第一章 直流電機(jī)

1、11.2 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組1.3 1.3 直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場 本章主要討論直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機(jī)的磁場分布、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法，從應(yīng)用角度分析直流發(fā)電機(jī)的運行特性和直流電動機(jī)的工作特性。1.4 1.4 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.5 1.5 直流電動機(jī)的運行原理直流電動機(jī)的運行原理1.6 1.6 直流發(fā)電機(jī)的運行原理直流發(fā)電機(jī)的運行原理1.7 1.7 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向1.1 1.1 直流電機(jī)的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和基本工作原理基本工作原理第一章第一章

2、直流電直流電機(jī)機(jī)21.1.1直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)1.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承345直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：6789101112一、直流發(fā)電機(jī)工作原理1.1.2 直流電機(jī)的工作原理 直流發(fā)電機(jī)是將直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成電能電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。13 當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn) 后 ，如圖。0180 可見，和電刷可見，和電刷A A接觸的導(dǎo)體總是位于接觸的導(dǎo)體總是位于N N極下，和電刷極下，和電刷B B接觸的接觸的導(dǎo)體總是位于導(dǎo)體總是位于S S極下，因此電刷極

3、下，因此電刷A A的極性總是正的，電刷的極性總是正的，電刷B B的極性的極性總是負(fù)的，在電刷總是負(fù)的，在電刷A A、B B兩端可獲得直流電動勢。兩端可獲得直流電動勢。14 實際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對。15二、直流電動機(jī)工作原理 直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。16 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到下圖所示位置時，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到下圖所示位置時，原原N N極性下導(dǎo)體極性下導(dǎo)體abab轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到S S極下，受力方向從左向右，原極下，受力方向

4、從左向右，原S S 極下導(dǎo)體極下導(dǎo)體cdcd轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到N N極下，受力極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 同直流發(fā)電機(jī)相同，實際的直流電動機(jī)的電樞并非單一線同直流發(fā)電機(jī)相同，實際的直流電動機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。圈，磁極也并非一對。17 一臺直流電機(jī)原則上既可以作為電動一臺直流電機(jī)原則上既可以作為電動機(jī)運行，也可以作為發(fā)電機(jī)運行，只是外界機(jī)運行，也可以作為發(fā)電機(jī)運行，只是外界條件不同而已。如果用原動機(jī)拖動

5、電樞恒速條件不同而已。如果用原動機(jī)拖動電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動勢而作旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電源對負(fù)載供電；如果在電刷端外加為直流電源對負(fù)載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動機(jī)就可以帶動軸上的機(jī)械直流電壓，則電動機(jī)就可以帶動軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。這種這種同一臺電機(jī)能作電動機(jī)或作發(fā)電機(jī)運行的原同一臺電機(jī)能作電動機(jī)或作發(fā)電機(jī)運行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。三、直流電機(jī)的可逆性三、直流電機(jī)的可逆性181.1.3 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定條件下電機(jī)所能提供的功率NP額定功率

6、指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機(jī)指軸上輸出的機(jī)械功率電動機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓NU額定電壓在額定電壓下，運行于額定功率時對應(yīng)的電流NI額定電流在額定電壓、額定電流下，運行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速Nn額定轉(zhuǎn)速19 此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。 電機(jī)運行時，所有物理量與額定值相同電機(jī)運行于額定狀態(tài)。電機(jī)的運行電流小于額定電流欠載運行；運行電流大于額定電流過載運行。長期欠載運行將造成電機(jī)浪費，而長期過載運行會縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機(jī)的運行效率、工作性能等比較好

7、。fNI額定勵磁電流對應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時的勵磁電流指直流電機(jī)的勵磁線圈與電樞線圈的連接方式勵磁方式201.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分，在電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。 因此，電樞繞組須滿足以下要求： 在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢前提下，盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料，并且要結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠等。 211.2.1 名詞術(shù)語介紹名詞術(shù)語介紹（1）極軸線：磁極的中心線；（2）幾何中性線：磁極之間的平分線，（3）p ：極對數(shù)；（4） 極距：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離?？捎貌蹟?shù)表示， （槽），式中Z為電樞總槽數(shù)

8、；pz2（5）元件（線圈）：是繞組的一個基本單元，可為單匝，也可為多匝。2223（6）元件節(jié)距 y1 （第一節(jié)距）：元件兩條有效邊的距離，以槽數(shù)計，總是整數(shù)。pZy21整數(shù):是使湊成整數(shù)的分?jǐn)?shù)(7)合成節(jié)距 y ： 兩相連元件對應(yīng)邊的距離。(8)換向器節(jié)距 yk：元件首、尾端在換向器上的距離。24電樞繞組元件及其節(jié)距整數(shù)pkpzyyk11單波繞組單波繞組 單迭繞組單迭繞組1kyy25 1.2.2 單迭繞組單迭繞組 元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片上，yk=1 第一個元件的下層邊（虛線）連接著第二個元件的上層邊，它放在第一元件上層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。下面通過例子說明單迭繞組如何連接，有

9、何特點。 例1-1 某直流電機(jī)的極對數(shù) P =2 ,槽數(shù)Z、元件數(shù)S及換向片數(shù)K為 K=Z=S=16,試畫出單迭繞組展開圖。26解：1計算繞組數(shù)據(jù)因為是單疊，所以 2畫繞組展開圖:（1）先畫16根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。 4221621pZy1kyy271 2 3 4 5 6 7 161 2 3 4 5 6 7 16 （2）根據(jù) ，畫出第一個元件的上下層邊（15槽），令上層邊所在的槽號為元件號。1y1 1 （3）接上換向片，1、2片之間對準(zhǔn)元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號。1 12 21628 （4）畫出第二個元件，上層邊在第

10、2槽，與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6槽與3號換向片聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把16個元件全部聯(lián)起來。3 31 2 3 4 5 6 7 161 2 3 4 5 6 7 161 11 12 2162 229單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖30 （5）畫磁極：磁極約為均勻分布在圓周上，N極磁力 線垂直向里（進(jìn)入紙面），S極向外（從紙面穿出）。 （6）畫電刷：對準(zhǔn)在磁極極軸線下，畫一個換向片寬（實際上K很多，電刷寬23片寬）。并把相同極性下的電刷并聯(lián)起來。實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是被電刷所短路的元件兩邊都是處于磁極的幾何中性線，其感應(yīng)電動勢是接近零的。為使正、負(fù)電刷間引出的電動勢最大

11、，我們已知被電刷所短路的元件電動勢為零，在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置應(yīng)在磁極的幾何中心線下。31根據(jù)單迭繞組的展開圖可以得到根據(jù)單迭繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖繞組的并聯(lián)支路電路圖(如圖如圖)。32單迭繞組的的特點：1） 同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。2）電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動勢最大，電刷間電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢。3）電樞電流等于各支路電流之和。33 例1-2 某直流電機(jī)的極對數(shù) P=2 , 槽數(shù)Z、元件數(shù)S及換向片數(shù)K為 K=Z=S=15,試畫出單波繞組展開

12、圖。1.2.3 1.2.3 單波繞組單波繞組單波繞組的特點是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。34解：1 1計算繞組數(shù)據(jù)因為是單波，所以 2畫繞組展開圖:（1）先畫15根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫15根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。 343221521pZy72115kyy35 （2）根據(jù) ，畫出第一個元件的上下層邊（14槽），令上層邊所在的槽號為元件號。1y13 14 15 1 2 3 4 - - - - - - - - 13 13 14 15 1 2 3 4 - - - - - - - - 13 1 （3）等分換向器。根據(jù) 接上換向片，定出換向片號。7kyy1513281436

13、 （4）畫出第二個元件，上層邊在第8槽(y=7)，與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第11槽與15號換向片聯(lián)接(yk=7)。按此規(guī)律一直把15個元件全部聯(lián)起來。11513281413 14 15 1 2 3 4 - - - - 8 - - - 11- - -1313 14 15 1 2 3 4 - - - - 8 - - - 11- - -1315837 單波繞組展開圖如下圖所示 兩個串聯(lián)元件放在同極性磁極下，空間位置相距約兩個極距；沿圓周向一個方向繞一周后，其末尾所接的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。38單波繞組的并聯(lián)支路圖如右下圖所示。單波繞組的并聯(lián)支路圖如右下圖所示。39單波繞組的特

14、點單波繞組的特點1）同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對數(shù)為1，與磁極對數(shù)無關(guān)。2）當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動勢最大，電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢。 3）電樞電流等于兩條支路電流之和。401.3.1 直流電機(jī)的勵磁方式1.3 直流電機(jī)的磁場 供給勵磁繞組電流的方式稱為勵磁方式。分為他勵和自勵兩大類，自勵方式又分并勵、串勵和復(fù)勵三種方式。1、他勵：直流電機(jī)的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。如圖所示。aIIGUUfIFaII 他勵直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：41fIFIGUaI3、串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足 。IIIfaGI

15、aIfIFU2、并勵：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足 。IIIfa424、復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。2fIFGIaI1fIFUIGUaI1fI2fIF431.3.2直流電機(jī)的空載磁場 直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為 電樞反應(yīng)。 右圖為一臺四極直流電機(jī)空載時的磁場示意圖。當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過電流為 ，每極的勵磁磁動勢為：fNfIfffNIF 441.3.2直流電機(jī)的空載磁場 直流電機(jī)中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通

16、沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。磁力線由N極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁通主磁路磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁通漏磁路45 空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。 如下圖 (a) 所示幾何中性線極靴極身（a）氣隙形狀 磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度

17、顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。46 空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b) 所示。 空載時主磁極磁通的分布情況，如右圖(c) 所示。xB（b）氣隙磁密分布47 為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通?？蛰d時，氣隙磁通 與空載磁動勢 或空載勵磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。 如右圖所示。00fF0fI 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運行時，額定磁通 設(shè)定在圖中A點，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N0481.3.3 直流電機(jī)負(fù)載時的負(fù)載磁場 直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流

18、，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。 右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布情況。 假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。49 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中 所示。axF 由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中 所示。axBaxBaxF501.3.4 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場

19、是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。 1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況，如圖（a）所示。511.3.4 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)xB0axBxB主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線兩條曲線逐點疊加后得到負(fù)載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線。52由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：3)、對主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變 2) 2)、空載時電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半削弱，物理中性線偏離

20、幾何中性線 角，磁通密度的曲線與空載時不同。 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極下的磁通量與空載時相同。電機(jī)正常運行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。532、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時 電刷從幾何中性線偏移 角，電樞磁動勢軸線也隨之移動 角，如圖(a)(b)所示。adFaqF 這時電樞磁動勢可以分解為兩個垂直分量： 交軸電樞磁動勢 直軸電樞磁動勢 54 電刷不在幾何中性線時的電樞反應(yīng)可用下列表格說明電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)直軸電樞反應(yīng)去磁

21、直軸電樞反應(yīng)助磁電動機(jī)直軸電樞反應(yīng)助磁直軸電樞反應(yīng)去磁551.4.1 直流電機(jī)的電樞電動勢1.4 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時,主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動勢簡稱為電樞電動勢。性質(zhì)性質(zhì): : 發(fā)電機(jī)電源電勢(與電樞電流同方向); 電動機(jī)反電勢(與電樞電流反方向).)(電動勢常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)其中apNCe60可見，直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。大小:aaeaNE2lBaNa26022npllaNnCe561.4.2 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時,在磁場內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。性質(zhì)性質(zhì): :

22、發(fā)電機(jī)制動(與轉(zhuǎn)速方向相反)； 電動機(jī)驅(qū)動(與轉(zhuǎn)速方向相同)。 可見，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中apNCM2eMCC55. 9大小:)2(DfNTa)212()(pliBNaaaMIC 571.4.3 直流電機(jī)的電磁功率 以電動機(jī)為例，電機(jī)從直流電源吸收電能而進(jìn)入電樞的電功率為 而電樞在電磁轉(zhuǎn)矩 T T 的作用下以機(jī)械角速度 (單位為rads)恒速旋轉(zhuǎn)所作的機(jī)械功率為 根據(jù)式（18）（19）可得：,aaMIEP。TaaMIEPaeInCaIapN26060aMICT 由上式可知，直流電動機(jī)電樞從電源吸收的電功率，通過電磁感應(yīng)作用轉(zhuǎn)換成軸上的機(jī)

23、械功率。我們稱這部分在電磁感應(yīng)作用下機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的功率為電磁功率。581.5 1.5 直流電動機(jī)的運行原理直流電動機(jī)的運行原理1.5.1 直流電動機(jī)的基本方程1、直流電動機(jī)的電動勢平衡方程式、直流電動機(jī)的電動勢平衡方程式如圖按直流電動機(jī)的慣例規(guī)定各物理量的參考方向,列回路方程。)(RRIEUaaa對電樞回路有：在直流電動機(jī)中：aEU 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為：eaaCRRIUn)(59對勵磁回路有：ffffRIrrIU)(2.2.轉(zhuǎn)矩平衡方程轉(zhuǎn)矩平衡方程ZTTTT)(02當(dāng) 時，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運行。ZTT 直流電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運行時的電樞電流為：MZaCTI當(dāng) 不變時， 。ZaTI 決定。的大小和方向由Za

24、TI603 3、功率平衡方程式：、功率平衡方程式：并勵直流電機(jī)從電源輸入的電功率為：faaaafaUIIRRIEIIUUIP)()(1faaaaUIRRIIE)(2cufcuaMppP0202)(pPTTTIEPaaMppppFe0所以，綜合以上分析可的：pPpppppPPFecufcua22161pPpppppPPFecufcua221式中的ppppppFecufcua為電機(jī)總損耗。并勵直流電動機(jī)的能流圖：62直流電動機(jī)的效率為：pPpPP2121631.5.21.5.2、直流電動機(jī)的工作特性：、直流電動機(jī)的工作特性： 直流電動機(jī)的工作特性，是指在 時, 轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率 隨輸出功率

25、 而變化的關(guān)系。,NUU , 0RfNfII)(2aIP1 1、他勵（并勵）直流電動機(jī)的工作特性、他勵（并勵）直流電動機(jī)的工作特性1 1）轉(zhuǎn)速特性）轉(zhuǎn)速特性條件： ， ， 時， 的關(guān)系叫轉(zhuǎn)速特性。NUU 0RfNfIIaIfn aaaaNICeRnICeRCeUn064忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化。如圖所示。aaaaNICeRnICeRCeUn02T0TTTaIn0n2、轉(zhuǎn)矩特性fNfNIIRUU, 0,定義：當(dāng) 時，)(aIfT 的關(guān)系叫轉(zhuǎn)矩特性。轉(zhuǎn)矩表達(dá)式aMICT考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。如圖所示。0n653、效率特性由方程式可得定義：當(dāng)

26、時，fNfNIIRUU,0,)(aIf的關(guān)系叫效率特性。%1001%100)(1221200aaacuffaaacufIUIRppIIUIRppPP66 勵磁損耗、空載損耗為不變損耗，不隨負(fù)載電流變化，當(dāng)負(fù)載電流較小時效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負(fù)載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流增大到一定程度時銅損快速增大此時效率又變小。如圖所示。aI0%1001%100)(1221200aaacuffaaacufIUIRppIIUIRppPP67求最大效率及所對應(yīng)的電樞電流：可令 得：, 0adIdaaFecufRIpppp2即不變損耗等于可變損耗時其效率

27、最大。NNNPIUpaNRI 22221NNNNaIPIUR有通常設(shè)計電機(jī)在額定運行時效率最大。68二、串勵直流電動機(jī)的工作特性 當(dāng)負(fù)載電流較小時，電機(jī)磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵磁電流呈線性關(guān)系。即：afffIkIk轉(zhuǎn)速特性efsaaefNeaaeNCkRRICkUCIRCUn轉(zhuǎn)矩特性2aMfaMICkICTaI0nTn T 當(dāng)負(fù)載電流為零時，電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于無窮大，所以串勵電動機(jī)不宜輕載或空載運行。串勵電動機(jī)不宜輕載或空載運行。 當(dāng)磁路不飽和時， 有較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力。磁路飽和時， 近不變, 為直線。2aIT IIfTa)(串勵直流電動機(jī)的工作特性曲線如圖所示。69三、復(fù)勵直流電動機(jī)的工

28、作特性 復(fù)勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性如圖所示。 復(fù)勵電動機(jī)通常接成積復(fù)勵，有并勵繞組，又有串勵繞組，故其特性介于并勵與串勵之間。 若勵磁繞組以并勵為主，則其特性接近于并勵電動機(jī)，由于有串勵磁勢的存在， 補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用，不致使轉(zhuǎn)速特性上翹。aI 若勵磁繞組中串勵磁動勢起主要作用，則特性接近于串勵電動機(jī)，由于有并勵磁勢存在，不會使電動機(jī)空載時出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象。701.6.1直流發(fā)電機(jī)的基本方程1.6 直流發(fā)電機(jī)的運行原理如圖規(guī)定各物理量的參考方向一、電樞電動勢和電動勢平衡方程aaaRIUE電動勢平衡方程為：電樞電動勢：nCEea從方程式可見，直流發(fā)電機(jī)UEaffffRIrrIU)(71二、電磁轉(zhuǎn)矩

29、和轉(zhuǎn)矩平衡方程01TTT電磁轉(zhuǎn)矩：aMICTT 直流發(fā)電機(jī)軸上有三個轉(zhuǎn)矩：原動機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 、電磁轉(zhuǎn)矩 和機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩 。平衡方程為：1T0T72三、功率平衡方程從原動機(jī)輸入的機(jī)械功率可用下式表示 ：0011)(pPTTTPM式中電磁功率PM為轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：aaMIETPaaaIRIU)(aaaRIUI2cuafpIIU)(cuacufppP2式中UIP 2發(fā)動機(jī)輸出電功率；fcufUIp勵磁回路消耗功率；aacuaRIp2電樞回路總銅耗。73空載損耗ppppFe0由以上各式可得：cuacufFepppppPP21pP2直流發(fā)電機(jī)的能流圖： 74發(fā)電機(jī)的效

30、率為：pPpPP2121 額定負(fù)載時，直流發(fā)電機(jī)的效率與電機(jī)的容量有關(guān)。10kW以下的小電機(jī)，效率約為75%88.5%；10100kW的，效率約為85%90%;1001000kW的電機(jī)，效率約為88%93%。 751.6.2 直流發(fā)電機(jī)的運行特性一、他勵發(fā)電機(jī)空載特性1Cn0I)(fIfU 定義：當(dāng) 、 時， 打開閘刀開關(guān)Q，調(diào)節(jié)電阻 從而改變勵磁電流 ， 由零開始單調(diào)增長直至 ，然后讓 單調(diào)減小至零再反向單調(diào)增加直至負(fù)的 為 ，然后又使 單調(diào)減小至零。在調(diào)節(jié)過程中讀取空載端電壓 與勵磁電流 數(shù)組數(shù)據(jù)，即得空載特性，如圖所示。rfINUU) 3 . 11 . 1 (0r0UNU)3.11.1(

31、fI0UfI76空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線UfI分析特性： 1）由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，使測得的曲線 是一閉合的回線。)(0fIfU2）由于電機(jī)有剩磁，使得 時仍有一個很低的電壓，稱之為剩磁電壓，其值約為的(%) 。0fINU3) 實際使用時，一般取回線的平均值（如圖中的虛線所示）作為空載特性。77 4)空載時， 。因此空載特性實質(zhì)上就是 。由于 ，n=常數(shù),所以空載特性 與電機(jī)的磁化曲線 形狀相似，只差一比例常數(shù)。aEU nCEea)(faIfE )(0fIfU )(0fIfnEa5)恒 時，由 ，若知一恒定轉(zhuǎn)速下的空載特性，可求出其他轉(zhuǎn)速下的空載特性。如圖。6

32、）空載特性與勵磁方式無關(guān)，因此并勵及其他勵磁方式的發(fā)電機(jī)空載特性也可以用上述方法求取，他勵直流發(fā)電機(jī)的空載特性是直流電機(jī)最基本的特性曲線。78二、他勵發(fā)電機(jī)外特性Nnn fNfII )(IfU 定義：當(dāng) 、 時， 實驗方法：使發(fā)電機(jī)接上負(fù)載，當(dāng)原動機(jī)保持 ，調(diào)節(jié) 使之不變，然后改變負(fù)載使 從零增加到 ，讀取 、 之值，即得到外特性曲線 ，如圖126所示。Nnn fNfIIINIUI)(IfU 79 并勵方式下，端電壓下降的更快一些：并勵方式下，端電壓下降的更快一些：負(fù)載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強(qiáng)，使每極磁通量減小，這樣不僅影響了電樞電動勢，使端電壓下降，同時端電壓的下降進(jìn)一步也影響了勵磁電

33、流使之減小，這樣一來，又使得的電樞電動勢雙重減小，所以，并勵下降的更快一些。 電流增大時，端電壓下降，電流增大時，端電壓下降，其原因有兩個：其原因有兩個：負(fù)載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強(qiáng)，使每極磁通量減小，從而使電樞電動勢減小。電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從而使端電壓下降。80三、 并勵發(fā)電機(jī)的自勵過程 并勵的勵磁是由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵磁電流作用下建立的，這一點與他勵發(fā)電機(jī)不同。并勵發(fā)電機(jī)建立電壓的過程稱為自勵過程，滿足建壓的條件稱為自勵條件。81 自勵條件fI0U10fIA20U 曲線1為空載特性曲線，曲線2為勵磁回路總電阻 特性曲線，也稱場阻線 。 fff

34、RIUfR 原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動勢。在電動勢作用下勵磁回路產(chǎn)生 。如果勵磁繞組和電樞繞組連接正確， 產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動勢增大， 增加。如此不斷增長，直到空載特性曲線與場阻線的交點。即勵磁繞組兩端電壓與 相等時，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點A。fIfIfIffRI82fI0U10fIA20U 場阻線 是一條過原點的直線，斜率為：fffRIUffffRIRItan調(diào) 或 可方便的調(diào)節(jié) 。nfR0U0URnnfN不變，調(diào)若0,UnRf調(diào)不變?nèi)?3可見，并勵直流發(fā)電機(jī)的自勵條件有：（1）電機(jī)的主磁路有剩磁（3）勵磁回路的總電阻不能太大而且發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速不能太低。（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵磁繞組極性要正確。841.換向過程1.7 直流電機(jī)的換向 為了分析方便假定換向片的寬度