第1章直流電機(jī)

第1章直流電機(jī)電機(jī)是利用電磁作用原理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置。直流電機(jī)能將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或?qū)C(jī)械能換轉(zhuǎn)為直流電能。將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的叫做直流電動(dòng)機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能的叫做直流發(fā)電機(jī)。1直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)和調(diào)速性能好，過載能力大，因此應(yīng)用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，例如電力機(jī)車，造紙機(jī)和紡織機(jī)械等直流發(fā)電機(jī)主要用作直流電源，供給直流電動(dòng)機(jī)，電解，電鍍等所需的直流電能。直流電機(jī)的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用有色金屬多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，運(yùn)行可靠性差21.3直流電機(jī)的電樞繞組1.1直流電機(jī)的基本工作原理1.4直流電機(jī)的磁場(chǎng)目錄1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，額定值和主要系列1.5直流電動(dòng)機(jī)1.6直流發(fā)電機(jī)1.7直流電機(jī)的換向31.1直流電機(jī)的工作原理45（二）直流發(fā)電機(jī)的工作原理1.1直流電機(jī)的工作原理6圖1.1

直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖7圖1.2

直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖81.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、額定值和主要系列1.2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)(1)定子：產(chǎn)生磁場(chǎng)并作為機(jī)械支撐1)主磁極：建立主磁場(chǎng)2)換向極:改善換向，減小產(chǎn)生火花3)機(jī)座：電機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)架4)電刷裝置：用以引出或引入直流電壓或電流910112)轉(zhuǎn)子(電樞)部分1)電樞鐵芯：主磁路的一部分，電樞繞組的支撐部件2)電樞繞組：直流電機(jī)的電路部分，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3)換向器：在直流電動(dòng)機(jī)中，使得流入磁極下的電流方向保持不變，從而電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，能將電樞線圈中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為直流電動(dòng)勢(shì)。4)轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，具有一定的強(qiáng)度和剛度。1213141.2.2直流電機(jī)的額定值為了保證電機(jī)安全而有效地運(yùn)行，電機(jī)制造廠都對(duì)它所生產(chǎn)的電機(jī)工作條件加以規(guī)定。電機(jī)按制造工廠所規(guī)定的條件工作的情況，叫額定工作情況。表征電機(jī)額定工作情況的各種數(shù)據(jù)叫做額定值。直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)Z3-95產(chǎn)品編號(hào)7009結(jié)構(gòu)類型勵(lì)磁方式他勵(lì)功率30kW勵(lì)磁電壓220V電壓220V工作方式連續(xù)電流160.5A絕緣等級(jí)定子B轉(zhuǎn)子B轉(zhuǎn)速750r/min重量685kg標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)JB1104-68出廠日期年月15額定條件下電機(jī)所能的供給功率指電刷間輸出的額定電功率發(fā)電機(jī)指軸上輸出的額定機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)：是指輸出額定電壓；電動(dòng)機(jī)：是指輸入額定電壓。在額定工況下，電機(jī)出線端的平均電壓在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速.對(duì)應(yīng)于額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速及額定功率時(shí)的勵(lì)磁電流電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。16

此外，電機(jī)銘牌上還標(biāo)有其它數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁電壓、出廠日期、出廠編號(hào)等。

電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同——電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)。電機(jī)的運(yùn)行電流小于額定電流——欠載運(yùn)行；運(yùn)行電流大于額定電流——過載運(yùn)行。長期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長期過載運(yùn)行會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。17[例1-1]一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：PN＝200kW，UN＝230V，nN＝1450r/min，ηN＝90％，求該發(fā)電機(jī)的額定電流和輸入功率各為多少?

解：上一頁下一頁返回18[例1-2]一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)如下：PN＝160kW，UN=220V，nN＝1500r/min，ηN＝90％，求額定電流和輸入功率各為多少?解：

上一頁下一頁返回191

結(jié)構(gòu)相同，用途相似，容量遞增的一系列電機(jī)構(gòu)成一個(gè)系列。我國目前生產(chǎn)的主要有以下系列型號(hào)：

Z2-92

鐵心長度代號(hào)機(jī)座號(hào)第二次改型設(shè)計(jì)直流

Z2系列功率范圍為0.4-200KW,轉(zhuǎn)速范圍為600-3000Z3，Z4系列是一般用途中小型直流電機(jī)的新產(chǎn)品。與Z2相比，體積小，重量輕，慣量小，調(diào)速范圍大，還適用于靜止的整流電源供電。

ZD2，ZF2系列是一般用途的中型直流電機(jī)，ZD2是中型直流電動(dòng)機(jī)，ZF2是中型直流發(fā)電機(jī)，功率范圍為55-1000KW,轉(zhuǎn)速范圍為900-155ZZF系列是起重冶金用直流電動(dòng)機(jī)，功率范圍為3-30KW,轉(zhuǎn)速范圍為900-15501.2.3直流電機(jī)的主要系列201.3直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐，電樞繞組的名稱由此而來，并為此把直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子稱為電樞電樞繞組由許多線圈（元件）按一定規(guī)律鏈接而成。按鏈接規(guī)律不同可以分為單疊繞組和單波繞組等多種形式。(1)電樞繞組元件(2)節(jié)距：表征電樞繞組本身和元件之間鏈接規(guī)律的數(shù)據(jù)為節(jié)據(jù)。1.3.1元件與節(jié)距21圖1.12

電樞繞組元件1端接部分2有效邊3末端4換向片5首端

元件一般放在電樞槽中，線圈嵌入槽內(nèi)的部分稱為有效邊，伸出槽外的部分稱作端接部分。每個(gè)元件由兩個(gè)出線端。，均與4相連22

（1）第一節(jié)距y1：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。（2）第二節(jié)距y2：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。（3）合成節(jié)距y：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。（4）換向節(jié)距yk：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。23元件數(shù)等于換向片數(shù)等于槽數(shù)虛槽數(shù)與實(shí)槽數(shù)之間的關(guān)系極距：一個(gè)磁極在電樞圓周上所跨的距離24后一元件的端接部分緊疊在前一元件的端接部分之上，稱為疊繞組首末端之間的距離接近兩個(gè)極距，兩個(gè)元件串聯(lián)起來稱波浪形，稱為波繞組251.4直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)無論是作發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，都必須具有一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，所以磁場(chǎng)是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的媒介。直流電機(jī)產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵(lì)磁繞組的接線方式稱為勵(lì)磁方式。實(shí)質(zhì)上就是勵(lì)磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接，就決定了它是什么樣的勵(lì)磁方式。如圖所示，以直流電動(dòng)機(jī)為例有四種勵(lì)磁方式。1.4.1

直流電機(jī)的勵(lì)磁方式26（一）他勵(lì)直流電機(jī)這種電機(jī)的勵(lì)磁電流是由另外的直流電源供給，如圖（a），其特點(diǎn)是勵(lì)磁電流If與電樞電壓U及負(fù)載電流I無關(guān)。（二）并勵(lì)直流電機(jī)這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖（b），其特點(diǎn)是勵(lì)磁電流If不僅與勵(lì)磁回路電阻有關(guān)，還受電樞端電壓U的影響。27

(三）串勵(lì)直流電機(jī)這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖（c），其特點(diǎn)是勵(lì)磁電流If電樞電流I相等，電樞電流變化勵(lì)磁電流就變化，串勵(lì)電機(jī)極少采用。（四）復(fù)勵(lì)直流電機(jī)這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組即有并聯(lián)線圈，又有串聯(lián)線圈，串勵(lì)繞組和并勵(lì)繞組共同接在主極上，并勵(lì)匝數(shù)較多，串勵(lì)匝數(shù)較少，如圖（d）。所以具有串勵(lì)和并勵(lì)電機(jī)的特點(diǎn)。若串、并勵(lì)磁勢(shì)方向相同為積復(fù)勵(lì)（常用），若串、并勵(lì)磁勢(shì)方向相反為差復(fù)勵(lì)28直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者很小，可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)。直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)可以認(rèn)為就是主磁場(chǎng)，即由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)（稱為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)）單獨(dú)建立的磁場(chǎng)。圖3.18是一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布示意圖（一對(duì)極）。圖中，同時(shí)交鏈勵(lì)磁繞組和電樞繞組的磁通，稱為主磁通，用表示。此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過相鄰的磁極或者定子磁軛形成閉合磁路，僅與勵(lì)磁繞組交鏈，稱為漏磁通，用表示。1.4.2

直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)（1）主磁通和漏磁通29

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(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個(gè)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路30

空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，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。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?。粯O尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。（2）空載磁場(chǎng)氣隙磁密分布曲線31

空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b)所示。

空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如右圖(c)所示。32

為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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，空載時(shí)，氣隙磁通與空載磁動(dòng)勢(shì)或空載勵(lì)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。

為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通設(shè)定在圖中A點(diǎn)，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。（3）直流電機(jī)的空載磁化曲線33

當(dāng)直流電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，電樞繞組中有電流通過，該電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱之為電樞磁場(chǎng)。它與主磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。1.4.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)及負(fù)載磁場(chǎng)（1）直流電機(jī)的電樞反應(yīng)（2）直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。341、當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場(chǎng)分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況，如圖（a）所示。35勵(lì)磁磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線物理中性線幾何中性線36由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：

2)、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用1)、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變

空載時(shí)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(gè)磁極下，一半磁場(chǎng)被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線角，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。磁路飽和時(shí)，有去磁作用，使每個(gè)磁極下總的磁通有所減小372、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)電刷從幾何中性線偏移角，電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也隨之移動(dòng)角，如圖(a)(b)所示。

電樞磁動(dòng)勢(shì)可以分解為兩個(gè)垂直分量：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)和直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁電動(dòng)機(jī)交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁381.4.4電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

無論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)，電樞導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力，將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

一、直流電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生：從一對(duì)正負(fù)電刷之間引出的電勢(shì)，也稱為電樞電勢(shì)，也就是電樞繞組一條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢(shì)。也稱為記作Ea。如果設(shè)N為電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)，2a為并聯(lián)支路數(shù)，Bav為一個(gè)磁極內(nèi)的平均磁密，l為導(dǎo)體的有效長度，v為導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的速度，則電樞電勢(shì)為每一條并聯(lián)支路總的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)乘以一根導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：39稱為電勢(shì)常數(shù)，它是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)。

電勢(shì)表達(dá)式可見：

1.Ea∝Φn，改變?chǔ)祷騨的大小，可使Ea大小發(fā)生變化，當(dāng)磁通Φ單位為Wb，轉(zhuǎn)速n單位為r/min，則電樞電勢(shì)Ea單位為V；2.Ea方向取決于Φ和n的方向，改變?chǔ)档姆较颍锤淖儎?lì)磁電流If的方向），就可改變Ea的方向。401.4.5直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生:電樞繞組中有電樞電流流過時(shí),在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩。一根導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為

乘以總的導(dǎo)體數(shù)為所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，D為電樞外徑，等于等于41從電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可見：

1.T∝ΦIa，改變?chǔ)祷騃a的大小，可使T大小發(fā)生變化，當(dāng)磁通Φ單位為Wb，電樞電流Ia單位為A，則電磁轉(zhuǎn)矩T單位為N·m；2.T方向取決于Φ和Ia的方向，改變?chǔ)档姆较颍锤淖儎?lì)磁電流If的方向），就可改變T的方向。電勢(shì)常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系式：根據(jù)和可得到電勢(shì)常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系式

421.5直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式的不同，直流電動(dòng)機(jī)分他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)4類。1.5.1直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本關(guān)系式如圖為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。接通電源時(shí)，勵(lì)磁繞組中流過勵(lì)磁電流If建立主磁場(chǎng)，電樞繞組流過電樞電流Ia,,一方面形成電樞磁通勢(shì)Fa,另一方面使得電樞元件導(dǎo)體流過支路電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T,電樞朝T的方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生電樞電動(dòng)勢(shì)Ea.43(1)電壓平衡方程式(2)轉(zhuǎn)矩平衡方程式

有三個(gè)轉(zhuǎn)矩，一個(gè)是T，方向與n同，拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩

；一個(gè)是空載轉(zhuǎn)矩To,，方向與n反，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩

一個(gè)是機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2,也就是電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(2)功率平衡方程式44（a)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖（b)他勵(lì)功率流程圖圖中，Pcuf為勵(lì)磁繞組的銅損耗，并勵(lì)時(shí)，Pcuf由輸入功率P1供給，他勵(lì)時(shí)，Pcuf由其他直流電源供給

。451.5.2并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的端電壓U=UN,勵(lì)磁電流If=IfN.電樞回路不串外加電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，效率，與電樞電流之間的關(guān)系（1）轉(zhuǎn)速特性當(dāng)U=UN時(shí)，I=IfN時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電樞電流Ia之間的關(guān)系n=f(Ia)稱為轉(zhuǎn)速特性，將電動(dòng)勢(shì)公式帶入電壓平衡方程式得到46圖1.30

并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性可見，如果忽略電樞反應(yīng)的影響，磁通保持不變，電流增加時(shí)，電樞回路電阻一般很小，所以轉(zhuǎn)速下降不大，如果考慮負(fù)載較大，隨著電流的增加，磁通將減小，因而轉(zhuǎn)速可能出現(xiàn)虛線所示的情況47（2）轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)U=UN時(shí)，I=IfN時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流Ia之間的關(guān)系T=f(Ia)稱為轉(zhuǎn)矩特性。轉(zhuǎn)矩特性為過原點(diǎn)的直線481.5.3

串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸中，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是（1）轉(zhuǎn)速特性串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性指串勵(lì)的轉(zhuǎn)速特性與并勵(lì)截然不同，它隨負(fù)載增加迅速降低，變化很大，如圖49圖21-5串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性當(dāng)負(fù)載很小時(shí)，

所以轉(zhuǎn)速達(dá)到危險(xiǎn)的高速，稱“飛車”現(xiàn)象，因此串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許在空載或負(fù)載很小的情況下運(yùn)行。轉(zhuǎn)速特性與縱軸無交點(diǎn)。其轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義為：為輸出功率等于PN

時(shí)的轉(zhuǎn)速。50（2)轉(zhuǎn)矩特性串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性指電樞回路外串電阻為0，因?yàn)楫?dāng)磁路不飽和時(shí)，當(dāng)磁路飽和時(shí)，從轉(zhuǎn)矩特性可知，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在同樣電流限值下，比他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有大得多的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，適用于啟動(dòng)能力或過載能力要求較高的場(chǎng)合，如電力機(jī)車511.5.4

復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)其轉(zhuǎn)速特性介于并勵(lì)和串勵(lì)之間，如果是并勵(lì)繞組磁通勢(shì)起主要作用，它的轉(zhuǎn)速特性與并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相接近，反之和串勵(lì)接近52圖1.34

復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性一般情況下，積復(fù)勵(lì)轉(zhuǎn)速特性，如曲線2所示，既有較高的啟動(dòng)能力和過載能力，又可空載或輕載運(yùn)行1：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性3：串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性，不允許空載或輕載運(yùn)行531.6直流發(fā)電機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流發(fā)電機(jī)可以分為他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)在主要采用他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，為此本節(jié)只介紹這種發(fā)電機(jī)。如圖為一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的示意圖，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割主磁通，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Ea,外電路接有負(fù)載，則產(chǎn)生電樞電流Ia,根據(jù)基爾霍夫定律：(1)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式1.6.1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式54(2)轉(zhuǎn)矩平衡方程式三個(gè)轉(zhuǎn)矩：一個(gè)是原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1，方向與n同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T，方向與n相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩一個(gè)是空載轉(zhuǎn)矩T0，方向與n相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(3)功率平衡方程式55圖1.36

他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖圖中，Pcuf為勵(lì)磁繞組的銅損耗，他勵(lì)時(shí)，Pcuf由其他直流電源供給，不在P1的范圍內(nèi)561.6.2他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性直流發(fā)電機(jī)的四個(gè)基本物理量：U、I、If、n。（n由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，保持不變），運(yùn)行特性指在U、I、If之間，保證其中一個(gè)量不變，另外兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系

空載特性n＝常數(shù)，I＝常數(shù)，U＝f（If）；外特性n＝常數(shù)，If＝常數(shù)，U＝f（I）；調(diào)節(jié)特性n＝常數(shù)，U＝常數(shù)，If＝f（I）。

(1)空載特性空載特性是指原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=nN，輸出端開路，負(fù)載電流I=0（Ia=0）時(shí)，電樞端電壓與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系，即：U0=E0=?(If)。

57發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，轉(zhuǎn)速保持恒定，閘刀K斷開，（a)逐步調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路的分壓電阻rf,使得勵(lì)磁電流If單方向由0逐步增加直到UO=1.25UN.(b)單方向逐步減小If,直到If=0,測(cè)取相應(yīng)的UO和If,作出特性曲線

圖

他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)試驗(yàn)線路58他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，所求特性的上升分支3和下降分支1不重合，一般取其平均值作為該電機(jī)的空載特性，如圖中曲線2圖中If=0時(shí)，U0=Er為剩磁電壓，為額定電壓的2%-4%If比較小時(shí)，鐵芯磁路不飽和，特性近似為直線.If較大時(shí)，鐵芯隨著If的增大而逐漸飽和，，空載特性出現(xiàn)飽和段，一般情況下，電機(jī)的額定電壓處于A附近.這樣既能使得磁通勢(shì)的較小變化不致引起端電壓的變化，同時(shí)又能通過調(diào)節(jié)If在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓59(2)外特性外特性是指原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=nN，If=IfN,電樞端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系，即：U=?(I)。

外特性是一條稍稍向下傾斜的曲線60直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，隨著電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞繞組的元件從一條支路經(jīng)過電刷換到另一條支路，該元件中的電流就要改變一次方向，這種電流方向的改變稱為換向。61

為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。

電樞移到電刷與換向片2接觸時(shí)，元件1的被短路，電流被分流。

電刷與換向片1接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示，大小為

電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示，大小為直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，隨著電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞繞組的元件從一條支路經(jīng)過電刷換到另一條支路，該元件中的電流就要改變一次方向，這種電流方向的改變稱為換向。1.7直流電機(jī)的換向62圖1.40

電樞繞組元件的換向過程63

換向問題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機(jī)不能正常工作。

產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。

元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周期。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電樞繞組每個(gè)元件在經(jīng)過電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過程。64一、直線換向當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。當(dāng)