第三章 直流电机的工作原理及特性..

判定通电导体在磁场中受力方向的左 手定则
判定导线切割磁感线时感应电流方向 的右手定则。 伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平 面内；让磁感线从手心进入，并使拇指指向导线运动方向，这时 四指所指的方向就是感应电流的方向。这就是判定导线切割磁感 线时感应电流方向的右手定则。
用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所 指的那一端是通电螺线管的N极。
dT T 100% （作用：衡量机械特性曲线的平直程度） dn n 绝对硬特性 ，交流同步电动机的机械特性 机械特性硬度： 硬特性 10, 他励直流电动机的机械特性，交流异步电动机机械特性上半部 软特性 10,串励和复励直流电动机的机械特性
九 他励直流电动机的固有机械特性曲线
n
额定电压UN和额定磁通N下和电枢电路 内不外接任何电阻时的的机械特性n=f（T） 曲线。额定功率PN，额定电压UN，额定电流 IN，额定转速nN，可以求出Ra，KeN， n0，TN
2 1)估算电枢电阻Ra：电动机在额定负载下铜耗I a Ra占总功耗的50% 75% : ( I N I a )
Ra U T 2 Ke Ke K m
P
N
输入功率 输出功率 U N I N PN U N I N U N I N （ 1 ）U N I N ( 为电动机的效率）
I N 2 Ra (0.5 ~ 0.75)(1 )U N I N，Ra (0.5 ~ 0.75)(1 )U N / I N 2)求K e N：额定运行条件下的反电势 （U N I N Ra） E N K e N nN （U N I N Ra），K e N , K m 9.55 K e nN 3)求理想空载转速：n0 U N （ / K e N） 4）求额定转矩：TN PN 9.55 PN NN
T TL T0 T电动机的电磁转矩 (驱动转矩） TL负载转矩, T0空载损耗转矩
五 直流发电机的励磁方式
他励发电机的励磁绕组由外电源供电，励磁电流不 受电枢端电压或电枢端电流影响。其它三种的励磁电流为 电枢电流或为他的一部份不，称为自励发电机。
他励
并励
串励
复励 串励+并励
等效电路图
它励 并励 串励
由于电机的绝缘强度等因素，只能在额定电压以下改变其 特性。
3、改变磁通时的人为机械特性
U＝UN ，Rad=0，额定电压和线圈不串接附加电阻的 人为机械特性方程为：
UN Ra n T n0 n 2 K e K e Kt
改变励磁磁通时，理想空载转速n0和转速降n都将变化，但n变的要快。 磁通降低，理想空载转速n0和转速降n都增大 U E I a Ra , E K e n, n 0时，I st U 为常数 Ra
主磁极：包括主磁极铁芯、励磁绕组、磁极下面扩大部分的极靴。 主磁极产生主磁场。极靴使通过空气隙中的磁通分布合理，使励 磁绕组牢固固定在铁芯上。 机座：固定主磁极、换向极、端盖，用地脚螺栓将电机固定在基 础上。
S
N
换向极：上下NS为主磁极，水平方向有一对较小的磁极即 换向极，线圈旋转到换向的位置，如果没有换向极，那么线 圈中的电流较大，形成很大的电压，从而产生很大的电场强 度，击穿空气产生火花。 在水平方向加一对磁通较小的 磁极，当换向的时候，线圈水平，而线圈要继续运动除了要 切割 主磁极的磁感线外，还要切割换向极的磁感线，从而产 生反电动势，就会减小线圈中的电流，从而减小换向火花。
三 直流电机做发电机


E=Ke n E电刷间的电动势（V） 为一对磁极的磁通（Wb） n电枢转速（r/min） Ke与电机结构有关的常数
电枢绕组由柴油机驱动在磁场中旋转， 两根有效边感应出电 动势，每一有效边电动势是交变的，在N极是一个方向，在S极是 相反方向。电刷A总是与北极有效边连接的换向片接触，电刷B总 是与南极有效边连接的换向片接触，电刷间就出现一个极性不变的 电动势，接有负载时，就产生一定方向的电流。电动势与电流方向 相同 T T T
电枢绕组：产生感应电动势及电磁转矩。嵌入电枢铁芯的槽中。 换向器：对发电机而言，将电枢绕组内感应的交流电动势转换电 刷间的直流电动势。对电动机而言，将外加的直流电流转换为电 枢绕组的交流电流。换向器由彼此隔开的换向片组成。
Hale Waihona Puke 二 直流电机的简化
电机具有一对磁极、电枢绕组只是一个线圈，线圈 两端分别接两个换向片，换向片上压着电刷A和B。
电磁转矩T K m I a I a T / K t n
对他励与并励，Uf 与U 是同一个电源且不考虑供电电源的内阻，励磁电流If 与电枢电流Ia无关，机械特性曲线一样。
Ra U n T n0 n， 2 K e K e Kt

为了衡量电动机转速随负载（电磁转矩）变 化的情况，引入机械特性硬度：
U0 U N U 100% UN
七 并励发电机的特性
R负载电组，I负载电流， R f 是励磁调节电阻， Ra电枢电阻。 Ia电枢电流，E和U发电机的电动势和端电压，小灯泡8欧 Rf励磁电路电阻（励磁绕组的电阻和励磁调节电阻）约几百欧
U=E-IaRa Ia =（E-U）/Ra （ If励磁电流） I=U/R， If =U/Rf ，Rf≥Ra， Ia =I+If≈I U=U0=E=Ken
十一 直流他励电动机的启动特性
电枢回路电压平衡方程式：U E I a Ra , 反电动势E K e n 电动机未起动时，n=0,E=0,R a 很小，将电动机接入电网施加额定电压 UN 启动电流Ist = ，可以达到额定电流的10 ~ 20倍， Ra 换向过程中产生火花，烧坯整流子。过大的动态转矩T=K tIa 冲击， 损坏机械传动部件 直流电动机不允许直接起动，起动时电枢电流不得大于额定电流2倍
UN Ra n T 串Rad 2 K e N K e Kt N UN Ra Rad n K e N K e Kt 2 N
（1）二者的理想空载转速n0 是相同的； （2）转速降△n却变大了， T n0 n 即特性变软。 Rad越大越软
2、改变电枢电压U时的人为机械特性
复励
六 他励发电机的特性（发电机电动势与电流方向相同） R负载电组，I负载电流， R /f 是励磁调节电阻， Ra电枢电阻。
Ia电枢电流，E和U发电机的电动势和端电压 U=E-IaRa Ia =（E-U）/Ra Ia=I I=U/R 当空载时，Ia＝I=0： U=U0=E=Ken（U0空载端电压） / R 磁通取决于励磁电流If， If通过改变励磁调节电阻 f 来调节。 空载特性曲线：电动势E与励磁电流If之间的关系曲线E=f(If) If=0，有电动势E/，由磁极的剩磁产生的。 改变励磁电流If就能获得所需的电动势E。

5)考虑到其机械特性为直线，因此由（0，n0）和（TN，nN）可以得出固有机械特性。
十 他励直流电动机的人为机械特性曲线 定义：供电电压、磁通不为额定值，电枢电路串接附加电阻时的 机械特性。 1、电枢回路串接附加电阻Rad时的人为机械特性 U=UN、 ＝ N 、Ra用 Ra + Rad替代、有人为机械特性方程式
＝N ，Rad=0，额定磁通和线圈不串接附加电阻的 人为机械特性方程为：
Ra U n T n0 n 2 Ke N Ke Kt N U 从上式可以看出，理想空载转速n0 随U的变化而变化 Ke N 但转速降n不变，改变电枢电压U时，得到一组平行于固有 机械特性曲线的人为机械特性曲线。
第三章 直流电机的工作原理及特性


直流电机可用做电动机，将电能转化为机械 能。电动机运动。 直流电机可用做发电机，将机械能转化为电 能。直流发电机做为直流电源，供给直流电 动机。
一、直流电机的基本结构
直流电机：包括定子（磁极）和转子，定子与转子由空气隙分开。 定子：产生主磁场，支撑电机。由主磁极、换向极、机座、端盖、 轴承组成。电刷用电刷座固家在定子上。 转子：产生感应电动势和和产生机械转矩。包括电枢绕组、电枢 铁芯、换向器、轴、风扇
1 0
T1柴油机的转矩 , T发电机的电磁转矩 (阻转矩） T0空载损耗转矩
四 直流电机做电动机




T=KtIa T电磁转矩（N· m） 一对磁极的磁通（Wb） Ia电枢电流（A） Kt与电机结构有关常数 Kt ＝9.55 Ke
将直流电源接在电刷间，使电流流入电枢绕组，N极有效边的 电流总是一个方向，S极有效边的电流总是相反方向，产生电磁力 使电枢绕组转动，有效边从北极转到南极，电流的方向同时改变， 使电磁力的方向不变。电枢绕组在磁场中受力转动，产生的感应电 动势与外加电压方向相反，是反电动势。电动势与电流方向相反。
并励发电机电压的建立
/
1、磁极要有剩磁，发电机被恒速驱动旋转时， 电枢绕组切割磁力线产生很小的 电动势E/，在励磁电路中产生很小的起始励磁电流。
2、起始励磁电流产生的磁场方向与剩磁磁场方向相同，磁场增强，电动势增强， 励磁电流增大。磁通增大，电动势增大。励磁电流与电动势不会无限增大。
过大
If励磁电流， Rf励磁电路电阻 3、曲线E=f(If)是并励发电机的空载特性曲线，直线E=IfRf是从励磁电路得出， （Ra≤Rf）,两条线的交点建立起电动势E与励磁电流If大小方程式。这个点的电 动势是并励发电机两个电刷间稳定输出的电动势。 4、 Rf增大，直线斜率增大，角度变大， Rf过大，可能没有交点，
将励磁调节电阻减小。 并励发电机外特性曲线
并励发电机接负载后，转速n一定，励磁电路电阻Rf一定，发电机 端电压U与负载电流I的关系式U=f（I）。与他励发电机外特性曲
八 他励直流电动机的机械特性曲线
电枢回路电压平衡方程式：U E I a Ra , 反电动势E K e n n R U a Ia Ke Ke Ra U T n0 n，理想空载转速：T 0时，n n0 U 2 Ke Ke K e Kt