直流电机的基本工作原理和结构ppt课件

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1、第1章 直流电机1.1 直流电机的根本任务原理和构造1.1.1 直流电机的主要构造主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极：改善换向。换向磁极：改善换向。电刷安装：与换向片配合电刷安装：与换向片配合, ,完成直流与交流的互换完成直流与交流的互换机座和端盖：起支撑和固定作用。机座和端盖：起支撑和固定作用。定子定子转子转子电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。换向器：与电刷安装配合换向器：与电刷安装配合

2、, ,完成直流与交流的互换完成直流与交流的互换转轴转轴轴承轴承第1章 直流电机1.1.2 直流电机的任务原理1.1 直流电机的根本任务原理和构造一、直流发电机任务原理 右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d衔接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的衔接是经过放置在换向片上固定不动的电刷进展的。直流直流发电机是将机械能机是将机械能转变成成电能的旋能的旋转机械。机械。第1章 直流电机 当原当原动机机驱动电机机转子逆子逆时针旋旋转时同，同，线圈圈abcdabcd将感将感

3、应电动势。如。如右右图，导体体abab在在N N极极下，下，a a点高点高电位，位，b b点低点低电位；位；导体体cdcd在在S S极下，极下，c c点高点高电位，位，d d点低点低电位；位；电刷刷A A极性极性为正，正，电刷刷B B极性极性为负。第1章 直流电机 当原动机驱动电机转子逆时针旋转 后，如右图。 与与电刷刷A A接触的接触的导体体总是位于是位于N N极下，与极下，与电刷刷B B接触的接触的导体体总是位是位于于S S极下极下, ,电刷刷A A的极性的极性总是正的，是正的，电刷刷B B的极性的极性总是是负的，在的，在电刷刷A A、B B两端可两端可获得直流得直流电动势。 导体ab在S

4、极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。 实践直流发电机的电枢是根据实践需求有多个线圈。线圈分布在电枢铁心外表的不同位置，按照一定的规律衔接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需求N、S极交替旋转多对。第1章 直流电机二、直流电动机任务原理 把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。 直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力构成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋

5、转。第1章 直流电机 原原N N极性下极性下导体体abab转到到S S极极下，受力方向从左向右，原下，受力方向从左向右，原S S 极下极下导体体cdcd转到到N N极下，受力方极下，受力方向从右向左。向从右向左。该电磁力构成逆磁力构成逆时针方向的方向的电磁磁转矩。矩。线圈在圈在该电磁力构成的磁力构成的电磁磁转矩作用矩作用下下继续逆逆时针方向旋方向旋转。 与直流发电机一样，实践的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。 当电枢旋转到右图所示位置时第1章 直流电机直流电直流电动机的动机的任务原任务原理表示理表示图图:第1章 直流电机1.1.3 直流电机的铭牌数据额定条件下电机额定条件下电机所

6、能提供的功率所能提供的功率指电刷间输出的指电刷间输出的额定电功率额定电功率发电机发电机指轴上输出指轴上输出的机械功率的机械功率电动机电动机发电机：是指输出额定电压；发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机在额定工况下，电机出线端的平均电压出线端的平均电压在额定电压下，运转于在额定电压下，运转于额定功率时对应的电流额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运在额定电压、额定电流下，运转于额定功率时对应的转速转于额定功率时对应的转速.对应于额定电压、额定电流、额对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流定转速及额定功率时的励磁

7、电流电机机铭牌上牌上还标有其它数有其它数据，如励磁据，如励磁电压、出厂日、出厂日期、出厂期、出厂编号等。号等。第1章 直流电机 此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。 电机运转时，一切物理量与额定值一样电机运转于额定形状。电机的运转电流小于额定电流欠载运转；运转电流大于额定电流过载运转。长期欠载运转将呵斥电机浪费，而长期过载运转会缩短电机的运用寿命。电机最好运转于额定形状或额定形状附近，此时电机的运转效率、任务性能等比较好。第1章 直流电机1.2.1 直流枢绕组根本知识1.2 直流电机的电枢绕组简介元件：构成元件：构成绕组的的线圈称圈称为绕组元件，分元件，分单匝和多

8、匝两种。匝和多匝两种。元件的首末端：每一个元件均引出两根元件的首末端：每一个元件均引出两根线与与换向片相向片相连，其中，其中一根称一根称为首端，另一根称首端，另一根称为末端。末端。极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢外表之间的间隔，用极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢外表之间的间隔，用 表示。表示。叠叠绕组：指串：指串联的两个元件的两个元件总是后一个元件的端接部分是后一个元件的端接部分紧叠在前叠在前一个元件端接部分，整个一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前成折叠式前进。波波绕组：指把相隔：指把相隔约为一一对极距的同极性磁极距的同极性磁场下的相下的相应元件串元件串联起来，象波浪式的前起来，象波浪式的前进。

9、第一节距第一节距 ：一个元件的两个有效边在电枢外表跨过的间隔。：一个元件的两个有效边在电枢外表跨过的间隔。第1章 直流电机合成节距合成节距 ：衔接同一换向片上的两个元件对应边之间的间隔。：衔接同一换向片上的两个元件对应边之间的间隔。第二节距第二节距 ：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的间隔。层边与第二个元件的上层边间的间隔。单叠绕组单叠绕组单波绕组单波绕组换向节距换向节距 ：同一元件首末端衔接的换向片之间的间隔。：同一元件首末端衔接的换向片之间的间隔。1.2.2. 1.2.2. 单叠叠绕组 单叠绕组的特点是相邻元件

10、(线圈)相互叠压,合成节距与换向节距均为1,即： 。 单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的一切元件取出来画在一张图里，展现元件相互间的电气衔接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系。第1章 直流电机单叠绕组的展开图单叠绕组的展开图第1章 直流电机根据根据单叠叠绕组的展开的展开图可以得到可以得到绕组的并的并联支路支路电路路图:单叠叠绕组的的特点：的的特点：1 1同一主磁极下的元件同一主磁极下的元件串串联成一条支路，主磁极成一条支路，主磁极数与支路数一数与支路数一样。2 2电刷数等于主磁极数，刷数等于主磁极数，电刷位置刷位置应使感使感应电动势最大，最大，电刷刷间电动势等于等于并并联支路

11、支路电动势。3 3电枢枢电流等于各支路流等于各支路电流之和。流之和。第1章 直流电机. . . 单波波绕组 单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图如以下图所示。 两个串联元件放在同极磁极下，空间位置相距约两个极距；沿圆周向一个方向绕一周后，其末尾所边的换向片落在与起始的换向片相邻的位置。第1章 直流电机单波波绕组的并的并联支路支路图:单波波绕组的特点的特点1 1同极下各元件串同极下各元件串联起来起来组成一条支路，支成一条支路，支路路对数数为1 1，与磁极，与磁极对数无关；数无关；2 2当元件的几何外当元件的几何外形形对称称时，电刷在刷在换向器外表上的位向器外表上的位置置对准主磁极中心准

12、主磁极中心线，支路，支路电动势最最大；大；3 3电刷数等于磁极数；刷数等于磁极数；4 4电枢枢电动势等于支路感等于支路感应电动势；5 5电枢枢电流等于两条支路流等于两条支路电流之和。流之和。第1章 直流电机1.3.1直流电机的空载磁场1.3 直流电机的电枢反响 直流电机任务中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为 电枢反响。 右图为一台四极直流电机空载时的磁场表示图。当励磁绕组的串联匝数为当励磁绕组的串联匝数为 ，流过电流，流过电流 ，每极的励，每极的励磁磁动势为：磁磁动势为：第1章 直流电机 直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或

13、产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是添加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。磁力线由磁力线由N N极出来，经气隙、极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入电枢齿部、气隙进入S S极，再极，再经定子铁轭回到经定子铁轭回到N N极极主磁通主磁通主磁路主磁路磁力线不进入电枢铁心，磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭构成闭合回路或定子铁轭构成闭合回路漏磁通漏磁通漏磁路漏磁路第1章 直流电机 空载时，励磁磁动势主要耗费在气隙上。当忽略铁磁资料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的

14、分布就取决于气隙的大小和外形。几何中性线几何中性线极靴极靴极身极身a气隙外形气隙外形 磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且根本为常数，接近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。第1章 直流电机 空载时的气隙磁通密度为一平顶波，如以下图(b) 所示。 空载时主磁极磁通的分布情况，如右图(c) 所示。第1章 直流电机 为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机气隙中需求有一定量的每极磁通 ，空载时，气隙磁通 与空载磁动势 或空载励磁电流 的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。 为了经济、合理地利用资料

15、，普通直流电机额定运转时，额定磁通 设定在图中 A点，即在磁化特性曲线开场进入饱和区的位置。第1章 直流电机1.3.2 直流电机负载时的负载磁场 直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。 右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。 假设励磁电流为零，只需电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。第1章 直流电机 假设以为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，那么电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中 所示。 由于主磁极下气隙长度根本不变，而两个主磁极之间

16、，气隙长度添加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图中 所示。第1章 直流电机1.3.3 1.3.3 直流电机的电枢反响直流电机的电枢反响 当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反响。电枢反响与电刷的位置有关。1 1、当、当电刷在几何中性刷在几何中性线上上时，将，将主磁主磁场分布和分布和电枢磁枢磁场分布叠加，分布叠加，可得到可得到负载后后电机的磁机的磁场分布情况，分布情况，如如图a a所示。所示。几何中性线：两相邻主磁极的轴线对称分布，此处B=0； 物理中性线：B=0处的直线位置第1章

17、直流电机主磁场的主磁场的磁通密度磁通密度分布曲线分布曲线电枢磁场磁通电枢磁场磁通密度分布曲线密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线通密度分布曲线第1章 直流电机由由图可知，可知，电刷在几何中性刷在几何中性线时的的电枢反响的特点：枢反响的特点： 2)、对主磁场起去磁作用1)、使气隙磁场发生畸变 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反响的影响，每一个磁极下，一半磁场被加强，一半被减弱，物理中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载时不同。 磁路不饱和时，主磁场被减弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空

18、载时一样。电机正常运转于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密添加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，添加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反响为交轴去磁性质。第1章 直流电机2 2、当、当电刷不在几何中性刷不在几何中性线上上时电刷从几何中性线偏移电刷从几何中性线偏移 角，电枢磁动势轴线也随角，电枢磁动势轴线也随之挪动之挪动 角，如图角，如图(a)(b)(a)(b)所示。所示。 电枢磁动势可以分解电枢磁动势可以分解为两个垂直分量：交轴电为两个垂直分量：交轴电枢磁动势枢磁动势 和直轴电枢和直轴电枢磁动势磁动势 。电刷顺转向偏移电刷顺转向偏移电刷逆转向偏移电刷逆转向偏移发电

19、机发电机交轴和直轴去磁交轴和直轴去磁交轴和直轴助磁交轴和直轴助磁电动机电动机交轴和直轴助磁交轴和直轴助磁交轴和直轴去磁交轴和直轴去磁第1章 直流电机1.4.1 直流电机的电枢电动势1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩产生生: :电枢旋枢旋转时, ,主磁主磁场在在电枢枢绕组中感中感应的的电动势简称称为电枢枢电动势。大小大小: :性性质: : 发电机机电源源电势( (与与电枢枢电流同方向流同方向);); 电动机机反反电势( (与与电枢枢电流反方向流反方向).).)(电动势常数电动势常数为电机的构造常数为电机的构造常数其中其中可可见,直流直流电机的感机的感应电动势与与电机构造、气隙磁通及机构造、气

20、隙磁通及转速有关。速有关。第1章 直流电机1.4.2 直流电机的电磁转矩产生生: :电枢枢绕组中有中有电枢枢电流流流流过时, ,在磁在磁场内受内受电磁力的磁力的作用作用, ,该力与力与电枢枢铁心半径之心半径之积称称为电磁磁转矩。矩。大小大小: :性性质: : 发电机机制制动( (与与转速方向相反速方向相反) )； 电动机机驱动( (与与转速方向一速方向一样) )。 可可见，制造好的直流，制造好的直流电机其机其电磁磁转矩与气隙磁通及矩与气隙磁通及电枢枢电流成正比流成正比为电机的转矩常数，有为电机的转矩常数，有其中其中第1章 直流电机1.5.1 1.5.1 换向概述向概述1.5 直流电机的换向 为

21、了分析方便假定换向片的宽度等于电刷的宽度。 直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向改动，即换向。 电枢移到电刷与换向片2接触时，元件1的被短路，电流被分流。 电刷与换向片1接触时，元件1 中的电流方向如下图，大小为 。 电刷仅与换向片2接触时，元件1 中的电流方向如下图，大小为元件11 2第1章 直流电机 换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，能够损坏电刷和换向器外表，使电机不能正常任务。 产生火花的缘由很多，除了电磁缘由外，还有机械的缘由。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等景象。 元件从开场换向到换向终了所阅历的时间，

22、称为换向周期。换向周期通常只需千分之几秒。直流电机在运转中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要阅历换向过程。第1章 直流电机1.5.2 1.5.2 换向的向的电磁磁实际换向元件中的向元件中的电动势：自感电动势自感电动势 和互感电动势和互感电动势 ：换向元件线圈在换向过：换向元件线圈在换向过程中电流改动而产生的。程中电流改动而产生的。切割电动势切割电动势 ：在几何中性线处，由于电枢反响在存在，电：在几何中性线处，由于电枢反响在存在，电枢反响磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。枢反响磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。换向元件中的合成电动势为：换向元件中的合成电动势为： 根据楞次定律，自感电

23、动势、互感电动势和切割电动势总是妨碍换向的。换向电动势换向电动势 ：在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应：在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应的电动势。换向电动势是协助换向的。的电动势。换向电动势是协助换向的。第1章 直流电机换向元件中的向元件中的电流：流： 设两相邻的换向片与电刷的接触电阻分别是 和 ，元件本身的电阻为 ,流过的电流为 ,元件与换向片间的连线电阻为 ,元件在换向时的回路方程： 忽略元件电阻和元件与换向片间的连线电阻，并设电刷与换向片的接触总电阻为 ，那么可推导出换向元件中的电流变化规律为第1章 直流电机一、直线换向当当 时换向元件电流随时间时换向元件电流随时间线性变化

24、。线性变化。当当 时换向元件电流随时间不时换向元件电流随时间不是线性变化，出现电流延迟景象。是线性变化，出现电流延迟景象。二、延迟换向当当 时换向元件电流随时间再时换向元件电流随时间再是线性变化，出现电流超前景象。是线性变化，出现电流超前景象。三、超越换向直线换向直线换向延迟换向延迟换向超越换向超越换向第1章 直流电机1.5.3 改善换向的方法 除了直线换向外，延迟和超越换向时的合成电动势不为零，换向元件中产生附加换向电流，附加换向电流足够大时会在电刷下产生火花。还有机械和化学方面的要素也能引起换向不良产生火花。 改善换向普通采用以下方法：选择适宜的电刷，添加换向片与电刷之间的接触电阻选择适宜

25、的电刷，添加换向片与电刷之间的接触电阻装设换向磁极装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反响磁动势磁动势抵消电枢反响磁动势大型直流电机在主磁极大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组极靴内安装补偿绕组补偿绕组与电枢绕组串联，产生补偿绕组与电枢绕组串联，产生的磁动势抵消电枢反响磁动势的磁动势抵消电枢反响磁动势第1章 直流电机1.6.1 1.6.1 直流直流发电机的励磁方式机的励磁方式1.6 直流发电机 供应励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和自励两大类，自励方式

26、又分并励、串励和复励三种方式。1 1、他励：直流、他励：直流电机的励磁机的励磁电流流由其它直流由其它直流电源源单独供独供应。 他励直流发电机的电枢电流和负载电流一样，即：第1章 直流电机2 2、并励：、并励：发电机的励磁机的励磁绕组与与电枢枢绕组并并联。且。且满足足3 3、串励：、串励：励磁励磁绕组与与电枢枢绕组串串联。满足足第1章 直流电机4 4、复励：、复励： 并励和串励两种励磁方式的并励和串励两种励磁方式的结合。合。电机有两个励磁机有两个励磁绕组，一个与，一个与电枢枢绕组串串联，一个与，一个与电枢枢绕组并并联。第1章 直流电机1.6.2 1.6.2 直流直流发电机的根本方程机的根本方程如

27、如图规定各物理量的参考方向定各物理量的参考方向一一. .电动势平衡方程平衡方程从方程式可见，直流发电机满足从方程式可见，直流发电机满足二二. . 转矩平衡方程矩平衡方程发电机轴上有三个转矩：原动机输入给的驱动转矩发电机轴上有三个转矩：原动机输入给的驱动转矩 、电磁转、电磁转矩矩 和机械摩擦及铁损引起的空载转矩和机械摩擦及铁损引起的空载转矩 。转矩平衡方程为：。转矩平衡方程为：第1章 直流电机直流直流发电机的励磁机的励磁电流流三、励磁特性公式三、励磁特性公式每极气隙磁通每极气隙磁通四四. .功率平衡方程功率平衡方程原动机输入给发电机的机械功率原动机输入给发电机的机械功率 电磁功率电磁功率机械摩擦

28、损耗机械摩擦损耗、铁损耗、附加损耗 空载损耗空载损耗 包括：包括： 电磁功率一方面代表电动势为 的电源输出电流 时发出的电功率，一方面又代表转子旋转时抑制电磁转矩所耗费的机械功率。电枢回路电阻及电刷与换向器外表接触电阻上的铜损耗电枢回路电阻及电刷与换向器外表接触电阻上的铜损耗输出的电功率输出的电功率自励发电机中还应减去励磁损耗自励发电机中还应减去励磁损耗第1章 直流电机1.6.3 他励发电机的运转特性一、空载特性定义定义: :当当 、 时，时， 直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不一样的。实践中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。空载时空载时空载特性曲线上升分支空载特性曲线上

29、升分支空载特性曲线下降分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线平均空载特性曲线空载特性本质上就是空载特性本质上就是 。所以空载特性曲线的外形与空载磁所以空载特性曲线的外形与空载磁化特性曲线一样。化特性曲线一样。第1章 直流电机二、外特性定义：当定义：当 、 时，时， 由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降。他励他励并励 根据 可知端电压下降有两个缘由：(一一)在励磁在励磁电流一定情况下，流一定情况下，负载电流增大，流增大，电枢反响的去磁枢反响的去磁作用使每极磁通量减少，使作用使每极磁通量减少，使电动势减少；减少；(二二)电枢回路上的枢回路上的电阻阻压降随降随负载电流增大而添加，使端流增大而

30、添加，使端电压下降。下降。为什什么低么低? ?第1章 直流电机三、调理特性定义：当定义：当 、 时，时， 由曲线可见，在负载电流变化时，假设坚持端电压不变，必需改动励磁电流，补偿电枢反响及电枢回路电阻压降对对输出端电压的影响.1.6.4 1.6.4 并励并励发电机的自励条件和外特性机的自励条件和外特性 并励发电机的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的条件称为自励条件。第1章 直流电机一、自励条件 曲线1为空载特性曲线,曲线2为励磁回路总电阻 特性曲线，也称场阻线 。 原动机带动发电机旋转时，

31、假设主磁极有剩磁，那么电枢绕组切割剩磁通感应电动势。在电动势作用下励磁回路产生 。增大增大 , ,场阻线变为曲线场阻线变为曲线3 3时，时， 称为临界电阻称为临界电阻 。假假设再添加励磁回路再添加励磁回路电阻，阻，发电机将不能自励。机将不能自励。 假设励磁绕组和电枢绕组衔接正确，假设励磁绕组和电枢绕组衔接正确， 励磁电流产生与剩磁方向一样的磁通，使励磁电流产生与剩磁方向一样的磁通，使主磁路磁通添加，电动势增大，主磁路磁通添加，电动势增大， 添加。添加。如此不断增长，直到励磁绕组两端的电压如此不断增长，直到励磁绕组两端的电压与与 相等，到达稳定的平衡任务点相等，到达稳定的平衡任务点A A。第1章

32、 直流电机可可见，并励直流，并励直流发电机的自励条件有：机的自励条件有：二、空载特性 并励发电机的空载特性与普通电机的空载特性一样，也是磁化曲线。由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限。1电机的主磁路有剩磁3励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻2并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确思索题思索题电机正转能自电机正转能自励励,反转能自励反转能自励吗吗?第1章 直流电机三、外特性三、外特性四、四、调理特性理特性 并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励磁电流，所以调理特性与他励发电机的相差不大。 对并励发电机，除了像他励发电机存在的电枢反响去磁作用和电枢回路上的电阻压降

33、使端电压下降外，还有第三个缘由：由于上述两个缘由使端电压下降，引起励磁电流减小，端电压进一步下降。并励并励发电机的外特性与他励机的外特性与他励发电机机类似，也是一条下降曲似，也是一条下降曲线。第1章 直流电机1.7 直流电动机1.7.1 1.7.1 直流直流电机的可逆原理机的可逆原理 以他励以他励电机机为例例阐明可逆原理：把一台他励直流明可逆原理：把一台他励直流发电机并机并联于直流于直流电网上运网上运转坚持持电源源电压不不变。 一台电机既可作为发电机运转，又可作为电动机运转，这就是直流电机的可逆原理。 减少原动机的输出功率，发电机的转速下降。当转速下降到减少原动机的输出功率，发电机的转速下降。

34、当转速下降到一定程度时，使得一定程度时，使得 ，此时电枢电流为零，发电机输出的电，此时电枢电流为零，发电机输出的电功率为零，原动机输入的机械功率仅用来补偿电机的空载损耗。功率为零，原动机输入的机械功率仅用来补偿电机的空载损耗。 继续降低原动机的转速，将有继续降低原动机的转速，将有 ，电枢电流反向，这时，电枢电流反向，这时电网向电机输入电功率，电机进入电动机形状运转。电网向电机输入电功率，电机进入电动机形状运转。 同理，上述的物理同理，上述的物理过程也可以反程也可以反过来，来，电机从机从电动机形状机形状转变到到发电机形状。机形状。第1章 直流电机第1章 直流电机1.7.2 直流电动机的根本方程规

35、定各物理量的参考方向如定各物理量的参考方向如图,电动机的根本方程如下：机的根本方程如下：第1章 直流电机1.7.3 1.7.3 直流直流电动机的任机的任务特性特性1 1、转速特性速特性一、他励并励直流电动机的任务特性定义：当定义：当 、 时，时，由方程式可得由方程式可得 忽略电枢反响的去磁作用，转速与负载电流按线性关系变化2 2、转矩特性矩特性转矩表达式转矩表达式 思索电枢反响的作用，转矩上升的速度比电流上升的慢。定义：当定义：当 、 时，时，第1章 直流电机3 3、效率特性、效率特性由方程式可得由方程式可得 空载损耗为不变损耗，不随负载电流变化，当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分耗费在

36、空载损耗上；负载电流增大，效率也增大，输入的功率大部分耗费在机械负载上；但当负载电流增大到一定程度时铜损快速增大此时效率又变小。定义：当定义：当 、 时，时，第1章 直流电机二、串励直流电动机的任务特性 当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：转速特性转速特性转矩特性转矩特性 当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动机的任务特性与他励电动机一样。 当负载电流为零时，电机转速趋于无穷大，所以串励电动机不宜轻载或空载运转。第1章 直流电机1-7 直流电机的换向1. 换向过程？假设电刷宽度等于换向片宽度电枢旋枢旋转时，被，被电刷短路的元件从短路开刷短路的元件从短路开场到短

37、路到短路终了，了， 从一条支路从一条支路转换到另一条支路，到另一条支路， 电流改流改动了方向。了方向。 换向元件中向元件中电流的流的这种种变化化过程，称程，称为换向向过程。程。 从从换向开向开场到到换向向终了所需了所需时间，称，称为换向周期向周期第1章 直流电机直线换向假假设换向元件中向元件中电势为零，零， 那么在被那么在被电刷短路的刷短路的闭合合回路中不会有回路中不会有环流。流。 换向元件中的向元件中的电流由流由电刷与相刷与相邻两两换向片的接触面向片的接触面积决决议。变化曲化曲线时一条直一条直线， 称称为直直线换向。向。 但是换向过程中， 不能够没有电势！t+ia-iai第1章 直流电机2.

38、 换向元件中的感应电势(1) 电抗抗电势er换向元件中由于向元件中由于换向向电流的流的变化所引起的化所引起的自感自感电势和互感和互感电势之和，称之和，称为电抗抗电势。Lr：换向元件的电抗系数， 包括自感和互感er的平均值：设电刷刷宽度度bs等于等于换向片向片宽度度bk， 换向片数向片数为K，换向周期Tk：第1章 直流电机电抗电势的特点 电机负载越重或转速越高， 电抗电势越大。 电抗电势的方向阻止换向电流的变化， 因此er的方向必与换向前的元件电流ia的方向一致。第1章 直流电机换向元件所向元件所处的几何中的几何中线处，主磁主磁场几乎几乎为零；零；电枢反响磁枢反响磁势所所产生的磁通生的磁通a正好

39、穿正好穿过换向元件。向元件。电枢旋枢旋转时， 换向元件切割向元件切割a 所生所生电势ea称称为旋旋转电势。 aeaNSner2旋转电势第1章 直流电机旋转电势 的特点设换向元件匝数向元件匝数为Wk，电枢反响磁枢反响磁势在在换向元件向元件处所生的磁密所生的磁密为Ba， 那么那么ea的平均的平均值：特点：1 ， 负载越重或者转负载越重或者转速越高，速越高， 旋转电势也越大。旋转电势也越大。 2 据右手定那么，据右手定那么， ea的方向的方向总是与是与换向前元件中的向前元件中的电流方向一流方向一样， ea与与er 方向一致，也是妨碍方向一致，也是妨碍换向的。向的。 第1章 直流电机ti3电刷下产生火

40、花的缘由换向元件中存在两个方向一向元件中存在两个方向一样的的电势er和和ea， 合成合成电势： 合成合成电势在在换向元件向元件闭合回路中合回路中产生的生的环流：流：由由闭合合转为断开断开时，由，由ik建立的建立的电磁能量以火花的方式磁能量以火花的方式释放出来。放出来。i k第1章 直流电机二、改善换向的方法减少减少换向元件的感向元件的感应电势和旋和旋转电势，可以有效，可以有效地改善地改善换向。最有效的方法：装向。最有效的方法：装换向极。向极。NSaneaerNkSk抵消电枢反响磁势，使ea0换向极磁势建立Bk，产生ek，使第1章 直流电机安装换向极的要求 换向极应装在几何中性线上; 换向极的极

41、性使产生的Bk方向与电枢反响磁势的方向相反。 换向极绕组必需与电枢绕组串联，使在任何时候， eker第1章 直流电机加换向极后的构造图第1章 直流电机三、环火及其防止电枢反响使气隙磁枢反响使气隙磁场发生畸生畸变， 使使处于于Bmax处的的元件的感元件的感应电势增大。增大。 当片当片间电压Uk超越一定超越一定值时， 换向片向片间产生火花，称生火花，称为电位差火花。位差火花。 电位差火花与位差火花与换向火花向火花连成一片，成一片， 构成构成环火。火。防止防止环火的措施：在主磁极的极靴装火的措施：在主磁极的极靴装补偿绕组， 并与并与电枢枢绕组串串联。产生的磁生的磁势方向与方向与电枢反响枢反响磁磁势相反。相反。