第2章直流电机

1、南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机第第2 2章章 直流电机直流电机 直流电机的功能是将直流电能与机械直流电机的功能是将直流电能与机械能相互转换，把机械能转换为直流电能的能相互转换，把机械能转换为直流电能的装置称为装置称为直流发电机直流发电机，而把直流电能转换，而把直流电能转换为机械能的装置称为为机械能的装置称为直流电动机直流电动机。 南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机 直流电机是电机的主要类型之一。直流电机直流电机是电机的主要类型之一。直流电机自身有着显著的自身有着显著的优点优点，但与交流电机相比自身有，但与交流电机相比自身有着着缺点缺点。 近年来，与电力电子装置结合而具有

2、直流电近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值和实用价值! !南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机直流电机的基本原理直流电机的基本原理2.1直流电机的结构直流电机的结构2.2直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据2.3直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场2.4直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组2.5直流电机的负载磁场及电枢反应直流电机的负载磁场及电枢反应2.6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2

3、.7直流发电机直流发电机2.8直流电动机直流电动机2.9南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.1.12.1.1直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理直流发电机直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。是将机械能转变成电能的旋转机械。2.12.1直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理图图2-2a2-2a线圈电动势的波形线圈电动势的波形图图2-2b2-2b电刷间的电动势波形电刷间的电动势波形南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.1.22.1.2直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理直流电动机直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。是将电能转变成机械能的旋转机

4、械。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机 2.1.32.1.3直流电机的可逆性直流电机的可逆性 可逆性原理：可逆性原理：一台直流电机，在一种条件下可以作为一台直流电机，在一种条件下可以作为发电机，而在另一种条件下它又可以作为电动机运行。发电机，而在另一种条件下它又可以作为电动机运行。图2-4 电机可逆性原理（a）(b)NSneiNSneif南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机图图2-5 2-5 国产直流电机的结构国产直流电机的结构2.22.2直流电机的结构直流电机的结构南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机1.1.定子定子（1

5、1）机座）机座用来固定主磁极、换向极和端盖；磁用来固定主磁极、换向极和端盖；磁路的一部分。路的一部分。（2 2）主磁极）主磁极 （3 3）换向极）换向极 南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机（4 4）电刷装置）电刷装置2 2、转子、转子（1 1）电枢铁心）电枢铁心南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机（2 2）电枢绕组：按一定规律连接并嵌放到电枢铁心槽）电枢绕组：按一定规律连接并嵌放到电枢铁心槽中中 。（3 3）换向器：由许多换向片组成，换向片之间用云母）换向器：由许多换向片组成，换向片之间用云母绝缘。绝缘。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.22.2直流电机的结构总

6、结直流电机的结构总结定子定子转子转子主磁极主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极换向磁极：改善换向。：改善换向。电刷装置电刷装置：与换向片配合：与换向片配合, ,完成直流与交流的互换完成直流与交流的互换机座和端盖机座和端盖：起支撑和固定作用。：起支撑和固定作用。电枢铁心电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。换向器换向器：与电刷装置配合：与电刷装置配合, ,完成直流与交流的互换完成直流与交流的互换转轴转轴轴承轴承

7、定、转子之间有一间隙定、转子之间有一间隙气隙气隙南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.32.3直流电机的直流电机的铭牌数据铭牌数据直流电机的额定值有：直流电机的额定值有：1 1、额定电压、额定电压U UN N(V)(V)：直流电机电刷端的电枢电压。：直流电机电刷端的电枢电压。 2 2、额定电流、额定电流I IN N(A)(A)：直流电机电刷端的电枢电流。：直流电机电刷端的电枢电流。 3 3、额定功率、额定功率P PN N(W(W或或kW)kW)：电机的输出功率：电机的输出功率 。 4 4、额定转速、额定转速n nN N(r/min)(r/min)：直流电机的旋转速度。：直流电机的旋转

8、速度。 NNNPU I发电机是指输出的电功率：发电机是指输出的电功率：NNNNPU I电动机是指输出的机械功率电动机是指输出的机械功率 ：南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.42.4直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场2.4.12.4.1直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式励磁绕组的供电方式称为励磁方式。励磁绕组的供电方式称为励磁方式。1 1、他励式、他励式 其励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕其励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连组不相连。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.4.12.4.1直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式2 2、并励式：、并励式

9、： 励磁绕组与电枢绕组并联；励磁绕组与电枢绕组并联；南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机3 3、串励式：、串励式： 励磁绕组与电枢绕组串联；励磁绕组与电枢绕组串联；2.4.12.4.1直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机3 3、复励式：、复励式： 装有两个励磁绕组，一为与电枢并联的装有两个励磁绕组，一为与电枢并联的并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。2.4.12.4.1直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.4.22.4.2直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场空载

10、磁场空载磁场是指电枢电流等于零或者很小时（可忽略不是指电枢电流等于零或者很小时（可忽略不计），由计），由励磁磁动势励磁磁动势单独建立的磁场。单独建立的磁场。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.4.32.4.3磁路分析磁路分析dlplplrl图2-13 直流电机主磁路2222l lrl rlp psl slffHH lH lH lH lN l直流电机的主磁路可分为五段：（直流电机的主磁路可分为五段：（1 1）两气隙段，长度为）两气隙段，长度为2 2 ；（2 2）两电枢齿段，长度为）两电枢齿段，长度为2l2l1 1；（；（3 3）转子扼段，长度为）转子扼段，长度为l lr1r1；、；、

11、（4 4）两主磁极铁心段，长度为）两主磁极铁心段，长度为2l2lp p ；（；（5 5）定子轭段，长度为）定子轭段，长度为l lslsl。 2mffRN IF南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.4.42.4.4直流电机的磁化曲线直流电机的磁化曲线2.4.52.4.5气隙磁通密度的分布气隙磁通密度的分布图图2-15 2-15 气隙磁密分布情况气隙磁密分布情况极靴极身平顶波南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.52.5直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组对直流电机的电枢绕组的要求是对直流电机的电枢绕组的要求是：1 1能通过规定的电流，能产生足够的感应电动势，能通过规定的电流，

12、能产生足够的感应电动势，且电量的波形较好；且电量的波形较好；2 2绕组结构简单、运行可靠、方便制作、便于维护；绕组结构简单、运行可靠、方便制作、便于维护；3 3尽可能节省有色金属和绝缘材科。尽可能节省有色金属和绝缘材科。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.5.12.5.1直流电机电枢绕组的基础知识直流电机电枢绕组的基础知识 1 1、几何中性线几何中性线：是指直流电机结构中两个相邻主磁极：是指直流电机结构中两个相邻主磁极(N(N、S S极极) )之间的几何平分线。之间的几何平分线。 2 2、磁极轴线磁极轴线：是指每个主磁极上，将磁极分成左右对称：是指每个主磁极上，将磁极分成左右对称的

13、两部分的中心线。的两部分的中心线。 3 3、元件元件：直流电机中构成电枢绕组的线圈基本单元为元：直流电机中构成电枢绕组的线圈基本单元为元件。件。 南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机4 4、元件的首末端元件的首末端：每一个元件有两端，分别引出：每一个元件有两端，分别引出两根线与换向片相连，绕制元件的开始端称为首两根线与换向片相连，绕制元件的开始端称为首端，结束端称为末端。端，结束端称为末端。2.5.12.5.1直流电机电枢绕组的基础知识直流电机电枢绕组的基础知识有效边：有效边：置于槽内，能置于槽内，能“切割切割”主极磁场而感应电主极磁场而感应电动势，两条元件边动势，两条元件边端接线：端

14、接线：在铁心之外，不在铁心之外，不“切割切割”磁场，仅起连接磁场，仅起连接线作用。线作用。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机6 6、波绕组波绕组：电枢上所有处于同一极性下的元件串联构成一条：电枢上所有处于同一极性下的元件串联构成一条支路，相邻元件对应边的跨距约为（不可等于）两个极距，形支路，相邻元件对应边的跨距约为（不可等于）两个极距，形成波浪型结构。成波浪型结构。 5 5、叠绕组叠绕组：组成绕组的元件依次串联，后一个元件紧叠着前：组成绕组的元件依次串联，后一个元件紧叠着前一个元件镶嵌放置。一个元件镶嵌放置。叠绕组叠绕组波绕组波绕组上层边上层边：有效边放在槽的上层：有效边放在槽的上层

15、下层边下层边：另一有效边放在槽的下层：另一有效边放在槽的下层双层绕组双层绕组7 7、实槽实槽：电机铁心实际所开的槽，实槽数用：电机铁心实际所开的槽，实槽数用Z Z来表示来表示 。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机8 8、虚槽虚槽 在大型电机中、在大型电机中、每层可能有每层可能有N N个并列圈边个并列圈边为了改善电机的性能，用更多的元件组成电枢绕组。为了改善电机的性能，用更多的元件组成电枢绕组。但电枢铁心不能开太多的槽，采用在每槽的上下层各但电枢铁心不能开太多的槽，采用在每槽的上下层各放置若干元件边。放置若干元件边。实槽实槽虚槽虚槽iZu Z3u 南通大学电机学南通大学电机学直流电机直

16、流电机7 7、极距极距：相邻主磁极在定子圆周上的间距称为极距。：相邻主磁极在定子圆周上的间距称为极距。8 8、节距节距：节距是指元件边之间的距离：节距是指元件边之间的距离 。节距分为第一节距、。节距分为第一节距、第二节距、合成节距和换向节距四种。第二节距、合成节距和换向节距四种。1 1）第一节距第一节距y y1 1：是指一个元件的两个有效边在电枢表面跨是指一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。过的距离。 p2D12iZyp2.5.12.5.1直流电机电枢绕组的基础知识直流电机电枢绕组的基础知识1y1y1y整距元件整距元件短距元件短距元件长距元件长距元件南通大学电机学南通大学电机学直流电机直

17、流电机2）第二节距第二节距y2：连至同一换向片的两个元件中的前一个元件：连至同一换向片的两个元件中的前一个元件的下层边与后一个元件的上层边在电枢表面跨过的距离。的下层边与后一个元件的上层边在电枢表面跨过的距离。3）合成节距合成节距y：串联的两个相邻元件的对应上下层边在电串联的两个相邻元件的对应上下层边在电枢表面跨过的距离。枢表面跨过的距离。4）换向节距换向节距yk：一个元件的首、末端所连接的两个换向片一个元件的首、末端所连接的两个换向片在换向器表面跨过的距离。在换向器表面跨过的距离。 南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.5.2单叠绕组单叠绕组 单叠绕组的特点是合成节距等于一个虚槽，

18、换向器节单叠绕组的特点是合成节距等于一个虚槽，换向器节距等于一个换向片长。距等于一个换向片长。1kyy例：设有一台直流电机，极对数例：设有一台直流电机，极对数p2，双层绕组结构，双层绕组结构，槽数槽数Z、元件数、元件数S、换向片数、换向片数K都为都为16，若，若Z=K=S=16。试分析单叠绕绕组的情况。试分析单叠绕绕组的情况。分析步骤如下：分析步骤如下：1计算单叠绕组的节距计算单叠绕组的节距双层绕组元件数与槽数、换向片数相等，节距单位用双层绕组元件数与槽数、换向片数相等，节距单位用槽数表示。槽数表示。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机合成节距和换向节距计算：合成节距和换向节距计算：单

19、叠绕组的合成节距和换向节距相同，即单叠绕组的合成节距和换向节距相同，即 1kyy一般取：一般取：1kyy 元件的依次串联顺序为从左向右进行，这样完成元件的依次串联顺序为从左向右进行，这样完成的直流电机绕组称为的直流电机绕组称为右行绕组右行绕组。第二节距计算：第二节距计算：31412yyy第一节距计算：第一节距计算：44162pZpzy2144161y南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机 编号的原则：把元件和原件上层边所在的槽和元件编号的原则：把元件和原件上层边所在的槽和元件首端所连接的换向片编上相同的号码。首端所连接的换向片编上相同的号码。 元件进行编号：元件进行编号：1-161-16

20、号号 槽进行编号：槽进行编号：1-161-16号号 元件边进行编号：上层边：元件边进行编号：上层边：1-161-16号号 下层边：下层边：1-161-16号号2 2确定绕组元件的连接顺序确定绕组元件的连接顺序南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机 设设1号元件上层边放在号元件上层边放在1号槽中号槽中 1+y1=5 5-y2=2 5连接连接2 2+y1=6 6-y2=3 6连接连接3 3+y1=7 7-y2=4 7连接连接4 . 连接顺序：连接顺序：南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机3 3绘制绕组展开图绘制绕组展开图南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机4并联支路图并联支路

21、图图 2-22 单 叠 绕 组 并 联 支 路-电 枢 转 向合 成 电 动 势 方 向合 成 电 动 势 方 向1291056131412345678910111213141516151614+A1 A2 B2 B1 对于单叠绕组，支路数应等于极对数，即： pa22南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机单叠绕组有以下特点：单叠绕组有以下特点：1. 并联支路对数并联支路对数a=主磁极对数主磁极对数p=电刷对数电刷对数b2. 电枢的电动势等于支路的电动势电枢的电动势等于支路的电动势3. 电枢电流等于各支路电流的总和，即电枢电流等于各支路电流的总和，即Ia=2aia南通大学电机学南通大学电机

22、学直流电机直流电机2.6直流电机的负载磁场及电枢反应直流电机的负载磁场及电枢反应 电机负载运行时，有负载电流通过电枢绕组，即可认为在电枢电机负载运行时，有负载电流通过电枢绕组，即可认为在电枢绕组内通过电流而产生了一个新的磁动势绕组内通过电流而产生了一个新的磁动势电枢磁动势电枢磁动势。 电枢反应：电枢反应：我们把电枢磁动势对励磁磁动势所建立的气隙磁场我们把电枢磁动势对励磁磁动势所建立的气隙磁场的影响。的影响。线负荷：电枢圆周线负荷：电枢圆周表面单位长度上的表面单位长度上的安培导体数安培导体数南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机设电枢绕组导体总数为设电枢绕组导体总数为N N，导体电流为，导

23、体电流为iaia，电枢直径为，电枢直径为D D，A A表示线负荷，则有表示线负荷，则有全电流定律：全电流定律：忽略铁磁部分中的磁压降，则电枢磁动势在每段气隙中忽略铁磁部分中的磁压降，则电枢磁动势在每段气隙中为：为：电枢磁场电枢磁场aNiAD2HlAxaxFAx00axaxFaxBHmax22aAxF/南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机物理中性线物理中性线南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机电枢反应对气隙磁场的影响如下：电枢反应对气隙磁场的影响如下：(1)直流电机负载时的电枢反应使气隙磁场发生畸变；直流电机负载时的电枢反应使气隙磁场发生畸变；(2)电枢反应使电枢表面磁密为零的物

24、理中性线偏离了电枢反应使电枢表面磁密为零的物理中性线偏离了几何中性线。几何中性线。 在电动机中，物理中性线逆电枢旋转方向移过一个不在电动机中，物理中性线逆电枢旋转方向移过一个不大的角度；大的角度；在发电机中，顺电枢旋转方向移过一个不大的角度；在发电机中，顺电枢旋转方向移过一个不大的角度；(3)电枢反应使主磁极下的总磁通量减少，呈去磁作用。电枢反应使主磁极下的总磁通量减少，呈去磁作用。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.72.7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2.7.12.7.1感应电动势的计算感应电动势的计算lvBeavavBl602npv 2NEea22226

25、060aveB lvNlvNlNnppNEnCnalalaa 元件有效边导体的感应电动势：元件有效边导体的感应电动势： 与每极有效磁通的平均值的关系为：与每极有效磁通的平均值的关系为： avB导体切割磁力线的速度导体切割磁力线的速度v与电机的旋转速度与电机的旋转速度有关：有关：假设电机中元件的有效边导体数为假设电机中元件的有效边导体数为 ，则电机的感应电动势，则电机的感应电动势即支路电动势可以记为：即支路电动势可以记为： N南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机直流电机的电枢感应电动势定义表达式为：直流电机的电枢感应电动势定义表达式为： 2.7.22.7.2电磁转矩的计算电磁转矩的计算导

26、体所受电磁力大小为：导体所受电磁力大小为：aeECn为简化分析，可作如下假定处理：为简化分析，可作如下假定处理：(1)(1)假设组成电枢绕组的元件数足够多，沿电枢圆周均布，且假设组成电枢绕组的元件数足够多，沿电枢圆周均布，且均是整距元件。均是整距元件。(2)(2)忽略电枢圆周的齿、槽对电机各个元件导体受电磁力的不忽略电枢圆周的齿、槽对电机各个元件导体受电磁力的不同影响。同影响。(3)(3)用每个主磁极下的有效磁通的平均值来参与计算直流电机用每个主磁极下的有效磁通的平均值来参与计算直流电机元件所受电磁力的大小。元件所受电磁力的大小。 ilBfx导体所受的电磁力的平均值为：导体所受的电磁力的平均值

27、为： 2aavavIFBla电磁转矩的平均值为：电磁转矩的平均值为：22aaavavDlaIBT南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机电机所受总的电磁转矩为电机所受总的电磁转矩为:avNTT 2222aaIppNTNlIlaaTaTCI例例2-1 一台直流电机一台直流电机, ，单叠绕组，总导体数，单叠绕组，总导体数N256，每极，每极磁通磁通 Wb,求当转速为求当转速为nN3000rmin时的电枢绕时的电枢绕组电动势组电动势 ；设电枢电流；设电枢电流 A，磁通保持不变，则此时的，磁通保持不变，则此时的电磁转矩又为多大？电磁转矩又为多大？ 22.1 10 aE12aI2p解：解：(1)已知

28、这台直流电机的极对数已知这台直流电机的极对数 ，则单叠绕组的并联，则单叠绕组的并联支路对数支路对数 ，于是电动势常数，于是电动势常数2p2a27. 4260256260apNCeCe与CT的关系60epNCa2TpNCa609.552TeeCCC南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机根据电枢电动势公式根据电枢电动势公式24.272.1 103000268.8aeECn (2)转矩常数转矩常数76.402225622apNCT根据电磁转矩公式根据电磁转矩公式27.1012101 . 276.402aTICT南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.82.8直流发电机直流发电机2.8.

29、12.8.1直流发电机的基本平衡方程直流发电机的基本平衡方程fRUaEfI图2-31 并励直流发电机电气线路aIGI1 1电动势平衡方程电动势平衡方程电枢回路的电动势平衡方程为：电枢回路的电动势平衡方程为：aaaRIUEbaaaUrIUE2励磁回路的电平衡方程为励磁回路的电平衡方程为: :fffUUI RafI = I +I下下 页页上上 页页返返 回回南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2 2转矩平衡方程转矩平衡方程空载稳态运行时，机械系统转矩平衡空载稳态运行时，机械系统转矩平衡方程为：方程为： 负载稳态运行时，机械系统转矩平衡负载稳态运行时，机械系统转矩平衡方程为：方程为：10TT

30、T将空载转矩忽略。即有如下近似公式：将空载转矩忽略。即有如下近似公式：1TT南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机3.功率平衡方程功率平衡方程 直流发电机的功率关系是把原动机输入给直流电直流发电机的功率关系是把原动机输入给直流电机的机械功率转换成电功率输出供应负载机的机械功率转换成电功率输出供应负载 10TTT MPpP01sFempppp0eTCC260602602602aeeTECnCC aTECaaTaE ICIT22aaaaafaaE IUII RUIUII R2MCuaCufP = P + p+ p12mFesCuPPpppppPP21电磁功率电磁功率南通大学电机学南通大学电机

31、学直流电机直流电机根据上式可以画出直流发电机的功率流程 传递过程的总损耗为：传递过程的总损耗为：CusFemppppp直流发电机的效率为：直流发电机的效率为：%10012PP南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.8.22.8.2他励直流发电机的运行特性他励直流发电机的运行特性 1 1他励直流发电机的空载特性他励直流发电机的空载特性1Cn 0I)f(IUf定义定义: :当当 、 时，时， 空载时空载时aEU )(faIfE 空载特性实质上就是空载特性实质上就是 。所以空载特性曲线的形状与空载磁所以空载特性曲线的形状与空载磁化特性曲线相同。化特性曲线相同。 直流发电机的空载特性是非线直流

32、发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相性的的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。作为空载特性曲线。空载特性曲线上升空载特性曲线上升分支分支空载特性曲线下降空载特性曲线下降分支分支平均空载特性平均空载特性曲线曲线UfI南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机 2他励发电机的外特性他励发电机的外特性Nnn fNfII f(I)U 定义：当定义：当 、 时，时， aaaeaUEI RCnIR 端电压下降有两个原因：？端电压下降有两个原因：？图2-35 他励直流发电机外特性NINU0UUI0（1）在保持转速和励磁条件不

33、变条件下，随负载电枢电）在保持转速和励磁条件不变条件下，随负载电枢电流的增大，电枢反应的去磁效应使每极磁通量减小，因流的增大，电枢反应的去磁效应使每极磁通量减小，因此使电枢电动势减小而导致输出端电压下降。此使电枢电动势减小而导致输出端电压下降。（2）随着负载电枢电流增大，这里负载电流即电枢回路）随着负载电枢电流增大，这里负载电流即电枢回路电流，电枢回路电阻上的压降将随着负载电流的增加而电流，电枢回路电阻上的压降将随着负载电流的增加而增加，从而使输出端电压减小。增加，从而使输出端电压减小。 南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机3他励发电机的调节特性他励发电机的调节特性图2-36 他励发电

34、机的调节特性aNI0fIfNI0fI为什么调节曲线是一条微向上倾斜的特性？为什么调节曲线是一条微向上倾斜的特性？ 定义：当定义：当 、 时，时， Nnn NUU( )fIf I南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.8.3并励直流发电机的运行特性并励直流发电机的运行特性1并励直流发电机的自励 自励过程自励过程剩剩磁磁ErIf1 气隙磁场气隙磁场 电动势电动势 E1. A临界电阻线励磁回路电压平衡方程0dU =dffffii RLt0U =U =fffI R南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机 并励发电机自励必须具备以下三个条件：并励发电机自励必须具备以下三个条件：(1)电机内部

35、应有剩磁。电机内部应有剩磁。(2)励磁绕组两端并联至电枢绕组两端的极性和接法应与励磁绕组两端并联至电枢绕组两端的极性和接法应与电枢旋转方向正确配合，使励磁电流产生的磁动势与剩电枢旋转方向正确配合，使励磁电流产生的磁动势与剩磁方向一致。磁方向一致。(3)励磁回路的总电阻励磁回路的总电阻 应小于临界电阻。应小于临界电阻。fR实际应用实际应用 实际应用中，并励直流发电机自励而电压未能实际应用中，并励直流发电机自励而电压未能建立时，应先减小励磁回路的外串电阻，看电压是建立时，应先减小励磁回路的外串电阻，看电压是否能建立，不行再改变励磁绕组与电枢绕组连接的否能建立，不行再改变励磁绕组与电枢绕组连接的极性

36、，若电压还不能建立，则应考虑可能没有剩磁，极性，若电压还不能建立，则应考虑可能没有剩磁，充磁后，再进行自励发电。充磁后，再进行自励发电。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2并励发电机的外特性并励发电机的外特性外特性，是指转速等于额定转速，励磁回路总电阻不变外特性，是指转速等于额定转速，励磁回路总电阻不变时，发电机的端电压与负载电流的关系。时，发电机的端电压与负载电流的关系。 图2-38 直流发电机外特性NII0UNUU0并励他励1、负载增加时，端电压、负载增加时，端电压比他励下降较快比他励下降较快2、拐弯现象、拐弯现象3、短路电流、短路电流南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机

37、2.9直流电动机直流电动机2.9.1直流电动机的基本方程式直流电动机的基本方程式1.电动势平衡方程电动势平衡方程aIIafIII电枢回路电压方程式为：电枢回路电压方程式为： 并励电动机的励磁回路电压方程式为：并励电动机的励磁回路电压方程式为： fffRIU2aa abaaaUEI rUEI R 南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机结论：发电机：结论：发电机： ； 电动机：电动机： ；即根据即根据 与与U的大小判断直流电机的运行状态。的大小判断直流电机的运行状态。UEaUEaaEaaaaUER IaaaaIRUE电动机电动机发电机发电机南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.转矩

38、平衡方程转矩平衡方程空载稳定运行状态：空载稳定运行状态： 0TT 负载稳定运行状态：负载稳定运行状态： 02TTT3.功率平衡方程功率平衡方程以并励电动机为例以并励电动机为例 UIP 1faUUUfaIIIffaafaIUIUIIUP)(1CufffffpRIIU2CuaaaaaaaaapIERIIEIU2电磁转矩为驱动转矩电磁转矩为驱动转矩电磁功率电磁功率发电机发电机： 机械能 转化为电能 ； 电动机电动机： 电能 转化为机械能 。 eTaaIEaaIEeT南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机20TTT 02pPPM122CufCuamFesPUIpppppPPpsFemCuaCuf

39、pppppp211100%(1) 100%pPPP南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2.9.2直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性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)转速特性转速特性aaaeaaUEI RCnI R aaeeRUnICC)()(aaIfTIfn、)(aIf以及以及 0/NenUC理想空载转速理想空载转速 注意：并励电动机在运行中，励磁绕组绝对不能断开。注意：并励电动机在运行中，励磁绕组绝对不能断开。 工作特性工作特性是指在额定电压、额定励磁以及电枢回路不外串是指在额定电压、额定励磁以及电枢回路不外串联其他电阻的额定运行状态下，联其他电阻的额定

40、运行状态下，22()()nf PTf P、2()f P以及以及 南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机(2)转矩特性转矩特性考虑电动机的电枢反应考虑电动机的电枢反应1、电动机轻载时，电枢电流较小，、电动机轻载时，电枢电流较小，电枢反应微弱，电动机转矩特性电枢反应微弱，电动机转矩特性仍是直线仍是直线2、随着电动机负载增加，电枢电、随着电动机负载增加，电枢电流加大，电枢反应增强，其去磁流加大，电枢反应增强，其去磁效应也增强，电动机转矩特性略效应也增强，电动机转矩特性略向下弯曲。向下弯曲。 是指当是指当U=UN，If=IfN，电枢回路外串电阻，电枢回路外串电阻R=0时，时，T=(Ia)关系。关

41、系。 根据转矩公式根据转矩公式T=CTIa忽略电枢反应，转矩特性是一条过原点的直线。忽略电枢反应，转矩特性是一条过原点的直线。南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机3. 效率特性效率特性当当U=UN ，If=IfN，电枢回路外串电电枢回路外串电阻阻R=0时，时，=f(Ia)的关系曲线的关系曲线2112FemecCufaaaf100 1%1()sPpPPppppI RU II 并励电动机并励电动机 效率是电枢电流的二次函数，存在一个最大效率。效率是电枢电流的二次函数，存在一个最大效率。 当不变损耗等于可变损耗时，效率最高，效率特性的这个特当不变损耗等于可变损耗时，效率最高，效率特性的这个特

42、点，对其它电机、变压器也适用，具有普遍意义。点，对其它电机、变压器也适用，具有普遍意义。 当负载电流从零逐渐增大时，效率也随之增大，当负载电流当负载电流从零逐渐增大时，效率也随之增大，当负载电流增大到一定程度，效率达最大，之后随负载电流的继续增大，增大到一定程度，效率达最大，之后随负载电流的继续增大，效率反而减小。效率反而减小。损耗说明南通大学电机学南通大学电机学直流电机直流电机2串励电动机的工作特性(1)串励电动机的转速特性串励电动机的转速特性fffaK IK I 图2-42 串励电动机的工作特性nT2P0nT， ，afIII1aaeeffefaefU I R U I RURnCCK ICK ICK)(aIfn)(aIfn曲线大致为一双曲线。串励电动机的转速特性随负载增加而迅速降低，原因：串励电动机的转速特性随负载增加而迅速降低，