直流電機直流電機原理

第2章直流電機原理2-12.1直流電機的用途及基本工作原理2.2直流電機的主要結(jié)構(gòu)與型號2.3直流電機的磁路2.4直流電機的電樞繞組2.5直流電機的電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩2.6直流發(fā)電機的運行原理2.7直流電動機的運行原理2.8直流電機的換向本文檔共216頁；當前第1頁；編輯于星期三\13點32分2.1直流電機的用途及基本工作原理2.1.1直流電機的用途2.1.2基本工作原理本文檔共216頁；當前第2頁；編輯于星期三\13點32分優(yōu)點：1、直流電動機的調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性平滑。2、直流發(fā)電機的電勢波形較好，受電磁干擾的影響小。3、直流電動機的過載能力較強，起動、制動和過載轉(zhuǎn)矩較大，易快速啟動、停車。4、易控制，可靠性較高。缺點：1、由于存在換向器，使得制造復雜，維護困難。2、相比于同容量的三相交流電機，體積和重量大，造價高。3、電源不易取得，需要有直流電源配套裝置。所以，普通的直流電機已在大多數(shù)應(yīng)用場合被交流電機取代！

直接電機即為在機械能和直流電能之間轉(zhuǎn)換的電機。與異步電動機相比，直流電動機的結(jié)構(gòu)復雜，使用和維護不如異步電機方便，而且要使用直流電源。2.1.1直流電機的用途本文檔共216頁；當前第3頁；編輯于星期三\13點32分學習直流電機的原因：（1）某些特定場合中直流電機仍有應(yīng)用（如鉆井平臺），工作后仍要面對。（2）采用電力電子開關(guān)換向的無刷直流電機，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用非常廣泛。（3）現(xiàn)代交流調(diào)速理論是基于直流電機的模型發(fā)展而來的，只有學好直流電機的原理，才能更好地理解交流電機的調(diào)速理論。目前應(yīng)用（對調(diào)速要求較高的場合）：（1）軋鋼機、電氣機車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。本文檔共216頁；當前第4頁；編輯于星期三\13點32分

至今保留在美國麻省理工學院的由愛迪生發(fā)明的一種直流電動機本文檔共216頁；當前第5頁；編輯于星期三\13點32分本文檔共216頁；當前第6頁；編輯于星期三\13點32分直流電機小型直流電機本文檔共216頁；當前第7頁；編輯于星期三\13點32分直流發(fā)電機本文檔共216頁；當前第8頁；編輯于星期三\13點32分直流電機模型本文檔共216頁；當前第9頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理1.直流電機的構(gòu)成圖3.1

兩極直流電機原理模型1—磁極；2—電樞；3—滑環(huán)；4—電刷

2-10直流電機的物理模型圖解釋

右圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由兩根導體ab和cd構(gòu)成的一個電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷A和B，當電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。

a本文檔共216頁；當前第10頁；編輯于星期三\13點32分直流電機的物理模型本文檔共216頁；當前第11頁；編輯于星期三\13點32分電樞模型本文檔共216頁；當前第12頁；編輯于星期三\13點32分本文檔共216頁；當前第13頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理2.直流發(fā)電機工作原理用原動機拖動電樞使之逆時針方向恒速轉(zhuǎn)動，線圈邊ab和cd分別切割不同極性磁極下的磁力線，感應(yīng)產(chǎn)生電動勢。E=Blv2-14簡單的交流發(fā)電機模型本文檔共216頁；當前第14頁；編輯于星期三\13點32分無換向器發(fā)電機工作原理(產(chǎn)生交變電勢)直流電機的工作原理2-15本文檔共216頁；當前第15頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理2.直流發(fā)電機工作原理

用兩個相對放置的導電片(換向片)代替交流發(fā)電機的兩個滑環(huán)，電刷接觸的換向片始終是相同一側(cè)的線圈邊，因為電刷A通過換向片所引出的電動勢始終是切割

N極磁力線的線圈邊中的電動勢，所以電刷A始終有正極性，同理電刷B始終有負極性，所以電刷端能引出方向不變但大小變化的脈振電動勢。2-16本文檔共216頁；當前第16頁；編輯于星期三\13點32分直流電勢的產(chǎn)生2.1.2直流電機的工作原理輸出直流電換向原動機感應(yīng)電動勢、電流Φ電磁轉(zhuǎn)矩（阻轉(zhuǎn)矩）做功

電磁關(guān)系本文檔共216頁；當前第17頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理2.直流發(fā)電機工作原理

直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)槊}振電動勢。若電樞上線圈數(shù)增多，并按一定規(guī)律把它們連接起來，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動勢。這就是直流發(fā)電機的工作原理。同時也說明了直流發(fā)電機實質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機。結(jié)論線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢是一種交變電動勢，而在電刷AB端的電動勢卻是直流電動勢，換向片起的作用是一種機械式整流作用。2-18本文檔共216頁；當前第18頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理3.直流電動機工作原理T=fD=BliD工作原理歸結(jié)如下：將直流電源通過靜止的電刷接通隨電樞轉(zhuǎn)動的換向器，再接觸電樞繞組，使電樞導體有電流流過。電機內(nèi)部有磁場存在。載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導體將受到電磁力f

的作用f=Bli（左手定則）所有導體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以n(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)，以便拖動機械負載。f=Bli直流電動機的原理圖

2-19本文檔共216頁；當前第19頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理直流電流交流電流電磁轉(zhuǎn)矩(拖動轉(zhuǎn)矩)換向機械負載Φ旋轉(zhuǎn)克服反電動勢做功

電磁關(guān)系3.直流電動機工作原理本文檔共216頁；當前第20頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理3.直流電動機工作原理

要使電樞受到一個方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于：當線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時地加以變換，即進行所謂“逆變”。為此也必須增添換向器，換向器配合電刷可保證每個極下線圈邊中電流始終是一個方向，就可以使電動機能連續(xù)的旋轉(zhuǎn)這就是直流電動機的工作原理。結(jié)論線圈內(nèi)流過的電流是一種交變電流，而在外電路的電流卻是直流，換向片起到逆變的作用。2-21本文檔共216頁；當前第21頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理總結(jié)：1.所有的直流電機的電樞繞組總是自成閉路。

2.電樞繞組的支路數(shù)（2a）永遠是成對出現(xiàn)，這是由于磁極數(shù)(2p)是一個偶數(shù).(a－支路對數(shù)

,p－極對數(shù))3.為得到最大的直流電勢，電刷總是與位于幾何中性線上的導體（線圈）相接觸。4.每根電樞導體的電勢性質(zhì)是交流電，而經(jīng)電刷引出的電勢為直流電勢。2-22本文檔共216頁；當前第22頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理

此圖中雖然兩個支路的感應(yīng)電勢對稱，但對于7號和1號導體電勢為0，而6號和8號，12號和2號的電勢大小相同，方向相反互相抵消，故A'B'電刷間的電勢大小減小了。因此，結(jié)論是正確的。思考：為什么要將電刷與q軸上的導體相接觸，才能得到最大的直流電勢？

可由右圖解釋，設(shè)電刷A，B分別移到A'，B'位置。則電刷A'與電刷B'構(gòu)成的左支路或右支路中的總電勢大小確是大大減小了。2-23123456789101112本文檔共216頁；當前第23頁；編輯于星期三\13點32分發(fā)電機中換向器和電刷作用換向器和電刷的共同作用：①將線圈中的交流電勢整流成刷間的直流電勢；②把轉(zhuǎn)動的電路與外面不轉(zhuǎn)的電路連接。從刷間電勢波形看，電勢脈動很大，為減小電勢的脈動程度，實際電機采用很多元件組成電樞線圈，均勻分布在電樞表面，并按一定規(guī)律連接，刷間串聯(lián)元件數(shù)增多，脈動減小，就得到所需的直流電。本文檔共216頁；當前第24頁；編輯于星期三\13點32分在電動機中換向器和電刷的作用①將刷間的直流電逆變成線圈中的交流電；②把外面不轉(zhuǎn)的電路與轉(zhuǎn)動的電路連接。本文檔共216頁；當前第25頁；編輯于星期三\13點32分2.1.2直流電機的工作原理4.直流電機可逆運行原理從上述基本電磁情況來看：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，僅外界條件不同而已。如果用原動機拖動電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電源對負載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動機就可以帶動軸上的機械負載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機械能。這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。2-26本文檔共216頁；當前第26頁；編輯于星期三\13點32分模型的改進：1.電樞，改用多線圈，相應(yīng)換向器的改進。2.磁路，增加電樞鐵芯。3.可根據(jù)需要增加磁極對數(shù)。4.改進電機的換向等。2.2直流電機的主要結(jié)構(gòu)和型號本文檔共216頁；當前第27頁；編輯于星期三\13點32分2.2直流電機的主要結(jié)構(gòu)和型號

旋轉(zhuǎn)電機結(jié)構(gòu)形式必須有滿足電磁和機械兩方面要求的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)電機必須具備靜止和轉(zhuǎn)動兩大部分，即直流電機由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。2.2.1主要結(jié)構(gòu)本文檔共216頁；當前第28頁；編輯于星期三\13點32分

直流電機的結(jié)構(gòu)本文檔共216頁；當前第29頁；編輯于星期三\13點32分直流電機的結(jié)構(gòu)簡圖本文檔共216頁；當前第30頁；編輯于星期三\13點32分直流電機的結(jié)構(gòu)本文檔共216頁；當前第31頁；編輯于星期三\13點32分

電機裝配圖本文檔共216頁；當前第32頁；編輯于星期三\13點32分直流電機的基本結(jié)構(gòu)本文檔共216頁；當前第33頁；編輯于星期三\13點32分1定子部分

定子的作用是產(chǎn)生主磁場和在機械上支撐電機，它主要由主磁極、機座、電刷、端蓋和軸承組成。1)機座2)主磁極3)換向極4)電刷裝置2-342.2直流電機的主要結(jié)構(gòu)和型號

直流電機的定子本文檔共216頁；當前第34頁；編輯于星期三\13點32分

直流電機的定子鐵心和繞組本文檔共216頁；當前第35頁；編輯于星期三\13點32分直流電機的定子裝配圖本文檔共216頁；當前第36頁；編輯于星期三\13點32分1定子部分—機座有兩個作用：1)固定主磁極、換向極和端蓋，起機械支撐作用；2)作為電機磁路系統(tǒng)的一部分。因此要求機座有好的導磁性能及足夠的機械強度與剛度。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。機座中有磁通經(jīng)過的部分稱為磁軛。2-37本文檔共216頁；當前第37頁；編輯于星期三\13點32分本文檔共216頁；當前第38頁；編輯于星期三\13點32分1定子部分—主磁極2-39主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵，包括主極鐵芯和勵磁繞組兩部分。為盡可能減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用1～1.5mm厚的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。

主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場,使電樞繞組在此磁場的作用下感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。小容量直流電機主磁極可采用永磁磁極，無電勵磁繞組。本文檔共216頁；當前第39頁；編輯于星期三\13點32分1定子部分—換向極（附加極）作用--改善換向換向極裝在兩主磁極之間，也是由鐵心和繞組構(gòu)成

鐵心一般用整塊鋼或鋼板加工而成；換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)2-40本文檔共216頁；當前第40頁；編輯于星期三\13點32分1定子部分—電刷裝置作用--把直流電壓、直流電流引入或引出，它把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成2-41本文檔共216頁；當前第41頁；編輯于星期三\13點32分電刷實物本文檔共216頁；當前第42頁；編輯于星期三\13點32分圖a主磁極與換向極示意圖圖b電刷裝置圖主磁極、換向極、電刷裝置示意圖本文檔共216頁；當前第43頁；編輯于星期三\13點32分2轉(zhuǎn)子部分包括：電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風扇、轉(zhuǎn)軸和軸承等1)電樞鐵心2)電樞繞組3)換向器2.2直流電機的主要結(jié)構(gòu)和型號

直流電機的轉(zhuǎn)子(a)轉(zhuǎn)子主體(b)電樞鋼片本文檔共216頁；當前第44頁；編輯于星期三\13點32分直流電機的轉(zhuǎn)子本文檔共216頁；當前第45頁；編輯于星期三\13點32分轉(zhuǎn)子鐵心與電樞繞組及換向片本文檔共216頁；當前第46頁；編輯于星期三\13點32分直流電機的電樞2-47本文檔共216頁；當前第47頁；編輯于星期三\13點32分本文檔共216頁；當前第48頁；編輯于星期三\13點32分2轉(zhuǎn)子部分__電樞鐵心兩個用處：1)作為主磁路的主要部分；2)嵌放電樞繞組為減少電樞鐵心中因磁通變化而產(chǎn)生的渦流及磁滯損耗，通常用0.5mm厚的雙面涂漆的硅鋼片疊壓成圓柱型（與定子鐵芯的區(qū)別），中心有孔，裝置轉(zhuǎn)軸，表面均布軸向槽，用來嵌放電樞繞組。2-49本文檔共216頁；當前第49頁；編輯于星期三\13點32分電樞鐵心本文檔共216頁；當前第50頁；編輯于星期三\13點32分2轉(zhuǎn)子部分__電樞繞組由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成直流電機的主要電路部分用以通過電流和感應(yīng)電動勢以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。2-51本文檔共216頁；當前第51頁；編輯于星期三\13點32分電樞繞組本文檔共216頁；當前第52頁；編輯于星期三\13點32分真實的繞組本文檔共216頁；當前第53頁；編輯于星期三\13點32分自動下線本文檔共216頁；當前第54頁；編輯于星期三\13點32分焊接本文檔共216頁；當前第55頁；編輯于星期三\13點32分轉(zhuǎn)子鐵心與電樞繞組本文檔共216頁；當前第56頁；編輯于星期三\13點32分2轉(zhuǎn)子部分__換向器直流電機的重要部件作用---將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流或?qū)⒗@組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動勢2-57換向器由由許多銅換向片組成，每兩個換向片中間是絕緣片，換向片數(shù)與線圈元件數(shù)相同。本文檔共216頁；當前第57頁；編輯于星期三\13點32分換向片和換向器

圖1-7換向片和換向器本文檔共216頁；當前第58頁；編輯于星期三\13點32分換向器本文檔共216頁；當前第59頁；編輯于星期三\13點32分換向器與電刷相配合，實現(xiàn)整流、逆變作用，由許多彼此絕緣的銅換向片組成本文檔共216頁；當前第60頁；編輯于星期三\13點32分端蓋把定子和轉(zhuǎn)子連為一個整體，兩個端蓋分別固定在定子機座兩端，并支撐著轉(zhuǎn)子。電刷桿也固定在端蓋上。本文檔共216頁；當前第61頁；編輯于星期三\13點32分3氣隙

為使電機能夠運轉(zhuǎn)，定子和轉(zhuǎn)子之間要留有一定大小的間隙，此間隙稱為氣隙，它是主磁路的一部分。氣隙磁場是電機進行機電能量轉(zhuǎn)換的媒介，氣隙的大小對電機的運行性能有很大的影響。過大有什么不好？過小又有什么問題？

過大會導致勵磁電流過大，而過小則容易受齒槽效應(yīng)的影響而起動困難，另外安裝困難。本文檔共216頁；當前第62頁；編輯于星期三\13點32分2.2.2電機的銘牌數(shù)據(jù)1.什么是額定值

電機制造廠根據(jù)國家標準及電機設(shè)計的數(shù)據(jù)，對每臺電機在運行中的有關(guān)物理量（電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等）所規(guī)定的保證值。額定值一般標志在電機的銘牌上，故又叫銘牌值。2.額定狀態(tài)電機在運行時，若各物理量都符合它的額定值，則稱該電機運行于額定狀態(tài)。2-63本文檔共216頁；當前第63頁；編輯于星期三\13點32分3.額定值1)額定容量(功率)PN(kW)2)額定電壓UN(V)3)額定電流IN(A)4)額定轉(zhuǎn)速nN(rpm)5)額定勵磁電壓UfN(V)6)額定勵磁電流IfN(A)和勵磁方式等2-642.2.2電機的銘牌數(shù)據(jù)本文檔共216頁；當前第64頁；編輯于星期三\13點32分在額定狀況下，電機出線端的平均電壓發(fā)電機：是指輸出額定電壓；電動機：是指輸入額定電壓。在額定電壓下，運行于額定功率時電機出線端對應(yīng)的電流在額定電壓、額定電流下，運行于額定功率時對應(yīng)的轉(zhuǎn)速指軸上輸出的機械功率指電刷間輸出的額定電功率電動機發(fā)電機額定條件下電機所能提供的功率額定功率本文檔共216頁；當前第65頁；編輯于星期三\13點32分對應(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的勵磁線圈與電樞線圈的連接方式勵磁方式

此外，電機銘牌上還標有其它數(shù)據(jù)，如勵磁電壓、出廠日期、出廠編號等。還有一些，例如ηN、τN、TN、IfN等，不一定都標在銘牌上。

電機運行時，所有物理量與額定值相同——電機處于額定運行狀態(tài)。電機的運行電流小于額定電流——欠載或輕載運行；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浪費，而長期過載運行會縮短電機的使用壽命。電機最好運行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此時電機的運行效率、工作性能等比較好。本文檔共216頁；當前第66頁；編輯于星期三\13點32分4.直流電動機的額定功率轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率等于額定電壓和額定電流的乘積，再乘以電動機的額定效率5.直流發(fā)電機的額定功率電機出線端(電刷端)輸出的電功率等于額定電壓和額定電流的乘積2-672.2.2電機的銘牌數(shù)據(jù)本文檔共216頁；當前第67頁；編輯于星期三\13點32分6.直流電動機的額定轉(zhuǎn)矩軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩等于額定功率除以轉(zhuǎn)子角速度的額定值2-68PN的單位為W；nN的單位為r/min;T2N的單位為N.m，該式也適用于交流電動機2.2.2電機的銘牌數(shù)據(jù)本文檔共216頁；當前第68頁；編輯于星期三\13點32分本文檔共216頁；當前第69頁；編輯于星期三\13點32分本文檔共216頁；當前第70頁；編輯于星期三\13點32分銘牌數(shù)據(jù)本文檔共216頁；當前第71頁；編輯于星期三\13點32分各種直流電機與銘牌數(shù)據(jù)本文檔共216頁；當前第72頁；編輯于星期三\13點32分各種直流電機與銘牌數(shù)據(jù)本文檔共216頁；當前第73頁；編輯于星期三\13點32分2.3

直流電機的磁路、空載時的氣隙磁密與空載磁化特性2.3.1直流電機的磁路

絕大多數(shù)直流電機的主磁場都是由勵磁繞組通以直流勵磁電流產(chǎn)生的。空載：發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機軸上不帶機械負載，即電樞電流為零或很小，可不計其影響的一種工作狀態(tài)。此時的氣隙磁場僅由主極勵磁電流所建立，不包括電樞繞組和換向極繞組產(chǎn)生的磁場，故直流電機空載時的氣隙磁場，又稱勵磁磁場。

當勵磁繞組流過勵磁電流If

時，每極勵磁磁通勢：

Ff=IfNf

本文檔共216頁；當前第74頁；編輯于星期三\13點32分2-752.3.1直流電機的磁路本文檔共216頁；當前第75頁；編輯于星期三\13點32分2.3.1直流電機的磁路

1.直流電機的空載磁場

當勵磁繞組通入勵磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為N極和S極交替分布，由于電機磁路結(jié)構(gòu)對稱，不論極數(shù)多少，每對極的磁路是相同的。2-76本文檔共216頁；當前第76頁；編輯于星期三\13點32分2.3.1直流電機的磁路

2.直流電機的空載時的主磁通

Φ0由N

極出來的磁通，大部分經(jīng)氣隙進入電樞齒部，再經(jīng)電樞鐵心的磁軛到另一部分的電樞齒，又通過氣隙進入S極，再經(jīng)定子磁軛回到原來出發(fā)的

極，成為閉合回路。這部分磁通同時交鏈著勵磁繞組和電樞繞組，電樞旋轉(zhuǎn)時參與機電能量轉(zhuǎn)換，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是工作磁通，稱為主磁通。用φ0表示，主磁通經(jīng)過氣隙，并形成主磁場。2-77本文檔共216頁；當前第77頁；編輯于星期三\13點32分2.3.1直流電機的空載磁場3.直流電機的空載時的漏磁通

Φ1σ一小部分磁感應(yīng)線僅交鏈勵磁繞組本身，不進入電樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，不是工作磁通，只是增加主磁極磁路的飽和程度，稱為漏磁通。2-78特點：1）由同一個磁通勢所產(chǎn)生2）所走的路徑不同，這就導致了它們對應(yīng)磁路上所產(chǎn)生的磁場的分布規(guī)律不同，由于主磁通磁路的氣隙較小，磁導較大，漏磁通磁路的氣隙較大，磁導較小，而作用在這兩條磁路的磁通勢是相同的，所以漏磁通在數(shù)量上比主磁通要小得多，大約是主磁通的20%左右。在這里，氣隙磁場的大小和分布直接關(guān)系到電機的運行性能。本文檔共216頁；當前第78頁；編輯于星期三\13點32分2-792.3.1直流電機的磁路

可見，直流電機的主磁路可分為五部分：定子和轉(zhuǎn)子間的2段氣隙；2段電樞齒；1段電樞磁軛；2段主磁極磁軛；1段定子磁軛。本文檔共216頁；當前第79頁；編輯于星期三\13點32分2.3.2空載時氣隙磁通密度的分布波形電路歐姆定律磁路歐姆定律E+-IR1R2FΦRmRmδEFIΦRRm本文檔共216頁；當前第80頁；編輯于星期三\13點32分簡化直流電機的主磁路，根據(jù)磁路歐姆定律，設(shè)虛線的磁管的寬度為Δ，電樞軸向長度為li，則磁管的磁通：Rmδ，Rmt，Rma，Rmm，Rmf分別為氣隙、電樞齒、電樞磁軛、主磁極和定子磁軛等段磁路的磁阻。在磁路不飽和情況下，除氣隙外的磁路段的磁導率μ>>μ0

。有：2.3.2空載時氣隙磁通密度的分布波形（2-2）本文檔共216頁；當前第81頁；編輯于星期三\13點32分2.3.2空載時氣隙磁通密度的分布波形磁管的氣隙段磁路的磁阻將上式代入式2-2得（2-3）（2-4）可得氣隙處的磁密：將2-4式代入2-5式的氣隙處的磁密（2-5）（2-6）本文檔共216頁；當前第82頁；編輯于星期三\13點32分1.直流電機的空載磁場—空載磁密分布

由于主磁極極靴寬度總是比一個極距要小，在磁極軸線附近的磁回路中氣隙較小；接近極尖處的磁回路中氣隙較大。

若不計鐵磁材料中的磁壓降，則在氣隙中各處所消耗的磁通勢均為勵磁磁通勢。由上式結(jié)論氣隙磁密的大小完全與氣隙長度成反比。因此，在極靴下，氣隙小，氣隙中沿電樞表面上各點磁密較大；在極靴范圍外，氣隙增加很多，磁密顯著減小，至兩極間的幾何中心線處磁密為零。不考慮齒槽影響時，直流電機空載磁場的磁密分布如圖。本文檔共216頁；當前第83頁；編輯于星期三\13點32分2.直流電機的空載磁場_磁路分析本文檔共216頁；當前第84頁；編輯于星期三\13點32分

主磁通所經(jīng)過的磁路包括兩段主磁極、兩段氣隙、兩段電樞齒部、電樞磁軛、定子磁軛。2.直流電機的空載磁場_磁路分析

空載磁路的計算為正解問題，根據(jù)要求的φ0，算出每對主磁極的空載磁通勢2Ff或空載勵磁電流If2-85本文檔共216頁；當前第85頁；編輯于星期三\13點32分對于每一段磁路，都是根據(jù)已知的φ0，算出磁密B再找出相應(yīng)的磁場強度Hk，分別乘以各段磁路長度后便得到磁壓降在閉合磁回路中，磁路各段磁壓降代數(shù)和等于作用于該磁路上的磁通勢之和。2-86磁路的基爾霍夫第二定律本文檔共216頁；當前第86頁；編輯于星期三\13點32分2-87求出一定的勵磁磁通勢Ff，當勵磁繞組匝數(shù)一定時，所需的勵磁電流If也可求。本文檔共216頁；當前第87頁；編輯于星期三\13點32分2.3.3空載磁化特性直流電機的空載—磁化曲線

把空載時氣隙主磁通φ0與空載勵磁磁通勢Ff或空載勵磁電流If的關(guān)系，即φ0=f(Ff)或φ0=f(If)，稱為直流電機的空載磁化特性曲線，它表明了電機磁路的特性。當φ0比較小時，鐵磁材料的磁位差較小，總磁位差(即勵磁磁通勢)主要是氣隙磁位差，或者說勵磁磁通勢主要消耗在氣隙里。μ0為常數(shù)，空載特性呈直線關(guān)系。2-88本文檔共216頁；當前第88頁；編輯于星期三\13點32分直流電機的空載—磁化曲線

考慮到電機的運行性能和經(jīng)濟性，直流電機額定運行的磁通額定值的大小取在磁化曲線開始彎曲的地方(稱為膝部)，φN指在空載額定電壓時的每極磁通，對應(yīng)的勵磁磁通勢為FfN

當氣隙每級磁通φ0大到一定程度后，鐵磁材料出現(xiàn)飽和，若φ0再增大，則總磁位差劇增，即消耗的磁通勢劇增?？蛰d特性呈飽和現(xiàn)象。

本文檔共216頁；當前第89頁；編輯于星期三\13點32分2.3.4直流電機的勵磁方式(獲φ的方式)直流電機的勵磁方式1.他勵2.自勵

1).并勵2).串勵3).復勵2、并勵直流電機——勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。對并勵發(fā)電機，是電機本身發(fā)出的端電壓供給勵磁電流；對并勵電動機，勵磁繞組與電樞共用同一電源，與他勵直流電動機無本質(zhì)區(qū)別。3、串勵直流電機——勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。1、他勵直流電機——勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而是由其他直流電源單獨對勵磁繞組供電。4、復勵直流電機——兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組并聯(lián)，另一個與電樞繞組串聯(lián)。本文檔共216頁；當前第90頁；編輯于星期三\13點32分2.4直流電機的電樞繞組2.4.1電樞繞組的元件2.4.2電樞繞組的節(jié)距2.4.3單疊繞組2.4.4單波繞組2.4.5各種繞組及其應(yīng)用范圍2-91本文檔共216頁；當前第91頁；編輯于星期三\13點32分2.4直流電機的電樞繞組電樞繞組是直流電機的核心部分無論是發(fā)電機還是電動機，其電樞繞組在電機的磁場中旋轉(zhuǎn)，都會感應(yīng)出電動勢。當電樞繞組中有電流時，會產(chǎn)生電樞磁通勢，它與氣隙磁場相互作用，又產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩。電動勢與電流的乘積就是電磁功率，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)機械角速度的乘積就是機械功率。根據(jù)電機的工作狀況，直流電機可以吸收或發(fā)出電磁功率，也可以輸出或輸入機械功率?？梢姡谀芰哭D(zhuǎn)換的過程中，電樞繞組起著重要的作用。

直流電機電樞繞組的基本形式：電樞繞組是由多個形狀完全一樣的單匝或多匝繞組元件(線圈)以一定規(guī)律連接起來的，元件個數(shù)用S表示。1)單疊繞組2)單波繞組實際電機中，為使元件端接部分能平整地排列，一般采用雙層繞組。2-92本文檔共216頁；當前第92頁；編輯于星期三\13點32分2.4直流電機的電樞繞組1.對電樞繞組的要求是: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

2-93本文檔共216頁；當前第93頁；編輯于星期三\13點32分2.4直流電機的電樞繞組2.簡單的繞組

電樞上有四個線圈，換向器由八個換向片組成2-94

繞組中每個線圈的兩個端子各接到一個換向片上，一個線圈是繞組的一個單元，稱為元件。為使一個元件兩個有效邊中所感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢大小相等或相差不多，使電動勢是疊加的，那么元件的跨距應(yīng)等于或接近于一個極距。本文檔共216頁；當前第94頁；編輯于星期三\13點32分2.4直流電機的電樞繞組

2.簡單的繞組

2-95為使線圈端接部分對稱，線圈可采用如圖連接形式

上述模型若作發(fā)電機運行，由于線圈互相不聯(lián)接，電流不能通過所有線圈，所以產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與感應(yīng)電動勢大小不足。為此應(yīng)將所有線圈互相聯(lián)接起來。本文檔共216頁；當前第95頁；編輯于星期三\13點32分3.名詞術(shù)語介紹1）極軸線：磁極的中心線；（直軸或d軸）2）幾何中心線：磁極之間的平分線，（交軸或q軸）3）：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)；2.4直流電機的電樞繞組2-96直流電機模型本文檔共216頁；當前第96頁；編輯于星期三\13點32分2.4.1電樞繞組的元件元件：是繞組的一個基本單元(線圈)，可為單匝，也可為多匝。如果每槽有兩層元件邊，元件的兩個出線端分別接到兩片換向片上，并與其他元件相連。一個元件邊放在槽的上層，另一邊放在另一槽的下層，因此，一個槽里總有上下層兩個線圈邊，稱為雙層繞組如果每槽每層有u個元件邊虛槽數(shù)2-97S：元件數(shù)；K：換向片數(shù)Z：實槽數(shù)；Ze：虛槽數(shù)虛槽：一個上層與一個下層元件邊看成一個虛槽本文檔共216頁；當前第97頁；編輯于星期三\13點32分2.4.2電樞繞組的節(jié)距1.第一節(jié)距y1同一元件的兩個元件邊在電樞表面所跨的距離（即跨距）是

，用所跨虛槽數(shù)表示。選擇

的依據(jù)是盡量讓元件里感應(yīng)電動勢為最大，即

應(yīng)等于或接近于一個極距

Ze不一定能被極數(shù)2

整除，而

又必須為整數(shù)，所以應(yīng)使

:是使湊成整數(shù)的分數(shù)2-98本文檔共216頁；當前第98頁；編輯于星期三\13點32分2.4.2電樞繞組的節(jié)距2.第二節(jié)距y2

第二節(jié)距是相串聯(lián)的兩個元件，第一元件的下層邊和第二元件的上層邊在電樞表面上所跨的距離。也可認為是連至同一換向片的兩個元件邊之間的距離。通常也用虛槽數(shù)計算2-99本文檔共216頁；當前第99頁；編輯于星期三\13點32分2.4.2電樞繞組的節(jié)距3.合成節(jié)距y合成節(jié)距是相串聯(lián)的兩個元件的對應(yīng)邊，在電樞表面上所跨的距離。通常也用虛槽數(shù)計算節(jié)距

單疊繞組:單波繞組:2-100本文檔共216頁；當前第100頁；編輯于星期三\13點32分2.4.2電樞繞組的節(jié)距4.換向器節(jié)距yk換向器節(jié)距是同一個元件的兩個出線端所接的換向片之間的距離。通常用換向片數(shù)計算2-101對單疊繞組本文檔共216頁；當前第101頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組單疊繞組聯(lián)接的規(guī)律元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片上，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)右行繞組左行繞組2-102本文檔共216頁；當前第102頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組

一臺直流電動機的繞組數(shù)據(jù)為：極對數(shù)p＝２，槽數(shù)Z為16，元件數(shù)Ｓ等于換向片數(shù)Ｋ和槽數(shù)Z，即Z＝Ｓ＝Ｋ＝16，u=1，畫出其右行單疊繞組的展開圖。第二節(jié)距為：合成節(jié)距為：第一節(jié)距為：2-103本文檔共216頁；當前第103頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組

1.單疊繞組展開圖第一步畫元件邊：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。實虛線靠近些，并依次對槽編號。2-10412345678910111213141516本文檔共216頁；當前第104頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組1.單疊繞組展開圖第二步安放磁極：使每個磁極寬度約為0.7,使4個磁極均勻分布在各槽之上，并標上N，S極性。因磁極是放在電樞繞組上面，故N極磁力線垂直向里（進入紙面），S極向外（從紙面穿出）。2-10512345678910111213141516NSNS本文檔共216頁；當前第105頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組1.單疊繞組展開圖第三步畫換向片：畫16個方塊代表換向片，并標號，為能連出形狀對稱的元件，換向片的編號應(yīng)與槽的編號要有一定的對應(yīng)關(guān)系（由y1來考慮）2-10612345678910111213141516NSNS1612345678910111213141516本文檔共216頁；當前第106頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組1.單疊繞組展開圖第四步連繞組：將1號元件的上層邊放到一號槽的上層，其首端連1號換向片，y1=4，故其下層邊放到5號槽下層，yk=1，故接回到2號換向片。12345678910111213141516NSNS1612345678910111213141516本文檔共216頁；當前第107頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組1.單疊繞組展開圖第五步確定元件感應(yīng)電動勢的方向右手定則2-10812345678910111213141516NSNS1612345678910111213141516本文檔共216頁；當前第108頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組1.單疊繞組展開圖第六步放置電刷。直流電機中，電刷組數(shù)即刷桿數(shù)與主極個數(shù)一樣多，即4組電刷。對準在磁極軸線下，畫一個換向片寬（實際上K很多，電刷寬＝2～3片寬），并把相同極性下的電刷并聯(lián)起來。其放置原則是：使正、負電刷之間得到最大的感應(yīng)電動勢，或被電刷所短路的元件中感應(yīng)電動勢最小。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，永遠都是處于電機的幾何中心線，即兩個主磁極之間的地方，其感應(yīng)電動勢是接近零的。2-10912345678910111213141516NSNS本文檔共216頁；當前第109頁；編輯于星期三\13點32分單疊繞組的展開圖1.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷槽展開繞組放置安放磁極、電刷1123456789101112131416152345678910111213141615NSNSττττ+－++－－本文檔共216頁；當前第110頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組1.單疊繞組展開圖2-111注意：電機在運行過程中，繞組元件、換向器與電機磁極、電刷有相對運動。本文檔共216頁；當前第111頁；編輯于星期三\13點32分2.單疊繞組元件連接次序56789101112131415161234123456789101112131415161如圖，從第1元件開始，繞電樞一周，把全部元件邊都串聯(lián)起來，之后又回到第1元件的起始點1，故整個繞組是一個閉合繞組。上層元件邊下層元件邊y1yy2閉合本文檔共216頁；當前第112頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組3.單疊繞組的電樞電路圖

任一瞬時，處于同一磁極下的元件構(gòu)成一條支路，故單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)a等于極數(shù)p，或說其電刷桿數(shù)等于極數(shù)：a=p。因此采用單疊繞組的電機共有2p條支路。2-113單疊繞組的并聯(lián)支路圖本文檔共216頁；當前第113頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組4.單疊繞組的特點1）元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片上；2）任一瞬時，處于同一磁極下的元件構(gòu)成一條支路，因此采用單疊繞組的電機共有2p條支路，并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)；3）整個電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動勢的總和為零，繞組內(nèi)部無“環(huán)流”；4）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；5）正負電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓；2-114本文檔共216頁；當前第114頁；編輯于星期三\13點32分2.4.3單疊繞組4.單疊繞組的特點6）由正負電刷引出的電樞電流為各支路電流之和，即（式中為每一條支路的電流，即繞組元件中流過的電流，a為并聯(lián)支路對數(shù)），在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置應(yīng)在磁極中心線下，此時，正負電刷間引出的感應(yīng)電動勢亦為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動勢最小，此時電刷的位置，習慣上稱為“電刷放在幾何中心線位置”。2-115本文檔共216頁；當前第115頁；編輯于星期三\13點32分2.4.4單波繞組

單波繞組聯(lián)接的規(guī)律把相隔約兩個極距的元件依次串接。2-116節(jié)距

本文檔共216頁；當前第116頁；編輯于星期三\13點32分2.4.2單波繞組節(jié)距為使緊相串聯(lián)的兩元件所產(chǎn)生的電勢同向相加，元件邊應(yīng)處于相同極性磁極下：y=2τ

11）第一節(jié)距y1：與單疊繞組相同。本文檔共216頁；當前第117頁；編輯于星期三\13點32分2.4.2單波繞組2）合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk

：y=yk。選擇yk時，應(yīng)使相串聯(lián)的元件感應(yīng)電動勢同向。故：首先應(yīng)將兩個相串聯(lián)的元件放在同性磁極下，讓其在空間位置上相距約兩個極距；其次，當沿圓周向一個方向繞了一周，經(jīng)過p個串聯(lián)的元件后，其末尾所連的換向片pyk，必須落在與起始的換向片1相鄰的位置，才能使第二周繼續(xù)往下連，即：

在滿足yk為整數(shù)的情況下，一般取負號，這樣將每個元件連接成繞組時，連接順序是從右向左，為左行繞組。本文檔共216頁；當前第118頁；編輯于星期三\13點32分2.4.2單波繞組3）第二節(jié)距y2本文檔共216頁；當前第119頁；編輯于星期三\13點32分2.4.4單波繞組

一臺直流電動機的繞組數(shù)據(jù)為：極對數(shù)Ｐ＝２，槽數(shù)Z為15，u=1，元件數(shù)Ｓ等于換向片數(shù)Ｋ和槽數(shù)Z，即Z＝Ｓ＝Ｋ＝15，2-120本文檔共216頁；當前第120頁；編輯于星期三\13點32分2.4.4單波繞組

1.單波繞組展開圖第一步畫元件邊第二步安放磁極第三步畫換向片第四步連繞組第五步確定元件的電動勢的方向第六步放置電刷

磁極、電刷位置及電刷極性判斷都與單疊繞組一樣，在端接線對稱下，電刷中心線仍要對準磁極中心線。2-121本文檔共216頁；當前第121頁；編輯于星期三\13點32分2.4.4單波繞組

1.單波繞組展開圖本文檔共216頁；當前第122頁；編輯于星期三\13點32分2.4.4單波繞組

1.單波繞組展開圖（參考）2-123本文檔共216頁；當前第123頁；編輯于星期三\13點32分2.4.4單波繞組

2.單波繞組元件連接次序2-124從繞組展開圖可以看出，全部15個元件串聯(lián)而構(gòu)成一個閉合回路的順序是：18157146135124113102918157146135124113102915124113102916815714613上層邊槽號下層邊槽號本文檔共216頁；當前第124頁；編輯于星期三\13點32分單波繞組

3.單波繞組的電樞電路圖2-125A1A2B1B2本文檔共216頁；當前第125頁；編輯于星期三\13點32分單波繞組4.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)，a＝1，與磁極對數(shù)無關(guān)；2）當元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線，支路電動勢最大（即正負電刷間電動勢最大）；3）電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）；4）電樞電流。采用單波繞組的電機共有2條支路。2-126本文檔共216頁；當前第126頁；編輯于星期三\13點32分2.4.5各種繞組及其應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍單疊繞組：并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(lián)元件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的電機。單波繞組：并聯(lián)支路數(shù)少，支路對數(shù)永遠為1，每條支路里串聯(lián)元件數(shù)就多，適用于較高電壓、較小電流的電機。2-127小結(jié)本文檔共216頁；當前第127頁；編輯于星期三\13點32分與被電刷短路元件（即換向元件）相鄰的兩元件電流方向相反。當電刷處于磁極中性線時，某一極性磁極下元件邊的電流方向一致。電樞電路是一個有多源多支路電路。元件感應(yīng)的是交變電動勢，而電刷引出的是直流電動勢。2-128單疊繞組、單波繞組的共同特點:2.4.5各種繞組及其應(yīng)用范圍本文檔共216頁；當前第128頁；編輯于星期三\13點32分2.4.5各種繞組及其應(yīng)用范圍復疊、復波和蛙繞組直流電機的電樞繞組除了單疊、單波兩種基本形式以外，還有其他形式，如復疊繞組、復波繞組、蛙繞組（疊繞組和波繞組的混合繞組）等。2-129本文檔共216頁；當前第129頁；編輯于星期三\13點32分2.5電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩2.5.1電樞電動勢2.5.2電磁轉(zhuǎn)矩2.5.3直流電機的電樞反應(yīng)2-130本文檔共216頁；當前第130頁；編輯于星期三\13點32分2.5.1電樞電動勢2-131當電樞以一定的轉(zhuǎn)速n向一個方向轉(zhuǎn)動時，電樞繞組的導體便會切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢。電樞電動勢即直流電機正、負電刷之間的感應(yīng)電動勢Ea，也就是電樞繞組每條支路的感應(yīng)電動勢，即一條支路中所有串聯(lián)導體的感應(yīng)電勢之和。要計算支路電動勢，可先求出一個元件邊在一個極距范圍內(nèi)切割氣隙磁密的平均電動勢，再計算一條支路的電動勢。說明：在其他資料里是可求出每個元件電動勢的平均值，然后乘上每條支路串聯(lián)元件數(shù)，就可得出支路電動勢本文檔共216頁；當前第131頁；編輯于星期三\13點32分2.5.1感應(yīng)電動勢2-132某導線中感應(yīng)的電動勢某條支路串聯(lián)導體感應(yīng)的電動勢一個極距內(nèi)平均的氣隙磁密繞組的全部有效導體數(shù)為z

某條并聯(lián)支路的串聯(lián)導體數(shù)

本文檔共216頁；當前第132頁；編輯于星期三\13點32分2.5.1感應(yīng)電動勢2-133則一條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢，即電樞電動勢為：電動勢常數(shù)每極的磁通量本文檔共216頁；當前第133頁；編輯于星期三\13點32分當電刷放在幾何中線上，電樞電動勢z—總導體數(shù),Ce—電動勢常數(shù)2.5.1感應(yīng)電動勢本文檔共216頁；當前第134頁；編輯于星期三\13點32分2.5.1感應(yīng)電動勢本文檔共216頁；當前第135頁；編輯于星期三\13點32分2.5.2電磁轉(zhuǎn)矩2-136在直流電機中，當電樞繞組通過電流時，與氣隙磁場作用會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在電動機中，電磁轉(zhuǎn)矩是動力轉(zhuǎn)矩；而在發(fā)電機中則為阻力轉(zhuǎn)矩。某載流導體所受的電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)皮-薩電磁力定理有一個極下載流導體所受的電磁轉(zhuǎn)矩本文檔共216頁；當前第136頁；編輯于星期三\13點32分2.5.2電磁轉(zhuǎn)矩2-137整個電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)說明：在實際電機中，電磁轉(zhuǎn)矩主要是作用在電樞齒上的，其電磁轉(zhuǎn)矩可以用電磁儲能對角度求偏導計算。這一電磁轉(zhuǎn)矩公式把機械量T，磁場量Φ和電量Ia聯(lián)系起來了本文檔共216頁；當前第137頁；編輯于星期三\13點32分2.5.2電磁轉(zhuǎn)矩電樞總電磁轉(zhuǎn)矩Ct為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，比較：

Ct=9.55Ce本文檔共216頁；當前第138頁；編輯于星期三\13點32分2.5.2電磁轉(zhuǎn)矩本文檔共216頁；當前第139頁；編輯于星期三\13點32分2.5.3直流電機的電樞反應(yīng)直流電機帶負載運行時，電樞繞組中就有電樞電流，電樞電流會產(chǎn)生電樞磁通勢，其必然會影響空載時只有勵磁磁通勢單獨作用的磁場，有可能改變氣隙磁密分布情況及每極磁通量的大小，該現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。電樞磁通勢產(chǎn)生的磁場磁力線如圖所示。加上主磁極磁場，合成的磁密分布如下圖藍線所示。如磁路不飽和，總磁通量不變。但磁路飽和時，總磁通要略微降低，稱為去磁效應(yīng)。τBδ本文檔共216頁；當前第140頁；編輯于星期三\13點32分2.直流電機的空載磁場_磁路分析τBδ本文檔共216頁；當前第141頁；編輯于星期三\13點32分小結(jié)：

主磁極磁場和電樞反應(yīng)磁場兩者垂直，且電樞磁通勢軸線的位置總是與電刷軸線重合；電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生了畸變，電樞磁場使主磁場一半削弱，另一半加強，并使電樞表面磁密為零處偏離了幾何中心線；電樞反應(yīng)的另一個結(jié)果是電樞反應(yīng)具有去磁效應(yīng)，使得電機負載情況下每極磁通有所下降。2-142

當電刷處于幾何中心線時，電樞磁勢與磁極軸線互相垂直；2.5.3直流電機的電樞反應(yīng)本文檔共216頁；當前第142頁；編輯于星期三\13點32分2.6直流發(fā)電機直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式2.6.2功率關(guān)系

2-143本文檔共216頁；當前第143頁；編輯于星期三\13點32分2.6.1直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式

發(fā)電機慣例2-144直流電機的電路包括電樞支路和勵磁支路。在分析直流電機時，先根據(jù)勵磁方式畫出電機的電路連線。發(fā)電機按照發(fā)電機慣例標注電勢、電流和電壓。發(fā)電機慣例：本文檔共216頁；當前第144頁；編輯于星期三\13點32分2.6.1直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式

發(fā)電機慣例2-145電動勢平衡方程式電樞的感應(yīng)電動勢也叫反電勢為1.電動勢平衡方程式本文檔共216頁；當前第145頁；編輯于星期三\13點32分2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式空載轉(zhuǎn)矩由機械摩擦及鐵耗引起原動機的拖動轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩方向同n方向-n方向-n電磁轉(zhuǎn)矩為本文檔共216頁；當前第146頁；編輯于星期三\13點32分

2-147對發(fā)電機來說，轉(zhuǎn)軸上輸入的是機械轉(zhuǎn)矩T1。T1克服各種阻力轉(zhuǎn)矩（如機械摩擦、鐵耗、風阻等）T0后與電樞電流Ia產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T相平衡氣隙每極磁通的大小由空載磁化特性和電樞反應(yīng)決定他勵或者并勵發(fā)電機的勵磁電流為2.6.1直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式本文檔共216頁；當前第147頁；編輯于星期三\13點32分電樞回路電路可等效成下圖，對2-16式左右端同乘以Ia：

EaIa=UIa+I2aRa=P2+pcuaPM=EaIa

電磁功率？P2=UIa

輸出給負載的電功率pcua=I2aRa電樞回路總銅耗（包括電樞回路所有相串聯(lián)的繞組、電刷與換向器表面電損耗）EanIaURaEaIaU2.6.2功率關(guān)系本文檔共216頁；當前第148頁；編輯于星期三\13點32分2.6.2功率關(guān)系

2-149

機械摩擦損耗pm：軸vs軸承摩擦/電刷vs換向器摩擦/通風損耗等。這些損耗主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速變化不大時，基本為常量。鐵耗pFe：電樞鐵心在磁場中旋轉(zhuǎn)時導致磁場交變，會產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。鐵耗近似與磁密的平方及轉(zhuǎn)速的1.2~1.5次方成正比。當勵磁電流和轉(zhuǎn)速不變時，鐵耗也基本為常量?？蛰d損耗輸入功率功率平衡方程式（由2-19式）本文檔共216頁；當前第149頁；編輯于星期三\13點32分

2.6.2功率關(guān)系2-150負載損耗：電樞回路電阻損耗（總銅耗）pCua=Ia2Ra;電磁功率

現(xiàn)分析屬于機械功率性質(zhì)，而叫做電磁功率的PM的傳送方向（機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓β赎P(guān)系式）：本文檔共216頁；當前第150頁；編輯于星期三\13點32分

2.6.2功率關(guān)系雜散損耗ps：前幾項損耗中未考慮而實際又存在的損耗，例如電樞反應(yīng)把磁場扭歪導致鐵耗增大，電樞齒槽造成磁場脈動引起的鐵耗，一些機械部件切割磁通產(chǎn)生的鐵耗等，ps=(0.5~1)%P2若為他勵發(fā)電機，勵磁功率（勵磁損耗）pCuf

應(yīng)由其他直流電源供給；若為并勵發(fā)電機，pCuf由發(fā)電機本身提供，所以有pCuf==If2Rf總損耗本文檔共216頁；當前第151頁；編輯于星期三\13點32分

2.6.2功率關(guān)系他勵發(fā)電機功率流程效率本文檔共216頁；當前第152頁；編輯于星期三\13點32分2-153IaINIf本文檔共216頁；當前第153頁；編輯于星期三\13點32分2-154本文檔共216頁；當前第154頁；編輯于星期三\13點32分2.7直流電動機運行原理

直流電機可逆原理

他勵直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本方程式2.7.2功率關(guān)系

直流電動機的機械特性

直流電動機的工作特性2-155本文檔共216頁；當前第155頁；編輯于星期三\13點32分2.7.0直流電機可逆原理從原理上來說：一臺電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已?？赡嬖恚褐高@兩種運行狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換。發(fā)電機慣例

對他勵直流發(fā)電機在直流電網(wǎng)上并聯(lián)運行，電網(wǎng)電壓U保持不變，仍用發(fā)電機慣例。由前分析，發(fā)電機運行時，電機的功率關(guān)系和轉(zhuǎn)矩關(guān)系分別為：此時直流電機把輸入的機械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β瘦斔徒o電網(wǎng)。本文檔共216頁；當前第156頁；編輯于星期三\13點32分2.7.0直流電機可逆原理發(fā)電機慣例發(fā)電運行電動運行其可逆轉(zhuǎn)換運行過程分析如下：

若保持If不變，僅改變其輸入機械功率P1，例如使其下降，則：本文檔共216頁；當前第157頁；編輯于星期三\13點32分2.7.1直流電動機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式

電動機慣例2-158電動勢平衡方程式電磁轉(zhuǎn)矩為感應(yīng)電動勢也叫反電勢為1.電壓平衡方程式本文檔共216頁；當前第158頁；編輯于星期三\13點32分2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式電磁轉(zhuǎn)矩T，與n同方向——拖動轉(zhuǎn)矩空載損耗轉(zhuǎn)矩T0，為制動轉(zhuǎn)矩軸輸出的轉(zhuǎn)矩T2，帶動生產(chǎn)機械(負載轉(zhuǎn)矩)，通常是制動轉(zhuǎn)矩。2.7.1直流電動機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式本文檔共216頁；當前第159頁；編輯于星期三\13點32分

電動機慣例2-160電動機穩(wěn)態(tài)運行時，只要負載確定，即TL確定，則電樞電流、電動勢和轉(zhuǎn)速就隨之確定。2.7.1直流電動機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式本文檔共216頁；當前第160頁；編輯于星期三\13點32分2.7.2功率關(guān)系2-161功率平衡方程式本文檔共216頁；當前第161頁；編輯于星期三\13點32分本文檔共216頁；當前第162頁；編輯于星期三\13點32分電磁功率PM在電磁感應(yīng)作用下，由電能轉(zhuǎn)換為機械能，或由機械能轉(zhuǎn)換為電能的這部分功率稱為電磁功率。用PM表示。體現(xiàn)了能量的互相轉(zhuǎn)換作用。本文檔共216頁；當前第163頁；編輯于星期三\13點32分

2.7.2功率關(guān)系2-164他勵電動機功率流程并勵電機他勵電機本文檔共216頁；當前第164頁；編輯于星期三\13點32分2-165本文檔共216頁；當前第165頁；編輯于星期三\13點32分2-166本文檔共216頁；當前第166頁；編輯于星期三\13點32分2-167本文檔共216頁；當前第167頁；編輯于星期三\13點32分2.7.3直流電動機的工作特性2-168直流電動機的工作特性，是其運行特性之一，指在U=UN，時,轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率?隨輸出功率P2而變化的關(guān)系，因為Ia可直接測量，且與P2有一致的變化趨勢，所以工作特性往往表示為：1

轉(zhuǎn)速特性n=f(Ia)2轉(zhuǎn)矩特性T=f(Ia)3

效率特性?=f(Ia)本文檔共216頁；當前第168頁；編輯于星期三\13點32分

直流電動機的工作特性轉(zhuǎn)速特性當U=UN，If=IfN時，n=f(Ia)的關(guān)系。U=Ea+IaRa

UN=EaN+IaRaEaN=CeΦNn=UN－IaRa當UN，IaN，nN時的勵磁電流若忽略電樞反應(yīng)的影響，當Ia↑，n↓。但因Ra較小，n↓很小。若考慮電樞反應(yīng)有去磁效應(yīng)，隨Ia↑

，則n可能↑。（上升不利于穩(wěn)定運行）nIan本文檔共216頁；當前第169頁；編輯于星期三\13點32分

直流電動機的工作特性2.轉(zhuǎn)矩特性當U=UN，If=IfN時，T=f(Ia)的關(guān)系。nIanT,T

電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流Ia成正比。如果考慮電樞反應(yīng)有去磁效應(yīng)，隨著Ia的增大，T要略微減小。本文檔共216頁；當前第170頁；編輯于星期三\13點32分

直流電動機的工作特性3.效率特性當U=UN，If=IfN時，η=f(Ia)的關(guān)系。nIanT,T總損耗∑p中，p0=pFe+pm不隨負載電流Ia變化而變化，電樞回路總銅耗pCua隨Ia2成正比變化。故η=f(Ia)曲線如圖所示。η，η直流電動機效率約為0.75~0.94，容量大的效率更高。本文檔共216頁；當前第171頁；編輯于星期三\13點32分2.8

他勵直流電動機的機械特性2.8.1機械特性的一般表達式電動機的機械特性是分析電動機起動、調(diào)速、制動的重要工具。EanTLTIaIfUfUR電動機的機械特性是指電動機加上一定的電壓U和一定的勵磁電流If時，并在電樞回路中串R，其電磁轉(zhuǎn)矩T

與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，即n=f(T)。本文檔共216頁；當前第172頁；編輯于星期三\13點32分

機械特性的一般表達式機械特性n=f(T)的推導將T=CtΦIa，代入轉(zhuǎn)速特性，考慮到電樞串電阻R可得：為理想空載轉(zhuǎn)速為機械特性的斜率他勵直流電動機機械特性的一般表達式本文檔共216頁；當前第173頁；編輯于星期三\13點32分2.8.2固有機械特性2-174改變?nèi)齻€量U,Φ,R可以改變機械特性U=UN,Φ=ΦN,R=0時的機械特性稱為固有機械特性。其方程為特點：2）由于Ra很小，斜率很小，T變時n變化很小，特性較平，為硬特性。（斜率大的特性稱為軟特性）3）當T=0時，n=n0=UN/CeΦN為理想空載轉(zhuǎn)速，此時，Ia=0，E=UN

；1）特性為一條略為下斜的直線:T↑，n↓本文檔共216頁；當前第174頁；編輯于星期三\13點32分2.8.2固有機械特性2-1754）當T=TN時,n=nN,此時的轉(zhuǎn)速差稱為額定轉(zhuǎn)速差，是硬特性的數(shù)值體現(xiàn)。5）電動機在額定電壓下剛起動時：Is稱為啟動電流一般nN約0.95n0，因此?nN約0.05n0Ts稱為啟動轉(zhuǎn)矩因電樞電阻Ra很小，Is和Ts都比額定值大很多。例如當ΔnN=0.05n0時，由機械特性公式可推得Is和Ts都是20倍的額定值，如此大的啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩會燒壞換向器。本文檔共216頁；當前第175頁；編輯于星期三\13點32分2.8.2固有機械特性2-1767）當T<0時，n>n0。此情況是電磁轉(zhuǎn)矩實際方向與轉(zhuǎn)速相反，由拖動性變?yōu)橹苿有?，此時Ia<0，故Ea=UN-IaRa>UN，轉(zhuǎn)速n>n0，機械特性在第II象限。此時他勵直流電動機電磁功率PM=EaIa=TΩ<0，輸入功率P1=UNIa<0，實際上此時工作于發(fā)電機狀態(tài)。以上分析的是機械特性在第I象限的情況，在第I象限中，

0<T<Ts,n0>n>0,UN>Ea>06）T>TS，n<0。若T>TS，則Ia>IS，即只可能是Ea<0,即n<0，故機械特性在第Ⅳ象限本文檔共216頁；當前第176頁；編輯于星期三\13點32分2.8.2固有機械特性2-177他勵直流電動機固有機械特性是一條斜直線，跨越三個象限，特性較硬。機械特性只表征電動機電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系，是電動機本身的能力，至于電動機具體運行狀態(tài)，還要看拖動什么樣的負載。固有機械特性是電動機最重要的特性，在此基礎(chǔ)上，很容易得到電動機的人為機械特性。本文檔共216頁；當前第177頁；編輯于星期三\13點32分本文檔共216頁；當前第178頁；編輯于星期三\13點32分2-179本文檔共216頁；當前第179頁；編輯于星期三\13點32分2-180本文檔共216頁；當前第180頁；編輯于星期三\13點32分2.8.3人為機械特性1.電樞回路串電阻時的人為機械特性（保持UN、φN，串R）特點：1）理想空載轉(zhuǎn)速n0不變；2）斜率?隨所串的R增大而成正比增大，⊿n增大，特性變軟，直線變陡，形成一組過n0的放射形直線。

他勵直流電動機改變電壓、電樞回路電阻、磁通(勵磁電流)當中一個或幾個就得到人為機械特性。若T為常數(shù)，⊿n（Ra+R）用途：起動、調(diào)速、制動本文檔共216頁；當前第181頁；編輯于星期三\13點32分2.8.3人為機械特性2.改變電樞電壓時的人為機械特性（保持φN，無R，變U）特點：1）斜率?不變，與固有機械特性斜率相同，各特性互相平行；2）理想空載轉(zhuǎn)速n0與U成正比。改變U的人為機械特性是一組平行于固有機械特性的直線。用途：起動、調(diào)速、制動本文檔共216頁；當前第182頁；編輯于星期三\13點32分2.8.3人為機械特性3.減小氣隙磁通量時的人為機械特性（保持UN，無R，減小If）特點：1）Φ減少時，理想空載轉(zhuǎn)速n0增大；3）改變每極磁通，機械特性是一組既不平行也不呈放射形的一組直線，Φ減少時，特性上移且變軟。2）Φ減少時，β增大，特性越傾斜；本文檔共216頁；當前第183頁；編輯于星期三\13點32分2.8.3人為機械特性用途：調(diào)速。若勵磁電流可以連續(xù)調(diào)節(jié)，則可以得到平滑調(diào)速。注意：磁通不可太小，否則理想空載轉(zhuǎn)速太高，電動機的換向能力和機械強度承受不了。

從以上三種人為機械特性可見，電樞回路串電阻和減弱磁通，電動機的機械特性都變軟。本文檔共216頁；當前第184頁；編輯于星期三\13點32分2-185電樞反應(yīng)對機械特性的影響因電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)，當電樞電流較大時，機械特性在負載大時呈上翹現(xiàn)象，這是不利的。解決方法:

為避免上翹，往往在主磁極上加一個匝數(shù)很少的串勵繞組，稱為穩(wěn)定繞組。繞組里流的是電樞電流，產(chǎn)生的磁通可以補償電樞反應(yīng)的去磁部分，使電機的機械特性不再上翹。2.8.3人為機械特性本文檔共216頁；當前第185頁；編輯于星期三\13點32分(3)恒功率負載（P一定時，T和n成反比），要選軟特性電機拖動。如：電氣機車等。直流電動機機械特性硬度的選擇:(1)恒轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械(TL一定，和轉(zhuǎn)速無關(guān)）要選硬特性的電動機，如：金屬加工、起重機械等。(2)通風機械負載，機械負載