qg15-华中科技大学_电机学__第二章_直流电机-重点复习2
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华中科技大学版【电机学】(第三版)电子讲稿【第二章】
第二章：变压器主要内容：变压器的工作原理，运行特性，基本方程式等效电路相量土，变压器的并联运行及三相变压器的特有问题。
2-1变压器的工作原理本节以普通双绕组变压器为例介绍变压器的工作原理，基本结构和额定值。
一、 基本结构变压器的主要部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。
除此之外，还有放置器身的盛有变压器油的油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道等部件。
主要介绍铁心和绕组的结构。
1、铁心变压器的铁心既是磁路，也是套装绕组的骨架。
铁心分：心柱：心柱上套装有绕组。
铁轭：形成闭合磁路为了减少铁心损耗，通常采用含硅量较高，厚度为表面涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成。
铁心结构的基本形式分心式和壳式两种心式：铁轭靠着绕组的顶面和底面。
而不包围绕组侧面，见图2-2特结构较为简单，绕组的装配及绝缘也较为容易，所以国产变压器大多采用心式结构。
（电力变压器常采用的结构）壳式：铁轭不仅包围顶面和底面，也包围绕组的侧面。
见图2-3，这种结构机械强度较好，但制造工艺复杂，用材料较多。
铁心的叠装分为对接和叠接两种对接：将心柱和铁轭分别叠装和夹紧，然后再把它们拼在一起。
工艺简单。
迭接：把心柱和铁轭一层一层的交错重叠，工艺复杂。
由于叠接式铁心使叠片接缝错开，减小接缝处的气隙，从而减小了励磁电流，同时这种结构夹紧装置简单经济可靠性高，多采用叠接式。
缺点：工艺上费时2、绕组绕组是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。
接入电能的一端称为原绕组（或一次绕组）输出电能的一端称为付绕组（或二次绕组）一、二次绕组中电压高的一端称高电压绕组，低的一端称低电压绕组高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗。
因为不计铁心的损耗，根据能量的守恒原理S I U I U ==2211 （s 原付绕组的视在功率）电压高的一端电流小所以导线细从高低压绕组的相对位置来看，变压器绕组可以分为同心式和交叠式两类同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。
电机学第二章直流电机
y
y1
y2
y= -1 图2.19 单叠绕组 (左行)
各种形式直流电机绕组的区别主要表现在合成节矩 上，其公式为：
叠绕组：y = y1 - y2 单叠右行：y = + 1 单叠左行：y = - 1 因单叠左行绕组端接部分交叉，故很少采用。 波绕组：y = y1 ＋ y2
2.2.2 单叠绕组
一台4极16槽直流电机，换向片数K=16； 电枢绕组的元件数S=16；(z=zi=s=k)试画 出整距右行单叠绕组展开图。
不同的励磁方式， 电机的性能将不同。
励磁方式：
直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称 为励磁方式。实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何 联接，就决定了它是什么样的励磁方式。
二、励磁方式分类
他励式 并励式
自励式 串励式
复励式
(1)、他励：直流电机的励 + 磁电流由其它直流电源单独 供给。如图所示。
他励直流发电机的电枢 电流和负载电流相同，即：
(3)直流电动机的工作原理
（1）、换流b过程
c a
dS
b a
c d
电流正方向：dcba 转矩方向：顺时针 电势方向：abcd
电流正方向：abcd 电流正方向转：矩d方cb向a ：顺时针
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
图2.5 直流电动机工作原理
直流电动机工作原理：
1.电源经电刷接通电枢绕组，电枢导体有电流流 过。
三.直流电机的特点
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!
电机第二章直流电机2
2.6.2 转矩方程
（1）直流发电机
T1 Tem T0
（2）直流电动机
Tem T2 T0
思考：对比上两方程，说明各电磁转矩的不同意义及空载 转矩含义？
2.6.3功率方程（以并励电机为例分析）
（1）并励发电机功率方程
P 1 T 1 (Tem T0 ) P em p0 P em pa pFe pm
当电机带上负载后，电枢绕组中流过电流Ia， 电枢电流Ia也产生磁动势，叫电枢磁动势。 电枢磁动势对气隙磁通的大小和分布、电机的 运行性能、换向的好坏都有影响。 （1）电枢磁动势的性质 电枢磁动势的空间分布只决定于电枢绕组中电 流的分布，以电刷为界的电枢表面电流在空间上是 不变的，因此其产生的磁场和磁动势的分布也是固 定不变的。
Tem CT I a 28.66 0.02518 12.9N m
单叠： a 2
pZ 2 90 则有： C T 14 .33 2a 2 2
因每条支路的电流不变则： I a 36A
Tem CT I a 12.9N m
可见，如果相同的元件数，如果每条支路电流相等， 则单叠和单波绕组的电磁转矩是相等的。
（2）电枢磁动势波形
由电枢磁动势波形可知，磁极中心线下的气隙处电枢 磁动势为零，在几何中性线处达到最大值。
（3）电枢磁密波形
电枢磁场产生的磁通密度沿着气隙的分布为：
Fa ( x) Ax Bax Ba ( x) 0 H a ( x) 0 0 d ( x) d ( x)
可知，Bax与气隙成反比。在磁极极靴下，气 隙较小且变化不大，所以气隙磁密Bax与Fax成正比。 而在两磁极间的几何中性线附近，气隙较大，超
《电机学》(华中科大出版社,辜承林,第二版)课后答案
第二章 直流电机 2．1 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流，“换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。
2．2 试判断下列情况下，电刷两端电压性质 （1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转； （2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
(1)交流 ∵电刷与电枢间相对静止，∴电刷两端的电压性质与电枢的相同。
（2）直流 电刷与磁极相对静止，∴电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 ∴是直流。
2．3 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？ 直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到N 极下，还是S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩 2．4 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？有7个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记2．5 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，∴线圈太多，无处嵌放。
2．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。
漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换，δΦ与饱和系数有关。
2．7 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？磁化曲线：00()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 励磁磁动势设计在低于“膝点”，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是0Φ（根据E 和m T 公式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。
电机学第2章直流电机课件
2.直流电机的基本结构
图2-5 电枢上装有6个线圈 (11′到66′)的情况
2.直流电机的基本结构
图2-7 直流电机剖面图
2.直流电机的基本结构
图2-8 主磁极
2.直流电机的基本结构
图2-9 电枢铁心
2.直流电机的基本结构
图2-10 电枢线圈
2.直流电机的基本结构
图2-12 换向器
3.励磁方式
2.并励电动机的运行特性
2.并励电动机的运行特性
图2-42 并励电动机的机械特性
2.并励电动机的运行特性
2.并励电动机的运行特性
2.并励电动机的运行特性
3.串励电动机的运行特性
图2-43 串励电动机的接线图
3.串励电动机的运行特性
3.串励电动机的运行特性
图2-44 串励电动机的工作特性
图2-14 直流电机的励磁方式 a)他励式 b)并励式 c)串励式 d)复励式
4.直流电机的额定值
(1)额定功率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，用千瓦(kW)表示。 (2)额定电压UN 指额定状态下电枢出线端的电压，以伏(V)表 示。 (3)额定电流IN 指电机在额定电压下运行、输出功率为额定功 率时，电机的线电流，以安(A)表示。 (4)额定转速nN 指额定状态下运行时转子的转速，以转/分(r/mi n)表示。
2.单叠绕组
2.单叠绕组
图2-19 单叠绕组展开图(2p=4,S=K= =16)
2.单叠绕组
图2-20 图2-19所示瞬间电枢绕组的电路图
3.单波绕组
3.单波绕组
图2-21 单波绕组的展开图(2p=4, =S=K=15) a)部分展开图 b)全部展开图
3.单波绕组
电机学 — 各章总结
8）直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反 应是 ；若为电动机，则直轴电枢反应是 。 （去磁，助磁） 9）把直流发电机的转速升高20%，他励方式运行空载电压 （>,<,=）并励方式空载电压。 （<） 10） 并励直流电动机在串电阻调速过程中，若负载转矩保持不 变，则 保持不变。 （电枢电流）
11） 若并励直流发电机转速上升20％，则空载时发电机的 端电压U0将 。 （升高大于20％） 12）直流电动机常用的制动方式有
（能耗制动、反接制动 、回馈制动 ）
、
、
。
13）并励直流发电机自励电压建立应满足的条件是什么？
14） 励磁电流不变的情况下，发电机负载时电枢绕组感应 电动势与空载时电枢绕组感应电动势大小相同吗？为什么？
时高压边电流波形为 低压边相电动势波形为 波，主磁通波形为 波。 波，
（正弦波、正弦波、正弦波）
14）变压器并联运行的条件？ 15）试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义；它们分别 对应什么磁通，对已制成的变压器，它们是否是常数？ 16）变压器的额定电压为220/110V，若不慎将低压方 误接到220V电源上，试问励磁电流将会发生什么变化？ 变压器将会出现什么现象？ 17）变压器副方所带负载的性质对副方电压有什么影响？ 副方电压在什么情况下有可能高于空载值？
二、重点公式
pn1 f 60
k y1
q1 sin y1 π k 2 sin( ) q1 1 2 q sin 2
k N 1 = k y 1 kq 1
E y 1 = 4.44 N c k y 1 fΦ1
Eq1 = 4.44qN c k N 1 fΦ1
Eφ1 = 4.44 Nk N 1 fΦ1
二、重点公式
11） 若并励直流发电机转速上升20％，则空载时发电机的 端电压U0将 。 （升高大于20％） 12）直流电动机常用的制动方式有
（能耗制动、反接制动 、回馈制动 ）
、
、
。
13）并励直流发电机自励电压建立应满足的条件是什么？
14） 励磁电流不变的情况下，发电机负载时电枢绕组感应 电动势与空载时电枢绕组感应电动势大小相同吗？为什么？
时高压边电流波形为 低压边相电动势波形为 波，主磁通波形为 波。 波，
（正弦波、正弦波、正弦波）
14）变压器并联运行的条件？ 15）试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义；它们分别 对应什么磁通，对已制成的变压器，它们是否是常数？ 16）变压器的额定电压为220/110V，若不慎将低压方 误接到220V电源上，试问励磁电流将会发生什么变化？ 变压器将会出现什么现象？ 17）变压器副方所带负载的性质对副方电压有什么影响？ 副方电压在什么情况下有可能高于空载值？
二、重点公式
pn1 f 60
k y1
q1 sin y1 π k 2 sin( ) q1 1 2 q sin 2
k N 1 = k y 1 kq 1
E y 1 = 4.44 N c k y 1 fΦ1
Eq1 = 4.44qN c k N 1 fΦ1
Eφ1 = 4.44 Nk N 1 fΦ1
二、重点公式
第2章 直流电机-电动机
电机学 Electric Machinery
（第2章 直流电机－电动机）
2006.3
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
直流电动机的基本特性和直流电力传动
➢ 直流电动机的基本方程 ➢ 直流电动机的工作特性 ➢ 直流电动机的机械特性 ➢ 直流电动机的启动 ➢ 电力传动系统稳定运行条件 ➢ 直流电动机的调速 ➢ 直流电动机的制动
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
5
二、工作特性
➢ 直流电动机 n、Tem、η＝f（P2）的关系曲线称为工作特性。 ➢ 直流电动机的工作特性因励磁方式而异，可用计算法求得，
但大多用实验方法确定。
1. 并励电动机的工作特性
并励电动机 试验接线图
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
Rj n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
15
2. 改变励磁电流调速
3. 改变端电压调速
If n
U n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
16
四、直流电动机的制动 1. 能耗制动
并励电动 机能耗制 动接线图
U CEΦn Ia Ra Ia RL
Ia
CEΦn Ra RL
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
9
三、机械特性 n=f(Tem)
n
U
Ia (Ra CEΦ
Rj)
U CEΦ
Ra Rj CECTΦ2
Tem
Rj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。 Rj =0时为自然机械特性，Rj≠0为人工机械特性。
1. 并励电动机
n n0 k jTem
（第2章 直流电机－电动机）
2006.3
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
直流电动机的基本特性和直流电力传动
➢ 直流电动机的基本方程 ➢ 直流电动机的工作特性 ➢ 直流电动机的机械特性 ➢ 直流电动机的启动 ➢ 电力传动系统稳定运行条件 ➢ 直流电动机的调速 ➢ 直流电动机的制动
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
5
二、工作特性
➢ 直流电动机 n、Tem、η＝f（P2）的关系曲线称为工作特性。 ➢ 直流电动机的工作特性因励磁方式而异，可用计算法求得，
但大多用实验方法确定。
1. 并励电动机的工作特性
并励电动机 试验接线图
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
Rj n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
15
2. 改变励磁电流调速
3. 改变端电压调速
If n
U n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
16
四、直流电动机的制动 1. 能耗制动
并励电动 机能耗制 动接线图
U CEΦn Ia Ra Ia RL
Ia
CEΦn Ra RL
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
9
三、机械特性 n=f(Tem)
n
U
Ia (Ra CEΦ
Rj)
U CEΦ
Ra Rj CECTΦ2
Tem
Rj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。 Rj =0时为自然机械特性，Rj≠0为人工机械特性。
1. 并励电动机
n n0 k jTem
电气工程概论第二章-直流电机上课讲义
电气工程概论第二章-直流电机
二、直流电机
(一) 直流发电机工作原理
(二) 直流电动机工作原理
（1）电机的可逆原理：直流电机可作为发电机运行，也可作 为电动机运行。
（2）换向器的作用是实现电枢线圈内的交流电动势、电流与 电刷的直流电压、电流之间的转化。
(三) 直流电机的结构
直流电机主要包括转子和定子两大部分。转子是电机 的转动部分，定子是电机的静止部分。 1 定子：用来产生磁场和作为电机的机械支架，主要包括 主磁极、换向极、机座和电刷装置。
2 转子：也称为电枢，用来产生感应电动势和电磁转矩， 实现能量的转换。主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、 转轴和风扇等。
(四) 直流电机的励磁
直流电机的励磁方式分为永磁体励磁、电机本体励磁 （并励、串励和复励）、其他电源励磁三种。
(五) 直流电机中的感应电动势
其中p为极对数，N为电枢绕组的总导体数，a为支路对 数，Φ为每极主磁通，n为电机转速。
2 直流电机的功率平衡方程 （1）直流发电机的功率平衡方程
直流发电机的效率
（2）直流电动机的功率平衡方程
(九) 直流发电机的特性
1 空载特性:发电机当n为常值，I=0A时,发电机空载端电 压U0与励磁电流If之间的函数关系。 2 负载特性:发电机n为常值，I>0A时，发电机端电压U与
励磁电流之间的函数关系。
其中
（1）固有机械特性：当电动机端电压额定U=UN，每极气隙 励磁磁通额定Φ＝ΦN，电枢回路无串接电阻(Rst＝0)时的
机械特性。
（2）人为机械特性：在固有机械特性的基础上，主要分析 改变电枢回路串接电阻、改变端电压和改变励磁磁通三种 情况下的人为机械特性。
1）电枢回路串接电阻的人为机械特性：
二、直流电机
(一) 直流发电机工作原理
(二) 直流电动机工作原理
（1）电机的可逆原理：直流电机可作为发电机运行，也可作 为电动机运行。
（2）换向器的作用是实现电枢线圈内的交流电动势、电流与 电刷的直流电压、电流之间的转化。
(三) 直流电机的结构
直流电机主要包括转子和定子两大部分。转子是电机 的转动部分，定子是电机的静止部分。 1 定子：用来产生磁场和作为电机的机械支架，主要包括 主磁极、换向极、机座和电刷装置。
2 转子：也称为电枢，用来产生感应电动势和电磁转矩， 实现能量的转换。主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、 转轴和风扇等。
(四) 直流电机的励磁
直流电机的励磁方式分为永磁体励磁、电机本体励磁 （并励、串励和复励）、其他电源励磁三种。
(五) 直流电机中的感应电动势
其中p为极对数，N为电枢绕组的总导体数，a为支路对 数，Φ为每极主磁通，n为电机转速。
2 直流电机的功率平衡方程 （1）直流发电机的功率平衡方程
直流发电机的效率
（2）直流电动机的功率平衡方程
(九) 直流发电机的特性
1 空载特性:发电机当n为常值，I=0A时,发电机空载端电 压U0与励磁电流If之间的函数关系。 2 负载特性:发电机n为常值，I>0A时，发电机端电压U与
励磁电流之间的函数关系。
其中
（1）固有机械特性：当电动机端电压额定U=UN，每极气隙 励磁磁通额定Φ＝ΦN，电枢回路无串接电阻(Rst＝0)时的
机械特性。
（2）人为机械特性：在固有机械特性的基础上，主要分析 改变电枢回路串接电阻、改变端电压和改变励磁磁通三种 情况下的人为机械特性。
1）电枢回路串接电阻的人为机械特性：
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J
d
dt
Tem
TL
Tem TL
Tem TL
d 0 dt
d 0 dt
系统加速 系统减速
电力传动系统基础
➢稳定运行条件 稳定运行：电机与生产机械组成的拖动机组已运行
于某一转速，若外界短时扰动（负载突变）使转速产 生的变化在扰动消失后能随之消失，即机组能自行恢 复到原来的速度，则称机组的运行是稳定的，否则为 不稳定运行。
A
11.71 A
(3)电磁转矩变为
Tem
E I a 2πnN
202.98 11.71 30 N m 22.70 N m 1000π
60
(4) 由于负载转矩衡定，稳定后，电磁转矩等于调速前的转矩， 故电枢电流等于调速前的电枢电流
Ia
UN E Ra RL
➢ 制动电流大，制动时间短。
➢ 制动效果强烈，可使电动机迅速停车或反转。
直流电机的制动
3、回馈制动
电机通过运行状态的改变，即电动机状态变为发电 机状态，使电枢电流方向发生改变，从而使驱动性质的 电磁转矩变为制动性质的电磁转矩，同时能量回馈至电 网，即为回馈制动。
C E
EN nN
202.98 1000
0.20298
额定运行时电磁转矩
Tem
CT IaN
30 π
C E I aN
30 π
0.20298 53.07
102.87
N
m
(2) 由于负载转矩衡定，因此，调速前后电磁转矩不变，即电枢
η电N 流不变
Ia IaN 53 .07 A
U CEΦ
Ra Rj CECTΦ 2
Tem
➢ Rj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的斜率。 ➢ U=UN，If=IfN，Rj =0 时为自然机械特性。 ➢ 三者中只要有一个改变，则为人为机械特性。
1、并励电动机
n
U
Ia (Ra C EΦ
Rj)
U C EΦ
Ra Rj C ECTΦ 2
dTem dTL dn dn
即负载机械特性曲线的切线斜率要大于电动机机械特 性曲线的切线斜率。
直流电机的起动
➢电动机起动问题的引出
机械系统：电动机产生足够大的电磁转矩克服机组的静止摩擦转 矩、惯性转矩以及负载转矩。
电气系统：起动瞬间 n=0，E=0，Ra很小，因此起动电流很大。
I st
UN E Ra
电磁转矩 空载损耗
Tem
Pem 2πnN
5840.7 2π 1450
38.47 N m
60
60
p0 Pem P2 Pem PN 5840.7 5500 340.7 W
例 一台并励直流电动机，PN=10kW，UN=220V，N = 83%，
nηN N=1000r/min， ra=0.283Ω，2Ub=2V，IfN=1.7A。设负载总转矩 TL恒定，在电枢回路中串入一电阻使转速减到500r/min，试求： (1)额定运行时的感应电动势、电枢电流和电磁转矩；(2)电枢回路
η
P2
100%
PN
n nN
100%
P1
PN N
N
n nN
100%
0.83 500 100% 41.5% 1000
例 同上例中的电机，在满载运行时，突然在电枢回路中串入 1.0Ω电阻。不计电枢回路电感，忽略电枢反应影响，仍设TL恒定 ，试计算串入电阻瞬间的：(1)电枢电动势；(2)电枢电流；(3)电 磁转矩；(4)稳定运行转速。
二、影响换向的原因
（1）电磁角度（经典换向理论） 换向时，换向元件中的总电势（电抗电势+旋转电势）不
为零。总电势大于零，延迟换向，小于零，超越换向。
（2）物理角度 当电流密度较小时，点接触导电。 当电流较大时，离子导电为主，易产生火花和电弧。
（3）化学角度 由于空气中含有水蒸气，电刷和换向器之间的水发生
复励电动机工作特性
速率特性介于并励电动机速率特
性与串励直流电动机的速率特性
之间。
rj
串励 速率特性比较
If
I
A
A
Rst
rf
S +
VU -
并励
直流电动机机械特性
直流电动机机械特性：在U=UN=常值时，转速n与电磁 转矩Tem之间的关系曲线 n=f (Tem)。
n
U
Ia (Ra CEΦ
Rj)
U Ra
(1 0 ~
20)I N
起动电流大将导致：电网电压突然降低；电机本身遭受巨大 电磁力的冲击。因此，电动机起动时限制起动电流非常必要。
直流电机的起动
➢电动机起动方法
直接起动：直接将电枢投入UN 起动。
Ist
Ia
U E Ra
U Ra
电枢回路串电阻起动：通过增大电枢回路电阻达到降低
Tem
n n 0 k jT em
n0
U CEΦ
称为理想空载转速
并励电动机的自然机械特性 接近于一水平线，称为硬特性。
6
人为机械特性 （1）电枢串电阻的机械特性
n
UN C e
Ra R C eCT 2
T
（2）降低电枢电压的人为机械特性
n
U Ce N
Ra CeCT
N
2
感应电动势 E C E n 0 .2 0 2 9 8 5 0 0 1 0 1 .4 9 V
所串的调节电阻为
Rj
UN
E Ia
2ΔU b
ra
220
101.49 53.07
2
0.283
1.912
Ω
(2)因负载转矩恒定，输出功率与转速成正比，而电枢电流不变
，输入功率不变，故调速后的效率为
Rj n
增加电枢回路损耗 ，效率低，只适合 降速调节。
2、改变励磁电流调速
I f n ；I f n
几乎不影响电动机效率， 但只适合升速调节。
3、改变端电压调速
U n ；U n
转速既可上升也可下降 ，配合励磁调节，调速 范围更宽，是一种普遍 应用的调速方式。
5.5 103 220 0.82
30.49A
If
UN Rf
220 168
1.31 A
IaN I N If 30.49 1.31 29.18 A
感应电动势 电磁功率
EN U N IaN Ra 220 29.18 0.68 200.16 V Pem E N I aN 200.16 29.18 5840.7 W
最经济的制动方法。
➢ 直流电机的换向
一、换向过程
直流电机的某一个元件经过电刷串接，从一条支路换到另 一条支路时,元件里的电流方向改变，即换向。
换向元件在换向周期 Tk 内，电流从 ia 过零变为 –ia 。
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，可能损坏电刷和换向器表面，使电 机不能正常工作。
T
n
（3）减弱励磁电流的人为特性 n0
n UN Ce
Ra CeCT
2T
1 4
3
1－自然机械特性
2
2－电枢串电阻的人为特性
3－降低电枢电压的人为特性 4－减弱励磁的人为特性
0
T
2、串励电动机
设磁路不饱和
Φ I f I a Tem C T Φ I a Φ 2 Φ Tem
电解，在换向器表面形成氧化亚铜薄膜,有利于换向。
三、改善换向的方法
改善换向一般采用的方法：装设换向磁极
位置：位于几何中性线处；
换向绕组：与电枢绕组串联；
极性：对发电机来说，换向极的极性与 顺电枢旋转方向看去下一个主磁极的极 性相同；电动机反之。
NS SN
例 2.6 一台四极直流发电机，电枢绕组是单波绕组，电枢绕
U = UN
（1）速率特性——n = f ( P2 )
n U IaRa CEΦ
Rst M
IS +
VU
A
-
（2）转矩特性——Tem = f ( P2 )n,η,T
T em
Ia
I
2 a
（3）效率特性—— = f ( P2 )
当不变损耗等于可变损 耗时，电机的效率最高。
o
η Tem n P2
rj
If A
Rst
rf
IS +
VU
（2）转矩特性——Tem = f ( P2 )
Tem
T2
T0
P2 Ω
T0
n,T,
n0
（3）效率特性—— = f ( P2 )
当不变损耗等于可变损
耗时，电机的效率最高。 T0 O
Tem=f (P2) T2
PN
A
-
n=f (P2)
=f (P2)
P2
串励电动机工作特性 ( If = Ia )
组的元件数S=162，每个元件匝数Ny=2，每极磁通Φ=0.0051Wb ，转速n=1450r/min，求电枢电动势。
解 电枢总导体数
N a 2N yS 2 2 162 648
极对数p=2，支路对数a=1(单波绕组)