《電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)》第二版第三章-直流電機(jī)

第三章直流電機(jī)第一節(jié)

緒論第二節(jié)

直流電機(jī)的電樞繞組第三節(jié)

直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)第四節(jié)

直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)第五節(jié)

電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩第三章直流電機(jī)第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理第八節(jié)

直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第九節(jié)

串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)第十節(jié)

直流電機(jī)的換向第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理一．直流電機(jī)的特點(diǎn)

直流電機(jī)是實(shí)現(xiàn)直流電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。把直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，多用于對(duì)調(diào)速要求較高和特殊性能要求的電氣傳動(dòng)裝置；將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能的電機(jī)是直流發(fā)電機(jī)，主要用于發(fā)出直流電作為直流電源。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理一．直流電機(jī)的特點(diǎn)

直流電動(dòng)機(jī)具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：速度調(diào)節(jié)方便，調(diào)速范圍寬廣，易于平滑調(diào)速；起動(dòng)、制動(dòng)和過(guò)載轉(zhuǎn)矩大；系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于控制，可靠性較高。

直流電機(jī)的主要缺點(diǎn)是電刷與換向器的接觸式換向，它影響了電機(jī)的可靠性，需要定期維護(hù)，也限制了直流電機(jī)的極限容量。

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理二．基本工作原理 下圖是一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)的模型。

主磁極

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理二．基本工作原理 下圖是一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)的模型。

線(xiàn)圈第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理二．基本工作原理 下圖是一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)的模型。

線(xiàn)圈的兩端分別接到兩個(gè)相對(duì)放置的導(dǎo)電片(稱(chēng)換向片)，換向片之間用絕緣材料隔開(kāi)。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理二．基本工作原理 下圖是一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)的模型。

電刷電刷第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理

當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞以恒定轉(zhuǎn)速逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，在線(xiàn)圈

abcd中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：相對(duì)線(xiàn)速度磁密導(dǎo)體ab或cd的長(zhǎng)度第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，用右手定則確定。在右圖所示瞬間，導(dǎo)體ab、cd的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向分別由b指向a和由d指向

c。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理這時(shí)電刷A呈高電位，電刷B呈低電位。

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理當(dāng)電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)，導(dǎo)體ab與cd互換了位置。此時(shí)，導(dǎo)體ab、cd的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向都與剛才的相反，即分別由a指向b和由c指向d。

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理但由于換向片隨著線(xiàn)圈一道旋轉(zhuǎn)，本來(lái)與電刷B相接觸的那個(gè)換向片，現(xiàn)在卻與電刷A接觸了；與電刷A相接觸的換向片與電刷B接觸了。顯然這時(shí)電刷A仍呈正極性，電刷B呈負(fù)極性。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理從右圖看出，和電刷A接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于N極下，同樣，和電刷B接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于S極下。可見(jiàn)，A電刷總是呈正極性，B電刷總是呈負(fù)極性。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理如果電樞繼續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)180°，導(dǎo)體ab、cd又回到左圖所示位置，顯然電刷A呈高電位；電刷B呈低電位。

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理由此可見(jiàn)，盡管線(xiàn)圈abcd中的感應(yīng)電勢(shì)方向是交變的，但由于換向器的作用，電刷A、B的極性始終不變，即電刷A、B兩端輸出直流電能。

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理右圖所示為直流電動(dòng)機(jī)的物理模型，電刷A、B接到直流電源上。電流的方向如圖所示。

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理根據(jù)電磁力定律可知，載流導(dǎo)體ab、cd上受到的電磁力為：第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。導(dǎo)體ab和cd的受力方向如右圖所示。

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理這個(gè)力乘以轉(zhuǎn)子的半徑，就是轉(zhuǎn)矩，稱(chēng)為電磁轉(zhuǎn)矩。此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的作用方向是逆時(shí)針?lè)较颉?/p>

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)了180°后，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，ab轉(zhuǎn)到S極下。此時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針?lè)较?。第一?jié)直流電機(jī)的基本工作原理由此可見(jiàn)，雖然直流電動(dòng)機(jī)電樞線(xiàn)圈里的電流方向是交變的，但由于電刷和換向器的緣故，電磁轉(zhuǎn)矩的方向是不變的。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理三．主要結(jié)構(gòu)

下圖是一臺(tái)常用的小型直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理三．主要結(jié)構(gòu) 下圖是一臺(tái)兩極直流電機(jī)的剖面圖：

電樞換向極主極機(jī)座第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理 直流電機(jī)主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子和 轉(zhuǎn)子由前后兩個(gè)端蓋聯(lián)接和支撐。定子部分主要包括機(jī)座、主磁極、換向極和電刷裝置等。轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇和轉(zhuǎn)軸 等。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理定子部分——機(jī)座機(jī)座有兩方面的作用：一是導(dǎo)磁，二是機(jī)械支撐。 機(jī)座導(dǎo)磁部分稱(chēng)為定子磁軛，是主磁路的一部分，一般多用導(dǎo)磁的鑄鋼或厚鋼板制成。

定子部分——主磁極

主磁極又稱(chēng)主極，它在氣隙中產(chǎn)生按照一定波形分布的氣隙磁密。主磁極上還裝有勵(lì)磁線(xiàn)圈或永久磁鐵。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理下圖是主磁極的示意圖。主極鐵心是用0.5～1.0mm厚的硅鋼片沖制而成，然后疊裝在一起。繞制好的勵(lì)磁線(xiàn)圈套在主極鐵心上，用螺釘把整個(gè)主磁極緊固在機(jī)座的內(nèi)表面上。

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理為了讓氣隙磁密沿電樞的圓周方向分布得更加合理，主磁極的鐵心做成下圖所示形狀，其中較窄的部分叫極身，較寬的部分叫極靴。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理定子部分——換向極 換向極又稱(chēng)附加極，容量較大的直流電機(jī)，在相鄰兩主磁極之間要裝上換向極以改善直流電機(jī)的換向。定子部分——電刷

電刷通過(guò)換向片把電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的電流引出或引入。電刷與換向器需要配合使用。

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理轉(zhuǎn)子部分——電樞鐵心電樞鐵心是直流電機(jī)主磁路的一部分。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，鐵心中磁通方向的變化將在鐵心中引起渦流損耗與磁滯損耗。轉(zhuǎn)子部分——電樞繞組 電樞線(xiàn)圈嵌放在電樞鐵心的槽中，線(xiàn)圈的出線(xiàn)端與換向器的換向片按照一定的規(guī)律相連，構(gòu)成電樞繞組。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理 下圖為直流電機(jī)電樞示意圖：轉(zhuǎn)軸換向器電樞鐵心電樞繞組風(fēng)扇

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理轉(zhuǎn)子部分——換向器

換向器由一系列換向片組成，每?jī)蓚€(gè)相鄰的換向片用絕緣薄片隔開(kāi)。通常換向片數(shù)與線(xiàn)圈元件數(shù)相同。端蓋

端蓋把定、轉(zhuǎn)子聯(lián)成一個(gè)整體，前后兩個(gè)端蓋分別固定在定子機(jī)座的兩端，端蓋還對(duì)電機(jī)起著防護(hù)作用。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理 四．直流電機(jī)的額定值額定功率(容量)，單位為W或kW；額定電壓，單位為V；額定電流，單位為A；額定轉(zhuǎn)速，單位為r/min；額定勵(lì)磁電壓，單位為V；額定勵(lì)磁電流，單位為A。

額定轉(zhuǎn)矩

，單位為

；

額定效率

。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理直流電動(dòng)機(jī)的額定功率，定義為轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率：直流發(fā)電機(jī)的額定容量，定義為電刷端的輸出電功率：電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩為額定功率除以額定角速度， 即：

第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理 直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，若各個(gè)物理量都達(dá)到額定值，就稱(chēng)為額定運(yùn)行狀態(tài)。 如果電機(jī)電流小于額定電流，稱(chēng)為欠載或輕載運(yùn)行；超過(guò)額定電流，稱(chēng)為過(guò)載運(yùn)行。過(guò)載會(huì)造成電機(jī)過(guò)熱而燒毀；欠載運(yùn)行效率不高，浪費(fèi)資源。第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理例3.1

一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，額定功率=160kW，額定電壓=230V，額定效率=90%，計(jì)算該發(fā)電機(jī)的輸入功率及額定電流。 解:額定輸入功率

額定電流第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組一．繞組的基本特點(diǎn) 電樞繞組在電機(jī)的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)電樞繞組中有電流流過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電樞磁勢(shì)，它與氣隙磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩。有了電動(dòng)勢(shì)與電流便可產(chǎn)生電磁功率。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組 對(duì)直流電機(jī)電樞繞組的基本要求如下：產(chǎn)生盡可能大的電動(dòng)勢(shì)，且波形良好；能通過(guò)足夠大的電流；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，可靠性高；換向良好。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組是由許多個(gè)形狀相同的線(xiàn)圈按照一定規(guī)律聯(lián)接起來(lái)的。每個(gè)線(xiàn)圈都稱(chēng)為元件，元件的個(gè)數(shù)用S表示。左圖是一個(gè)多匝元件，用Ny代表元件的匝數(shù)，圖中Ny=2。同一個(gè)元件的首端和尾端接到不同的換向片上，各個(gè)元件通過(guò)換向片彼此聯(lián)接起來(lái)的。可見(jiàn)，電樞繞組總的元件數(shù)S等于換向片數(shù)K，即S=K。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組是由許多個(gè)形狀相同的線(xiàn)圈按照一定規(guī)律聯(lián)接起來(lái)的。每個(gè)線(xiàn)圈都稱(chēng)為元件，元件的個(gè)數(shù)用S表示。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組

元件嵌放在電樞鐵心的槽里，如下圖所示。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組同一個(gè)元件的一個(gè)元件邊占了某個(gè)槽的上半槽（該元件邊稱(chēng)為上層邊），另一元件邊占了另一槽的下半槽（該元件邊稱(chēng)為下層邊）。

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組同一個(gè)槽里能嵌放兩個(gè)元件邊，一個(gè)元件有兩個(gè)元件邊，所以電樞槽數(shù)等于元件數(shù)。

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組元件嵌放在槽內(nèi)的部分能切割氣隙磁通，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為有效部分。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組槽外的部分是端接部分，簡(jiǎn)稱(chēng)端部，在主磁極磁場(chǎng)之外，端部不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 在直流電機(jī)中，往往在一個(gè)槽里上、下層并列嵌放了幾個(gè)元件的元件邊。

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組把一個(gè)上層元件邊與一個(gè)下層元件邊視為一個(gè)虛槽。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組一個(gè)實(shí)槽中的虛槽數(shù)等于該實(shí)槽里上層或下層并列的元件邊數(shù)，用u表示。下圖中，虛槽數(shù)u

=3。用代表電機(jī)的總虛槽數(shù)，Z代表總實(shí)槽數(shù)，則有：第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組用N代表電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)，則有式中是每個(gè)元件的匝數(shù)。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組 直流電機(jī)電樞繞組分為以下三種類(lèi)型：疊繞組：又分為單疊繞組和復(fù)疊繞組。波繞組：又分為單波繞組和復(fù)波繞組。蛙繞組：由疊繞組和波繞組混合繞制。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組二．單疊繞組 電樞繞組中任何兩個(gè)串聯(lián)元件都是后一個(gè)疊在前一個(gè)上面的稱(chēng)為疊繞組。1.節(jié)距 節(jié)距是指被聯(lián)接起來(lái)的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，用所跨過(guò)的虛槽數(shù)或換向片數(shù)來(lái)度量。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組第一節(jié)距 第一節(jié)距是同一個(gè)元件的兩個(gè)元件邊之間的跨距。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組確定的原則是使元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，即等于或接近一個(gè)極距。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組(2)合成節(jié)距y

相鄰串聯(lián)的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的跨距稱(chēng)為合成節(jié)距。對(duì)單疊繞組有:

y=1第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組(3)換向器節(jié)距每個(gè)元件首、末端所聯(lián)兩個(gè)換向片之間的跨距稱(chēng)為換向器節(jié)距，用換向片數(shù)目表示。對(duì)單疊繞組有。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組(4)第二節(jié)距與同一個(gè)換向片相聯(lián)的兩個(gè)元件中元件1的下層元件邊到元件2的上層元件邊之間的跨距稱(chēng)為第二節(jié)距。對(duì)單疊繞組有第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組連接元件時(shí)，聯(lián)接的順序是從左向右進(jìn)行，稱(chēng)為右行繞組。左圖就是右行繞組。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組2.

單疊繞組的展開(kāi)圖

繞組展開(kāi)圖就是將電樞槽中沿圓周方向分布的繞組展開(kāi)成平面。在畫(huà)繞組展開(kāi)圖之前，首先要根據(jù)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算出元件的各種節(jié)距。

下面通過(guò)一個(gè)具體的例子加以說(shuō)明。

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組例3.3 一臺(tái)直流電機(jī)的極數(shù)，，畫(huà)出右行單疊繞組的展開(kāi)圖。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組（1）節(jié)距計(jì)算： 第一節(jié)距

合成節(jié)距

換向器節(jié)距

第二節(jié)距

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組（2）畫(huà)出虛槽 畫(huà)出16根等長(zhǎng)等距離的實(shí)線(xiàn)，在實(shí)線(xiàn)旁邊，再畫(huà)16根等長(zhǎng)等距的虛線(xiàn)，分別代表各槽上層和下層元件邊。一根實(shí)線(xiàn)和一根虛線(xiàn)代表一個(gè)虛槽，依次把槽編上號(hào)碼，如下圖所示。（3）放置磁極 每個(gè)磁極的寬度大約等于

0.7倍極距，圖中用表示極距，4個(gè)磁極均勻分布在各槽之上，并標(biāo)上

N，S極性。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組（4）畫(huà)換向器 在槽的下方，畫(huà)16個(gè)小方塊代表?yè)Q向片，換向片的編號(hào)應(yīng)與槽的編號(hào)有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。如下圖所示。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組（5）聯(lián)接繞組 元件1由換向片1經(jīng)第1槽上層，跨過(guò)節(jié)距，聯(lián)到第5槽的下層，然后回到換向片2。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組元件2由換向片2經(jīng)第2槽上層和第6槽下層相聯(lián)，然后回到換向片3。按此規(guī)律依次聯(lián)接，如下圖所示。(6)確定導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向

N極的磁場(chǎng)在氣隙里的方向是進(jìn)紙面的，S極是出紙面的。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組

1、5、9、13四個(gè)元件正好位于兩個(gè)主磁極的中間，該處氣隙磁密為零，所以不感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組（7）放置電刷

在直流電機(jī)里，電刷組數(shù)與主極的個(gè)數(shù)一樣多。它們均勻地放在換向器表面圓周方向的位置。每個(gè)電刷的寬度大于等于每一個(gè)換向片的寬度。 放置電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或被電刷所短路的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組在下圖中，由于每個(gè)元件的幾何形狀對(duì)稱(chēng)，如果把電刷的中心線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)主極的中心線(xiàn)，就能滿(mǎn)足上述要求。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組被電刷所短路的元件正好是1、5、9、13，這4個(gè)元件中的電動(dòng)勢(shì)為零。這四個(gè)元件把回路分成四段，每段串聯(lián)三個(gè)電動(dòng)勢(shì)方向相同的元件。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組由于對(duì)稱(chēng)關(guān)系，這四段電路中的電動(dòng)勢(shì)大小相等，方向兩兩相反。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組3.

單疊繞組元件聯(lián)接次序

第1虛槽上層元件邊經(jīng)聯(lián)接到第5虛槽的下層元件邊，構(gòu)成了第1個(gè)元件。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組第2虛槽上層元件邊經(jīng)聯(lián)接到第6虛槽的下層元件邊，構(gòu)成了第2個(gè)元件。3.

單疊繞組元件聯(lián)接次序

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組第5虛槽的下層元件邊經(jīng)聯(lián)接到第2虛槽的上層元件邊，這樣就把第1、2兩個(gè)元件聯(lián)接起來(lái)了。3.

單疊繞組元件聯(lián)接次序

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組3.

單疊繞組元件聯(lián)接次序

依此類(lèi)推，如下圖所示：第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組3.

單疊繞組元件聯(lián)接次序

從下圖中看出，從第1元件開(kāi)始，相鄰元件依次串聯(lián)，繞電樞一周后又回到第1元件的起始點(diǎn)?？梢?jiàn)，整個(gè)繞組構(gòu)成一個(gè)閉合回路。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組4.

單疊繞組的并聯(lián)支路圖 按照之前各元件聯(lián)接的順序，可以得到如下圖所示的并聯(lián)支路圖：第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組4.

單疊繞組的并聯(lián)支路圖單疊繞組并聯(lián)支路對(duì)數(shù)等于極對(duì)數(shù)。即

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組

綜上所述，單疊繞組具有以下特點(diǎn)：位于同一個(gè)磁極下的各元件串聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)支路，有幾 個(gè)磁極就有幾條支路，即。對(duì)于對(duì)稱(chēng)元件，電刷的位置與主磁極中心線(xiàn)位置一致時(shí)， 正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。電刷組數(shù)等于極數(shù)。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組 電刷的位置，雖然對(duì)準(zhǔn)主磁極的中心線(xiàn)，但被電刷所短路元件的兩個(gè)邊位于幾何中性線(xiàn)處。 所以，電刷放在幾何中性線(xiàn)上，是指被電刷所短路的元件的元件邊位于幾何中性線(xiàn)處。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組三．單波繞組

單疊繞組是把同一個(gè)磁極下的元件串聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)支路，以保證支路中的元件電動(dòng)勢(shì)同方向。

如果把相同極性磁極下的元件都串聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)支路，相鄰串聯(lián)元件對(duì)應(yīng)邊的距離約為兩個(gè)極距，就形成了如圖3.12所示的波浪形態(tài)，稱(chēng)為波繞組。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組三．單波繞組1.節(jié)距 (1)第一節(jié)距 與單疊繞組一樣，等于或接近一個(gè)極距。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組(2)換向器節(jié)距

單波繞組應(yīng)使相串聯(lián)的元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同方向。需要把相鄰兩個(gè)串聯(lián)的元件放在同極性磁極的下面，使它們?cè)诳臻g位置上相距約兩個(gè)極距。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組(2)換向器節(jié)距

當(dāng)p個(gè)串聯(lián)的元件沿著圓周向一個(gè)方向繞了一周，其末尾所聯(lián)的換向片必須與起始的換向片1相鄰，才能使第二周繼續(xù)聯(lián)結(jié)下去，即 因此第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組 在滿(mǎn)足為整數(shù)時(shí)，上式一般都取負(fù)號(hào)。這種繞組聯(lián)接的順序是從右向左進(jìn)行，稱(chēng)左行繞組，如下圖所示。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組(3)合成節(jié)距

合成節(jié)距與換向器節(jié)距相等。即：第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組(4)

第二節(jié)距

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組2.

單波繞組的展開(kāi)圖下面通過(guò)一個(gè)具體的例子加以說(shuō)明。例3.4 一臺(tái)直流電機(jī)，，，試聯(lián)成單波繞組。

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組（1）節(jié)距計(jì)算：第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組 其余步驟同例

3.3，不再贅述。下圖是它的繞組展開(kāi)圖。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組3.

單波繞組的并聯(lián)支路圖

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組3.

單波繞組的并聯(lián)支路圖 從上圖可以看出，單波繞組把所有N極下的全部元件串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成一條支路，所有S極下的全部元件串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成另一支路。所以單波繞組的支路對(duì)數(shù)恒等于1，即

第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組 單波繞組具有以下特點(diǎn)：同極性下各元件串聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)支路，支路對(duì)數(shù)。對(duì)于對(duì)稱(chēng)元件，電刷位置與主磁極中心線(xiàn)位置一致時(shí)，支 路電動(dòng)勢(shì)最大。電刷組數(shù)也應(yīng)等于極數(shù)。第二節(jié)直流電機(jī)的電樞繞組

單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，支路元件數(shù)少，適合電壓較低、電流較大的電機(jī)。 單波繞組支路對(duì)數(shù)恒等于1

，支路元件數(shù)較多，適合電壓較高、電流較小的電機(jī)。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)一．直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁繞組的供電方式。直流電機(jī)可分為以下幾種類(lèi)型：他勵(lì)直流電機(jī)并勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)1.

他勵(lì)直流電機(jī) 他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁電流由其他直流電源單獨(dú)供電。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)2.

并勵(lì)直流電機(jī) 并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電機(jī)電樞的兩端并聯(lián)，電樞電壓等于勵(lì)磁電壓。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)3.

串勵(lì)直流電機(jī) 串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞回路串聯(lián)，電樞電流等于勵(lì)磁電流。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)4.

復(fù)勵(lì)直流電機(jī) 復(fù)勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組分為兩部分，一部分與電樞回路串聯(lián)，一部分與電樞回路并聯(lián)。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)二．直流電機(jī)的磁場(chǎng) 直流電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其磁場(chǎng)是由電機(jī)勵(lì)磁繞組電流和電樞繞組電流共同產(chǎn)生的，其中勵(lì)磁繞組起著主要作用。 首先研究勵(lì)磁繞組里有勵(lì)磁電流，電樞繞組無(wú)電流時(shí)的磁場(chǎng)情況。我們把這種情況稱(chēng)為電機(jī)的空載運(yùn)行，又稱(chēng)無(wú)載運(yùn)行。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)1.磁通與磁動(dòng)勢(shì)第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)磁通分為兩部分，絕大部分磁通閉合路徑如下圖所示，稱(chēng)為主磁通。另一小部分磁通經(jīng)主極間的空氣或定子磁軛閉合，不參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，稱(chēng)為漏磁通。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 設(shè)每極主磁通為

Φ0，漏磁通為

ΦS，則通過(guò)每個(gè)主極鐵心中的總磁通為為主極漏磁系數(shù)，其大小與磁路結(jié)構(gòu)有關(guān)，通常kS=1.15～1.25第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 設(shè)每極主磁通為

Φ0，漏磁通為

ΦS，則通過(guò)每個(gè)主極鐵心中的總磁通為

設(shè)產(chǎn)生主磁通

Φ0的每對(duì)極勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為

F0，則由全電流定律有:

Nf

為每個(gè)主極上的勵(lì)磁繞組匝數(shù)

第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 針對(duì)直流電機(jī)的特點(diǎn)，為便于求解，將主磁路分為五部分：定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙電樞齒電樞磁軛主磁極定子磁軛兩個(gè)氣隙，磁路長(zhǎng)度為2

，磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hδ

。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)兩個(gè)電樞齒，磁路長(zhǎng)度為2hz

，磁場(chǎng)強(qiáng)度為

Hz

。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)兩個(gè)主磁極，磁路長(zhǎng)度為

2hm

，磁場(chǎng)強(qiáng)度為

Hm

。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)一個(gè)定子磁軛，平均磁路長(zhǎng)度為

Lj

，磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hj

。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)一個(gè)轉(zhuǎn)子(電樞)軛，平均磁路長(zhǎng)度為

La

，磁場(chǎng)強(qiáng)度為

Ha。

第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)

運(yùn)用全電流定律，參照磁路計(jì)算方法進(jìn)行求解，求得磁動(dòng)勢(shì)F0，以及相應(yīng)的勵(lì)磁電流If

第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)2.

主磁場(chǎng)分布

設(shè)電樞表面光滑無(wú)齒，氣隙磁動(dòng)勢(shì)為，x處的氣隙長(zhǎng)度和氣隙磁密分別為

和，則有：第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 由于極靴寬度小于極距，主極下的氣隙是不均勻的，氣隙磁密在一個(gè)極下的分布規(guī)律如下圖所示。

第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)3.磁化曲線(xiàn) 直流電機(jī)的磁化曲線(xiàn)是指電機(jī)的主磁通與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的關(guān)系曲線(xiàn)Φ0=f(F0)。

磁化曲線(xiàn)的起始部分基本上是一條直線(xiàn) 隨著Φ0的增大，磁通密度不斷增加，鐵磁材料逐漸開(kāi)始飽和，磁導(dǎo)率開(kāi)始下降，磁化曲線(xiàn)出現(xiàn)彎曲，斜率逐漸趨近于零。

第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)

為了充分利用導(dǎo)磁材料，電機(jī)磁路的額定工作點(diǎn)一般設(shè)計(jì)在磁化曲線(xiàn)開(kāi)始彎曲的拐點(diǎn)附近。第三節(jié)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)

F0與

If

之間只差一個(gè)勵(lì)磁繞組匝數(shù)的倍數(shù)；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，U與

Φ0

之間也只相差一個(gè)比例系數(shù)。 因此，磁化曲線(xiàn)可表示為

Φ0=f(F0

)

、U=f(If

)

、Φ0=f(If)

或U=f(F0)等多種形式。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)

當(dāng)電樞繞組中有電流流過(guò)時(shí)，該電流也會(huì)在電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱(chēng)為電樞磁場(chǎng)。 下面分別在電刷位于幾何中性線(xiàn)和偏離幾何中性線(xiàn)兩種情況下對(duì)該磁場(chǎng)進(jìn)行分析。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)一．電刷位于幾何中性線(xiàn)上只考慮電樞磁場(chǎng)。將電刷直接畫(huà)在電樞表面被電刷短路的元件邊所在的位置，即幾何中性線(xiàn)上。如右圖所示。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)一．電刷位于幾何中性線(xiàn)上

圖中，根據(jù)右手定則定性地給出了電樞電流所建立的磁場(chǎng)的分布情況。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 將電樞沿左側(cè)幾何中性線(xiàn)處展開(kāi)成直線(xiàn)，畫(huà)出電刷和主極，以主極軸線(xiàn)與電樞表面的交點(diǎn)為原點(diǎn)O。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 在一個(gè)極距范圍內(nèi)，取距原點(diǎn)為+x和–x的兩點(diǎn)形成一矩形閉合回路，該回路包圍的總電流數(shù)為

第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)由全電流定律可知：

為消耗在該閉合回路各段磁路上的總磁動(dòng)勢(shì)。假設(shè)磁路不飽和，則鐵磁材料中的磁壓降可忽略不計(jì)，全部磁動(dòng)勢(shì)都消耗在兩個(gè)氣隙上，則全電流定律轉(zhuǎn)化為下式：其中，為x處電樞磁動(dòng)勢(shì)第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)x處的電樞磁動(dòng)勢(shì)為為電機(jī)的線(xiàn)負(fù)荷，表示沿電樞表面單位長(zhǎng)度上安培導(dǎo)體數(shù)。在一個(gè)極距范圍內(nèi)運(yùn)用上式，可得到電樞磁動(dòng)勢(shì)沿電樞表面的分布第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)電樞磁動(dòng)勢(shì)沿空間的分布為三角形波，奇函數(shù)，在主極軸線(xiàn)處過(guò)零，在幾何中性線(xiàn)處有最大值第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 電刷位于幾何中性線(xiàn)上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線(xiàn)也位于幾何中性線(xiàn)上，與主極軸線(xiàn)（直軸）正交，故稱(chēng)為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，其最大值用表示。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 由于主極下的氣隙不均勻，并且相鄰兩主極之間的氣隙很大，因此磁通密度的分布曲線(xiàn)為左圖所示的馬鞍形。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)二．電刷偏離幾何中性線(xiàn)

設(shè)電刷偏離幾何中性線(xiàn)的電角度為，相當(dāng)于在電樞表面偏移了弧長(zhǎng)為的距離，如右圖所示。由于電刷總是電流分布的分界點(diǎn)，可以把電樞磁動(dòng)勢(shì)分為兩部分來(lái)討論。

第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)一部分為2角之外的范圍內(nèi)的導(dǎo)體電流產(chǎn)生的交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，如左圖所示，其最大值為：第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)另一部分為范圍內(nèi)的導(dǎo)體電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)，該磁動(dòng)勢(shì)的軸線(xiàn)與主極軸線(xiàn)重合，如左圖所示。稱(chēng)為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)，其最大值為：

第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)下圖為電刷偏離幾何中性線(xiàn)時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)分布曲線(xiàn)。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)

的波形保持不變，但位置從幾何中性線(xiàn)向右平移了

的距離。其交軸分量和直軸分量的分布曲線(xiàn)分別如下圖所示。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)三．電樞反應(yīng) 電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)是由勵(lì)磁磁場(chǎng)（空載磁場(chǎng)）和電樞磁場(chǎng)共同建立的。電樞磁場(chǎng)對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)的作用稱(chēng)為電樞反應(yīng)。 電樞磁場(chǎng)的交軸分量與直軸分量對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)的作用與影響分別稱(chēng)為交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)。

第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)1.

交軸電樞反應(yīng) 電刷在幾何中性線(xiàn)上時(shí)，電樞磁場(chǎng)只有交軸分量，如下圖所示。

第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 下圖中為空載氣隙磁密。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)為電刷在幾何中性線(xiàn)上時(shí)電樞磁場(chǎng)產(chǎn)生的氣隙磁密。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)為合成氣隙磁密波形。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 從下圖可知，合成后的氣隙磁場(chǎng)波形發(fā)生了畸變，電樞的幾何中性線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)也偏移了一個(gè)角度。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響總結(jié)如下：電樞表面磁通密度過(guò)零點(diǎn)，即物理中性線(xiàn)偏離幾何中性線(xiàn)一個(gè)角。對(duì)電動(dòng)機(jī)，偏移方向是逆著電樞轉(zhuǎn)向，對(duì)發(fā)電機(jī)，則是順著電樞轉(zhuǎn)向； 若不考慮飽和影響，合成磁場(chǎng)在每個(gè)主極下的磁場(chǎng)， 一半被削弱，一半被加強(qiáng)，總磁通不變，既不去磁，也不 增磁。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)

考慮飽和影響，合成磁場(chǎng)

為左圖中的紅線(xiàn)所示。被削弱的一半，磁密波形與不考慮飽和時(shí)相同；但對(duì)于被加強(qiáng)的一半，由于飽和影響，磁密曲線(xiàn)會(huì)下降，每極磁通量也會(huì)減少，呈現(xiàn)出去磁作用。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 以電動(dòng)機(jī)為例，當(dāng)電刷逆電樞轉(zhuǎn)向從幾何中性線(xiàn)偏移角度時(shí)，直軸電樞磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)方向相反，起去磁作用。2.

直軸電樞反應(yīng) 由于直軸電樞磁場(chǎng)軸線(xiàn)與主極軸線(xiàn)重合，其作用只是影響每極磁通的大小。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 反之，順電樞轉(zhuǎn)向偏移，直軸電樞磁場(chǎng)將起助磁作用。第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩一．電樞電動(dòng)勢(shì)

電樞電動(dòng)勢(shì)是指直流電機(jī)正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就是電樞繞組每個(gè)支路里的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。求解時(shí)可以先求出一根導(dǎo)體切割氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)，再乘上支路總導(dǎo)體數(shù)，即為電樞電動(dòng)勢(shì)。

第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩 設(shè)在每個(gè)磁極極距范圍內(nèi)，氣隙平均磁密為，極距為，電樞的軸向有效長(zhǎng)度為，每極磁通為，則一根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)為氣隙平均磁密導(dǎo)體的線(xiàn)速度第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩 將以上兩式代入，可得 電樞電動(dòng)勢(shì)為式中為常數(shù)，稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。電樞電動(dòng)勢(shì)與每極磁通量和轉(zhuǎn)速成正比第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩 將以上兩式代入，可得 電樞電動(dòng)勢(shì)為式中為常數(shù)，稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。電樞電動(dòng)勢(shì)的方向由電機(jī)的轉(zhuǎn)向和主磁場(chǎng)方向決定第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩例3.5

一臺(tái)4極直流發(fā)電機(jī)，電樞繞組是單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)為360。當(dāng)轉(zhuǎn)速為2850r/min時(shí)，發(fā)出的電動(dòng)勢(shì)=240V，求氣隙每極磁通量。第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩 解： 電動(dòng)勢(shì)常數(shù) 由公式，氣隙每極磁通為第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩二．電磁轉(zhuǎn)矩 根據(jù)電磁力定律，一根導(dǎo)體所受的平均電磁力為

式中

為導(dǎo)體里流過(guò)的電流；

是電樞總電流第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩二．電磁轉(zhuǎn)矩 根據(jù)電磁力定律，一根導(dǎo)體所受的平均電磁力為

式中

為導(dǎo)體里流過(guò)的電流；

是支路對(duì)數(shù)第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩二．電磁轉(zhuǎn)矩 根據(jù)電磁力定律，一根導(dǎo)體所受的平均電磁力為

式中

為導(dǎo)體里流過(guò)的電流；

一根導(dǎo)體受平均電磁力的作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：

是電樞的直徑第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩 總電磁轉(zhuǎn)矩為： 將代入上式得： 式中，是一個(gè)常數(shù)，稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通和電樞電流成正比第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩 總電磁轉(zhuǎn)矩為： 將代入上式得： 式中，是一個(gè)常數(shù)，稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。電磁轉(zhuǎn)矩的方向由磁場(chǎng)方向和電流方向決定第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩三.電動(dòng)勢(shì)常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系 比較電動(dòng)勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有

即：第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速

n和角速度

Ω之間存在下述關(guān)系 則可得電機(jī)常數(shù)

第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩例3.6 一臺(tái)四極直流電動(dòng)機(jī)，額定功率為150kW

，額定電壓為440V，額定轉(zhuǎn)速為850r/min，額定效率為92.0%，單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)為200

，額定每極磁通為8.8，求額定電磁轉(zhuǎn)矩是多少？第五節(jié)電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩 解： 轉(zhuǎn)矩常數(shù) 額定電流 額定電磁轉(zhuǎn)矩第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理一．基本方程電機(jī)的基本方程包括電動(dòng)勢(shì)平衡方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程等。在列寫(xiě)基本方程式之前，首先要規(guī)定好各物理量的正方向。左圖給出了直流發(fā)電機(jī)各量的正方向。發(fā)電機(jī)慣例第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理一．基本方程 根據(jù)基爾霍夫第二定律，可得到電動(dòng)勢(shì)平衡方程：

電樞電動(dòng)勢(shì)

發(fā)電機(jī)慣例第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 作用在直流發(fā)電機(jī)電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個(gè)：原動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩和電機(jī)的機(jī)械摩擦以及鐵損耗引起的空載轉(zhuǎn)矩，用表示?？蛰d轉(zhuǎn)矩是一個(gè)制動(dòng)性的轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速方向相反。

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩平衡方程為： 電磁轉(zhuǎn)矩：

第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理

發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流

是勵(lì)磁繞組的端電壓，

是勵(lì)磁回路總電阻。 氣隙每極磁通由空載磁化特性和電樞反應(yīng)而定。以上六個(gè)方程就是直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程式。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理二．功率關(guān)系 把電動(dòng)勢(shì)平衡方程乘以電樞電流得式中，是直流發(fā)電機(jī)輸出的電功率；是電樞回路總電阻損耗，也稱(chēng)為銅損。式中為發(fā)電機(jī)從原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率；為電磁功率；是發(fā)電機(jī)空載損耗功率，其中是發(fā)電機(jī)機(jī)械摩擦損耗，是鐵損耗。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 把轉(zhuǎn)矩平衡方程乘以電樞機(jī)械角速度，得 即

第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 從上式中看出，具有機(jī)械功率性質(zhì)的電磁功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β市再|(zhì)的電磁功率后輸出給負(fù)載。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 綜合以上功率關(guān)系，可得

總損耗為：勵(lì)磁損耗雜散損耗第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 綜合以上功率關(guān)系，可得

總損耗為：發(fā)電機(jī)的效率為第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理例3.7

一臺(tái)四極并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，額定數(shù)據(jù)為：=6kW，230V，=1450r/min，電樞回路電阻=0.92Ω，并勵(lì)回路電阻=177Ω，電刷壓降2V，空載損耗。試求額定負(fù)載下的電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩及效率。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 解: 額定電流

勵(lì)磁電流

電樞電流 電樞電動(dòng)勢(shì)第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理

電磁功率

電磁轉(zhuǎn)矩

輸入功率

效率

第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理三．他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 直流發(fā)電機(jī)的主要的物理量有：電樞端電壓、勵(lì)磁電流、負(fù)載電流、轉(zhuǎn)速。一般情況下，轉(zhuǎn)速是恒定的，為額定值。另外三個(gè)物理量只要保持一個(gè)不變，就可以得出另外兩個(gè)物理量之間的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)之為特性曲線(xiàn)。特性曲線(xiàn)有如下四種：第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理1.空載特性 指的是在轉(zhuǎn)速不變的條件下，空載時(shí)電樞電動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁電流的關(guān)系，空載特性即為：電樞電動(dòng)勢(shì)，因此。與的關(guān)系為空載磁化曲線(xiàn)。顯然空載特性與電機(jī)的空載磁化曲線(xiàn)一致。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理2.

外特性

保持勵(lì)磁電流為額定值，改變其負(fù)載的大小，端電壓U隨負(fù)載電流變化的曲線(xiàn)即為外特性，如右圖中曲線(xiàn)所示。

從曲線(xiàn)可以看出，電流增大，端電壓下降。

第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 由空載到額定負(fù)載，電壓下降的程度用電壓變化率來(lái)表示，即% 式中，是空載時(shí)的端電壓，一般他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為5%~10%。3.調(diào)節(jié)特性 當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，保持他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的端電壓不變，需要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流：負(fù)載電流增大時(shí)，勵(lì)磁電流也增大，調(diào)節(jié)特性如右圖所示。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理4.效率特性

負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組的銅損耗與正比，稱(chēng)為可變損耗； 鐵心損耗和機(jī)械損耗與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，稱(chēng)為不變損耗。若繼續(xù)增加負(fù)載，可變損耗隨著的增大而急劇增加，成為總損耗的主要部分，效率便反而隨著輸出增大而降低。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理隨著負(fù)載增加，增大，效率增高。當(dāng)可變損耗與不變損耗相等時(shí)，可達(dá)最高效率。負(fù)載很小，很小時(shí)，以不變損耗為主，但因輸出功率小，效率低。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 下圖所示為他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的效率特性。通常將最高效率點(diǎn)設(shè)計(jì)在額定點(diǎn)附近。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理四．并勵(lì)直流發(fā)電機(jī) 右圖所示為并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的接線(xiàn)圖。并勵(lì)發(fā) 電機(jī)存在著在內(nèi)部自己建 立電壓的過(guò)程，稱(chēng)為自勵(lì)。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理1.

并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件 下圖中曲線(xiàn)1是電機(jī)的空載特性曲線(xiàn)，即，曲線(xiàn)2是勵(lì)磁回路的伏安特性曲線(xiàn)，即關(guān)系。

發(fā)電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主磁極的剩磁會(huì)在電樞繞組產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，并在勵(lì)磁回路產(chǎn)生勵(lì)磁電流。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理

第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理

如果勵(lì)磁回路極性正確，在磁路里產(chǎn)生的磁通與剩磁方向相同，使主磁路里的磁通增加，于是電樞電動(dòng)勢(shì)增大為，電樞端的剩磁電壓又增大，產(chǎn)生更大的勵(lì)磁電流。

第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理該過(guò)程不斷增長(zhǎng)，直到穩(wěn)定的工作點(diǎn)A。此時(shí)，勵(lì)磁電流與端電壓相對(duì)應(yīng)。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 曲線(xiàn)

2的斜率為

式中是勵(lì)磁繞組的電阻；是勵(lì)磁回路外串的電阻。

第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理

當(dāng)增大時(shí)，角會(huì)增大。從下圖看出，當(dāng)大于時(shí)，發(fā)電機(jī)也不能自勵(lì)。

第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理

對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁回路的總電阻稱(chēng)為臨界電阻，用表示，即

第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理 綜上所述，并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件為：電機(jī)的主磁路有剩磁；勵(lì)磁繞組極性正確；勵(lì)磁回路的電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理2.

外特性曲線(xiàn) 下圖中的曲線(xiàn)2是并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性曲線(xiàn)。并勵(lì)時(shí)的電壓變化率要大得多。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理2.

外特性曲線(xiàn)并勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性還有一個(gè)特點(diǎn)就是負(fù)載電流有“拐彎”現(xiàn)象。第六節(jié)直流發(fā)電機(jī)工作原理2.

外特性曲線(xiàn)第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理一．電機(jī)的可逆原理

一臺(tái)電機(jī)在某一種條件下作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，而在另外一種條件下又可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，并且這兩種運(yùn)行狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換，稱(chēng)為電機(jī)的可逆原理。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理 一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)向直流電網(wǎng)供電，發(fā)電機(jī)中各物理量的正方向?yàn)橛覉D所示。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理 發(fā)電機(jī)把從原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率輸送 給電網(wǎng)。電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系為:第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理 如果保持發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不變，撤去原動(dòng)機(jī)，則，。在撤去的瞬間，因發(fā)電機(jī)有機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，作用在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上僅剩下兩個(gè)制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩和，電機(jī)的轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降。 當(dāng)轉(zhuǎn)速降到某一轉(zhuǎn)速時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)恰好與端電壓平衡，即，此時(shí)，電樞電流，發(fā)電機(jī)輸出的電功率。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理 當(dāng)直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到以下，，電樞電流就變?yōu)樨?fù)值，電機(jī)從電網(wǎng)輸入電流，電機(jī)由原來(lái)向電網(wǎng)發(fā)出電功率變?yōu)閺碾娋W(wǎng)吸收電功率，即。電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，與轉(zhuǎn)速同方向，成為拖動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)了。

第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理二．他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程

為了方便，當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，對(duì)各物理量的正方向要重新規(guī)定，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)各物理量采用電動(dòng)機(jī)慣例時(shí)的正方向如左圖所示。電動(dòng)機(jī)慣例第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理在該正方向下，如果乘積為正，表明向電機(jī)輸入電功 率；和都為正，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩；輸出轉(zhuǎn)矩也為正，電機(jī)軸上帶的是制動(dòng)性的阻轉(zhuǎn)矩。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式為：電動(dòng)勢(shì)平衡方程：

第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理轉(zhuǎn)矩平衡方程：以上六個(gè)方程就是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程。各物理量都取決于負(fù)載，負(fù)載發(fā)生變化，各物理量也隨之改變。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理三．直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡關(guān)系

把電動(dòng)勢(shì)平衡方程兩邊都乘以，得到： 即式中為電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率；為電磁功率，指電功率向機(jī)械功率轉(zhuǎn)換；為電樞回路總的銅損耗。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理 把轉(zhuǎn)矩平衡方程兩邊都乘以機(jī)械角速度，得 即

式中為電磁功率；為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率；為空載損耗，包括機(jī)械摩擦損耗和鐵損耗 。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的總損耗 若是并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，還應(yīng)包括勵(lì)磁損耗。 電動(dòng)機(jī)的效率 式中，是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理例3.8 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，四極，單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=400，電樞回路總電阻。電源電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速，氣隙每極磁通，此時(shí)電機(jī)的鐵損耗，機(jī)械摩擦損耗，忽略附加損耗。計(jì)算： (l)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； (2)電磁轉(zhuǎn)矩； (3)輸入功率 (4)效率。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理 解（1）電樞電勢(shì) （2）電樞電流電磁轉(zhuǎn)矩第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理（3）輸入功率（4）輸出功率 總損耗 效率第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理四．直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1.

轉(zhuǎn)速特性當(dāng)，時(shí)，的關(guān)系就稱(chēng)為轉(zhuǎn)速特性。由電動(dòng)勢(shì)平衡方程式，可得

第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理 轉(zhuǎn)速特性是一條向下傾斜的直線(xiàn)，如下圖所示。通常，較小，特性的斜率不大。

1.

轉(zhuǎn)速特性2.

轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)，時(shí)，的關(guān)系稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩特性。電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理3.

效率特性當(dāng)，時(shí)，的關(guān)系叫效率特性。的曲線(xiàn)如左圖所示。

第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理3.

效率特性第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理負(fù)載電流從零開(kāi)始增大時(shí)，效率逐漸增大；當(dāng)增大到一定程度后，效率又逐漸減小。3.

效率特性第七節(jié)直流電動(dòng)機(jī)工作原理通常，電機(jī)在額定功率附近效率最大，此時(shí)電機(jī)的可變損耗與不變損耗基本相等。第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一．機(jī)械特性的表達(dá)式 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即。不失一般性，在電樞回路中串入電阻。 把式和分別代入電動(dòng)勢(shì)平衡方程中，得第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性式中稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速；稱(chēng)為機(jī)械特性的斜率。上式為他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式。第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性二．固有機(jī)械特性 電樞兩端加額定電壓、氣隙每極磁通量為額定值、電樞回路不串電阻時(shí)的機(jī)械特性，稱(chēng)為固有機(jī)械特性。

第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性曲線(xiàn)如下圖所示：第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)是一條向下傾斜的直線(xiàn)。隨著轉(zhuǎn)矩的增加，轉(zhuǎn)速下降。(2)特性曲線(xiàn)與縱軸的交點(diǎn)，為理想空載轉(zhuǎn)速， 在該點(diǎn)，，，。第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(3)特性曲線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)，稱(chēng)為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)，起動(dòng)電流為。和都比額定值大得多。(4)特性曲線(xiàn)斜率。當(dāng)斜率很小時(shí)，特性 較平坦，特性硬；斜率大時(shí)，特性較陡峭，特性軟。(5)當(dāng)時(shí)，，轉(zhuǎn)速降，為額定轉(zhuǎn)速降。第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性例3.9 一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，額定功率，額定電壓，額定電流，額定速，電樞回路總電阻，忽略電樞反應(yīng)的影響，求：(1)理想空載轉(zhuǎn)速；(2)固有機(jī)械特性斜率。 (1) 理想空載轉(zhuǎn)速第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

解：

(2)由于 斜率第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

解：第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性例3.10

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，電樞回路總電阻，忽略空載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電樞電流。第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 解： 理想空載轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速降第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降 電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速 電樞電流第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三．人為機(jī)械特性 改變他勵(lì)和并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)后得到的機(jī)械特性稱(chēng)為人為機(jī)械特性。人為機(jī)械特性有以下三種：電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性改變電樞電壓的人為機(jī)械特性減少氣隙磁通量的人為機(jī)械特性

第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.

電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性

電樞加額定電壓，每極磁通為額定值，電樞回路串入電阻R后，機(jī)械特性為

第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

電樞回路串入不同電阻值的人為機(jī)械特性如左圖所示。

電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性是一組向下傾斜的放射狀直線(xiàn)，均過(guò)理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)，電樞回路串入的電阻值越大，特性斜率就越大。第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 與固有機(jī)械特性相比，理想空載轉(zhuǎn)速不變，串入的電阻值越大，斜率越大，特性越陡峭。

第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.

改變電樞電壓的人為機(jī)械特性 保持每極磁通為額定值，電樞回路不串電阻，只改變電樞電壓時(shí)，機(jī)械特性為

第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

理想空載轉(zhuǎn)速隨著

U不同而發(fā)生變化，并成正比關(guān)系。但其斜率不變，與固有機(jī)械特性斜率相同。

第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 改變電壓的人為機(jī)械特性如下圖所示。

改變電壓U的人為機(jī)械特性是一組平行直線(xiàn)，隨著端電壓U的下降，機(jī)械特性向下平移。第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.

減少氣隙磁通量的人為機(jī)械特性

電機(jī)磁路接近飽和，改變磁通只能是減少磁通。減小氣隙每極磁通的方法是減小勵(lì)磁電流。 僅改變每極磁通的人為機(jī)械特性表達(dá)式為 理想空載轉(zhuǎn)速；斜率。第八節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

減少每極磁通的人為機(jī)械特性如下圖所示。

減少每極磁通的人為機(jī)械特性是一組在固有機(jī)械特性之上的既不平行又不呈放射狀的直線(xiàn)。每極磁通越小，機(jī)械特性的位置就越靠上。第九節(jié)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一．串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組串聯(lián)在電樞回路中，其原理圖如左圖所示。勵(lì)磁電流等于電樞電流，即：第九節(jié)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 假設(shè)電機(jī)磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵(lì)磁電流成正比。

式中，是比例常數(shù)。第九節(jié)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩： 電樞電流： 電樞電流隨電機(jī)負(fù)載而變化，所以磁通也隨著負(fù)載的變化而不同。第九節(jié)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 將上式代入電機(jī)的電壓平衡方程式，可得串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式為：

如左圖中的曲線(xiàn)所示。第九節(jié)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 從上式中可以看出，隨著電磁轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速迅速下降，機(jī)械特性呈非線(xiàn)性關(guān)系，且特性很軟。第九節(jié)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1—他勵(lì)；2—復(fù)勵(lì)；3—串勵(lì)隨著電磁轉(zhuǎn)矩增大，電流也增加，電機(jī)磁路接近飽和，磁通接近常數(shù)。此時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性開(kāi)始變硬，接近于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性。第九節(jié)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)綜上所述，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有如下特點(diǎn)：特性呈非線(xiàn)性，且很軟；當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，。即理想空載轉(zhuǎn)速很大。因此串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)。第九節(jié)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)二．復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

左圖是復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路圖。若其并聯(lián)的并勵(lì)繞組與串聯(lián)的串勵(lì)繞組極性相同，稱(chēng)為積復(fù)勵(lì)；極性相反，稱(chēng)為差復(fù)勵(lì)。第九節(jié)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 積復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性介于他勵(lì)與串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性之間，具有串勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又避免了空載轉(zhuǎn)速很高的缺點(diǎn)。其機(jī)械特性曲線(xiàn)如左圖中曲線(xiàn)

2。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1—他勵(lì)；2—復(fù)勵(lì)；3—串勵(lì)第十節(jié)直流電機(jī)的換向一．換向過(guò)程

當(dāng)旋轉(zhuǎn)著的電樞繞組中的某元件從一條支路進(jìn)入另一條支路時(shí)，該元件中的電流將變換方向。把元件中電流方向發(fā)生變換的過(guò)程稱(chēng)為換向。電刷和換向片寬度分別為、，電刷保持靜止，換向器以線(xiàn)速度向左運(yùn)動(dòng)。第十節(jié)直流電機(jī)的換向第十節(jié)直流電機(jī)的換向當(dāng)電刷僅與換向片

1接觸時(shí)，如左圖所示，元件

1屬于電刷右邊的支路，其中電流為，方向?yàn)橄聦舆吜飨蛏蠈舆叀５谑?jié)直流電機(jī)的換向

隨著換向器向左運(yùn)動(dòng)，電刷同時(shí)與換向片1和2接觸，元件

1被電刷短路，如左圖所示，換向過(guò)程開(kāi)始。第十節(jié)直流電機(jī)的換向左圖中電刷與換向片

2

完全接觸，元件

1屬于電刷左邊的支路，電流值仍為，從上層邊流向下層邊，方向相反。第十節(jié)直流電機(jī)的換向 下圖為元件1的理想換向電流曲線(xiàn)。換向周期。通常，的持續(xù)時(shí)間約為幾個(gè)毫秒。

換向會(huì)直接影響直流電機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量。換向不良會(huì)導(dǎo)致電刷與換向器間產(chǎn)生火花。當(dāng)換向火花超過(guò)一定限度時(shí)，造成電刷與換向器加劇磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電刷與換向器表面，使電機(jī)不能正常工作。

研究表明，換向過(guò)程不僅僅是上述電磁過(guò)程，還伴隨著復(fù)雜的化學(xué)、熱力學(xué)、機(jī)械等因素，且相互影響，至今尚無(wú)完整的理論分析。目前還只能用經(jīng)典換向理論進(jìn)行分析。第十節(jié)直流電機(jī)的換向第十節(jié)直流電機(jī)的換向二．經(jīng)典換向理論簡(jiǎn)介

經(jīng)典換向理論只考慮換向的電磁過(guò)程。

1.

換向元件中的電動(dòng)勢(shì)換向元件中存在著兩種不同的電動(dòng)勢(shì)，下面分別進(jìn)行討論。第十節(jié)直流電機(jī)的換向（1）旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì) 設(shè)換向區(qū)域內(nèi)的磁通密度為，電樞表面線(xiàn)速度為，換向元件匝數(shù)為，元件邊長(zhǎng)度為，換向元件在換向過(guò)程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)

第十節(jié)直流電機(jī)的換向（2）電抗電動(dòng)勢(shì)

換向元件在換向周期內(nèi)電流從變?yōu)?，將在元件中產(chǎn)生試圖阻止電流的變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為電抗電動(dòng)勢(shì)。 換向元件中的電抗電動(dòng)勢(shì)包括自感電動(dòng)勢(shì)和互感電動(dòng)勢(shì)兩部分。第十節(jié)直流電機(jī)的換向 電抗電動(dòng)勢(shì)的形式為等效漏電感第十節(jié)直流電機(jī)的換向 電抗電動(dòng)勢(shì)的形式為 綜上可知，換向元件中總的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為對(duì)于換向良好的電機(jī)，和大小相當(dāng)方向相反，；反之，換向不良時(shí)不為零，有可能在電刷下產(chǎn)生火花。第十節(jié)直流電機(jī)的換向2.

電動(dòng)勢(shì)平衡方程及電流變化規(guī)律在左圖中，i是元件

1中的換向電流，和分別表示其引線(xiàn)

1和2經(jīng)換向片1和2流過(guò)電刷的電流。

第十節(jié)直流電機(jī)的換向2.

電動(dòng)勢(shì)平衡方程及電流變化規(guī)律、和分別為