1-5第一章直流电机
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第1章 直流电机的结构与工作原理
*
（3）额定电流ＩＮ 指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为A 。 直流发电机额定电流为 直流电动机额定电流为
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
*
电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为电枢。
1.2.1 基本知识
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1直流电机的结构与工作原理
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构
电枢铁芯
电枢绕组
换向磁极
主磁极
电刷装置
机座
端盖
定子
转子
换向器
转轴
轴承
直 流 电 机
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.2 直流电机的电枢绕组
*
单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。
1.单叠绕组的链接规律 绘制展开图的步骤是： 第一步：计算绕组的各节距。包括 、y、y1。 第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两条短线表示，实线表示上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。
1.1 直流电机的结构与工作原理
*
2. 直流电动机工作原理
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。如右图。
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
（3）额定电流ＩＮ 指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为A 。 直流发电机额定电流为 直流电动机额定电流为
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
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电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为电枢。
1.2.1 基本知识
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1直流电机的结构与工作原理
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1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构
电枢铁芯
电枢绕组
换向磁极
主磁极
电刷装置
机座
端盖
定子
转子
换向器
转轴
轴承
直 流 电 机
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1.1 直流电机的结构与工作原理
1.2 直流电机的电枢绕组
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单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。
1.单叠绕组的链接规律 绘制展开图的步骤是： 第一步：计算绕组的各节距。包括 、y、y1。 第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两条短线表示，实线表示上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。
1.1 直流电机的结构与工作原理
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2. 直流电动机工作原理
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。如右图。
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
第1章 直流电机的结构与工作原理
1．直流电机的型号 其格式为：第一个字符用大写的汉语拼音表示产品系列代 号，第二个字符用阿拉伯数字表示设计序号，第三个阿拉伯数
字是机座中心高，第四个阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号，
第五个阿拉伯数字表示端盖的代号。 例如型号是Z4—200—21的直流电机，Z是系列（即一般用 途直流电动机）代号，200是电机中心高（mm），21中的2是电 枢铁芯长度代号，1是端盖的代号。
2.第一节距 y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距， 以槽数表示，如图1—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应 是整数。而为了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于 极距。
Zu y1 2p
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。
1.2 直流电机的电枢绕组
（4）正负电刷间电动势最大。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
1.3.1 直流电机的铭牌数据
铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、
额定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工
作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编 号、出厂日期等。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
新世纪高职高专 电气自动化技术类课程规划教材
新世纪高职高专教材编审委员会 组编 主编 郑立平 张 晶 王文一 主审 孙建忠
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.1直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构 主磁极 换向磁极 电刷装置
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
1.1 直流电机的结构与工作原理
字是机座中心高，第四个阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号，
第五个阿拉伯数字表示端盖的代号。 例如型号是Z4—200—21的直流电机，Z是系列（即一般用 途直流电动机）代号，200是电机中心高（mm），21中的2是电 枢铁芯长度代号，1是端盖的代号。
2.第一节距 y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距， 以槽数表示，如图1—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应 是整数。而为了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于 极距。
Zu y1 2p
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。
1.2 直流电机的电枢绕组
（4）正负电刷间电动势最大。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
1.3.1 直流电机的铭牌数据
铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、
额定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工
作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编 号、出厂日期等。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
新世纪高职高专 电气自动化技术类课程规划教材
新世纪高职高专教材编审委员会 组编 主编 郑立平 张 晶 王文一 主审 孙建忠
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.1直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构 主磁极 换向磁极 电刷装置
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
1.1 直流电机的结构与工作原理
第1章 直流电机的基础知识
C m = 9.55C e
直流电动机额定转矩：
TN
PN = 9 . 55 nN
TN:额定转矩(N.m) PN:额定功率(W) nN:额定转速(r/min)
补充：直流电动机中，转子旋转起来会切割磁力线，产生感 补充 应电动势，这被称为电枢电动势Ea，判断它的方向与电源输 入的电流方向相反，称为反电动势 直流发电机中，电枢绕组中有了感应电流，在磁场中又 会受到电磁力的作用，电磁力所形成的电磁转矩T与转子的 运动方向相反，阻碍运动，被称为制动转矩（或阻转矩） 在工作原理中重要的两个参数的不同作用 ： 直流电动机 直流发电机 T 驱动转矩 阻转矩 Ea 反电动势 相当于直流电源
1.2 直流电机的励磁方式和铭牌
一、直流电机的励磁方式 1．励磁方式：直流电机的励磁绕组的供电方式。 2．直流电机种类：按励磁方式分为有（1）他励直流电机； （2）并励直流电机；（3）串励直流电机；（4）复励直流 电机等四种。
二、直流电机的铭牌 每台直流电机的机座上都有一个铭牌，其上标有电机型 号和各项额定值，用以表示电机的主要性能和使用条件。
2．直流电动机输入的电功率为： P1=UIa=（Ea+IaRa）Ia=EaIa+Ia2Ra=Pm+ Pcu 上式说明：输入的电功率一部分被电枢绕组消耗 （电枢铜损）一部分转换成机械功率（电磁功率）。 3．直流电动机输出的机械功率为： P2=Pm-PFe-Pem-PS=Pm-P0-PS=P1-∑P 4．直流电动机的效率为：
3、电机的特点： 可逆性——看外部条件 ，发电机一般接负载；电 动机一般接电源。
4、直流电机转子电动势 1）概念 转子电动势：转子绕组切割磁力线而产生的感应电动势。 2）表达式 每根导体的感应电动势： e = BLv e:感应电动势(V) B:电磁感应强度(T) L:每根导体的有效长度(m) v:转子转动线速度(m/s)
第一章直流电机练习参考答案
第一章直流电机练习一、判断题（对的打√，错的打×）1、并励电机在运行时断开励磁绕组对电机运行没有多大的影响。
（×）2、在直流电动机的调速中，当调节器为PI调节时，表现为转速无静差。
（√）3、直流电机的电枢铁芯由于在直流状态下工作，通过的磁通是不变的，因此完全可以用整块的磁材料构成，不必用硅钢片叠成。
（×）4、降压调速适用于并励直流电动机。
（×）5、机械特性表征转速和电磁转矩的关系，直流电动机的机械特性是一条直线。
（×）6、在直流电动机起动时，采用电枢串电阻起动，在起动中过程为了快速起动和减小电阻引起的损耗，必须将电阻直接切除掉。
（×）7、一台并励直流发电机，空载运行于某一电压下，如将其转速升高10% ，则发电机的端电压升高10%。
（×）8、使用并励电动机时，发现转向不对，应将接到电源的两根线对调以下即可。
（×）9、换向器是直流电机特有的装置。
（√）10、直流发电机线圈中的感应电势是交变的。
（√）二、填空题1、直流电动机的调速方法有：1）改变电枢两端电压调速、2）改变励磁磁通调速、3）电枢回路串电阻调速等三种。
2、改变直流电动机旋转方向的方法有：（1）将电枢两端电压极性反接，使电枢电流方向改变；（2）将励磁电源电压反接，使励磁电流方向改变。
3、直流电动机按照电枢绕组和励磁绕组的联接方式不同可分为：他励、串励、并励和复励电动机。
4、直流发电机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向相反，因此电磁转矩为阻转矩；直流电动机中的电磁转矩方向与转子的旋转方向相同，因此电磁转矩为驱动转矩。
5、直流电动机正处于运行状态，若想改变它的旋转方向，可用的方法有通过改变电枢两端电压极性，而改变电枢电流方向，实现反转和带位能性负载时，通过倒拉方式实现反转。
6、直流发电机的电磁转矩与电机转子方向相反。
（相同/相反）7、并励直流发电机在原动机转向改变后，电枢两端不可以产生感应电势。
直流电机PPT精品课件
绕电枢一周， 所有元件互相串联构成一闭合回路。
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕 组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零，
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
二、直流电机的工作原理
磁场定义
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
（1）、换流过程
b
Aa
c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向：电势正方向： dcba
B+,A-
c
Ad
b
a
B
（2）直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
2-2 柴油发电机型号和规格的选择
三、容量计算的原则：
1.柴油发电机的额定容量所供负荷的计算容量
2.柴油发电机的允许起动容量电动机有效起动容
量
柴油发电机额定容量(Sfe) ------主力发电功率(铭牌数据)
所供负荷的计算容量(SJ) ------发电机可能提供负荷的计算容量
柴油发电机允许起动容量(Sfq) ------发电机出口压降达20%时的允许起动容量(铭
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
（2）直流电动机运行时的几点结论
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕 组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零，
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
二、直流电机的工作原理
磁场定义
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
（1）、换流过程
b
Aa
c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向：电势正方向： dcba
B+,A-
c
Ad
b
a
B
（2）直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
2-2 柴油发电机型号和规格的选择
三、容量计算的原则：
1.柴油发电机的额定容量所供负荷的计算容量
2.柴油发电机的允许起动容量电动机有效起动容
量
柴油发电机额定容量(Sfe) ------主力发电功率(铭牌数据)
所供负荷的计算容量(SJ) ------发电机可能提供负荷的计算容量
柴油发电机允许起动容量(Sfq) ------发电机出口压降达20%时的允许起动容量(铭
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
（2）直流电动机运行时的几点结论
1.1直流电机的工作原理和结构
直流发电机可作为各种直流电源。 直流电动机具有宽广的调速范围，较强的过载能 力和较大的起动转矩等特点，广泛应用于对起动和 调速要求较高的生产机械，如电力机车、内燃机车、 工矿机车、城市电车、电梯、轧钢机等的拖动电机。
2
§1-1 直流电机的工作原理和结构
一、直流电机的工作原理
直流电机是直流发电机和直流 电动机的总称。直流电机具有可 逆性，既可作直流发电机使用， 也可作直流电动机使用。
14
§1-1 直流电机的工作原理和结构
（2）电枢绕组
电枢绕组的作用是产生 感应电势和通过电流产生 电磁转矩，实现机电能量 转换。它是直流电机的主 要电路部分。
电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成，再按一定 规律嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要 妥善地绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外，槽口处需用槽楔 将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部分用玻璃丝带绑紧。绕组端 头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升高片槽内，并用锡焊或氩 弧焊焊牢。
12
（3）换向极
§1-1 直流电机的工作原理和结构
换向极又称附加极，安装在相邻两主磁极的几何 中心线上。 Why？在1.7讲
换向极的作用是改善直流电机换向。在小容量电 机（1kw以下）中，有时换向极只有主磁极的一半， 或不安装换向极。 （4）电刷装置
电刷与换向器相配合，在电动机中起到逆变（将 直流变为交流）作用；而在发电机中则起到整流 （将交流变为直流和结构
（3）换向器 换向器的作用是
在电刷间得到直流电 动势，并保证每个磁 极下电枢导体电流方 向不变，以产生恒定 方向的电磁转矩。
16
§1-1 直流电机的工作原理和结构
3、气隙
气隙是定子和转子（电枢）之间自然形成的间 隙。它是电机主磁路的一部分,是电机能量转换的 媒介。气隙的大小对电机运行的影响很大。小容 量电机约为1-3mm，大容量电机可为几毫米。
2
§1-1 直流电机的工作原理和结构
一、直流电机的工作原理
直流电机是直流发电机和直流 电动机的总称。直流电机具有可 逆性，既可作直流发电机使用， 也可作直流电动机使用。
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§1-1 直流电机的工作原理和结构
（2）电枢绕组
电枢绕组的作用是产生 感应电势和通过电流产生 电磁转矩，实现机电能量 转换。它是直流电机的主 要电路部分。
电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成，再按一定 规律嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要 妥善地绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外，槽口处需用槽楔 将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部分用玻璃丝带绑紧。绕组端 头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升高片槽内，并用锡焊或氩 弧焊焊牢。
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（3）换向极
§1-1 直流电机的工作原理和结构
换向极又称附加极，安装在相邻两主磁极的几何 中心线上。 Why？在1.7讲
换向极的作用是改善直流电机换向。在小容量电 机（1kw以下）中，有时换向极只有主磁极的一半， 或不安装换向极。 （4）电刷装置
电刷与换向器相配合，在电动机中起到逆变（将 直流变为交流）作用；而在发电机中则起到整流 （将交流变为直流和结构
（3）换向器 换向器的作用是
在电刷间得到直流电 动势，并保证每个磁 极下电枢导体电流方 向不变，以产生恒定 方向的电磁转矩。
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§1-1 直流电机的工作原理和结构
3、气隙
气隙是定子和转子（电枢）之间自然形成的间 隙。它是电机主磁路的一部分,是电机能量转换的 媒介。气隙的大小对电机运行的影响很大。小容 量电机约为1-3mm，大容量电机可为几毫米。
电机与拖动基础第一章 直流电机
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二、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
18
当电枢旋转到下图所示位置时，原N极性下导体ab转到S 极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力 方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈 在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线 19 圈，磁极也并非一对。
三、直流电机的可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机 运行，也可以作为发电机运行，只是外界条 件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋 转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为 直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直 流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负 载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同 一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
一、直流发电机工作原理 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。
15
当原动机驱动电机转子逆时针旋转180 后 ，如图。
0
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的 导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性 总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。 16
实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个 线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照 一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极 也是根据需要N、S极交替多对。
2）当元件的几何形状对称 时，电刷在换向器表面上 的位置对准主磁极中心线， 支路电动势最大，电枢电 动势等于支路感应电动势。
3）电枢电流等于两条支路电流之和。
43
课外作业
1-13
44
1.3 直流电机的磁场
1.3.1 直流电机的励磁方式
直流发电机和并励电动机实验
第一章直流电机实验1-1 认识实验一、实验目的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
二、预习要点1、如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果?3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?4、直流电动机调速及改变转向的方法。
三、实验项目1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。
四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序12、控制屏上挂件排列顺序D31、D42、D41、D51、D31、D44五、实验说明及操作步骤1、由实验指导人员介绍DDSZ -1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、用伏安法测电枢的直流电阻图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图（1）按图1-1接线，电阻R 用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。
A 表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A 档。
开关S 选用D51挂箱。
（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V 。
调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。
将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取电U 、I 三组数据列于表1-1中。
（3）增大R 使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用同样方法测取六组数据列于表1-1中。
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功率平衡关系
在转矩平衡方程式T=T2+T0两边同乘以角速度
Ω可得TΩ=T2Ω+T0Ω，则有
Pem=P2+p0 也可表示为 P2=Pem-p0 式中电磁功率Pem的功率性质为机械功率，空载损耗
为：
p0=pFe+pm+pad
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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功率流程图
电机与拖动基础——第一章 直流电机
他励直流电动机的转速 n 随转矩 T 的增大而降低。 即负载时转速低于理想空载转速n0，负载时转速下降的 数值称为转速降，用△n表示为
n
n n0 n T
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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3.1他励直流电动机的机械特性
显然，△n与β成正比，当β越大，n就越大。通常 称β值大的机械特性为软特性，即在电力拖动系统中， 如系统受外界干扰导致负载转矩增大或减小，对系统 转速 n产生影响大，那么系统抗干扰能力弱；β 值小的 机械特性为硬特性，即在电力拖动系统中，如系统受 外界干扰导致负载转矩增大或减小，对系统转速 n 产 生影响小，那么系统抗干扰能力强。对于一个恒速运 行的系统，我们总希望值β越小越好。
(3)
图3-2电枢串电阻人为机械特性
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电机与拖动基础——第一章 直流电机
人为机械特性
2．改变电枢电压的人为机械特性 保持每极磁通为额定值 不变，电枢回路不串电阻， 只改变电枢电压时，机械 特性表达式为
n Ra U T 2 C e F N C e CT F N
(4)
图3-3 改变电枢电压人为机械特性
计算，（T2+T0）为总的阻转矩，方向与T相反。
电机与拖动基础——第一章 直流电机
Page 4
功率平衡关系
他励直流电动机输入功率为
P1=UI=UIa=（Ea+IaRa）Ia=EaIa+Ia2Ra
∴P1=Pem+pCua 式中电磁功率Pem的功率性质为电功率，pCua=Ia2Ra为 电枢回路上的铜耗。
(1)
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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3.1他励直流电动机的机械特性
机械特性表达式
T 0
式中
U n0 为 T=0 Ce F
时的转速， 称为理想空载转速；
Ra R
CeCTF
2
是机械特性的斜率。
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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3.1他励直流电动机的机械特性
由于Ra很小，电枢回路上电阻压降很小，电源电压
大部分降落在反电动势Ea上。
电机与拖动基础——第一章 直流电机
Page 3
转矩方程
电动机空载时，轴上输出转矩T2=0，则有
T=T0
当负载转矩为TL，轴上输出有T2=TL，电动机匀速稳
定运行时有
T=T2+T0
其中电磁转矩为拖动性质转矩，可用公式T=CTΦIa
②求额定工作点（nN，TN）
增大，当负载电流增大 到一定程度，效率达最 大之后随负载电流的继 续增大，效率反而减小，
n，T，h n=f(Ia) h=f(Ia) T=f(Ia)
如图1-36所示。
0
Ia(P2)
图1－36 他励(并励)直流电动机工作特性
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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直流电动机的工作特性
如果令 dh/dIa0，可得：
他励直流电动机的参数如电压、励磁电流、电枢 回路电阻大小等改变后，其机械特性称为人为机械特 性。主要人为机械特性有三种。 1.电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢加额定电压 UN，每极 磁通为额定值 φN，电枢回路 串入电阻 R 后，机械特性表 达式为
UN Ra R n T 2 C e F N C e CT F N
枢回路不外串电阻的条件下，转速n、转矩T、效率
h与输出功率P2之间的关系曲线。实际运行中，电
枢电流Ia是随P2增大而增大，又便于测量，故也可把
转速n、转矩T、效率h与电枢电流Ia之间的关系曲
线称为工作特性。
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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直流电动机的工作特性
转速特性是指当U=UN，If=IfN，电枢回路外串电 阻RΩ=0时，n=ƒ(Ia)的关系。其表达式为
n UN R R a I a n0 a I a Ce F Ce F Ce F
n，T，h n=f(Ia) h=f(Ia) T=f(Ia)
若忽略电枢反应，电枢电 阻又较小，转速特性是一 条略微向下倾斜的直线（实 线所示）；考虑电枢反应的 祛磁作用如虚线所示。
电机与拖动基础——第一章 直流电机
时的反电动势；（2）若因某种原因，使电网电压下
降至195V，但励磁电流和负载转矩均未发生变化，
求在达到新平衡点后电动机的反电动势。
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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【例1-5】
解：（1）额定运行时的反电动势
EaN U N I a Ra 220 15 0.7 209.5V
动机的输出功率P2。
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【例1-4】
解：（1）求转矩常数CT’
感应电动势为 Ea U I a Ra 50 1.251.03 48.7V
转矩常数为
Ea 48.7 CT 9.55 9.55 0.221V min/ r n 2100
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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铭牌数据
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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他励直流电动机的机械特性
①求理想空载点（n0，0）
计算理想空载转速公式为
式中
UN n0 Ce N
EaN U N I N Ra Ce N nN nN
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（2）新平衡点时的反电动势
Ea U I a Ra 195 15 0.7 184.5V
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3.1他励直流电动机的机械特性
机械特性表达式
U I a ( Ra R) n Ce F Ra R U T 2 Ce F CeCT F n0 T
时，n=ƒ(T)的机械特性，其数学表达式为
UN Ra n T n0 N T n0 nN 2 CeN CeCT N
式中称为斜率，ΔnN为额定负载时的转速降。固有
机械特性曲线如图1-37所示。
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他励直流电动机的机械特性
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功率流程图
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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【例1-4】
已知一台永磁直流电动机的电枢电阻Ra=1.03Ω
当在50V直流电源供电下空载运行时，电机转速为
2100r/min，吸收电流是1.25A。试计算：（1）转矩
常数CT’（CT’= CTF）；（2）电动机的空载损耗p0；
（3）当转速为1700r/min以及电源电压为48V时，电
考虑电枢反应的祛磁作用，转
矩特性如图1-36虚线所示。
0
Ia(P2)
图1－36 他励(并励)直流电动机工作特性
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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直流电动机的工作特性
效率特性是指当U=UN，If=IfN，电枢回路外串电 阻RΩ=0时，hƒ(Ia)的关系。 根据效率的定义可得
P2 p h 1 P U Ia 1
第一章 直 流 电 机
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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电动机惯例
电机与拖动基础——第一章 直流电机
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电压方程
他励时有：I=Ia；并励时有：I=Ia+If。
电枢回路电压方程式为
U=Ea+Ia· Ra
其中反电动势Ea=CeΦ· n，若为并励时，还存在
U=If（rf+Rfad）=If· Rf
（2）求空载损耗 空载损耗为
p0 Ea I a 48.7 1.25 61 W
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【例1-4】
（3）求输出功率
在转速为1700r/min时，感应电动势为 Ea Ce n 0.0232 1700 39.44V
电枢电流为 电磁功率为 输出功率为
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固有机械特性
当电枢两端加额定电压、气隙每极磁通量为额定 值、电枢回路不串电阻时，即 U UN , F F N , R 0
，
这种情况下的机械特性，称为固有机械特性。其 表达式为
UN Ra n T CeF N CeCT F 2 N
(2)
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U Ea 48 39.44 Ia 8.31A Ra 1.03
P W em Ea I a 39.44 8.31 328
P2 P W em p0 328 61 267
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直流电动机的工作特性
直流电动机工作特性是指在U=UN，If=IfN，电
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人为机械特性
电枢反应表现为去磁效应，使机械特性出现 上翘现象，如图3-5所示。
图3-5
电枢反应有去磁效应时的机械特性
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他励直流电动机的机械特性
（1）固有机械特性
他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源