学习直流电机？（1）有一些特定的场合直流电机仍有应用（如钻井平台），工作后仍要面对。（2）采用电力电子开关换向的无刷直流电机，在生产生活

2、中应用非常广泛。（3）现代交流调速的理论是基于直流电机的模型发展而来的，只有学好直流电机的原理，才能更好地理解交流电机的调速理论。1-1 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理 至今保留在美国麻省理工学院至今保留在美国麻省理工学院 的由爱迪生发明的一种直流电动机的由爱迪生发明的一种直流电动机直流电机的物理模型分析电机的工作原理、结构和控制电机时，首要的问题是了解电机的磁场。电机是以磁场为媒介、机械能和电能相互转换的电磁机械。理想情况下，直流电机的磁场是由主磁极产生的恒定磁场直流发电机的工作原理 dcbaedcbai线圈中：感应电动势线圈中：感应电动势与电流同向与电流同向线圈中的电磁力与F

3、相反，起制动作用只要ab仍在N极下，上述量的方向不会改变，但大小会如何变？此位置各量大小最大，然后越来越小，到何时最小？此时，发电机发出的电压为零。abcdeabcdi线圈中：感应电动势线圈中：感应电动势与电流同向，但与上与电流同向，但与上一种情况相反一种情况相反线圈中的电磁力与线圈中的电磁力与F相反，起制动作用相反，起制动作用线圈中电流反了相，但N极和S极下的导体的电流方向变了吗？直流发电机的工作原理原动机带动发电机转，发电机发电给外电路，实现机电能量转换，这一过程中主磁极起什么作用？有没有参与能量转换？2222Pf vBli vBli rT电磁力做功率：为负的功率，表示这个电磁力是吸收功率

4、，吸收的功率哪里去了？发电机输出的电功率：2ePe iBlv i载流线圈在磁场中受到电磁力，通过电磁力的作用使之从轴上吸收机械能，在磁场的作用下将之转换为电能输出。为正的功率，表示发电机向外电路输出功率，这个功率是从哪里来的呢？直流电机作发电运行时的特点（1）线圈内的感应电势ea和感生电流ia是交流电；换向片（通过电刷）起“整流”作用。（2）电枢电势ea与电枢电流ia的方向始终相同，电枢电势供出电能，是电源电势，转子机械能转化成电能输出。（3）从空间上看，N、S极下的电枢电流ia方向保持不变（正确），因此由电枢电流建立的电枢磁场是恒定磁场。（正确吗？）（4）电枢线圈的载流导体在磁场中受力产生电

5、磁转矩T，T的方向与电枢转向相反，是具有制动性质的阻力转矩。（6）线圈的端部不切割磁力线，也不产生感应电动势，只是起结构和电路的连接作用。所以应尽可能地缩短。（5）主磁场的媒介作用。参与机电能量转换吗？没有行吗？（7）单线圈发电波动较大，e也较小。（为什么？）B小，l也小。电枢模型直流电动机工作原理线圈内电流方向、感应电动势的方向，电磁力的方向直流电动机运行时的特点直流电动机运行时的特点（1）外部输入的是直流电，而线圈内是交流电。换向片（与电）外部输入的是直流电，而线圈内是交流电。换向片（与电 刷配合）起逆变作用。刷配合）起逆变作用。（2）ia与与ea方向始终相反。方向始终相反。ea从外加电源

6、吸收电能，从外加电源吸收电能，ea是反是反 电势；电势；（3）由电枢电流）由电枢电流ia建立的电枢磁场是恒定的；（对于单个线圈来建立的电枢磁场是恒定的；（对于单个线圈来说，不对，但对由多个线圈构成的电枢来说，是正确的。）说，不对，但对由多个线圈构成的电枢来说，是正确的。）（4）T的方向和电枢转向一致，是驱动转矩。的方向和电枢转向一致，是驱动转矩。（5）磁场的作用也是媒介作用。）磁场的作用也是媒介作用。（6）为了产性恒定的转矩，必须要有多个线圈，为了多出力，应）为了产性恒定的转矩，必须要有多个线圈，为了多出力，应加大磁场，应有转子铁心。加大磁场，应有转子铁心。直流电机的结构直流电机的结构简图直流

7、电机的主要结构直流电机的结构主磁极换向磁极电刷装置机座端盖定子转子电枢铁心电枢绕组换向器转轴直流电机直流电机直流电机的主要结构直流电机的主要结构气隙主磁极主磁极的作用是建立磁场，包括主极铁心和励磁绕组两部分，主极铁心用钢板叠压而成。小容量直流电机主磁极可采用永磁磁极，无电励磁绕组。换向极又称附加极，装在相邻主极的几何中心线上，用于改善直流电机的换向。包括铁芯和绕组两部分。铁芯用整块钢或钢片叠成。机座既是磁通的通路又起固定作用，导磁性好又要有足够的导磁面积还得有足够的机械强度和刚度。铸造的，也有用薄钢板冲片叠成的，为什么可以？电刷与换向器配合，实现整流和逆变电刷实物转子铁心电机主磁路的一部分，为

8、减少电枢铁心的涡流及磁滞损耗磁滞损耗（？）通常用0.5mm厚的双面涂漆的硅钢片叠压成圆柱型（与定子铁芯的区别），中心有孔，装置转轴，表面均布轴向槽，用来嵌放电枢绕组。转子铁心与电枢绕组及换向片转子铁心与电枢绕组电枢绕组产生感应电势和电磁转矩、实现机电能量转换的关键部件。电枢绕组真实的绕组自动下线焊接真正的转子换向器与电刷相配合，实现整流、逆变作用，由许多彼此绝换向器与电刷相配合，实现整流、逆变作用，由许多彼此绝缘的铜换向片组成缘的铜换向片组成气隙：磁极和电枢之间的间隙，主磁路的一部分，气隙磁场是电机进行机电能量转换的媒介，气隙的大小对电机的运行性能有很大的影响。过大有什么不好？过小又有什么问题

9、？过大会导致励磁电流过大，而过小则容易受齿槽效应的影响而起动困难，另外安装困难。三、直流电机的额定值额定状态：电机在运行时，若各物理量都符合它的额定值，则称该电机运行于额定状态。电机的额定值：电机制造厂根据国家标准及电机设计的数据，对每台电机在运行中的有关物理量（电压、电流、功率、转速等）所规定的保证值。额定值一般标志在电机的铭牌上，故又叫铭牌值。1 1、额定功率、额定功率 P PN N：额定状态下运行时，电机的输出功率。对发电机而言，是指从发电机引出端输出的电功率，对电动机而言，是指从它的转轴上输出的机械功率。单位为W或kW。2 2、额定电压、额定电压 U UN N：指额定状态下电机出线端的

10、电压，单位为V。3 3、额定电流、额定电流 I IN N：指额定状态下电机出线端的电流值，单位为A。在实际运行中，电机的电流等于额定电流称为满载运行；大于额定电流称为过载或超载；小于额定电流称为欠载或轻载。4 4、额定转速、额定转速 n nN N：指额定状态下运行时转子的转速，单位为r/min。还有一些，例如 N、N、TN、IfN等，不一定都标在铭牌上注意注意:1、直流发电机:PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。PNUNIN；2、直流电动机，PN是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率N存在。PNUNINN。铭牌数据各种直流电机与铭牌数据各种直流电机与铭牌数据本节要点 理解直

11、流电机的工作原理（发电、电动）注意判断几个方向：电枢电流感应电动势、电磁转矩、转向、主磁极。理解机电能量转换的过程及磁场所起的作用。掌握直流电机的结构及各部分的作用主磁极、电枢绕组、电枢铁芯、机座、换向器和电刷的作用。它们的构成各自有什么特点，要知道原理。额定功率是指电机的输出功率1-2 直流电机的电枢绕组真实的绕组元件：元件：构成绕组的线圈称为元件。可以是单匝，也可以是多匝。元件的两条边分据电枢槽的上、下层；两个引出端分别称为元件的首末端，分别连接两个换向片。元件元件 电枢绕组有两个作用，一是产生感应电动势，二是产生电磁转矩，是进行机电能量转换的重要部分。要求:能通过规定的电流 产生足够大的

12、感应电动势和电磁转矩。省材料、强度高、运行可靠、结构简单、下线方便 分类:迭绕组(单迭绕组和复迭绕组)波绕组(单波绕组和复波绕组)混合绕组(又称蛙形绕组)其中最基本的是单迭和单波绕组 槽数，用z来表示极对数，用p来表示极距：极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，通常用槽数来表示。pz2单迭和单波绕组及其节距第一节矩y1：同一元件的两个有效边在电枢表面所跨的距离，通常用槽数来表示合成节矩y：直接相连的两个元件的对应边在电枢表面的距离，通常用槽数来表示选择的原则：应使每个元件的感应电动势和电磁转矩尽可能地大，所以应接近或等于一个极距。等于极距，称为整矩绕组；小于极距，称为短距绕组；大于极距

13、，称为长距绕组。短距绕组端部接线短，省铜且利于换向，常用。哪种节距的元件产生的感应电动势最大，为什么？换向器矩yk：每个元件的首末端所连接的两个换向片在换向器表面上的距离，通常用所跨的换向片数来表示用槽数表示的y和用换向片表示的yk在数值上是相等的两个直接串联的后一个元件的端部是紧叠在前一个元件的端部上，所以称为“迭”绕组。因为同一元件的换向器节距为1，所以称为“单迭”绕组。例1-1 某直流电机的极对数p=2，槽数z、元件数s和换向片数k为16，试绕成单迭绕组。（1）计算绕组数据单迭，y=yk=1，y1=4，整距绕组。（2）画绕组展开图 槽按轴向展开俯视图并编号展开,编号;放元件;元件接到换向

14、片;放主磁极,放电刷;思考1：观察一下电刷的位置，这个位置是最佳的吗？为什么？（以电动机为例说明）电刷应放在被其所短路的元件电动势为零的位置，使其中心线与磁极中心线重合。思考2:有多少条并联支路？放错了电刷使得电机输出电磁转矩降低，甚至转不起来。使电机发热，可能烧坏电机。？12ii 电刷放在几何中性线上，并不代表电刷的实际位置，而是指被电刷短路的元件的两个有效边处于几何中性线。单迭绕组的并联支路数等于极数，并联支路对数等于极对数：a=p。除了被电刷短路的元件，各元件的电流均相等电机出线端的电流Ia与每个元件中的电流ia之间的关系为：Ia=2aia思考：2a条支路，有没有可能不并联？没有可能，假

15、设A1与A2不并联，则A1-B2支路与A2-B1两条支路串起来，有什么后果？单波绕组并联支路对数单波绕组并联支路对数a为为1，适用于高压小电流电机，适用于高压小电流电机例2：某直流电机，极对数为p，电枢回路总导体数为N，每个元件有n匝，单叠绕组，则：每条支路的串联导体数为多少？每条支路的串联元件数是多少？导体：元件一个有效边中的一匝导线总导体数：2n倍的总元件数，z倍的每槽导体数每条支路串联支路数：N/2p每条支路串联元件数：N/2p/2n本节要点 掌握相关的术语及其意义极对数、槽数、极距、节距（第一、合成、换向器）、短距、长距、整距、并联支路对数。理解电刷的位置 了解单叠绕组和单波绕组并联支

16、路对数、适用场合1-3 直流电机的磁场直流电机的励磁方式电枢绕组与励磁绕组分别由两个独立直流电源供电;励磁电流不受电枢端电压和电枢电流影响;电机出线端电流等于电枢电流;永磁直流电机可看作他励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联,同接到一个直流电源上；电机出线端电流等于电枢电流与励磁电流之和（差）：I=IaIf（和？差？额定电流是指？）励磁绕组与电枢绕组串联后接到同一直流电源上；电机出线端电流、电枢电流、励磁电流三者相等：I=Ia=Is电机主磁极上有两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，称为并励绕组Nf，一个与电枢绕组串联，称为串励绕组Ns；Ns接在里面为长复励（虚线），接在外面为短复励（实线）；两绕组产

17、生的磁动势一致，为积复励，不一致，为差复励。说明：1.额定电压与额定电流2.并励和他励绕组中的电流小(15%IN)，导线细，匝数多，而串励绕组的电流近似为IN，导线粗，匝数少。空载磁场分布空载即电机运行时，电枢电流为零或接近于零的情况。不是指电机停转的情况。（空车）空载？为何要研究空载磁场？电枢有电流时，电机的磁场由两部分电流产生，即励磁电流和电枢电流，是两个磁动势共同作用产生的磁场。可否用叠加原理分别求出每个磁动势产生的磁场，然后将磁场叠加？（类比电路中两个电压源产生的电流）空载磁场分布主磁通经主极铁心、气隙、电枢铁心和机座构成磁回路；与励磁绕组和电枢绕组交链，产生感应电动势和电磁转矩漏磁通

18、仅交链励磁绕组本身，不交链电枢绕组，不能在电枢绕组中产生感应电动势和电磁转矩。主磁通所走的路径，称为主磁路，气隙小，磁阻小；漏磁通所走的路径，称为漏磁路，气隙大，磁阻大。故主磁通比漏磁通大得多。磁力线为何不穿过中心？理解铁磁材料的作用，利用其高导磁性，按需要构建磁场分布主磁路与漏磁路是串联还是并联？气隙中主磁场磁密的分布有没有问题？忽略了切向磁场，只考虑了径向磁场。为什么可以这样做？xBtBxBBxftBBtf由此可见，法向气隙磁场产生切向力，切向力产生有效电磁转矩切向气隙磁场产生法向力，法向力产生不产生有效电磁转矩，从传统电机观点上看，切向磁场是没有用的，所以只研究法向磁场。可否利用切向气隙

19、磁场？可以，试想，如果下面的法向力都向上该多好？可实现磁悬浮电机。设电枢表面为x轴，主磁级轴线为纵轴，电枢长度为l，则：xxdB ldx 空载时每极主磁通为：2220222xxxavdB ldx lB dxBl 221avxBB dx当电枢长度确定后，每极主磁通只与B0(x)与x轴所围的面积成正比，与其波形无关。这是一个重要结论！主磁通回路按截面积和材料不同，可分为五段：电枢铁心、极靴、极身、定子磁轭、气隙。四段铁心的截面积相近，磁导率也相近，可近似看作一段，整个主磁路由两段构成，一段是铁心，一段是气隙0()mFemfffRRFN I由磁路的基尔霍夫第二定律可知：在励磁绕组匝数一定的情况下，励

20、磁磁动势与励磁电流成正比，所以，电机的磁化曲线可表示为：0()ff F 0()ff I 或 000ffffFeFemFemFeFeFeFeFFN IllllRRAAAA 电机的磁化曲线只与结构和材料有关，与励磁方式无关励磁电流较小时，铁心磁导率很大，磁动势主要消耗在气隙上，OB为气隙线0000fffffFemFemFeFeFFFN IllllRRAAAA 励磁电流增大到一定程度，铁心饱和，磁阻增大，磁化曲线离开气隙线而转弯，呈非线性。为有效利用材料，额定运行N的一般设计在A点思考1：这条磁化曲线与铁磁材料的起始磁化曲线有何不同？为什么？思考2：于A点增大一点励磁电流，磁通会不会成比例增加？减少

21、励磁电流呢？三、直流电机负载时的磁场负载时，电机的磁场由两部分磁动势产生：由励磁电流If产生的励磁磁动势Ff由电枢电流Ia产生的电枢磁动势Fa这两个磁动势不易叠加。如果电机的磁路不饱和，可否分别求出这两个磁动势产生的磁场，然后把磁场叠加？励磁磁动势产生的磁场就是空载磁场B0(x)，已经求出，如能求出电枢磁动势产生的磁场Ba(x)，则可求出负载时的磁场。一个规定：磁动势和磁密的正方向，以磁力线由电枢出来进入磁极时为正，磁力线从磁极出来进入电枢时为负。三条假设：电刷位于几何中性线上，电枢表面光滑（不计齿槽效应），电枢导体均匀地分布在电枢表面。从一电刷展开，取一主磁极中心线与电枢表面交点为坐标原点离

22、原点x处作一对称闭合磁回路，有：Hli同一极下这些导体电流是否相等？磁路不饱和时，铁心磁阻小，磁动势主要消耗在气隙上2axHlH2()aHxi()aB x要求须先求()aH x由0()()aaB xHx关键是：i一共有N根导体，均匀分布在直径为Da的电枢表面，那么长度为2x的电枢表面，一共会有多少导体？2aNxD2aaNiixD所以，一段气隙上的磁压降为：即：1()()2aaHxF xi()aaaNiF xxD000()1()()aaaaaF xNiBxHxxD 电枢磁动势不计及饱和影响，每极主磁通如何变化？计及饱和呢？B为矢量，为何可以代数相加？电枢电流所产生的电枢磁动势将对气隙中的主磁场产

23、生影响，我们把这种影响称为电枢反应。矢量若方向一致，可以直接代数相加，如同一方向的力可直接相加。电刷位于几何中性线上1.气隙磁场发生畸变，对电动机而言，前极尖磁场被加强，而后极尖磁场被削弱。发电机则相反。2.物理中性线发生偏移，气隙中各点磁密为零的连线称为物理中性线。空载时物理中性线与几何中性线重合。负载时，对电动机而言，物理中性线逆转角度，发电机则顺转角度3.对每极磁通的影响，电枢反应会使每极磁通减少，即具有去磁作用。电枢磁场与主磁场轴线正交，称这时的电枢磁动势为交轴磁动势，它对主磁场的影响称为交轴电枢反应电刷不在几何中心线的电枢反应说明：书中关于电刷正向转动，逆向转动助磁或去磁的问题，会分

24、析，但不必死记。本节要点 掌握励磁方式，不同励磁方式的励磁绕组有何特点 空载磁场的分布及电机的磁化曲线一个重要的结论。理解电枢反应交轴电枢反应有不考虑饱和时和考虑饱和时有何不同。直轴电枢反应的作用。1-4 直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率电枢电动势是联系电路与磁场的物理量；电磁转矩是联系电能与机械能的物理量；是电机中重要的两个物理量。从一对正负电刷之间引出的直流电动势Ea称为电枢电动势。它是一条支路内所有串联导体电动势之和。一、直流电机的电枢电动势和的平均值等于每一个加数的平均值之和。avaeaNE2nCnapNnpllaNvlBaNeav6060222电动势常数电枢电动势Ea是串联导

25、体感应电动势之和的平均值。思考：不计饱和，交轴电枢反应对电枢电动势有何影响？计及饱和呢？直轴电枢反应呢？Ea与成正比，与磁密的分布无关，因为Ea本身就是一个平均值。但磁密的波形会影响什么呢？二、直流电机的电磁转矩 电枢上所有导体产生的平均电磁转矩之和，等于一根导体产生的平均电磁转矩乘以总导体数NM2222222avavaaaaDpTNfNBl iIppNNlICIlaa 转矩常数 Ce和CM都是取决于电机结构的参数，对于一台确定的电机，它们是常数。二者之间的关系为：609.552MeCC与成正比，与磁密的分布无关，因为本身是一个平均值。但磁密的波形会影响什么呢？三、直流电机的电磁功率 在电磁感

26、应作用下，电能和机械能相互转换的功率称为电磁功率，用PM来表示。602MaaeaeaPE ICn ICIT 电动机：从电源吸收电功率EaIa，通过电磁感应作用转换成轴上的机械功率T发电机：从原动机吸收的机械功率T，通过电磁感应作用转换成电枢回路的电功率EaIa，1-5 直流电机的运行原理一、直流电动机的基本方程式分析完了磁场的分布和磁场对电和机械量的影响，现在开始学习电路中的各物理量的关系、机械运动中各物理量的关系及能量流动的关系基本方程式。电量和机械量之间的关系工作特性。电动势平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式列写方程式，必须先规定正方向！直流电动机惯例1.U与I、Ia、If呈关联参

27、考方向；2.Ea与Ia方向相反，是反电势；3.T与n相同，是驱动转矩，轴上的机械负载转矩T2和空载转矩T0均与n相反，是制动转矩。电动势平衡方程式（实际上就是电压回路方程）：电枢回路：)(RRIEUaaaRa为电枢绕组电阻与电刷接触电阻之和；R为电枢回路中的调节电阻；在电动机中，端电压U必须大于反电势Ea，转速公式为：()aaeUIRRnC励磁回路：ffffRIrrIU)(rf为励磁绕组电阻；r为励磁回路中的调节电阻；Rf为励磁回路的总电阻；转矩平衡方程式（电机恒速旋转，转矩须平衡）：20zTTTTTz=T2+T0为总的负载转矩直流电动机稳定运行时的电枢电流为：zaMTIC每极磁通不变的情况下

28、，稳态电枢电流由总负载转矩决定。为消耗在电枢回路总电阻上的损耗功率平衡方程式：12()()afaaaafa aaafMcuacufPUIUIUIEIRRIUIE IIRRUIPpp0202)(pPTTTIEPaaM2()cuaaapIRRcuffpUI为消耗在励磁回路总电阻上的损耗，称为励磁损耗2P为轴上输出的机械功率 为电机本身的空载损耗，包括铁耗pFe、机械损耗p和附加损耗p，即：0p0Fepppp所以，并励直流电动机的功率平衡方程式为：122FecuacufPPpppppPpcufcuapppppFe212(1)pPPPp电机的效率为：思考：为什么铁耗在电磁功率之内？电动机从电源吸收的总

29、的电功率为P1，一部分消耗在电枢回路的总电阻上，一部分消耗在励磁回路的电阻上，剩下的转化成机械能，是电磁功率PM。电磁功率要克服轴上的磨擦和一系列杂散损耗，还要克服铁耗，为什么呢？铁耗是由于电枢转动使电枢铁心磁场的发生变化而铁磁材料用磁滞和涡流效应来阻碍这种变化引起的。是指在一定的条件下，转速n、电磁转矩T和效率随输出功率P2而变化的关系。即二、工作特性)(,2PfTn或)(,aIfTn1.他励和并励直流电动机的工作特性fNfNIIRUU,0,时)(aIfn 的关系为转速特性转速特性。aNaaNaNNICeRnICeRCeUn0理想空载转速IanaNaaNaNNICeRnICeRCeUn0n0

30、是一条下降的直线，Ra很小，所以n下降不多。考虑电枢反应去磁，下降更少，可能上升思考：如果并励和他励直流电机在运行过程中，励磁线突然断了，会发生什么问题？空载或轻载会飞车，满载会使电机停转，烧坏电机。Ia TfNfNIIRUU,0,时)(aIfT 的关系为转矩特性转矩特性aNMICT考虑电枢反应的去磁作用，曲线有所下降Iann0课堂练习：1-26当 时，()af I的关系叫效率特性效率特性0,0,fNNIRUU12(1)100%(1)100%()cufFeaaNafpPppppI RUIIcufFepppp为不变损耗aacuaRIp2为可变损耗Ia效率曲线存在一个最大值 NfNII忽略励磁电流

31、Ia0adId令 可得aaadmecFecufRIpppp2结论：当电动机在某负载下不变损耗等于可变损耗时，此时效率最高。推论：（1）额定运行时总损耗:（2）可从额定数据来估算电枢回路总电阻。aNRIp22221NNNNaIPIUR2.串励直流电动机的工作特性,0,NfaUURII时)(aIfn 的关系为转速特性转速特性。串励电动机的特点 ，fffaK IK I faIIINasNaNaaeeefaefeaeURRURURnICCC K IC KC IC根据转速公式，可得串励电动机不允许在小于1520的额定负载下起动。IanIa T如果磁路不饱和，根据转矩公式：2MaMfaaMaTCICKII

32、C I 特点：串励电动机有较大起动转矩与过载能力。结论：适用于重载起动的场合，不允许在空载和很轻负载下运行。,0,NfaUURII时)(aIfT 的关系为转矩特性转矩特性例 题1某并励直流电动机额定数据如下：,440,96VUkwPNN.500,5,255rpmnAIAINfNN电枢回路总电阻078.0aR，电枢反应忽略不计。试求：（1）额定运行时的输出转矩NT和电磁转矩T；思路：额定运行是什么意思？所有物理量都处于额定状态。要求转矩，额定转速有了，关键要求出相应相应的功率即可。电动机的额定功率是指？额定状态电动机轴上输出的机械功率电磁转矩对应的是电磁功率。电磁功率可从电路中求解，求IaN和E

33、aN。也可利用功率平衡方程式求解。可直接利用电磁转矩公式求解。关键是记住CM和Ce关系（2）理想空载转速 与实际空载转速 ；0n0n理想空载是指电枢电流为零的理想情况。实际空载是指由于T0的存在，即使T2为零，电枢电流也不为零0NeNUnC?eNC aNNaNaeNNNEUIRCnn00NaaeNUI RnC0?aI00aMNTIC0NTTT思考：所求的T0是额定状态时的，用来求空载电流，对吗？注意书中的一句话：主磁通主磁通不变且不变且n变化不大变化不大。（3）额定运行时突然在转子回路中串入 的电阻，串入初瞬时的电枢电流和转速各为多少？122.0R意味着转速等机械量没有变化，而电磁量已完成过渡

34、过程，如风扇在刚打开开关时。电机转速保持额定转速不变，则感应电动势变不变？97.5ANaNaaUEIRRrpmnnN500由于负载不变，故而由MNaTCI可知稳定后的电枢电流为：AIIaNa250rpmCRRIUCEnNeaaNNNea7.463)(转速：（4）总负载转矩不变，串入 且稳定后的电枢电流和转速各为多少？R结论：1.在不计饱和情况下，电枢电流取决于总的负载转矩，与转速无关。2.在电枢回路串入电阻，可以改变电机的转速。3.系统的输入功率不变，输出功率变小，那部分功率哪里去了？这种调速方法的代价是降低效率。本节要点 掌握直流电动机惯例、三个平衡方程式、转速公式、电流公式、直流电动机的功

35、率流动关系 并励和他励直流电机的转速特性、转矩特性、效率特性。一条重要注意事项：电机运行中励磁不能断线。利用额定值来估算电枢绕组电阻。串励直流电机的转速特性、转矩特性及这种电机的适用场合（牵引机械和重载起动）。串励直流电机不允许工作在空载或很轻负载状态。（额定电压条件下）1-6 直流发电机的运行原理一、直流发电机的基本方程式电动势平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式直流发电机惯例1.U与I、Ia呈非关联参考方向，但与If仍是关联参考方向；2.Ea与Ia方向相同；3.空载转矩T0和电磁转矩T与n方向相反，是制动转矩；原动机输入的驱动转矩T1与n相方向相同。ffffaaaRIrrIURIUE

36、)(电动势平衡方程式（实际上就是电压回路方程）：01TTT转矩平衡方程式（电机恒速旋转，转矩须平衡）：MFePpppP12Ma acuacufPTE IppP 功率平衡方程式：1100()MPTTTPp%100)1(112PpPPppppppFecufcua0UfI平均线二、直流发电机的运行特性1.他励直流发电机的空载特性转速n=常数，发电机输出端开路（I=Ia=0），电枢空载端电压U0与励磁电流之间的关系：U0=f(If)剩磁电压rU0UfU他励并励U0U0I2.他励直流发电机的外特性发电机的转速n=nN，励磁电流If=IfN不变，发电机端电压与线路电流I之间的关系U=f(I)他励：aaaI

37、 RIIU aaaeaaUEI RCnI R 并励（保持励磁回路电阻不变）：aaafI RIIUI 课堂练习：1-323.并励直流发电机的空载自励过程一定导致磁通增加吗？不一定，只有励磁电流产生磁通方向与剩磁一致才可以这一过程是否会无休止进行下去？如何保证励磁电流产生的磁通方向与剩磁一致？如不一致，单独改变转向或励磁绕组接法。自励建压的稳定工作点dtdILRIUffff0)(10ffffRIULdtdI0fdIdtfI 自励建压过程仍在继续，图中A点以下0fdIdtfI不变，自励建压稳定于A点自励建压的稳定工作点即为空载特性与场阻线的交点。Rf变大，n不变n变大，Rf不变自励条件：1.必须有剩

38、磁；2.励磁绕组的接法与发电机的转向相配合保证励磁电流产生的磁通方向与剩磁一致；3.Rf不能太大，n不能太低思考：如何才能使并励发电机发出的电压反向？习题33、34、25本节要点 掌握直流发电机惯例、三个平衡方程式直流发电机的动率流动关系 并励和他励直流发电机的空载特性、外特性 并励直流发电机自励条件 1-7 直流电机的换向1.什么是换向？元件中电流改变方向的过程。正在换向的元件，称为换向元件；换向过程经历的时间，称为换向周期。2.元件中电流改变方向，在元件中会不会产生感应电动势？电流从ia变为-ia，在这一过程中，元件中会产生感应电动势阻碍电流的变化，这个电动势称为电抗电动势er，其方向是？

39、与换向前电流方向相同。对于发电机，电抗电动势的方向？电动机呢？电抗电动势的大小与什么因素有关？电枢电流的大小，换向周期的长短，即转速。电机的负载越重（即电枢电流越大）或转速越高，电抗电动势越大。旋转电动势ea导体在磁场中运动，切割磁力线，会产生感应电动势，换向元件会不会切割磁力线？换向元件被电刷短路，而电枢反应的磁场恰好是与电刷连线同方向。所以，导体会切割磁力线，换向元件中会有旋转电动势产生。对于发电机，旋转电动势的方向？电动机呢？NS思路：先判断转向，再判断旋转电动势方向。转向根据电流产生的电磁转矩方向来判断。结论：无论对于发电机还是电动机，旋转电动势的方向仍然与换向前元件电流的方向一致。元

40、件中的电动势在换向过程中起什么作用？在换向回路中产生感应电流，阻碍换向，一旦换向即将完成，元件从被电刷短路状态变为开路，此时，元件中存储的能量将变成火花释放出来。危害：损坏电刷及换向器表面，损伤电机；电磁干扰；容易引起爆炸。改善换向的方法增大换向回路电阻、装换向极换向极作用原理：在换向元件处建立一个磁动势，不仅仅用来抵消电枢反应磁动势，而且在气隙中建立一个磁场，使换向元件切割磁力线后产生的感应电动势抵消电抗电动势，即ek-er=0换向极的要求：（1）装在几何中性线处；（2）换向极的极应产生与电枢反应磁动势相反的磁动势；（3）换向极绕组与电枢串联，且换向极磁路应不饱和课堂练习：1-36，1-37

41、，1-38本节要点 了解直流电机的换向过程 了解直流电机换向引起的问题及应对的策略 换向极工作的原理及要求本节小结 直流电机的工作原理、结构 直流电机的磁场（励磁方式、空载磁场、电枢反应）直流电机三个重要的物理量的公式 直流电动机的三个平衡方程式、转速特性、转矩特性、效率特性。两个重要的注意事项。直流发电机的平衡方程式、空载特性、外特性及自励过程。直流电机的换向。1一台并励直流电动机，若电源电压和励磁电流不变，当加一恒转矩负载后，发现电枢电流超过额定值，有人试图在电枢回路中串入一个电阻来限制电流，能达到目的吗？串入电阻初瞬，电动机输入功率及电枢电流将增大还是减少？稳定后电机的输入功率、电枢电流、转速和效率将如何变化？2.一台并励直流电动机拖动恒转矩负载，如果将电源电压降低20%，则降压初瞬，电机的电枢电流将如何变化？稳定后电机电枢的电流为_倍的额定电流。（假设磁路不饱和）3.对于他励直流发电机而言，输入功率与电磁功率之差为_，对于他励直流电动机而言，输入功率与电磁功率之差为_。4.某他励直流电动机额定运行且正转时，转速为1500r/min，现保持电枢端电压不变U=UN，电枢电流不变I=IN，励磁电流大小不变If=IfN，电枢回路处接电阻R=0不变而只改变励磁电流的方向，使电机反转，发现其转速变为1520r/min，试分析转速升高的原因。