直流电机的电枢电动势
第3章直流电机原理
电动势平衡方程式:
根据基尔霍夫第二定律，对任一有源的闭合回路，所有电动势之和
等于所有电压降和（ EU）， 有：
+
Ea UIaRa
U
-
Uf If Rf
其中：Ea Cen
R a ：电枢回路总电阻 R f ：励磁回路总电阻
Ia T1 n Ea T0 T
If
他励
转矩平衡方程式：
直流发电机在稳态运行时，电机的转速为n，作用在电枢上的转矩共
一、直流电机的磁路和励磁方式：
1.磁路
2.直流电机的磁势 主极磁势: Ff=IfWf 电枢磁势: Fa=IaWa 换向极磁势: FK=IKWK ( IK=Ia)
3.直流电机的励磁方式：主极励磁线圈的供电方式
直流电机的励磁方式
他励式
自励式
并励式
串励式
复励式
(不同励磁方式电机的特性不同)
二、空载时直流电机的磁场分布
2）电枢绕组：电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组 成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动 势，从而实现机电能量转换的关键性部件。
3.4 直流电机的铭牌数据(额定值)
为了使电机安全可靠地工作，且保持优良的 运行性能，电机厂家根据国家标准及电机的 设计数据，对每台电机在运行中的电压、电 流、功率、转速等规定了保证值，这些保证 值称为电机的额定值。
仅交链励磁绕组本身不进入电枢铁心不和电枢绕组相交链不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩极靴下气隙远远小于极靴之外的气隙显然极靴下沿电枢圆周各点的主磁场将明显大于极靴范围以外在两极之间的几何中心线处磁场等于零
直流电机的优缺点
直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。 直流电机由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。
第四章直流电机电枢绕组
一、节距计算
y1
Z 2p
y= =1yk
y2 y1 y
二、绕组展开图
Z为电枢槽数 P为电机的极对数
三、元件连接顺序及并联支路图
空载时气隙磁磁通密度的分布图形
返回
如果不计铁磁材料中的磁压降，则在气隙中各处所消耗的磁通势均
为励磁磁通势。
在极靴下，气隙小，气隙中沿电枢表面上各点磁密较大；在极靴范
围外，气隙增加很多，磁密显著减小，至两极间的几何中性线处磁密为
零。
为一平顶波
直流电机空载磁场的磁密分布
直流电机的空载磁化特性
0
考虑到电机的运行性能 和经济性，直流电机额定运 行的磁通额定值的大小取在 磁化曲线开始弯曲的地方图 中的a点（称为膝部）。
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。
1、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R f 特性曲线， 也称场阻线 U f I f R f 。
增大R f ，场阻线变为曲线3时，R f 称为临界 电阻Rcr 。如图所示。
N pN Ea 2a e 60a n Cen
Ce为电动势常数。上式表明直流电机的感应电动势与电机结构、 气隙磁通和电机转速有关。当电机制造好以后，与电机结构有关的常数
Ce不在变化，因此电枢电动势仅与气隙磁通和转速有关，改变转速 和磁通均可改变电枢电动势的大小。
三，直流电机的电磁转矩 定义：根据电磁力定律，当电枢绕组中有电枢电流
电机学第一到四章自测题参考答案
第一章自测题参考答案（一）填空题l．直流电动机的电枢电动势与电枢电流的方向担豆，电磁转矩与转速的方向相同。
2．直流发电机的电枢电动势与电枢电流的方向担显，电磁转矩与转速的方向相反。
3．并励直流发电机自励建压的条件是主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻值。
4．直流发电机和直流电动机除能量转换关系不同外，还表现于发电机的电枢电动势Ea比端电压U大；而电动机的电枢电动势Ea比端电压U小。
5．电机的电磁功率是指机械功率与电功率相互转换的那一部分功率，所以电磁功率P em的表达式既可用机械量T em来表示，也可用电量E a I a来表示。
6．直流电动机的电磁转矩是由每极气隙磁通量和电枢电流共同作用产生的。
7．直流电动机电枢反应的定义是电枢磁动势对励磁磁动势的作用，当电刷在几何中性线上，电动机产生交磁性质的电枢反应，其结果使气隙磁场发生畸变和对主磁场起附加去磁作用，物理中性线朝电枢旋转相反方向偏移。
8．并励直流发电机的外特性曲线下降的原因有（1）随着负载的增大，电枢反应去磁作用增强，使电枢电动势E a下降；（2）负载增大，电枢绕组电阻压降I a Ra增大，导致U下降；（3）当由（1）和（2）原因引起U减小，致使I f减小，磁通中减小，E a进一步下降，导致端电压U进一步下降。
（二）判断题l．一台并励直流发电机，正转能自励，反转也能自励。
（×）2．一台直流发电机，若把电枢固定不动，电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（√）3．一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（×）4．直流发电机正常运行时，由于主磁通既交链电枢绕组又交链励磁绕组，因此主磁通在这两个绕组中均感应电动势。
（×）5．一台接到直流电源上运行的直流电动机，换向情况是良好的。
如果改变电枢两端的极性来改变转向，换向极线圈不改接，则换向情况变坏。
2021年电机及拖动基础试题及答案2
电机及拖动基础试题及答案2电机与拖动试卷及参考答案一、、填空题（每空1分，共30分）1．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（阻力）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（动力）转矩。
2．接触器主要由（电磁机构）、（触点系统）、（灭弧装置）等三大部分组成。
3．空气阻尼式时间继电器主要由（电磁机构）、（触点系统）和（延时机构）三部份组成。
若要将通电延时型改成断电延时型，只需将（电磁机构翻转180度）。
4、用Y-△降压起动时,起动电流为直接用△接法起动时的（1/3）,所以对降低（起动电流）很有效。
但启动转矩也只有直接用△接法启动时（1/3），因此只适用于空载或轻载启动。
5．反接制动时，当电机转速接近于（0）时，应及时（切断电源），防止电机（反转）。
6、伺服电动机为了防止（反转）现象的发生，采用（增大转子电阻）的方法。
7、步进电动机是一种把（电脉冲）信号转换成（角位移或线位移）信号的控制电机。
8．分磁环的作用是使（产生的合成吸力始终大于弹簧的反作用力），以消除（衔铁的振动和噪声）现象；三相交流电磁机构是否需要分磁环（不需要）。
9．单相异步电动机定子绕组中产生的磁场是（脉动磁场），可分解为（正向旋转磁场）和（反向旋转磁场）两部分。
10．熔断器又叫保险丝，用于电路的（短路）保护，使用时应（串）接在电路中。
二、判断题（每小题1分，共10分）。
（×）1．一台额定电压为220V的交流接触器在交流220V和直流220V的电源上均可使用。
（×）2．三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路保护。
第1页共5页（×）3．交流电动机由于通入的是交流电，因此它的转速也是不断变化的，而直流电动机则其转速是恒定不变的。
（×）4．转差率S是分析异步电动机运行性能的一个重要参数，当电动机转速越快时，则对应的转差率也就越大。
直流电机的基本工作原理及结构
直流电 动机的 工作原 理示意 图:
1.1.3 直流电机的铭牌数据 额定功率 PN
指轴上输出 指电刷间输出的 电动机 额定条件下电机 发电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率 额 定 电U 压 N
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
额定电流 IN
额定功率时对应的电流 在额定电压、额定电流下，运 电动机：是指输入额定电压。 行于额定功率时对应的转速. 电机铭牌上还标有其它数 额定励磁电流 I fN 据，如励磁电压、出厂日 对应于额定电压、额定电流、额 期、出厂编号等。 定转速及额定功率时的励磁电流
电刷从几何中性线偏移 角，电枢磁动势轴线也随 之移动 角，如图(a)(b) 所示。 电枢磁动势可以分解 为两个垂直分量：交轴电 F aq 枢磁动势 和直轴电枢磁 动势 。 F ad
电刷顺转向偏移
发电机 电动机 交轴和直轴去磁 交轴和直轴助磁
电刷逆转向偏移
交轴和直轴助磁 交轴和直轴去磁
1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩
漏磁通
磁力线不进入电枢铁心， 直接经过气隙、相邻磁极 或定子铁轭形成闭合回路
漏磁路
主磁通
磁力线由N极出来，经气隙、 电枢齿部、电枢铁心的铁轭、 电枢齿部、气隙进入S极，再 经定子铁轭回到N极
主磁路
直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应 电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增 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%。
0
N
A
为了经济、合理地利用材料， 一般直流电机额定运行时，额定磁 通 N 设定在图中 A点，即在磁化特 性曲线开始进入饱和区的位置。
0
I fN
I f0 I f F f 0 IN
直流电机
Tav = f 2 = Bav l ia N 2
Tav
l Ia N 2 p l 2a 2
pN
2a
Ia
CT Ia
大小：T
pN
2 a
Ia
CT Ia
其中：CT
= pN 2πa
为电机的转矩常数
电磁转矩性质:发电机—制动(与转速方向相反)； 电动机—驱动(与转速方向相同)。
pm pFe p统称为空载损耗(不变损耗)。
负载损耗:电枢回路电阻损耗 pa ;I电a2 R刷a 接触压降损耗
pb （ 2负Δ载Us损Ia 耗又称可变损耗） 杂散损耗 p:Δ齿槽引起磁场脉动引起的铁耗，一些机械部件切
割磁通产生的铁耗等 pΔ (0.5 ~ 1)%P2
二、直流发电机的基本方程
Bx
B0 x
Bax
物理中性线偏离几何中性线
2.当电刷不在几何中性线上时
电刷从几何中性线偏
移 角，电枢磁动势
轴线也随之移动角， 如图(a)、(b)所示。
这时电枢磁动势可 以分解为两个垂直 分量：交轴电枢磁 动势 Faq 和直轴电 枢磁动势 Fad 。如 图(a)、(b)所示。
交轴磁势和直轴磁势
P1 PM p0 原动机输入给发电机的机械功率 P1
输入直流发电机后扣除空载损耗，其余为电磁功率 空载损耗p0包括：机械摩擦损耗、铁损耗、附加损耗。
p0 pm pFe p ❖电磁功率是转换成电功率的那部分机械功率
将式 U Ea Ia Ra 两边同乘电枢电流：
UIa Ea Ia Ia2 Ra
A Nia
D 在原点O左右x处取磁力线闭
直流电机
解： 1）
2p 4
a 1
Z 31
E 115
nN 1450
N Z 12 31 12 372
pN 2 372 Ce 12.4 60 a 60 1
E 115 6.4 10 3 Wb C e n 12.4 1450
【例】一台4极直流发电机，单波绕制，有31槽，每槽元件数为12，额定 转速为1450转，在额定工作时，测出的电枢电势为115V。求： （1） （2） 每极磁通。 当作电动运行时，电枢电流为600A时，能产生多大的电磁转矩。
二、倒拉反转反接制动 倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载
在电枢回路中串联一个较大的电阻,即可实 现制动. n
电枢回路串入较大电 阻 RB 后特性曲线
正向电动状态提 升重物(A点)
n0
B
A
Ra
工作点由A-BC-D,CD段为制 动段
电机以稳 定的转速 下放重物D 点
C
0 TB TK
TL
Tem
负载作用下 电机反向旋 转(下放重物)
换向片 E F E
d T
n
– U + 由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外 加电压方向总是相反，所以称反电势。 Ia Ra 2. 电枢回路电压平衡式 + + U E Ia Ra K E n Ia Ra M E U – 式中：U — 外加电压 – Ra — 绕组电阻
励磁电动机
他励电动机
为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串 电阻或降低电枢电压起动。
2.3.1 电枢回路串电阻起动 一、起动过程 以三级电阻起动时电动机为例
n
S
U
电枢直流电机励磁磁场电动势
Page 8
4.1直流电机工作原理
4.1.1直流电机的基本工作原理及主要结构
励磁绕组
1．直流发电机的基本工作原理
N
主磁极
N
换相片上安放着一对固定不动 的电刷B1和B2，电刷能与外电路
A
＋ B1
n
联接。固定不动的部分（主磁极、
B2 －
X
电刷等）被称为定子，随转轴转动 原动机拖动
的部分（线圈、电枢铁心、换相器
0
2 w t
图4-2 气隙磁通密度分布和线圈AX感应电动势
电机与拖动基础及MATLAB仿真
Page 9
4.1直流电机工作原理
4.1.1直流电机的基本工作原理及主要结构
1．直流发电机的基本工作原理
励磁绕组
当原动机拖动电枢逆时针方向
N
主磁极
N
旋转时，导体切割磁力线，根据电 磁感应定律，导体内产生感应电动
a）wt=0°时，A端⊙X端⊕ b）wt=180°时，A端⊙X端⊕
电刷B1(+)B2(-)
电刷B1(+)B2(-)
图4-1 直流发电机工作原理
原动机拖动
S
S
a）wt=0°时，A端⊙X端⊕ b）wt=180°时，A端⊙X端⊕
电刷B1(+)B2(-)
电刷B1(+)B2(-)
图4-1 直流发电机工作原理
的，如图4-3所示。
0
2 w t
图4-3 电刷B1B2间的电动势
电机与拖动基础及MATLAB仿真
Page 11
4.1直流电机工作原理
4.1.1直流电机的基本工作原理及主要结构
给励磁绕组通入直流电，将在固定的主磁极呈现上为N极、 下为S极。N和S极之间是电枢，电枢铁心上安放着由A和X两根 导体组成的电枢线圈，线圈的首端（A）和末端（X）分别连在 两个相互绝缘的半圆形铜质换相片上，换相片形成的整体称为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
直流电机的电枢电动势
直流电机的电枢电动势
定义：电枢绕组中的感应电动势。
一、运行时感应电动势始终存在
图1.22 电动机/发电机运行时电枢元件中的电势与电流方向直流电机无论作电动机运行还是作发电机运行，电枢绕组内都感应产生电动势,这个感应电动势是指一条支路的电动势。
二、如何计算感应电动势的
要计算支路电动势，可先求出每个元件电动势的平均值，然后乘上每条支路串联元件数，就可得出支路电动势。
Ce为电动势常数。
上式表明直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转速有关。
当电机制造好以后，与电机结构有关的常数Ce不在变化，因此电枢电动势仅与气隙磁通和转速有关，改变转速和磁通均可改变电枢电动势的大小。