直流电机
直流电机基本知识
构成：主极铁心和套装 在铁心上的励磁绕组。
第二十一页，编辑于星期五：十七点 二十一分。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （一）定子各部件安装结构
（2）换向极
作用：用于改善换向
构成：换向极常用整块钢或厚钢板制成。换向极的数目 一般与主磁极相等。在小功率直流电机中，换向极数量 通常只有主磁极的一半，或不设置换向极
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （二）转子各部件安装结构
（3）换向器
作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。
构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间
用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而 构成。
第三十页，编辑于星期五：十七点 二十一分。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
作用：电枢绕组——功率绕组。当电枢绕组在磁场中旋转 时将感应电势，当电枢绕组中流通电流时，电流和气隙磁 场相互作用将产生电磁转矩。通过电枢绕组直流电机进行 电功率和机械功率的转换。 特点：直流绕组是闭合绕组。每个元件的两端点分别连接在两
换向片上，每个换向片连接两个元件，各元件依一定规律依次连 接，形成闭合回路。
件串联起来，象波浪式的前进。波绕组，又分为单波和复波
绕组。 (3)混合绕组。
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15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
绕组是由元件构成的.放在槽内的元件边，能切割磁力线产 生感应电动势，叫有效边；放在槽外，不切割磁力线，仅
第九页，编辑于星期五：十七点 二十一分。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理
直流电动机
直流电动机直流电动机是利用电磁感应原理实现直流电能与机械能的相互转换。
如果将电能转换为机械能则为电动机，反之就是发电机。
直流电动机具有调速范围广且平滑，起动和制动转矩大，过载能力强，且易于控制，常用于对调速有较高要求的场合。
本章主要介绍直流电机的基本结构、工作原理和机械特性。
并以他励电动机为例，讨论了直流电动机的启动、反转与调速等运行问题。
8.1 直流电机的构造常用的中小型直流电动机的结构如图8.1.1所示。
它由定子、转子、电刷装置，端盖，轴承、通风系统等部件组成。
图8.1.1 直流电动机的结构1.定子定子有机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成，其剖面结构示意图见8.1.2所示。
它的作用就是产生主磁场和附加磁场，作电机的机械支架。
图8.1.2 直流电动机定子结构机座用作电机的外壳，并固定主磁极和换向极，并且也是磁路的一部分。
机座常用铸钢或厚钢板制成，保证良好的导磁性能和机械支撑作用。
主磁极由磁极铁心、励磁线圈组成，它能产生一定形状分布的气隙磁密。
主磁通铁心，由1~1.5mm厚的硅钢片冲压叠制而成，用铆钉与电动机壳体相连，铁心外套上预先绕制的线圈，以产生主磁场。
主极掌面呈孤型，以保证主磁极掌面与电枢表面之间的气隙均匀，磁场分布合理。
换向极结构与主磁极相似，只是几何尺寸小主磁极小。
其作用是产生附加磁场，以改善电机的换向。
电刷装置通过固定的电刷与转动的换向片之间的滑动接触，使旋转的转子与静止的外电路相连接，是电机结构中的薄弱之处。
石墨制成的电刷放在刷握内，用压紧弹簧将其压在换向器表面。
刷握固定在刷杆上，通过电刷的刷辩，将电流从电刷引入或引出。
2.转子转子（又称电枢）由电枢铁心，电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成，如图8.1.3所示。
它是产生电磁转矩或感应电动势，实现机电能量转换的关键。
图8.1.3 直流电动机的转子结构电枢铁心也是电机主磁路的一部分。
为了减少涡流和磁滞损耗，铁心采用0.5mm 厚的两面涂绝缘漆的硅钢片选压而成。
直流电机介绍
一、直流电机的磁路
图1.16 直流电机空载时的磁场分布示意图 1— 极靴；2—极身；3—元子磁轭；
4—励磁绕组；5—气隙；6—电枢齿；7—电枢磁轭
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）。
N
A
If0 If
0
I fN F f 0 IN
图1.18 电机的磁化曲线
§1.3.2 直流电机负载时的磁场
负载时的气隙磁场将由励磁磁通势和电枢磁通势共同作 用所建立。
一、电枢磁通势和电枢磁场
图1.2 直流发电机原理模型
Hale Waihona Puke 从图看出，和电刷 A接触的导体永远位于 N极 下，同样，和电刷 B接触的导体永远位于S 极下。因 此，电刷 A始终有正极性，电刷 B始终有负极性， 所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电 动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律 把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直 流电动势。这就是直流发电机的工作原理。
长期过载或欠载运行都不好。为此选择电机时 ，应根据负载的要求，尽量让电机工作在额定状 态。
直流电动机的铭牌举例
§1.2
§1.2.1 直流电枢绕组基本知识 §1.2.2 单迭绕组 §1.2.3 单波绕组简介
§1.2.1 直流电枢绕组基本知识
电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机中机电能量的转换就是通 过电枢绕组而实现的，所以直流电机的转子也称为电枢。
第一篇直流电机
随线圈一同旋转的换向片上。
转子线圈与外电路的连接是 通过放置在换向片上固定不 动的电刷进行的。
图1.3.7 直流发电机的工作原理图
直流发电机是将机械能
转变成电能的旋转机械。
当原动机驱动电机转子 逆时针旋转时，线圈abcd 将产生感应电动势。 如右图，导体ab在N极下，
a点高电位，b点低电位；
导体cd在S极下，c点高电 位，d点低电位；电刷A极 性为正，电刷B极性为负。
将直流电动机的工作原理归结如下：
1、将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流 流过。 2、电机内部有磁场存在。 3、载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力F 的作用 F=BLI （左手定则） 4、所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分) 旋转，以便拖动机械负载。
1.2 直流电机的电枢绕组
设槽内每层有u个元件边，则把每个实际槽看作包含有u个 “虚槽”，每个虚槽的上、下层各有一个元件边，如图表 示u=3时，元件边的布置情况。 若实槽数为Z，虚槽数为 Zi，则Zi=uZ
因为每一个元件有两个元件边， 而每一换向片连接一个元件的 始端和另一个元件的末端；又 因为每一个虚槽包含着两个元 件边，所以绕组的元件数S、换 向片数K和虚槽数Zi三者应相等， 即S=K=Zi=uZ
先画16个槽和16个换向片，并将元件、槽和换向片按 顺序编号。编号时把元件号码、元件上层边所在槽的号 码以及与元件上层边相联接的换向片号码编得一致，即1 号元件的上层边放在1号槽内并与1号换向片相连接。因 为y1=4,则1号元件的下层边应放在第5号槽（1+y1=5）的 下层，下层边用虚线表示，编号为5
们的能量转换过程是可逆的。
电机的运行方式 取决于外部条件
将直流电源加于电刷， 输入电能，将电能转换 为机械能，直流电机作 电动机运行。
直流电机的分类
直流电机的分类直流电机是一种将直流电能转换为机械能的设备，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。
根据不同的特点和应用需求，直流电机可以分为多种分类。
本文将详细介绍直流电机的几种常见分类。
1. 按励磁方式分类1.1 永磁直流电机（Permanent Magnet DC Motor）永磁直流电机是利用永磁体产生恒定磁场的直流电机。
它具有结构简单、起动扭矩大、响应快等优点，广泛应用于家用电器、办公设备等领域。
根据永磁体的材料不同，永磁直流电机又可分为硬磁材料和软磁材料两种类型。
1.2 励磁直流电机（Separately Excited DC Motor）励磁直流电机是通过外部提供励磁电源来产生磁场的直流电机。
它具有调速范围广、稳态性能好等特点，常用于工业自动化控制系统中。
1.3 刷激励直流电机（Brush Excitation DC Motor）刷激励直流电机是利用刷子和电枢之间的接触产生激励电流的直流电机。
它具有结构简单、成本低廉等优点，但刷子与电枢之间的摩擦容易产生火花，寿命较短。
刷激励直流电机在一些特定场合中被替代。
2. 按电枢绕组连接方式分类2.1 直流串联电机（Series DC Motor）直流串联电机是将电枢绕组与励磁绕组串联连接的直流电机。
它具有起动扭矩大、转速随负载变化较小等特点，常用于起动扭矩要求较高的场合，如起重机、风力发电等。
2.2 直流并联电机（Shunt DC Motor）直流并联电机是将电枢绕组与励磁绕组并联连接的直流电机。
它具有转速稳定、调速范围广等特点，常用于需要稳定转速和调速性能较好的场合，如印刷机、纺织设备等。
2.3 直流复合绕组电机（Compound DC Motor）直流复合绕组电机是将电枢绕组与串联励磁绕组和并联励磁绕组相结合的直流电机。
根据串联励磁绕组和并联励磁绕组的连接方式不同，直流复合绕组电机又可分为串励复合绕组电机和并励复合绕组电机两种类型。
直流电机
直流电机的电枢绕组是由结构形状相同的元件构成的。
所谓元件，是指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线 圈。元件有两个引出线，即首端和末端。
第3章 直流电机
图 3-12 元件图 （a） 单匝元件；（b） 两匝元件
第3章 直流电机
每一元件有两个有效部分，称为元件边，用于切割磁场
感应电动势。元件在槽外（电枢铁芯两端）的部分，不切割 磁通，因而不感应电动势，仅作为连接引线，称为端部。构 成元件线匝的两个有效边称为导体。
电刷及换向器的作用：
①把旋转电路与外电路联系起来
②把电枢绕组中的交流电整流为外电路 中的直流电
第3章 直流电机
3.1.2
直流电机的主要结构部件
图 3-5 直流电机的剖面图
第3章 直流电机
图 3-6 直流电机横截面示意图
第3章 直流电机
定子
主磁极 换向磁极 电刷装置
电机结构
转子
机座 端盖
电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 轴承
若PN的单位为kW，则系数9.55应改为9550。
第3章 直流电机
【例3-1】
一台直流电动机的额定值为PN=160 kW，
UN=220 V，nN=1500 r/min，ηN=90%，求该电机的额定输入 功率P1N、额定电流IN、额定输出转矩T2N。 解：额定输入功率为
P1 N PN
N
160 0 .9
第3章 直流电机 3.3.1 直流电机的磁路、磁密与磁通
图 3-20 直流电机的磁路
第3章 直流电机
主磁通所经过的磁路应分为以下几段：磁极极身、气隙、
转子齿、转子铁轭、定子铁轭。根据磁路欧姆定律有
2 Ff 2 R m 2 R m p 2 R m t R m yr R m yt
直流电动机的概述
直流电动机的概述1. 什么是直流电动机直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的装置。
它通过直流电源提供的电流产生旋转力，驱动机械运动。
直流电动机广泛应用于工业、交通和家庭设备中，具有高效率、精确控制和稳定性等优势。
2. 直流电动机的工作原理直流电动机主要由电流产生装置、旋转部分和定位部分组成。
电流产生装置通常是采用直流电源或电池，通过接通电路提供电流。
电流经过旋转部分（由电枢和永磁体组成）和定位部分（由电枢和永磁体之间的磁场相互作用产生转矩）后，产生旋转力。
3. 直流电动机的类型直流电动机根据其结构和工作原理的不同，可以分为多种类型。
常见的直流电动机包括：3.1 刷型直流电动机刷型直流电动机是最为常见的一种直流电动机。
它由电枢、磁极和刷子组成。
电流通过电枢产生磁场，与电磁铁的磁场相互作用产生转矩，从而驱动电机旋转。
3.2 无刷直流电动机无刷直流电动机是近年来发展起来的一种新型直流电动机。
它消除了传统电刷和电枢之间的摩擦，并通过电子元器件实现对电流和转矩的精确控制。
3.3 混合型直流电动机混合型直流电动机是刷型直流电动机和步进电动机的结合体。
它集两者的优势于一身，具有较高的转矩密度和精确的位置控制能力。
4. 直流电动机的优点与交流电动机相比，直流电动机具有以下优势：4.1 高效率直流电动机在能量转换过程中损耗较少，具有较高的能量利用率。
这使得直流电动机在能源消耗和成本控制方面更具优势。
4.2 精确控制直流电动机可以通过改变电流大小和方向来实现精确的转矩和速度控制。
这对于需要高精度位置控制的应用非常重要，例如机器人、自动化设备等。
4.3 起动扭矩大直流电动机具有较高的起动扭矩，适用于需要瞬时大功率输出的场合，如电动汽车、起重机等。
4.4 可逆性直流电动机的旋转方向可以通过改变电流的方向来调节。
这使得直流电动机在需要频繁反向运动的应用中非常有用，如卷筒机、搅拌机等。
5. 直流电动机的应用直流电动机由于其优异的性能，在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于：5.1 工业自动化直流电动机在工业自动化设备中广泛应用，如机床、输送机、风机等。
直流电机
第一章直流电机直流电机是一种通过磁场的耦合作用实现机械能与直流电能相互转换的旋转式机械，包括直流发电机和直流电动机。
将机械能转换为电能的是直流发电机，将电能转换为机械能的是直流电动机。
与交流电机相比，直流电机结构复杂，成本高，运行维护较困难。
但直流电动机调速性能好，启动转矩大，过载能力强，在启动和调速要求较高的场合，仍获得广泛应用。
作为直流电源的直流发电机虽已逐步被晶闸管整流装置所取代，但在电镀、电解行业中仍被继续使用。
第一节直流电机的基本原理与基本结构直流电机是根据导体切割磁感线产生感应电动势和载流导体在磁场中受到电磁力的作用这两条基本原理制造的。
因此，从结构上看，任何电机都包括磁路和电路两部分；从原理上讲，任何电机都体现了电和磁的相互作用。
一、直流电机的工作原理（一）直流发电机工作原理图 1-1 所示两极直流发电机模型，可说明直流发电机的基本工作原理。
图中，N 、S 是一对固定不动的磁极。
磁极可以由永久磁铁制成，但通常是在磁极铁心上绕制励磁绕组，在励磁绕组中通入直流电流，即可产生N 、S 极。
在N 、S 磁极之间装有由铁磁性物质构成的圆柱体，在圆柱体外表面的槽中嵌放了线圈abcd ，整个圆柱体可在磁极内部旋转。
整个转动部分称为转子或电枢。
电枢线圈abcd 的两端分别与固定在轴上相互绝缘的两个半圆铜环相连接，这两个半圆铜环称为换向片，即构成了简单的换向器。
换向器通过静止不动的电刷 A 和 B ，将电枢线圈与外电路接通。
电枢由原动机拖动，以恒定转速按逆时针方向旋转，转速为n （r/min ）。
若导体的有效长度为 l ，线速度为v ，导体所在位置的磁感应强度为B ，根据电磁感应定律，则每根导体的感应电动势为e Blv =，其方向可用右手定则确定。
当线圈有效边ab 和cd 切割磁感线时，便在其中产生感应电动势。
如图1-1所示瞬间，导体ab 中的电动势方向由b 指向a ，导体cd 中的电动势则由d 指向 c ，从整个线圈来看，电动势的方向为d 指向a ，故外电路中的电流自换向片1流至电刷A ，经过负载，流至电刷B 和换向片2，进入线圈。
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
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（23-4）
电磁功率= 输出功率 + 空载损耗
（23-5）
并励电动机总损耗
（23-
由于，在直流电动机和被它拖动的机械负载所组成的机组中往往需要变速， 变速时电动机的转子本身及被它拖动的机械负载均具有转动惯量。于是， 转矩平衡方程式则为
（23-8）
第三节
直流发电机的工作特性
一、他励发电机的工作特性
1. 空载特性U0 = f (If )
图22-5 他励发电机 的空载特性
2. 负载特性U = f ( If )
在同一励磁电流If1下，两条特性曲线 对应的电机端电压不相等。这是因为： （1）负载后存在电枢反应去磁 ( 或助磁 ) 作用； （2）电枢回路总电阻引起电压降。
将导致Tem减小，电动机停转，反电势为零，电枢电流非常大，电机过热以致烧毁；若
在轻负载下发生励磁绕组断开，将导致电动机“飞速”，可能损坏电机。
2．转矩特性Tem = f ( Ia )
当Ia比较小时，电枢反应去磁作用影响较小， 气隙磁通φ 近似不变，Tem = f ( Ia ) 呈线性关系； 当Ia比较大时，电枢反应去磁作用增大，故 Tem = f ( Ia ) 较原直线要向下弯曲。
复励发电机的外特性
复励发电机的调节特性
第五篇
直流电机
上海交通大学
周顺荣
第二十三章
直流电动机
第一节 直流电动机的基本方程式 以并励直流电机为例 一、 电势平衡方程式
I = Ia + I f U = E + IaRa
（23-1）
（23-2）
二、功率平衡方程式
电源输入电动机的电功率
（23-3）
电磁功率
直轴电枢反应
第四节
电磁转矩
电枢绕组的任一导体所受的切线方向的电磁力 该导体所受的电磁转矩
电机的电磁转矩Tem为全部电枢导体转矩之总和，即
（21-9）
电磁转矩
转矩常数 （21-10）
电磁转矩还可用另一形式
电枢的机械角速度（单位为机械弧度/秒）
电势常数Ce与转矩常数CT有关系式
或
第五篇
直流电机
上海交通大学
第三节 直流电机的电枢绕组 一、基本要求 1. 电刷端的电势要尽可能大； 2. 各个线圈（或称元件）电流分配相同； 3. 尽量利用电刷圆周表面，使绕组展开。
二、有关电枢绕组的几个基本概念 1．主极极距 τ
τ =π Da /( 2 p )
2．实槽和虚槽
（20-1）
Zi = uZ
（u即每槽的元件边数）
1.导体中感应电势是交变 2.电刷端引出的电势极性 不变； 3.由于换向片和电刷配合 作用，才把线圈中的交流 电势“换向”成引出端的 直流电势； 4.线圈的每条有效边感应 的瞬时值为e=Bx l v。电刷 引出端电势的瞬时值为2e 。
位臵
旋转
图20-2
气隙中磁密分布及感应电势波形
直流电机的工作原理
励磁
直流电动机的工作原理
1.电刷端接直流电源； 2.导体中电流是交变； 3.作用于线圈的电磁转
矩方向不变。
第二节 直流电机的基本结构
主极
主极
直流电机的基本结构
旋转
转子
直流电机的基本结构
结构
电枢绕组
电枢绕组
转子
主极
1-机座； 2-框架； 3-绝缘压板
直流电机的额定值
一、额定功率PN（单位：瓦或千瓦，即W或 kW）。 额定功率（额定容量）是指电机允许的输 出功率。对于发电机为电功率；对于电动 机为机械功率； 二、额定电压UN（单位：伏，即V）； 三、额定电流IN（单位：安，即A）； 四、额定转速nN（单位：转/分，即r/min）； 五、额定效率ηN
可见，串励电动机的一个特点是转速随负载的增加而下降 得很快。
转速调整率
由于串励电动机在空载或轻载时，If = Ia很小，φ随之也很 小。由式(23-10)可见，将导致转速非常高，俗称“飞车”(危 险)。 这种情况可从物理过程来分析：由于φ很小，根据关系式 E= CEφn，电枢必须以非常高的转速才能产生足够的反电势，
第三节 直流电动机的起动
一、直接起动
（23-17）
以并励电动机为例
Tst = CTφIst
J — 机组旋转部分的转动惯量 TC — 机组总负载制动转矩(简化总制动转矩)
Tj — 惯性转矩
四、效率
（23-9）
第二节
直流电动机的工作特性
一、并励和他励电动机的工作特性
1．速率特性n = f ( Ia ) （23-10）
电动机空载时，Ia = 0，其转速 为 ，称电动机空载转速。
电动机的转速调整率 （23-11） 并励电动机运行时，励磁绕组不能断路。 重载下励磁绕组断开，
第五篇
直流电机
上海交通大学
周顺荣
应用广泛的直流电机
第二十章
直流电机的工作原理和基本结构
直流电机的工作原理
第一节
位 臵 变 化
旋转
感应电势方向： a b c d 电刷引出电势极性: A：+ ； B：-
感应电势方向： a b c d 电刷引出电势极性: A： + ； B：-
电势
励磁
直流发电机的工作原理
二、并励发电机的外特性
并励发电机的端电压下降较他励发电机 来得大。这是因为由负载电流引起端电压下降 的原因有三： （1）电枢回路的总电阻压降； （2）电枢反应的去磁作用； （3）端电压下降致使励磁电流减小。
三、复励发电机的工作特性
当串励绕组与并励绕组的磁场是相加时，称为积复励；反之， 称为差复励。在积复励发电机中，并励绕组起主要作用，以 保证空载时能产生额定电压，串励绕组则用来补偿负载时电 枢回路的电阻压降及电枢反应的去磁作用。若额定负载时端 电压仍保持额定电压，则称平复励；若额定负载时端电压因 串励绕组过度补偿而高于额定电压，则称过复励；反之，称 欠复励。在差复励发电机中，由于负载时串励绕组的磁势使 电机的气隙磁通和电势进一步减小，所以其外特性急剧下降， 可作为恒电流电源使用，如直流电焊发电机。
正、负电刷端的电势（电枢电势）
式中 即每极极面下总磁通单位用Wb
支路电势即正、负电刷端的电势（电枢电势）
（21-1）
第二节
电枢绕组的磁势
一．电刷在几何中性线上时的电枢磁势
为电枢导体电流（即电枢支路电流） 为并联支路数 为电枢电流
沿电枢圆周单位长度上的总电流称为电枢的电负荷， 以A 表示
在距离原点x 处每个气隙的电枢磁势为 （21-4）
3. 效率特性η = f ( Ia )
4. 机械特性n = f (Tem )
（23-12）
在并励电动机中，U = 常值且励磁回路电阻不变时，If不变。如果忽略 电枢反应的影响，则φ为常值。故n = f (Tem ) 为一条直线。由于，通常 Ra<< CE CT φ2 ，故并励电动机的自然机械特性很接近水平线。这时，因 Tem增加而引起n的下降并不多。这种特性称为硬特性。人工机械特性较自然 机械特性软 ( 即在同一电磁转矩时转速较低 ) 。这因为人工机械特性是在 电枢回路内串入了电阻Rj的原故。由于电阻上压降增加，实际加于电枢两端
电磁转矩Tem将随Ia的增加而很快上升是串 励电动机的又一个特点
串励电动机具有较大的起动转矩。并且当发生过 载时，转速n会自动下降，电动机的输出功率P2= T2Ω 因此变化不大，从而避免电动机受损。当负载减轻时， 转速又会自动上升。串励电动机的这些特点特别适用 于电力机车等场合。
3. 机械特性n = f ( Tem)
设电枢绕组的总导体数为N，则
7.支路数2a
① 整个电枢绕组 是一个闭合回路，其 感应电势之和为零； ② 在2 p个极下， 转子每旋转一周，绕 组内导体感应电势方 向改变2 p次；
③ 在两极中间处 绕组导体不感应电势 ，亦是绕组电势方向 交变处；
7.支路数2a
④ 主磁极（N、S极）极 间中心线称为几何中性线。 电刷所接触的绕组有效边 应在几何中心线处（简称 为电刷放在几何中性线 处），以便最大限度引出 电势； ⑤ 安放的电 刷数与 磁极 数相同； ⑥ 电刷把闭合的电枢回 路分割成 2a 条支路。对 于单选绕组，a = p ；对于 单波绕组，a =1。
周顺荣
第二十二章
第一节
直流发电机
并励发电机的电压建立
并励发电机的电压建立
（22-1）
（22-2）
并励发电机的自励条件 1. 并励发电机必须有剩磁存在。对于无剩 磁的电机，可用外接直流电源向励磁绕 组充磁建立以产生剩磁； 2. 由剩磁电压产生励磁电流所建立的磁场 必须与剩磁磁场方向一致。这可通过调 整励磁绕组两联接端来满足； 3．励磁回路电阻Rf必须小于临界电阻Rfcr。
（23-14）
当电机磁路线性时，φ= CφIa，则
代入上式（23-14）得
（23-15）
式中 当电机磁路饱和时，φ≠ CφIa ，则
（23-15）
三、复励电动机的工作特性
由于复励电动机同时具 有并励绕组和串励绕组，故 其工作特性介于并励和串励 电动机两者之间。为避免运 行时产生不稳定现象，通常 采用积复励。 在复励电动机中，若并励绕组起主要 作用时，其工作特性接近于并励电动 机。但当电枢反应的去磁作用较强时， 仍能获得下降的速率特性，以保证电 动机的稳定运行。此时，称串励绕组 为“稳定绕组”；若串联绕组起主要 作用时，其工作特性接近于串励电动 机。但空载时不会出现“飞车”危险。
（20-2）
3. 节距
（一）第一节距y1
节距
节距
（二）第二节距y2
（三）合成节距y
（四）换向片节距yk
4. 绕组的型式
五种型式： 1）单迭绕组；2）复迭绕组；3）单波绕组； 4）复波绕组；5）蛙绕组，即迭绕组和波绕组混 合绕组。 其中，单迭绕组和单波绕组是最基本的。