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1、第四节、 直 流电机的感应 电动势和电磁 转矩第五节、直流电 机的基本方程第六节、直流发电机的运行特性绪论第三节、直流 电机的磁场和电枢反应第一节、直流 电机的工作原 理和基本结构第二节 直流 电枢绕组第十六、十七章 直流电机的稳态分析直流电机是电机的主要类型之一。直流 电机自身有着显著的优点，但与交流电机相 比自身又有着缺点。近年来，与电力电子装 置结合而具有直流电机性能的电机不断涌 现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如 此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价 值!本章主要内容1.直流电机的工作原理和基本结构2.电机的磁动势和磁场 4.分析直流电动机的稳态运行性能3.电机的电动势和电磁转矩公
2、式第一节 直流电机的工作原理和基本结构一、直流电机的工作原理1、直流电机的构成（如图161）表示一台直流电机。固定部分（定子）：主磁极N和S；旋转部分（转子）：电枢铁心；电刷、；电枢绕组abcd(一个线圈)；换向器。定子与转子之间为气隙。2、直流发电机的工作原理发电机：虽然线圈abcd电动势 是交流电动势，但由于换向器的整 流作用，电刷、间的输出电动势却 是直流电动势。 （图6-3）3、直流电动机的工作原理电动机：在直流电动机中，外 加电压并非直接加于线圈，而是通 过电刷、和换向器再加到线圈上的 。所以，导体中的电流将随其所处 磁极极性的改变而同时改变其方向 ，从而使电磁转矩的方向始终保持 不
3、变。二、直流电机的基本结构1、主磁极 构成：主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。2、机座构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。作用：建立主磁场。作用：1、主磁路的一部分；2、电机的结构框架。3、电枢铁心作用：1、主磁路的一部分；2、电枢绕组的支撑部件。构成：一般用厚0.5且冲有齿、槽的DR530或DR510的硅钢片叠压 夹紧而成 4、电枢绕组作用：直流电机的电路部分。构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成， 上下层以及线圈与电枢铁心间要妥善地 绝缘，并用槽楔压紧。5、换向器作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而构
4、成。 6、电刷装置作用：电枢电路的引出（或引入）装置。 构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。三、 励磁方式励磁绕组的供电方式称为励磁方式。直流电机按励磁方式可分：他励自励7、换向极作用：改善换向。构成：亦由铁心和绕组组成。复励式( 图d)： 装有两个励磁绕组，一为与电枢并联的1、他励式 （如图a）其励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连。2、自励式发电机 ：利用自身发出的电流励磁；电动机 ：励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。并励式( 图b) ： 励磁绕组与电枢绕组并联；串励式( 图c) ： 励磁绕组与电枢绕组串联；并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。四 、直流电机的额定值直流电机的额定值
5、有： （1）额定功率（额定容量）PN：指电机在铭牌规定的额定状态下运行时， 电机的输出功率，以kW表示。 对电动机，额定功率是指输出的机械功率；P1=UNIN, , PN=P1 对发电机，额定功率是指输出的电功率。PN=UNIN（2）额定电压：指额定状态下电枢出线端的电压。（电网电压）（3）额定电流：指电机在额定电压、额定功率时的电枢输出电流值。（电网电流）（4）额定转速：指额定状态下运行时转子的转速，以r/min表示。（5）额定励磁电流 （仅对他励电机）额定状态时的励磁电流值。第二节 直流电枢绕组 一、有关名词术语 1、磁极轴线：磁极中间的一条轴线（直轴）。 2、几何中心线：相邻两个主磁极之
6、间的几何分界线。 （交轴） 3、物理中性线：气隙磁场为0，空载时它与几何中心 线重合，有了电枢反应时，它会偏离几何中性线。 4、极距：相邻两个主磁极沿电枢圆周表面的距离。 5、元件（线圈):两端分别与两个换向片相连的线圈。 6、元件节距：第一节距y1，第二节距y2，合成节距y二、直流绕组的规律 1、所有元件串联成闭合回路，支路成对出现，电刷是支路 电流（电势）的并联点。 2、电机旋转时组成支路的元件不断变换，但支路电流、电 势不变。 3、均为双层绕组，元件数=槽数=换向片数 4、电刷放置原则：应令被电刷短路的元件感应电势为零， 即短路处在几何中性线上的元件。 5、电刷两端电势称电枢电势记为Ea
7、=支路电势电刷两端电流称电枢电流记为Ia=各支路电流之和 6、每元件每经过电刷一次要换向一次。第三节 直流电机的磁场和电枢反应一 、空载时直流电机的磁场(图形)空载时的主磁极的磁通：a) 主磁通：通过气隙，并形成气隙磁场。b) 磁极漏磁通二 、负载时的电枢磁动势和电枢反应（了解）电枢反应：负载时电枢磁场对主极磁场的影响1、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应影响：1）、引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁密等于零的位置（物理中性线）偏离几何中性线，2）、不计饱和时，交轴电枢反 应既无增磁、亦无去磁用; 计及饱和时，交轴电枢反应具有一定的去磁作用。2、直轴电枢磁动势和直轴电枢反应发电机：电刷顺电枢旋转方向移动
8、，电枢反应为去磁；电刷逆电枢旋转方向移动，电枢反应为增磁。电动机：与发电机的情况相反。第四节 直流电机的感应电动势和电磁转矩一、电枢绕组的感应电动势 设气隙磁场的分布（如图1621）所示，由于Ea=支路电 势，设电枢绕组的总导体数为N，并联支路数为2a，电枢绕组的电动势应为一条支路各串联导体的电势 的代数和，则令 为平均气隙磁密，则上式改写为电动势公式 ：式中:二 、直流电机的电磁转矩设每根导体的平均电磁转矩为 整个电枢上的电磁转矩 为第五节 直流电机的基本方程 一、电压平衡方程式 基本方程 二、转矩平衡方程式三、功率平衡方程式 一、电压方程1 、 他励直流电机 他励时，励磁电流由其他电源单独
9、供电，故 。直流电机的稳态电路图（发电机，电动机）发电机： 则有 ；电动机： 则有 ；2、并励直流电机其电枢回路的电压方程与他励时相同，但有激磁电 压为电枢端电压，即 发电机： 电动机：3、串励直流电机其电枢回路的电压方程与他励时亦相同，但因励磁绕 组与电枢绕组相串联，有另外，电压方程应加入串励绕组的电阻压降。二、转矩方程 原动机的驱动转矩 电机本身的机械阻力转矩为电磁转矩1.发电机情况下，电磁转矩为制动转矩，有为电动机轴上的负载转矩。式中，2.电动机情况下，电磁转矩为驱动转矩，三、功率平衡方程式发电机： 机械能 转化为电能 ；电动机： 电能 转化为机械能 。 电磁功率将 代入上式，得 其功率
10、流程图如图（以并励发电机为例） 从原动机输入机械功率P1，扣除了机械方 面的损耗，就是机转变为电的部分称为电 磁功率PM，再扣除了电方面的损耗，就是 输出的电功率P2UI，对并励发电机 IIaIf。额定时的P2就是PN=UNIN。四、直流电机的可逆性电机的可逆性：从原理上讲，任何电机既可作为发电机、亦作为电动机运行。发电机运行；电动机运行。第六节 直流发电机的运行特性 直流发电机外部可测量的量有转速n、端电压U、电枢电流Ia、励磁电流If。其中发电 机的转速n由原动机决定，通常应保持n=nN=const不变，则其余三个量保持一个不变 ，另两个之间的关系就称为一种特性。共有三种特性 ：外特性U=
11、f(Ia),If=常数 负载特性、 U=f(If),Ia=常数；调节特性If =f(Ia),U=常数。一、他励直流发电机的特性（I=Ia=IL） 1、空载特性Ia0时U0=E0f（If） 与电机的磁化曲线相似 因 ，现n=nN=const，故Ea，因 此把空载特性的纵座标换一个比例就是磁化曲 线f(If).2、外特性 3、调节特性4、效率特性他励电动机的效率特性和其他电机相类似。二 、串励电动机的运行特性1、工作特性特点：是指 时， 或 。（图形）（1）、转速特性转速公式上式表明 曲线大致为一双曲线。式中 为串励绕组的电阻。轻载时， 、常值 负载增加，磁路饱和， 常值 注意 串励电动机不允许空
12、载运行。其转速调整率定义为：%（与并励电动机的转速调整率定义相对比）。 2、转矩转速特性是指 时， 。 由电压方程可知 式中 。 于是电磁转矩为 可得 （图形）结论：随着转矩的增加，串励电动机的转速迅速下降，是软特性。三、复励电动机的特点复励电动机通常接为积复励，其特性介于并励和串励电动机之间。复励电动机的转矩-转速特性（图形）图：复励电动机的转据-转速特性结构较复杂直流电机 成本较高 使它的应用受到限制可靠性较差1.直流电动机以其良好的启动性和调速性能著称 。2.直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源 。图35 国产直流电机的结构5.6.2.1.7.4. 3.图：并励电动机的工作特性a.发电机+-c.串励式+-图：复励式图： 电动机图：串励电动机的工作特性图： 串励电动机的转矩-转速特性-图： 并励电动机的转矩转速特性b. 电刷间的电动势波形23a. 线圈电动势的波形
