第2章-直流电机教学课件

内蒙古工业大学内蒙古工业大学直流电能直流电能机械能机械能直流电动机直流电动机直流发电机直流发电机2-1 2-1 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构一、直流电机的工作原理一、直流电机的工作原理1、直流发电机的工作原理、直流发电机的工作原理 根据电磁感应定律，当磁场与导体及运动方向根据电磁感应定律，当磁场与导体及运动方向三者垂直时导体中的感应电动势三者垂直时导体中的感应电动势第二章第二章 直流电机直流电机内蒙古工业大学内蒙古工业大学式中，式中，B B为导体所在处的磁密；为导体所在处的磁密；为导体的有效长度；为导体的有效长度；为导体相对于磁场运动的线速度。为导体相对于磁场运动的线速度。X XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX X方向方向 由右手定则确定。由右手定则确定。为一个线圈边中为一个线圈边中的感应电动势。的感应电动势。内蒙古工业大学内蒙古工业大学 直流发电机线圈中的感应电动势是交变的，但电直流发电机线圈中的感应电动势是交变的，但电刷间的电动势是直流的。刷间的电动势是直流的。2 2、直流电动机的工作原理、直流电动机的工作原理X XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX X 根据电磁力定律，当磁场与载流导体互相垂直，根据电磁力定律，当磁场与载流导体互相垂直，作用在该导体上的电磁力。作用在该导体上的电磁力。式中，式中，B B为导体所在处的磁密；为导体所在处的磁密；L L为导体的有效长度；为导体的有效长度；I I为导体中的电流。为导体中的电流。方向方向 由左手定则来确定。由左手定则来确定。内蒙古工业大学内蒙古工业大学3 3、直流电机的可逆、直流电机的可逆 性性(可逆原理可逆原理)在不同的外界在不同的外界条件下既可作发电条件下既可作发电机同一台直流电机机同一台直流电机运行也可作电动机运行也可作电动机运行。运行。直流电动机线圈中的直流电动机线圈中的电流是交变的，但电刷上电流是交变的，但电刷上的电流是直流电。的电流是直流电。内蒙古工业大学内蒙古工业大学二、直流电机的结构二、直流电机的结构换向器换向器 电刷装置电刷装置机座机座 主磁极主磁极换向极换向极端盖端盖风扇风扇电枢绕组电枢绕组电枢铁心电枢铁心内蒙古工业大学内蒙古工业大学（一）定子（一）定子-静止部分静止部分1 1、机座、机座 由导磁性能较好，机械强度高的铸钢或厚由导磁性能较好，机械强度高的铸钢或厚 钢板制成；钢板制成；作用作用：各磁极间的磁路，机械支撑作用。：各磁极间的磁路，机械支撑作用。2 2、主磁极、主磁极 产生主磁场，由铁心和套在其上面的励产生主磁场，由铁心和套在其上面的励 磁线圈组成。磁线圈组成。极靴形状极靴形状N N极和极和S S极交替排列极交替排列主极主极铁心铁心励磁励磁绕组绕组机座机座内蒙古工业大学内蒙古工业大学3 3、换向极、换向极(附加极或间极附加极或间极)位于两个主磁极之间，其作用是改善换向。位于两个主磁极之间，其作用是改善换向。换向换向极铁心极铁心 换向换向极绕组极绕组刷握刷握电刷电刷压紧弹簧压紧弹簧铜丝辫铜丝辫4 4、电刷装置、电刷装置作用：作用：与换向器配合获得直流电压。与换向器配合获得直流电压。使转动的转子绕组能与外电源接通，使电流使转动的转子绕组能与外电源接通，使电流 经过电刷输入电枢或从电枢输出；经过电刷输入电枢或从电枢输出；内蒙古工业大学内蒙古工业大学（二）转子（二）转子(电枢电枢)-)-转动部分转动部分电枢铁心冲片电枢铁心冲片电枢铁心电枢铁心1 1、电枢铁心、电枢铁心 由薄的硅钢片迭压而成。由薄的硅钢片迭压而成。作用作用：磁路的一部分，嵌放电枢绕组。：磁路的一部分，嵌放电枢绕组。2 2、电枢绕组、电枢绕组 将许多由绝缘导线绕制成的线圈按一定将许多由绝缘导线绕制成的线圈按一定 规律联结而成。规律联结而成。作用作用：产生感应电动势和通过电流，实现机电能：产生感应电动势和通过电流，实现机电能 量转换。量转换。内蒙古工业大学内蒙古工业大学3 3、换向器、换向器(整流子整流子)由许多换向片之间彼此绝缘由许多换向片之间彼此绝缘 做在一个圆柱上同转子一起做在一个圆柱上同转子一起 转动。转动。发电机发电机：将绕组中的交变电动势转换为电刷上的直流：将绕组中的交变电动势转换为电刷上的直流 电动势。电动势。电动机电动机：电刷上的直流电流转换为绕组内的交变电流。：电刷上的直流电流转换为绕组内的交变电流。（三）气隙（三）气隙小型电机小型电机1 13mm3mm，大型电机，大型电机101012mm12mm。换向片换向片连接片连接片内蒙古工业大学内蒙古工业大学2-2 2-2 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据1 1、额定功率、额定功率在规定的工作条件下输出的功率。在规定的工作条件下输出的功率。电动机指轴上输出的机械功率（电动机指轴上输出的机械功率（）。）。发电机指电刷端输出的电功率（发电机指电刷端输出的电功率（）。）。2 2、额定电压、额定电压 额定状态下电枢出线端的电压额定状态下电枢出线端的电压()()。3 3、额定电流、额定电流在在 下下,电机出线的电流电机出线的电流()()。4 4、额定转速、额定转速在在下转子的转速下转子的转速()()。5 5、额定励磁电流、额定励磁电流6 6、额定励磁电压、额定励磁电压(仅对他励直流电机仅对他励直流电机)额定运行状态额定运行状态 电机运行在额定值下。电机运行在额定值下。除此之外，还有除此之外，还有励磁方式等。励磁方式等。电动机电动机发电机发电机内蒙古工业大学内蒙古工业大学例：一台例：一台型直流电动机型直流电动机 求该电动机的输入求该电动机的输入 解：解：或或功率及额定电流是多少？功率及额定电流是多少？内蒙古工业大学内蒙古工业大学2-3 2-3 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组电枢绕组电枢绕组 由许多个形状完全相同，均匀分布在电由许多个形状完全相同，均匀分布在电 枢铁心槽中的线圈，按照一定规律连接枢铁心槽中的线圈，按照一定规律连接 而成。而成。有效边有效边(元件边元件边)处在槽内能切割磁力线而产生处在槽内能切割磁力线而产生 感应电动势的部分。感应电动势的部分。端接部分端接部分 槽外的部分槽外的部分 仅起连接用。仅起连接用。末端末端有效部分（上层元件边）有效部分（上层元件边）端接部分端接部分端接部分端接部分有效部分（下层元件边）有效部分（下层元件边）首端首端内蒙古工业大学内蒙古工业大学根据连接规律根据连接规律单迭绕组单迭绕组单波绕组单波绕组复迭绕组复迭绕组复波绕组复波绕组混合绕组混合绕组最基本的两种形式最基本的两种形式要求要求：在能通过规定的电流和产生足够的电动势的前：在能通过规定的电流和产生足够的电动势的前 提下，尽可能节省有色金属和绝缘材料，并且提下，尽可能节省有色金属和绝缘材料，并且 要结构简单，运行可靠等。要结构简单，运行可靠等。直流电机的电枢绕组大都采用双层绕组。直流电机的电枢绕组大都采用双层绕组。用用 表示槽数，表示槽数，表示换向片数，表示换向片数，表示元件个数。表示元件个数。一、单迭绕组一、单迭绕组1 1、绕组构成特点、绕组构成特点内蒙古工业大学内蒙古工业大学 每个元件的两个出线端接在相邻的两个换向片上，每个元件的两个出线端接在相邻的两个换向片上，相邻各元件首尾相联，最后一个元件的尾端与第一个相邻各元件首尾相联，最后一个元件的尾端与第一个元件的首端连在一起，使整个绕组构成一个闭合回路元件的首端连在一起，使整个绕组构成一个闭合回路.14 15 1左行左行(交叉绕组交叉绕组)右行右行(不交叉绕组不交叉绕组)1234 可见，后一个元件紧迭在前一个元件上，取名为迭可见，后一个元件紧迭在前一个元件上，取名为迭绕组；两个元件相差一个槽，叫单迭绕组。绕组；两个元件相差一个槽，叫单迭绕组。内蒙古工业大学内蒙古工业大学2 2、极距和节距、极距和节距极距极距 相邻两个磁极的中心线在电枢表面之间的距离。相邻两个磁极的中心线在电枢表面之间的距离。D D 是电枢直径，是电枢直径，P P 是极对数是极对数(N(N，S)S)。槽数表示槽数表示节距节距a a）第一节距）第一节距同一元件的两个有效边在电枢表面上跨过的槽数。同一元件的两个有效边在电枢表面上跨过的槽数。弧长表示弧长表示通常接近或等于极距通常接近或等于极距内蒙古工业大学内蒙古工业大学是使是使凑成整数的一个分数值。凑成整数的一个分数值。短距绕组短距绕组(常用常用)短距绕组短距绕组短距绕组短距绕组(常用常用)b b）第二节距）第二节距 相邻两个元件，一个元件的上层边与另一个元件相邻两个元件，一个元件的上层边与另一个元件的下层边之间相隔的槽数。的下层边之间相隔的槽数。tetete=111y 0 y 0 y 0，c c）合成节距）合成节距两个相邻元件边之间相隔的槽数。两个相邻元件边之间相隔的槽数。单迭绕组单迭绕组d d）换向器节距）换向器节距每个元件首尾端所联换向片数。每个元件首尾端所联换向片数。（右行，左行）（右行，左行）内蒙古工业大学内蒙古工业大学、绕组展开图、绕组展开图 把电枢绕组单独取出来，沿轴向切开，展开在一把电枢绕组单独取出来，沿轴向切开，展开在一平面上的一种绕组联接图。平面上的一种绕组联接图。【例】一台直流电机，极数【例】一台直流电机，极数槽数槽数步骤：步骤：（1 1）画单元槽、换向片，并编号（实线表示上）画单元槽、换向片，并编号（实线表示上 层边，虚线表示下层边）；层边，虚线表示下层边）；（2 2）构成闭合绕组；）构成闭合绕组；（3 3）放磁极（磁极的宽度等于）放磁极（磁极的宽度等于0.70.7极距）；极距）；内蒙古工业大学内蒙古工业大学（4）放电刷）放电刷 原则：正负电刷之间得到的感应电动势原则：正负电刷之间得到的感应电动势 最大，或被电刷短路的元件中感应电动势最小，最大，或被电刷短路的元件中感应电动势最小，电刷与换向片等宽。电刷与换向片等宽。内蒙古工业大学内蒙古工业大学141615123456789101113121234567891011121316151415A1A2B1B2+-SNSN内蒙古工业大学内蒙古工业大学、单迭绕组元件连接次序、单迭绕组元件连接次序、并联支路图、并联支路图下层元件边下层元件边 所在槽号所在槽号上层元件边上层元件边 所在槽号所在槽号12345678910 11 12 13 141615678910 11 1213 141615123451y5y1y2234786101112141615513911210956131414A1A2B1B2内蒙古工业大学内蒙古工业大学6、特点、特点将上层边位于同一磁极下的各元件串联起来组成一将上层边位于同一磁极下的各元件串联起来组成一 条支路，条支路，若以若以a a表示支路对数，则表示支路对数，则式中，式中，P为极对数。为极对数。电刷数等于磁极数；电刷数等于磁极数；正、负电刷间的电动势为一条支路的电动势；正、负电刷间的电动势为一条支路的电动势；电枢总电流为各支路电流之和，即：电枢总电流为各支路电流之和，即：式中，式中，为支路电流。为支路电流。内蒙古工业大学内蒙古工业大学在整个电枢绕组的闭合回路中，感应电动势的总在整个电枢绕组的闭合回路中，感应电动势的总 和为零，绕组内部无和为零，绕组内部无“环环流流”。二、单波绕组二、单波绕组1、绕组特点、绕组特点 连接起来元件的形式犹如波浪一样向前延伸。连接起来元件的形式犹如波浪一样向前延伸。15127814 15左行左行(常用常用)129 10 2 3右行右行(不常用不常用)内蒙古工业大学内蒙古工业大学2、节距、节距第一节距第一节距第一节距第一节距(同单迭绕组同单迭绕组)合成节距合成节距 和换向器节距和换向器节距-1-1 左行绕组；左行绕组；+1+1 右行绕组；右行绕组；第二节距第二节距3、绕组展开图、绕组展开图例：极对数例：极对数槽数槽数内蒙古工业大学内蒙古工业大学123456789101112131514+-A1A2B1B2111213141512345678109NSNS内蒙古工业大学内蒙古工业大学4 4、单波绕组元件连接次序、单波绕组元件连接次序下层元件边下层元件边 所在槽号所在槽号上层元件边上层元件边 所在槽号所在槽号18157146135124 113109211310291815714613512415 5、并联支路图、并联支路图11554 4B2A198B11212A2210311415714613198125内蒙古工业大学内蒙古工业大学6 6、特点、特点同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对对 数数 a=1，与磁极数无关；，与磁极数无关；电刷数等于磁极数；电刷数等于磁极数；电枢电流电枢电流单迭绕组适用于低压、大电流的场合；单迭绕组适用于低压、大电流的场合；单波绕组适用于较高电压、较大电枢电流的场合。单波绕组适用于较高电压、较大电枢电流的场合。内蒙古工业大学内蒙古工业大学2-4 2-4 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场 励磁绕组取得励磁电流的方式。励磁绕组取得励磁电流的方式。1、他励直流电动机、他励直流电动机 励磁绕组由其它直流电源单独供电；励磁绕组由其它直流电源单独供电；一、直流电机的励磁方式一、直流电机的励磁方式MM2、并励直流电机、并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联励磁绕组与电枢绕组并联电动机电动机发电机发电机内蒙古工业大学内蒙古工业大学3、串励直流电机、串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联；励磁绕组与电枢绕组串联；M4、复励直流电机、复励直流电机积复励：串励绕组产生的磁动势与并励绕组产生的磁积复励：串励绕组产生的磁动势与并励绕组产生的磁 动势方向动势方向 相同；相同；差复励：串励绕组产生的磁动势与并励绕组产生的磁差复励：串励绕组产生的磁动势与并励绕组产生的磁 动势方向相反；动势方向相反；M内蒙古工业大学内蒙古工业大学二、直流电机的空载磁场二、直流电机的空载磁场 空载空载 指电枢电流等于零或者近似为零的一种运行指电枢电流等于零或者近似为零的一种运行 状态。状态。这时的电机磁场只由励磁绕组的磁动势单独建立。这时的电机磁场只由励磁绕组的磁动势单独建立。N NS S定子磁轭定子磁轭电枢齿电枢齿电枢磁轭电枢磁轭 如图为一台四极直流电机，其中一对磁极的磁如图为一台四极直流电机，其中一对磁极的磁场分布图。场分布图。内蒙古工业大学内蒙古工业大学N极极气隙气隙电枢齿电枢齿电枢磁轭电枢磁轭电枢齿电枢齿气隙气隙S极极定子磁轭定子磁轭主磁通主磁通 同时交链励磁绕组和电枢绕组，能够产同时交链励磁绕组和电枢绕组，能够产 生感应电动势和电磁转矩，参与机电能生感应电动势和电磁转矩，参与机电能 量转换，是有效的工作磁通。量转换，是有效的工作磁通。经过的磁路叫主磁路（经过的磁路叫主磁路（气隙、电枢齿、电枢磁轭、气隙、电枢齿、电枢磁轭、主磁极和定子磁轭）。主磁极和定子磁轭）。漏磁通漏磁通 不进入电枢铁心，直接通过相邻磁极或不进入电枢铁心，直接通过相邻磁极或 定子磁轭而闭合。定子磁轭而闭合。它只交链励磁绕组本它只交链励磁绕组本 身，不参与能量交换。身，不参与能量交换。漏磁通较小，约为主磁通的漏磁通较小，约为主磁通的20%左右。左右。内蒙古工业大学内蒙古工业大学2、空载时气隙磁密的分布波形、空载时气隙磁密的分布波形 磁路的磁阻可近似认为气隙处的磁阻，作用的磁路的磁阻可近似认为气隙处的磁阻，作用的磁动势均为励磁磁动势。磁动势均为励磁磁动势。3、电机的磁化曲线、电机的磁化曲线 表示空载主磁通表示空载主磁通 与主与主磁极磁动势磁极磁动势 之间的关系之间的关系曲线，即曲线，即由于由于 也可表示为：也可表示为：若不计磁滞现象，磁化若不计磁滞现象，磁化曲线与铁磁材料的曲线与铁磁材料的B-H相似。相似。内蒙古工业大学内蒙古工业大学 在额定励磁时，电机一般运行在磁化曲线的弯在额定励磁时，电机一般运行在磁化曲线的弯曲部分。曲部分。l 电机的磁化曲线的具体数值仅仅和电机的几何尺电机的磁化曲线的具体数值仅仅和电机的几何尺寸以及所用材料的性质有关，而与电机的励磁方式寸以及所用材料的性质有关，而与电机的励磁方式无关。无关。三、直流电机负载时的磁场及电枢反应三、直流电机负载时的磁场及电枢反应电枢磁动势电枢磁动势 当电机带负载以后，电枢绕组中有电当电机带负载以后，电枢绕组中有电 流流过，所产生的磁动势。流流过，所产生的磁动势。负载时电机的气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动负载时电机的气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。势共同建立。电枢反应电枢反应 电枢磁动势对励磁磁动势所建立气隙磁电枢磁动势对励磁磁动势所建立气隙磁 场的影响。场的影响。内蒙古工业大学内蒙古工业大学(一一)电枢磁动势电枢磁动势 电枢磁动势的轴线与中性线重合，与主磁极轴线电枢磁动势的轴线与中性线重合，与主磁极轴线互相垂直。互相垂直。一个元件的电枢磁动势一个元件的电枢磁动势 设该元件有设该元件有 匝，流过的匝，流过的电流为电流为 作用在任何一闭合磁作用在任何一闭合磁回路上的磁动势为回路上的磁动势为 ,每段每段气隙上的磁动势为气隙上的磁动势为 。规定规定：磁动势的方向出电枢进定：磁动势的方向出电枢进定 子为正，反之为负，如图子为正，反之为负，如图 为一矩形波。为一矩形波。内蒙古工业大学内蒙古工业大学ABSBn切向切向展开展开四个元件的电枢磁动势为一阶梯波。四个元件的电枢磁动势为一阶梯波。若为多个元件，电枢磁势分布为一个三角波。若为多个元件，电枢磁势分布为一个三角波。(二二)电枢磁势单独产生的气隙磁密波形电枢磁势单独产生的气隙磁密波形为气隙长度为气隙长度内蒙古工业大学内蒙古工业大学几何中性线几何中性线物理中性线物理中性线(三三)电枢磁场对电机性能的影响电枢磁场对电机性能的影响-电枢反应电枢反应1、电枢磁场发生了畸变；、电枢磁场发生了畸变；2、呈去磁作用。、呈去磁作用。电枢磁密呈马鞍形。电枢磁密呈马鞍形。内蒙古工业大学内蒙古工业大学2-5 2-5 感应电动势和电磁转矩的计算感应电动势和电磁转矩的计算电枢电势电枢电势 指正、负电刷间的感应电动势，即一条指正、负电刷间的感应电动势，即一条 支路的感应电动势。支路的感应电动势。一、感应电动势的计算一、感应电动势的计算每极下的平均磁密每极下的平均磁密为每极下磁通；为每极下磁通；为有效切割长度。为有效切割长度。线速度线速度式中，式中，内蒙古工业大学内蒙古工业大学一根导体中的平均感应电动势一根导体中的平均感应电动势 设组成电枢绕组的总导体数为设组成电枢绕组的总导体数为 ，并联，并联支路数为支路数为 每条支路中的导体数为每条支路中的导体数为电刷两端的电动势电刷两端的电动势式中，式中，称为电动势常数。称为电动势常数。内蒙古工业大学内蒙古工业大学 若不计磁饱和的影响，则若不计磁饱和的影响，则为比例常数为比例常数式中，式中，；为机械角速度。为机械角速度。作电动机运行时作电动机运行时 为反电动势；为反电动势；方向方向 由右手定则确定。由右手定则确定。作发电机运行时作发电机运行时 为电源电动势。为电源电动势。二、电磁转矩的计算二、电磁转矩的计算设每极下的平均磁密为设每极下的平均磁密为每极下的磁通每极下的磁通一根导体受到电磁力一根导体受到电磁力内蒙古工业大学内蒙古工业大学 令令 表示电枢直径，形成的电磁转矩表示电枢直径，形成的电磁转矩设设 为电枢绕组的总导体数。为电枢绕组的总导体数。为导体中流过的电流为导体中流过的电流内蒙古工业大学内蒙古工业大学式中，式中，叫转矩常数。叫转矩常数。方向方向 由左手定则确定。由左手定则确定。同样，在不计饱和的情况下同样，在不计饱和的情况下 作电动机运行时，作电动机运行时，为拖动转矩；为拖动转矩；作发电机运行时，作发电机运行时，为制动转矩。为制动转矩。内蒙古工业大学内蒙古工业大学三、电磁功率三、电磁功率 发电机运行时，电磁转矩为阻转矩，吸收原动机发电机运行时，电磁转矩为阻转矩，吸收原动机的大部分机械功率，的大部分机械功率，并通过电磁感应的作用将其转并通过电磁感应的作用将其转换为电功率。换为电功率。是机械量和电磁量的桥梁，在机电能量转换是机械量和电磁量的桥梁，在机电能量转换 过程中起关键作用。过程中起关键作用。内蒙古工业大学内蒙古工业大学2-6 2-6 直流电机的运行原理直流电机的运行原理电动机惯例电动机惯例发电机惯例发电机惯例以他励直流电机为例以他励直流电机为例MG内蒙古工业大学内蒙古工业大学一、直流电机的基本方程式：一、直流电机的基本方程式：（一）电动势平衡平衡方程式（一）电动势平衡平衡方程式1 1、电动机、电动机式中，式中，为电枢回路总电阻为电枢回路总电阻(包括电刷与换向器的包括电刷与换向器的接触电阻接触电阻)；为电枢回路的电感；为电枢回路的电感；为励磁回路为励磁回路 的电感。的电感。稳态时稳态时内蒙古工业大学内蒙古工业大学若为并励若为并励若为串励若为串励 2 2、发电机、发电机稳态时稳态时若为并励若为并励（二）转矩平衡方程式（二）转矩平衡方程式1 1、电动机、电动机根据牛顿定律根据牛顿定律内蒙古工业大学内蒙古工业大学式中，式中，为负载转矩为负载转矩(也是电动机输出转矩也是电动机输出转矩)；为为空载损耗转矩；空载损耗转矩；为惯性转矩。为惯性转矩。稳态时稳态时 恒定恒定2 2、发电机、发电机稳态时稳态时式中，式中，为原动机的驱动转矩。为原动机的驱动转矩。（三）功率平衡方程式（三）功率平衡方程式1 1、电动机、电动机(以并励为例以并励为例)式中，式中，为电枢回路的铜损耗为电枢回路的铜损耗(包括电刷接触损耗包括电刷接触损耗)；内蒙古工业大学内蒙古工业大学为电枢铁心产生的铁损耗；为电枢铁心产生的铁损耗；为励磁损耗。为励磁损耗。杂散损耗杂散损耗(附加损耗附加损耗)，根据经验，根据经验有补偿绕组的为有补偿绕组的为0.50.5，无补偿绕组的为无补偿绕组的为1 1。总损耗总损耗为机械损耗。为机械损耗。内蒙古工业大学内蒙古工业大学2 2、发电机、发电机(以并励电机为例以并励电机为例)【例】一台他励直流发电机，【例】一台他励直流发电机，额定负载时，额定负载时，试求：试求：额定运行时的电磁功率、电磁转矩和效率。额定运行时的电磁功率、电磁转矩和效率。内蒙古工业大学内蒙古工业大学解：解：内蒙古工业大学内蒙古工业大学二、直流电动机的工作特性二、直流电动机的工作特性工作特性工作特性 电枢回路中无外加电阻，电枢回路中无外加电阻，因因 随随 的增大而增大，故的增大而增大，故1 1、并励直流电动机的工作特性、并励直流电动机的工作特性（1 1）转速特性）转速特性根据根据 可得可得(认为认为 为常数为常数)式中式中,斜率斜率。理想空载转速理想空载转速 内蒙古工业大学内蒙古工业大学（2）转矩特性）转矩特性（3）效率特性）效率特性铜损耗铜损耗可变损耗可变损耗不变损耗不变损耗铁损耗铁损耗机械损耗机械损耗机械损耗机械损耗附加损耗附加损耗不变损耗不变损耗内蒙古工业大学内蒙古工业大学因因 ，不计不计 ，令令 ，可得可得电动机的不变损耗等于可变损耗时效率最高。电动机的不变损耗等于可变损耗时效率最高。2 2、串励电动机的工作特性、串励电动机的工作特性特点特点为比例系数。为比例系数。内蒙古工业大学内蒙古工业大学转速特性转速特性式中，式中，为串励绕组电阻，为串励绕组电阻，串励直流电动机不允许在空载或负载很小的情串励直流电动机不允许在空载或负载很小的情况下运行。最低负载不小于额定负载的况下运行。最低负载不小于额定负载的(2530)%。转矩特性转矩特性当当小，磁路不饱和时，小，磁路不饱和时，内蒙古工业大学内蒙古工业大学当当大，磁路饱和时，大，磁路饱和时，效率特性效率特性 同并励电机同并励电机【例】【例】一台他励直流电动机的额定数据为一台他励直流电动机的额定数据为电枢绕组的电电枢绕组的电电刷接触压降电刷接触压降在在负负阻阻载总制动转矩不变的情况下，载总制动转矩不变的情况下，求：求：（1 1）在电枢回路中突然串入电阻）在电枢回路中突然串入电阻内蒙古工业大学内蒙古工业大学在最初瞬在最初瞬间和达到稳定时的电枢电流和转速分别为间和达到稳定时的电枢电流和转速分别为多少？多少？（2 2）减小电动机的励磁电流，使磁通）减小电动机的励磁电流，使磁通减小减小1010%，当到达当到达稳定时的电枢电流和转速各为多少？稳定时的电枢电流和转速各为多少？解：解：在额定负载下在额定负载下在串入电阻的初瞬，由于惯性的作用，在串入电阻的初瞬，由于惯性的作用，不变，不变，不变不变（稳定）（稳定）因为总制动转矩不变，所以稳态时的电磁转矩因为总制动转矩不变，所以稳态时的电磁转矩也不变，也不变，电枢电流还应为原来的值，电枢电流还应为原来的值，。内蒙古工业大学内蒙古工业大学此时此时内蒙古工业大学内蒙古工业大学三、直流发电机的特性三、直流发电机的特性1 1、空载特性、空载特性(开路特性开路特性)当当n=n=常数，负载电流常数，负载电流 ,发电机的端电压随发电机的端电压随励磁电励磁电流的变化关系流的变化关系,即：即：AMVA内蒙古工业大学内蒙古工业大学上升和下降不可逆，形成一个回环。上升和下降不可逆，形成一个回环。当当 时的电压称为剩磁电压，约为时的电压称为剩磁电压，约为(24)%UN。额定电压选在膝点额定电压选在膝点 A A。2 2、并励和复励直流发电机空载电压的建立、并励和复励直流发电机空载电压的建立空载电压建立的过程称为自励。空载电压建立的过程称为自励。并励电机并励电机为励磁回路的总电阻。为励磁回路的总电阻。当电阻线与空载特性直线相切时，没有固定的交当电阻线与空载特性直线相切时，没有固定的交点，电压不稳定，点，电压不稳定，此时的电阻叫建压临界电此时的电阻叫建压临界电 。内蒙古工业大学内蒙古工业大学 时，时，发电机端电压和电流的变化关发电机端电压和电流的变化关系，即系，即空载特性空载特性励磁电阻线励磁电阻线临界电阻线临界电阻线 建压条件建压条件(1)(1)电机必须有剩磁；电机必须有剩磁；(2)(2)励磁绕组接法正确，励磁绕组接法正确，使励磁电流所产生使励磁电流所产生 的磁通与剩磁方向的磁通与剩磁方向 相同；相同；(3)(3)励磁绕组的电阻小励磁绕组的电阻小 于建压临界电阻，于建压临界电阻，即即(二二)负载运行负载运行 外特性外特性他励他励并励并励内蒙古工业大学内蒙古工业大学原因原因随着随着 增加，增加，增加；增加；增加，电枢反应的去磁作用增加，增加，电枢反应的去磁作用增加，减小。减小。2-7 2-7 直流电机的换向直流电机的换向换相换相 绕组元件经过电刷，从一条支路换到另一条绕组元件经过电刷，从一条支路换到另一条 支路的过程中，元件中的支路的过程中，元件中的电流改变一次方向。电流改变一次方向。a ab bb ba a1 1+-1 1一、换向的电磁现象一、换向的电磁现象 元件元件1 1的的电流为电流为 ，如图，如图(a)(a)；元件元件1 1的电流变为，如图的电流变为，如图()。元件元件1被电刷短路被电刷短路如图如图()；内蒙古工业大学内蒙古工业大学换向过程所经历的时间称为换向周期换向过程所经历的时间称为换向周期内蒙古工业大学内蒙古工业大学1 1、直线换向、直线换向在理想情况下，若换向元件内无任何电动势的在理想情况下，若换向元件内无任何电动势的作用，则换向作用，则换向元件中电流从变为元件中电流从变为 的变化规的变化规律大体为一条直线。律大体为一条直线。特点特点 电流的变化是均匀的，不产生火花。电流的变化是均匀的，不产生火花。2 2、延迟换向、延迟换向电抗电动势电抗电动势自感电动势自感电动势互感电动势互感电动势内蒙古工业大学内蒙古工业大学总之，和总之，和的存在使换向元件中的电流变化的存在使换向元件中的电流变化产生延迟故产生延迟故称为延迟换向。称为延迟换向。所以。所以。式中，式中，称为电抗电动势系数称为电抗电动势系数,方向与方向与 方向相同。方向相同。()电枢反应电动势电枢反应电动势 换向元件切割电枢磁场产生的旋转电动势。换向元件切割电枢磁场产生的旋转电动势。设换向元件匝数为设换向元件匝数为 ，电枢的线速度为电枢的线速度为，则，则因为，因为，电抗电动势电抗电动势总是阻碍换向元件中电流总是阻碍换向元件中电流的的变化。变化。内蒙古工业大学内蒙古工业大学二、改善换向的方法二、改善换向的方法 主磁极之间安装换向极主磁极之间安装换向极(也称附加极或间极也称附加极或间极)。要求要求1 1、换向极应装在几何中性线处；、换向极应装在几何中性线处；2 2、换向极的极性应使所产生的磁场与电枢磁场、换向极的极性应使所产生的磁场与电枢磁场 相反；相反；电动机中，换向极的电动机中，换向极的极性应与顺电枢旋转方向极性应与顺电枢旋转方向的下一个主极的下一个主极极性相反，极性相反，在发电机中情况正好相反。在发电机中情况正好相反。、换向极绕组必、换向极绕组必须与电枢绕组串联，而须与电枢绕组串联，而且换向极磁场不应饱和。且换向极磁场不应饱和。内蒙古工业大学内蒙古工业大学三、补偿绕组三、补偿绕组在主磁极极靴上专门冲出一些均匀分布的槽，槽在主磁极极靴上专门冲出一些均匀分布的槽，槽内嵌放一套补偿绕组。补偿绕组与电枢绕组串联。内嵌放一套补偿绕组。补偿绕组与电枢绕组串联。内蒙古工业大学内蒙古工业大学小小 结结 作为直流电能与机械能互相转换的运动装置，直流电机在结构作为直流电能与机械能互相转换的运动装置，直流电机在结构上保证了直流电动机和直流发电机工作状态的可逆性。上保证了直流电动机和直流发电机工作状态的可逆性。直流电动机定子绕组的励磁方式有：他励、并励、串励和复励。直流电动机定子绕组的励磁方式有：他励、并励、串励和复励。直流电机的电枢绕组是实现能量转换的主要部件。直流电机的直流电机的电枢绕组是实现能量转换的主要部件。直流电机的空载磁场由定子绕组接通直流电源建立的，在电枢绕组通电也产生空载磁场由定子绕组接通直流电源建立的，在电枢绕组通电也产生磁场，并且与定子绕组的磁场合成后产生了电机的电枢反应效应，磁场，并且与定子绕组的磁场合成后产生了电机的电枢反应效应，该效应会影响电机的工作状态。该效应会影响电机的工作状态。直流电机在运行时电枢产生的感应电动势和电磁转矩公式为直流电机在运行时电枢产生的感应电动势和电磁转矩公式为 直流电动机的基本方程包括电压平衡方程、转矩平衡方程和功直流电动机的基本方程包括电压平衡方程、转矩平衡方程和功率平衡方程。利用这些方程可分析电机的运行特性，进而可以获得率平衡方程。利用这些方程可分析电机的运行特性，进而可以获得不同励磁方式直流电动机的工作特性。不同励磁方式直流电动机的工作特性。Thank you拯畏怖汾关炉烹霉躲渠早膘岸缅兰辆坐蔬光膊列板哮瞥疹傻俘源拯割宜跟三叉神经痛-治疗三叉神经痛-治疗 拯畏怖汾关炉烹霉躲渠早膘岸缅兰辆坐蔬光膊列板哮瞥疹傻俘源拯割宜跟三叉神经痛-治疗三叉神经痛-治疗