电机与电力拖动 第3章 直流电机的基本理论

1、第第3 3章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论直流电机的用途：直流电机的用途：直流发电机把机械能转化为直流电能；直流电动机把直流电能转化为机械能。直流电机的优点：直流电机的优点：（1）调速性能好；（2）起动、制动转矩大；（3）易于控制。应用：应用：（1）调速范围大的大型设备：轧钢机、电气机车、无轨电车、龙门刨床等。（2）用蓄电池做电源的设备：如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具。3.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理 1 直流发电机的工作原理（由右图看基本组成）aaRIEU输出电压eeNSAB12abcdaIFF+-直流发电机的工作原理是建立在电磁感应定律

2、基础上的。e=Blv;用右手定则判感应电动势e的方向;电枢绕组电阻Ra;2 直流电动机的工作原理（由下图说组成）直流电动机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的。f=Bli;用左手定则判电磁力f的方向：由左手定则，通电线圈在磁场力的作用下，使线圈逆时针旋转E+NS电刷电刷换向片换向片IaIaAB12abcd电枢线圈电枢线圈注意：注意：换向片和线圈固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。3.2 3.2 直流电机的基本结构和额定值直流电机的基本结构和额定值3.2.1 直流电机的基本结构：由两部分构成1. 额定电压 UN 指输出电压或输入电压的额定值（线电

3、压）。2. 额定电流 IN 指输出电流或输入电流的额定值（线电流）。3. 额定功率 PN 发电机的 PN ：指输出电功率的额定值(UN IN ) 。 电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值(UN INN ) 。4. 额定转速 nN5.额定状态 ：指 U、I、P、n 均为额定值的状态。6 满载状态 ：指 I = IN 的状态。3.2.2 直流电机的额定值3.4 3.4 直流电机的直流电机的电枢绕组电枢绕组（了解）（了解）1 1 直流电机的电枢绕组的直流电机的电枢绕组的5 5种形式：种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组、混合绕组。单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组、混合绕组。2 2

4、 直流电机中实现机电能量转换的耦合介质：直流电机中实现机电能量转换的耦合介质：气隙磁场气隙磁场3 3 直流电机利用气隙磁场实现机电能量转换的两个要素：直流电机利用气隙磁场实现机电能量转换的两个要素：感应电动势和电磁转矩感应电动势和电磁转矩3.4 3.4 直流电机的磁场直流电机的磁场他励电机：他励电机：励磁绕组与电枢绕组的电源分开。励磁绕组与电枢绕组的电源分开。并励电机：并励电机：励磁绕组与电枢绕组并联到同一电源上。励磁绕组与电枢绕组并联到同一电源上。串励电机：串励电机：励磁绕组与电枢绕组串联接到同一电源励磁绕组与电枢绕组串联接到同一电源上。上。复励电机：复励电机：励磁绕组与电枢绕组的联接有串有

5、并，接在励磁绕组与电枢绕组的联接有串有并，接在 同一电源上。同一电源上。M并励并励UIfM串励串励UM复励复励U3.4.1、直流电机的、直流电机的励磁励磁方式方式（电枢与绕组的连接关系）M他励他励UfIfIaU3.4.2、直流电机的空载磁场（了解）、直流电机的空载磁场（了解）3.4.3、直流电机的负载磁场和电枢反应（了解）、直流电机的负载磁场和电枢反应（了解）电枢反应：电机带负载时，电枢磁场对主磁极磁场所产生的影响。电枢反应的结果：（1）气隙磁场的分布发生畸变；（2）每极磁通量下降；3.5 3.5 直流电机的感应电动势和电磁转矩直流电机的感应电动势和电磁转矩（重点）（重点）3.5.1 3.5.

6、1 电枢绕组的电枢绕组的电动势电动势（计算公式）（计算公式） nCnapNEEa60：电势常数；：电枢转速；：磁通；：支路对数，单波绕组每元件匝数；元件数：总导体数，：磁极对数；电枢感应电动势；apNCnaaNNpEEa6012:aTaICIapNT23.5.2 3.5.2 电枢绕组的电枢绕组的电磁转矩电磁转矩（计算公式）（计算公式）：转矩常数；：电枢总电流；电磁转矩；apNCITTa2:反之也是。；就可求得求得注意在计算中应用：TETETECCCCCC602题题: :一台直流发电机，一台直流发电机，2p=42p=4（单波绕组），电枢绕组的元件数（单波绕组），电枢绕组的元件数S=162S=16

7、2，每个，每个元件匝数元件匝数Wa=2Wa=2，每极磁通，每极磁通=5.1=5.110-3Wb10-3Wb，转速，转速n=1450r/min,n=1450r/min,试求：试求：电枢感应电动势电枢感应电动势EaEa。 解：解：由于单波绕组支路，所以由于单波绕组支路，所以a=1a=1，总导体数总导体数N=2SWa=648N=2SWa=648，6 .2160apNCEVnCEEa160方向：在发电机中，感应电动势的方向与电枢电流的方向相同；在电动机中，感应电动势的方向与电枢电流的方向相反；在发电机中，电磁转矩为制动转矩；在电动机中，电磁转矩为拖动转矩；3.6 3.6 直流电动机稳态运行时的基本方程

8、式和工作特性直流电动机稳态运行时的基本方程式和工作特性（重点（重点) )3.6.1 3.6.1 直流电动机稳态运行时的基本方程式直流电动机稳态运行时的基本方程式（电压、转矩、功率）1 电压电压平衡方程式2 2 转矩转矩平衡方程式EaMIf+U +U Ia励磁电路： U = Rf If电枢电路： U= Ea + Ra IaU： 端电压； Ea ：电枢电动势；Ra ：电枢回路电阻；Rf ：励磁回路电阻；UEa时：电动机；UU。2)、在电机轴上外加一转矩，使其转速上升，并使EaU。4、并励直流发电机正转时能自励，反转能否自励？为什么?应如何处理？5、如何判断直流电机是运行于发电状态还是电动状态？它们的电磁转矩、转速、电枢感应电势、电枢电流和端电压的方