1、前言主要内容：1)电机的基本理论及应用（能量转换）2)电机及拖动系统的静、动态特性3)拖动系统的速度调节及其特性4)电机容量选择主要特点：电机是一种电磁结构设备，运行中，既遵循磁路定律，又遵循电路定律，在拖动系统中满足能量守恒定律。前言二基本电磁定律URI电阻(电抗)：UI R 电压：dewdt 电势：E UIR电流：FW I磁势：mmFUR磁通：1mFLRA磁阻：mmUR 磁压：在电路中：在磁路中：前言1)全电流定律1H dLI 12NkkHLII W（或）1NkFR 当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋定则时，其电流为正，否则为负。2)磁路欧姆定律：前言3)电磁感应定律：eU4)回路定律：
2、eBLVdewdt e方向：由右手螺旋定则确定RiLeuL5)电磁力定律：fBLif的方向由左手定则确定上述基本定律要求熟练掌握，准备使用。前言三电机分类电机变压器旋转电机控制电机直流电机交流电机同步电机异步电机变压器：把一种电压等级的电能变为另一种电压等级的电能。发电机：把机械能转换为电能。电动机：把电能转换为机械能。前言四学习方法明确物理概念，注重工作原理和运行特性，通过习题和实验消化所学内容。第一章直流电机原理第一节 直流电机用途、结构及原理第二节 直流电机的空载磁势第三节 直流电机的电枢绕组第四节 直流电机的电枢反应第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩第六节 直流发电机第七节 直流电动
3、机第八节 直流电机换向简介 第一节直流电机用途、结构及原理一.直流发电机的工作特性 发电机是将机械能转换为电能，故必须原动机拖动发电机。设此发电机在原动机拖动下，以逆时钟旋转。第一节直流电机用途、结构及原理 当转子（电枢）旋转在图位置时：abcdeeAB导体电势：电刷“”电刷“”当转子（电枢）旋转在图位置时：abcdeeAB导体电势：电刷“”电刷“”12ABABee 由上述分析可见：导体中的电势是交变的 电刷两端的电势极性是恒定的（直流）为什么是直流电势是电刷与换向器的共同作用的结果第一节直流电机用途、结构及原理换向器的作用：在直流发电机中，换向器将绕组中的交变电势变为电刷间的直流电势（整流作
4、用）。()()LVeBLVeBBBfef wt电势波形分析：设导体有效长度为，速度为恒速，由可知，的波形 由磁密 确定。在气隙空间分布波形为、。第一节直流电机用途、结构及原理二直流电动机的工作原理fBLi 直流电动机与直流发电机的结构一样，但是直流电动机是将直流电能转换为机械能的装置，故要加直流电源。载流导体在磁场中产生电磁力：电磁力的方向由左手定则确定：第一节直流电机用途、结构及原理 当电枢线圈位于图时，其等效为下图niabfcdfe第一节直流电机用途、结构及原理当电枢线圈位于图b时，其等效为下图nicdfabfe第一节直流电机用途、结构及原理直流电动机中换向器的作用：将电刷端的直流转换为绕
5、组中的交变 电流（保证其转矩方向不变）。UifBLiMn 工作过程：在电刷端加直流载流导体产生电磁力 形成力矩带动生产机械做功。1,()e in M外总结：1.直流发电机：）机械能转换为电能 2）换向器将绕组中的交流变为电刷间的直流 3）发电机中的电势为电势源（同方向）4）发电机中的转矩为制动力矩，与相反第一节直流电机用途、结构及原理直流电动机：1)将电能转换为机械能2)换向器将外加直流转换为绕组中的交流3)电动机中的电势为反电势与电流方向相反4)电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向第一节直流电机用途、结构及原理三直流电机的结构由两大部分组成定子部分转子（电枢）部分（一）定子结构 定子作用：产
6、生磁场，支撑电机及配件。并励直流发电机功率流程图：电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向1-2、1-3、1-4、1-9、1-10、1-13、1-141、2、316 表示元件上层所在槽号P33换向极：用来改善换向，减少电刷与换向器间的火花，装于两主磁极间（可以是主极数的一半）换向极绕组匝数少，线径粗。电枢反应小结：第一节直流电机用途、结构及原理第一节直流电机用途、结构及原理第三节 直流电机的电枢绕组所以其外特性是一条下垂的曲线。转子也称为电枢。并励发电机除具备电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用使端电压下降的原因外，还具备因端压U的下降导致励磁电流下降，进一步使U下降的原因。图c串励直流发电机发电机必
7、须有剩磁（若无，可充磁一次）按励磁方式分类：第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向第七节 直流电动机第四节 直流电机的电枢反应第一节直流电机用途、结构及原理1.主磁极：产生磁场（成对出现）,可以是永久磁场,也可以在极身上绕绕组，通入直流电产生磁场。fi主磁极换向磁极电机外壳第一节直流电机用途、结构及原理磁极铁芯：用11.5mm低碳钢板冲压而成。（小型机可用整块铸钢制成）激磁绕组：用绝缘导线绕制而成。1s2s1N2N+-fUfI磁极N、S相间出现！第一节直流电机用途、结构及原理2.换向极：用来改善换向，减少电刷与换向器间的火花，装于两主磁极间（可以是主极数的一半
8、）换向极绕组匝数少，线径粗。3.机壳：固定主磁极，换向极，端盖等，同时又是磁路。用铸钢或厚钢板制成。4.电刷装置：接通外电路和电枢电路。第一节直流电机用途、结构及原理（二）转子结构 转子也称为电枢。电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。（1）转子铁芯：用0.350.5mm相互绝缘的硅钢片制成。电枢槽电枢绕组电枢齿电枢磁轭第一节直流电机用途、结构及原理（3）换向器：由相互绝缘的换向片组成。换向器的作用：在直流发电机中，将绕组中交流转为电刷间的直流 在直流电动机中，将电刷间直流转为绕组中的交流（2）电枢绕组：通过电流感应电势，能量转换的重要部件，是直流电机的主电路。用高强度绝缘漆包线
9、绕制。第一节直流电机用途、结构及原理四.直流电机的额定值 71(,),2()3()4(/)5(,)6eNNNNNNNNNNNNP w kwPU IPU IUVIAnr minMN m kg mP主要有：）额定容量输出功率 发电机：出线端输出功率 电动机：轴上输出功率 ）额定电压：）额定电流：）额定转速：）额定转矩：）额定效率：直流电机的主要系列：见教材 页。额定值：指电机在额定运行状态下各物理的数值 第二节 直流电机的空载磁势(ffffFN INI匝数，励磁电流）由F所产生的磁通主磁通：漏磁通：(80%)占以上(20%)大约直流电机空载时的磁势：空载磁场：指电机无负载时，由主极励磁绕组通入直流
10、所产生磁场。一.直流电机磁路、磁通和磁化曲线 一个主极所产生的磁势为：第二节 直流电机的空载磁势主磁通：交链电枢绕组的磁通（参与能量转换）漏磁通：只交链励磁绕组的磁通（不参与能量转换）其路径：气隙电枢气隙相邻磁极 磁轭气隙主磁路的磁势分析：设主磁路径如下图所示：定子磁轭磁极电枢齿电枢磁轭气隙第二节 直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：2222222(ottrtrtppststffffFHLHH LH LH LH LN IN总磁势：气隙磁势电枢齿磁势 电枢磁轭磁势 磁极磁势定子磁轭磁势 两极总磁势）(1-3)式中：励磁绕组匝数，I励磁电流mmBLH LLRsRS对于各段磁压降可写成：(1-4)式
11、中：磁导、磁阻、导磁体截面积第二节 直流电机的空载磁势()mffffRN iif I闭合回路磁势方程：（1-5）由(1-5)式可见，磁通 是励磁电流 的函数，即曲线1：气隙磁化曲线因气隙不存在饱和，故为直线（曲线2的切线）。曲线2：刚开始铁芯未饱和，呈直线关系，随后因铁芯趋于饱和，呈曲线关系。1.111.35mmacKabK饱和系数：表征电机饱和程度。一般取第四节 直流电机的电枢反应3）使主磁通有所减少（由于一般磁路都处于临界饱和）当电枢线圈位于图b时，其等效为下图第一节直流电机用途、结构及原理图b并励直流发电机第六节 直流发电机所以其外特性是一条下垂的曲线。定子作用：产生磁场，支撑电机及配件
12、。复励直流发电机简介（自学）第三节 直流电机的电枢绕组1）若不考虑磁路饱和，则增磁与去磁部分相等，如果考虑磁路饱和，则去磁部分大于增磁部分。并激直流发电机端电压的建立：Z=S=K=16，试绕制一单迭绕组同时认为全部磁势降在气隙中（即各处电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在还有复迭、复波绕组，主要对于单迭绕组。功率平衡方程式（能量平衡）例如：一台直流电机，极数2P=4直线换向、延迟换向、超越换向变压器：把一种电压等级的电能变为另一种电压等第二节 直流电机的空载磁势二.气隙磁密沿电枢表面分布波形设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）；同时认为全部磁势降在气隙中（即各处磁势相等）；气隙磁势磁密的
13、分布波形由下式确定：16ffBN IHB （1-6）式中：是常数（是空气隙）由（）式可知与气隙长度成反比。第二节 直流电机的空载磁势B最大，各处基本相同。B在靴处气隙显著加大，明显减少每极下平均磁通()Bf曲线是个钟形波。vBL （1-7）vB式中：每极平均磁密极距（相邻主极间的距离）在极轴两边气隙小且大小相差不大第三节 直流电机的电枢绕组 绕组是连接到换向片上的线圈总称。绕组分类：单迭绕组：单匝单迭元件多匝单迭元件后匝端有效边前匝端第三节 直流电机的电枢绕组单波绕组：还有复迭、复波绕组，主要对于单迭绕组。一.基本概念 1）极轴线：平分主极成左右两部分的直线。第三节 直流电机的电枢绕组NNSS
14、极轴线几何中性线第三节 直流电机的电枢绕组 2）几何中性线 相邻两主极的几何分界线。3）极距(ZPP相邻两主极在电枢圆周的长度，用 表，单位为槽:总槽数 磁极对数）主极极数2 4）绕组节距1y2yKy第三节 直流电机的电枢绕组111112yZyPyyy1第一节距：一个元件两有效边的距离。整距元件 长距元件 短距元件 通常使用短距元件，因为可节省铜导线，同时有利于改善电势波形。y2第二节距：第一个元件的下层边与紧接着串联的第二元件上 层边之间的距离。第三节 直流电机的电枢绕组121yyyy合成节距y：相邻两串联元件间的距离:在单迭绕组中。kyyk换向节距y：同一元件的首尾端在换向器的跨距。（单位
15、不同）第三节 直流电机的电枢绕组1211642413kZyPyyyyy计算节矩：整距绕组 在单迭绕组中 二.单迭绕组的绕制 例如：一台直流电机，极数2P=4 Z=S=K=16，试绕制一单迭绕组绕组连接顺序表：规定：元件号、元件上层边所在槽号以及该元件首端所接换向片均相同。1、2、316 表示元件上层所在槽号 1、2 、3 16 表示元件下层所在槽号 第三节 直流电机的电枢绕组绕组元件的连接顺序：第四节 直流电机的电枢反应第二节 直流电机的空载磁势并励直流发电机自励条件：第四节 直流电机的电枢反应第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩2）按图中标定的磁场、电流方向、发电机转速为逆时钟，电动机转速方
16、向为顺时钟方向。电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。发电机是将机械能转换为电能，故必须原动机拖动发电机。并励发电机除具备电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用使端电压下降的原因外，还具备因端压U的下降导致励磁电流下降，进一步使U下降的原因。1、2 、3 16 表示元件下层所在槽号第七节 直流电动机换向器的作用：直流电机磁路、磁通和磁化曲线第四节 直流电机的电枢反应电动机中的电势为反电势与电流方向相反设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）；二直流电动机的工作原理*物理中性线与几何中性线重合电刷在几何中性线时，只有交轴电枢反应第四节 直流电机的电枢反应第三节 直流电机的电枢绕组绕组展开图：第
17、三节 直流电机的电枢绕组电刷具体放置方法：应放在元件轴线与主极轴线重合的元件所接两换向片之间，且电刷中心线与两换向片中心线重合（即被电刷短路的元件其瞬时电势为0）。电枢绕组的电路图：第四节 直流电机的电枢反应电枢反应：电枢磁场对主磁极建立的气隙磁场的影响。电枢反应可分为:电刷在几何中性线时只有交轴电枢反应电刷不在几何中性线时有交轴电枢反应，还有直轴电枢反应一.电刷在几何中性线时的电枢磁势和电枢磁场 图中：导体中电流流进 导体中电流流出电枢磁场的方向由右手定则确定第四节 直流电机的电枢反应0aoF图中：0点主极轴线与电枢表面交点 即空间坐标的起点()aaaxAN iADNiDFA x线负荷单位长
18、度的安匝数（安培导体数）（1-12）式中：总导体数，导体电流（即支路电流）电枢直径电枢表示任一点到 O点的电枢磁势为：(1-13)第四节 直流电机的电枢反应axaxaxomoaFFBR电枢气隙磁密空间分布波形 （1-14）式中：气隙导磁率，气隙长度 见图1-15 C)所示鞍形波第四节 直流电机的电枢反应二.电刷在几何中性线上时的电枢反应（只有交轴反应）ox 主极磁场不受电枢磁场影响时，磁密波B 为钟形具体分布如下图：00B NS几何中线极轴线*主极磁力线以极轴线对称均匀分布*物理中性线与几何中性线重合 物理中性线过电枢表面磁密为0 的直线。第四节 直流电机的电枢反应电刷在几何中性线上时的电枢反
19、应：第四节 直流电机的电枢反应交轴电枢反应磁密波形图：在图中：1）若不考虑磁路饱和，则增磁与去磁部分相等，如果考虑磁路饱和，则去磁部分大于增磁部分。2）按图中标定的磁场、电流方向、发电机转速为逆时钟，电动机转速方向为顺时钟方向。交轴电枢反应的结果：1）使主磁场波形畸变 2）物理中性线偏离几何中性线 3）使主磁通有所减少（由于一般磁路都处于临界饱和）第四节 直流电机的电枢反应三.电刷不在几何中性线时的电枢反应发电机移动一个 角度：adF 直轴反应，增磁作用an图：电刷顺 方向移 角度：aF电枢电势aqF 交轴反应adF 直轴反应，去磁作用bn图：电刷逆 方向移 角度：aqF 交轴反应aF电枢电势
20、第四节 直流电机的电枢反应在电动机中n电刷顺 移 角度aqF 交轴反应adF 直轴去磁n电刷逆 移 角度：adF 直轴增磁aqF 交轴反应励磁绕组并联到电枢端时，保证励磁磁通与剩磁磁通同方向。设电枢表面是光滑的（略去齿槽影响）；第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩第一节直流电机用途、结构及原理由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。并激直流发电机端电压的建立：第三节 直流电机的电枢绕组电动机中的电势为反电势与电流方向相反第四节 直流电机的电枢反应第二节 直流电机的空载磁势直线换向、延迟换向、超越换向第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩第四节 直流电
21、机的电枢反应定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。（若不同，可换接励磁绕组，也可变化n的方向）2）物理中性线偏离几何中性线直线换向、延迟换向、超越换向自激直流发电机可分为：电刷在几何中性线时的电枢磁势和电枢磁场定子作用：产生磁场，支撑电机及配件。第四节 直流电机的电枢反应电枢反应小结：电刷在几何中性线时，只有交轴电枢反应电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在交轴反应1)气隙磁场波形畸变2)物理中性线偏移几何中性线3)主极磁通量有所减少直轴反应发电机电动机顺n移增磁逆n移去磁顺n移去磁逆n移增磁第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩一.电动势 设电机绕组元件为整距元件，元件数很多，电刷在几何中
22、线上，无齿槽影响。N总导体数 2a支路数第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩2avavaaveB LVNEea由前述已知：一根导体平均电势：一条支路的电势（即电刷间电势）：（1-15）260260260avavavnBVpLeBL VnLpLnp 由于：、（1-17）第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩26060/aaveeaNpNEenCnaapNCaWbnr minE （1-18）式中：电势常数 伏特第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩二.电磁转矩avavaafBL iiL 一根导体所产生的平均力：导体电流（即支路电流）导体有效长度,22avavavaDDDTfBL i 设电机电枢直径为则
23、一根导体所产生的转矩：2avavaNTN TDNB Li根导体所产生的平均转矩：（即电机的电磁转矩）（1-19）第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩2222222aavaaaTaaTIpDBiLaIpTNLLapIaCIWbIApNCTN ma由于,（1-20）式中：每极磁通 电枢电流 转矩常数 /609.55/29.55TeTeCpNaCpNaCC又由于：第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩作业：P33 1-2、1-3、1-4、1-9、1-10、1-13、1-14第六节 直流发电机一.直流发电机分类 按励磁方式分类：第六节 直流发电机faUU1.他励直流发电机，图 励磁电压独立供电，与无关。
24、2.自励直流发电机 以自身的端电压作为励磁电流，其 与端电压有关。自激直流发电机可分为：图b并励直流发电机 图c串励直流发电机 图d、e复励直流发电机 第六节 直流发电机二.直流发电机的基本方程：1.电压平衡方程式：aI原动机1TaEaRn0TTU10aaaEIRTTT电动势 电枢电流电枢总电阻 原动机拖动转矩电磁转矩 空载转矩电刷不在几何中性线时，交直轴电枢反应同时存在电枢的作用：产生感应电势和电磁转矩是能量转换的枢纽。换向器的作用：下述只讨论换向的电磁理论。第四节 直流电机的电枢反应2）物理中性线偏离几何中性线第一节直流电机用途、结构及原理自激直流发电机可分为：1）极轴线：平分主极成左右两
25、部分的直线。直线换向、延迟换向、超越换向气隙磁势磁密的分布波形由下式确定：（3）换向器：由相互绝缘的换向片组成。第四节 直流电机的电枢反应直流电动机中换向器的作用：将电刷端的直流转换为绕组中的交变 电流（保证其转矩方向不变）。电枢磁场对主磁极建立的气隙磁场的影响。第一节直流电机用途、结构及原理发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）第三节 直流电机的电枢绕组图b并励直流发电机P33第六节 直流发电机(aaaaaaaUEI REIEU E直流发电机电压平衡方程式：(1-22)式中：、同方向，且为电势源）102.TTT 转矩平衡方程式：直流发电机原理模型：原动机转矩 电磁转矩 空载转矩NS1Tn0TT
26、10TTTTnT转矩平衡方程式：(1-23)式中：与 方向相反，为制动转矩第六节 直流发电机3.功率平衡方程式（能量平衡）aI原动机1TaEaRn0TTU1111fPPPPT输入功率：由原动机提供给发电机的机械功率，他励发电机时，励磁功率并未计入 中：第六节 直流发电机00:()(0.5 1%)mFeSemFeSMMaapppppppppPPTE I 空载损耗功率含机械磨损功率 铁损耗功率铁芯中涡流损耗 附加损耗功率占（）电磁功率：能量转换功率 第六节 直流发电机1022MMmFeScumFeSPPPPPPPPPPPPPP由功率流程图可见：(1-28)(1-29)22cucuaaappIRPP
27、U I2电枢铜耗：电枢总电阻上的功率 输出功率：从发电机电刷端输出的电功率 第六节 直流发电机并励直流发电机功率流程图：1PMaaPTE I 0mFeSPPPPcuP2fffPIR2P第六节 直流发电机三.他励直流发电机特性 0()(0)()(NfaaffNNnnUf InIUf III对于他励发电机，可认为不变空载特性：常数，此特性表征了发电机磁化曲线外特性：即）此特性表征发电机的输出特性0NannI1.空载特性 实验条件：不变，电枢电流第六节 直流发电机12001001.11.31.11.3fffffNffffNQQRIRIIUUURIQIIUU 实验方法：合上励磁电源开关 断开负载回路开
28、关 调节使逐渐单向调节,单向增加，每做一步记录，值,直到（）单向调节,使 单向减少直到为0 开关倒置到另一位置 反向反向增大,直到（）为 止0ffRI 再调，使 单调减少到 为止。实验线路：第六节 直流发电机空载特性:012()34002 4aeffNUECnf ICIUU 由于铁芯存在磁效应，所以曲线的 上升分支与下降分支并不重合空载时所以空载特性 与磁化曲线一致（形状相同）一般发电机工作点设计在 点（拐点）即临界饱和点（过低导致成本高，过高性能差）当时，不为剩磁电压:（）%第六节 直流发电机NffNNfnnIIR2.外特性 实验条件：不变，（)调节实验线路：122(00,fzfzaaaNa
29、QQ RRIIQIIIU 实验方法：合上励磁电源开关 合上负载开关调到最大时）调节,使 由（不为 时,可断开）变化到在每次调节下记录 和值。第六节 直流发电机外特性：aaaeaaUEI RCnI R由于 aI当()aaI RaE 电枢反应去磁作用加强所以其外特性是一条下垂的曲线。0%100%5 10%NNNUUUUUU 电压变化率：（或电压调整率）通常为（）第六节 直流发电机四.并激直流发电机 1.并激直流发电机端电压的建立：由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。o 自励的必要条件有剩磁励磁绕组接法正确+_efio励磁绕组接法错误+_efio00
30、12UU 00接法正确时：与 同方向，合成磁场加强，能建立接法错误时：与反方向，不能建立第六节 直流发电机00()()00A0)ffffffffffffffd i LeUi Rdtd i Lei Rdtei Rei RUei R 即：当（）时不能自励当（）时逐步增加，可以自励，最终稳定于 点（自励过程的分析：第六节 直流发电机并励直流发电机自励条件：1.发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）2.励磁绕组并联到电枢端时，保证励磁磁通与剩磁磁通同方向。（若不同，可换接励磁绕组，也可变化n的方向）3.励磁回路总电阻要小于临界电阻2.外特性：NfnnR实验条件：常数实验线路：第六节 直流发电机QfzR实
31、验方法：先建立空载电压，合开关，调节其过程于他 励机外特性实验方法相同。外特性：UU 并他由图可见：并励发电机外特性比他励机外特性 在同一负载电流下其原因是：并励发电机除具备电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用使端电压下降的原因外，还具备因端压U的下降导致励磁电流下降，进一步使U下降的原因。第六节 直流发电机五.复励直流发电机简介（自学）第七节 直流电动机设有一台他励直流电动机接于一直流电网上（U不变）10aaaaaaTnEIIEEI 图a：发电机状态：原动机转矩：、转速 、同方向方向由决定 输出电功率第七节 直流电动机100aTnTTEUTTT 与 方向相反是阻力矩（制动力矩）吸收机械功率 00
32、0(aaaaaammbEIIUEITnTTEUTTTT 图：电动状态：、方向相反方向由决定 吸收电功率 与 同方向是拖动力矩 输出机械功率 是机械负转力矩）第七节 直流电动机二.基本方程式02202()aaaaaammUEIRUEIRTTTTTTTT1.电动状态下电势平衡方程式：(1-31)发电机平衡方程式：2.转矩方程:，是轴上输出转矩 (1-32)第七节 直流电动机3.功率平衡方程式：直流电动机功率流程图：12aaaaaaaaaPUIUEI RI UE II R输入电功率：已知：1220120McucuaaMaacuPPPPIRPE ITPPPPPP即：（1-33）（1-35）（1-36）
33、所以：（1-38）第七节 直流电动机三.直流电动机特性 1.转速特性：22,()()NffNaaUUIInf PPInf I 在不变，电枢无外串电阻时的关系曲线。与 成比例变化，通常用表征。00()aaaeaaNaaeeaaaUEI RCnI RURnICCnInf InEU根据 得到转速公式：(1-39)是一条略微下垂的直线。理想空载转速，在理想空载点电机是一种电磁结构设备，运行中，既遵循磁路定律，又遵循电路定律，在拖动系统中满足能量守恒定律。励磁回路总电阻要小于临界电阻P33第三节 直流电机的电枢绕组绕组是连接到换向片上的线圈总称。第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩直线换向、延迟换向、超
34、越换向第八节 直流电机换向简介*物理中性线与几何中性线重合（3）换向器：由相互绝缘的换向片组成。第一节直流电机用途、结构及原理设电机绕组元件为整距元件，元件数很多，电刷在几何中线上，无齿槽影响。主磁极：产生磁场（成对出现）,可以是永久磁场,也可以在极身上绕绕组，通入直流电产生磁场。物理中性线偏移几何中性线第二节 直流电机的空载磁势第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩发电机必须有剩磁（若无，可充磁一次）第二节 直流电机的空载磁势相邻两主极的几何分界线。第三节 直流电机的电枢绕组第七节 直流电动机220()()aaaaaTTTTnEII RnIn 电动机加载时：有所下降aaI R电枢反应的去磁作用
35、影响n的因素aI当 时()aaI Rnn 电枢反应aaI Rn一般（）作用强于 对 的作用，获得下垂特性才能稳定运行。0100%NNnnnnn 转换效率 通常约为（3-8）%第七节 直流电动机2.转矩特性：20,()()()NffNanaaUUIITf PTf ITCITf IT 在不变，电枢无外串电阻时的关系曲线。即的关系曲线。根据可知是一条过原点的直线。考虑到有 存在,同时存在电枢反应，使 此时转矩特性如图所示:0T()aTf ITaI第七节 直流电动机3.效率特性：2121112,()()11NffNamFesaaaUUIIf Pf IPppPPPPpppI RUI 在不变，电枢无外串电
36、阻时或的关系曲线。(1-41)2275mFesaaamFesaapppI RIpppI Rmax 式中：不随负载变化，称不变损耗 -随负载()变化，称变损耗 当 时 =通常效率最大值出现在(-100)%间。第七节 直流电动机4.机械特性（重要特性）()facUIRRnf T 在常数、常数、常数的的曲线第七节 直流电动机已知：()aaacaeTaUEIRRECnTCI220()aceeTNNCNaeNeTNRRUnTCC CUURnf TURnTCC C上述三式联解得：（1-42）当、时的特性称为固有机械特性。此时：第七节 直流电动机2aNNeTNaaNeNNNNaeNTNRnTC CRICUI
37、nRCC在额定点时的转速降：通常利用机械特性额定数据（、）求出（）得到机械特性的一般表达式。271 1P思考题：例第七节 直流电动机四.串励直流电动机 他（并）直流电动机励磁电流（即）与负载无关，串励直流电动机励磁电流（）与负载相关，因此两者的特性区别很大。UaIaEfIfRaR负载faaIII 负载较大大即 与机械负载有关第七节 直流电动机1.速率特性()NaUUnf I在下，的曲线。00aeeafRUnICCRRR （1-44）第七节 直流电动机1011011211()aaeaeaeaeaaK IRUnIC K IC K IRUC KIC KUBABAInIP轻载时，磁路未饱和转速公式为：
38、（1-46）（、为常数）由上式可见：与负载或成反比或双曲线 轻载时，易出现高速，称为“飞串励直流电动机不允许车”空载运行第七节 直流电动机2022022()aeeaeeaaKRUnIC KC KRUIC KC KCD ICDnf I重载时，磁路饱和，不变（为常数）即 （1-47）（、为常数）为一条下垂的曲线第七节 直流电动机()NaUUTf I在下，的关系曲线。2.转矩特性12122()()aTaTaaTaaK ITCIC K ITf IKTC K ITf I 轻载时，磁路不饱和，(1-48)是一条抛物线 串 重载时，磁路饱和不变 励直流电动机适用于启动困难且不容 是一条空载的场合，如电直线
39、气机车等。第七节 直流电动机3.机械特性()NUUnf T在下，的关系曲线。2112012211200222(51)()(52)()aTaTaeaeTaeeTK ITC K IRUnC K IC K IC C K ICCTCCnf TKRUnTnnC KC C Knf T 轻载时，1 式中：和为常数。为曲线。重载时,=不变 1 为下垂直线第七节 直流电动机复励直流电动机的机械特性（自学）第八节 直流电机换向简介何谓换向：指电枢元件从一条支路经电刷进入另一条支路，元件电流改变方向的过程。()KT换向周期：换向元件被电刷短路所经历的时间影响换向的因素：电磁、机械、电化学、电热等因素。下述只讨论换向
40、的电磁理论。第八节 直流电机换向简介一.换向过程(0)11(0):1 221aKaaKatitTiitti 往换向前时：电刷仅与 号换向片接触，元件 为右边支路。换向过程中电刷与、号换向片接触，元件1被电刷短路电流正由。换向后：电刷仅于 号换向片接触，元件 完全进入左边支路。第八节 直流电机换向简介二.直线换向、延迟换向、超越换向0,e 在换向过程中，换向元件电刷下电流密度均匀，随时间成线性变化，称为直线换向（电阻换向）。此种情况下可实现无火花换向。1.直线换向第八节 直流电机换向简介123LLMMrrLMadieeLdtdieeMdteeeee 2.延迟换向 实际上换向元件中存在如下电势：自
41、感电势：互感电势：电抗电势：方向：阻止换向元件中电流变化。电枢反应电势：由于电枢反应，使物理中性线偏离几何中线，换向元件切割电枢磁场而产生。ae 作用性质：阻止换向元件中电流变化。第八节 直流电机换向简介2raee综上所述：和 都是阻止换向元件电流变化，使换向元件中电流 不能线性变化，电刷下电流密度不均。发热不均，产生 火花（如图中曲线）3.超越换向：,()3KKrakraeeeeeee 为改善换向，人为使换向元件中再产生一个电势与相反（抵消作用），当时，产生超越换向。（图中曲线）超越换向前沿边电流密度大，产生火花。第八节 直流电机换向简介三.改善换向的方法1.加装换向极第八节 直流电机换向简
42、介2.移动电刷改善换向 设 为物理中性线与几何中性线的夹角。移刷方法电刷位置超过物理中性线移刷改善换向方法只适合某一负载有较好的效果。四.火花、环火及补偿绕组（自学）第八节 直流电机换向简介:FnDn顺 移 角逆 移 角即作业题P33 1-15、1-17、1-19、1-21、1-24、1-29、1-32、1-34、1-36直流电机的结构定子结构直流电机空载时的磁势换向过程电刷装置换向器结构第一节直流电机用途、结构及原理直流电动机：1)将电能转换为机械能2)换向器将外加直流转换为绕组中的交流3)电动机中的电势为反电势与电流方向相反4)电动机中的转矩为拖动力矩，与n同方向第二节 直流电机的空载磁势
43、根据磁路第二定律：2222222(ottrtrtppststffffFHLHH LH LH LH LN IN总磁势：气隙磁势电枢齿磁势 电枢磁轭磁势 磁极磁势定子磁轭磁势 两极总磁势）(1-3)式中：励磁绕组匝数，I励磁电流mmBLH LLRsRS对于各段磁压降可写成：(1-4)式中：磁导、磁阻、导磁体截面积第二节 直流电机的空载磁势根据磁路第二定律：2222222(ottrtrtppststffffFHLHH LH LH LH LN IN总磁势：气隙磁势电枢齿磁势 电枢磁轭磁势 磁极磁势定子磁轭磁势 两极总磁势）(1-3)式中：励磁绕组匝数，I励磁电流mmBLH LLRsRS对于各段磁压降可
44、写成：(1-4)式中：磁导、磁阻、导磁体截面积第五节 直流电机的电枢电势与电磁转矩作业：P33 1-2、1-3、1-4、1-9、1-10、1-13、1-14第六节 直流发电机外特性：aaaeaaUEI RCnI R由于 aI当()aaI RaE 电枢反应去磁作用加强所以其外特性是一条下垂的曲线。0%100%5 10%NNNUUUUUU 电压变化率：（或电压调整率）通常为（）第六节 直流发电机四.并激直流发电机 1.并激直流发电机端电压的建立：由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。o 自励的必要条件有剩磁励磁绕组接法正确+_efio励磁绕组接法错误+_efio0012UU 00接法正确时：与 同方向，合成磁场加强，能建立接法错误时：与反方向，不能建立第六节 直流发电机四.并激直流发电机 1.并激直流发电机端电压的建立：由于并激发电机由自身的电压作为励磁电压，故并激发电机首先满足自身自励条件，建立端电压。o 自励的必要条件有剩磁励磁绕组接法正确+_efio励磁绕组接法错误+_efio0012UU 00接法正确时：与 同方向，合成磁场加强，能建立接法错误时：与反方向，不能建立换向器结构
