直流电机(第三章)

1、 第三章第三章 直流电机直流电机 直流电动机启动力矩大，调速性能好，被广泛应用于直流电动机启动力矩大，调速性能好，被广泛应用于电力拖动系统。直流发电机供电质量好，常作为励磁电源电力拖动系统。直流发电机供电质量好，常作为励磁电源机和某些工业的直流电源。，直流电机仍有一定的理论意机和某些工业的直流电源。，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。义和实用价值。3.1直流电机工作原理和基本结构直流电机工作原理和基本结构直流电机的构成直流电机的构成 直流电机是旋转电机的一种。所以其结构从根本上是直流电机是旋转电机的一种。所以其结构从根本上是固定部分（定子）和旋转部分（转子）构成的。固定部分（定子）和旋转部

2、分（转子）构成的。bo图图3-2 主极下磁场分布主极下磁场分布图图3-3 换向前后电动势波形换向前后电动势波形 通过电刷和换向片，导体中感应的交流电变成直流电。通过电刷和换向片，导体中感应的交流电变成直流电。既：虽然线圈内的电动势为交流电动势，由于换向器的既：虽然线圈内的电动势为交流电动势，由于换向器的“整流整流”作用，电刷间输出电动势却为直流电动势。电动作用，电刷间输出电动势却为直流电动势。电动势波形如图势波形如图3-3(b)所示所示 电动机是将电能转换为机械能，在如图电动机是将电能转换为机械能，在如图3-1 ，若给，若给AX加直流电，则通过导体在磁场中受力，电机开始旋转。加直流电，则通过导

3、体在磁场中受力，电机开始旋转。F=bil Txa=bil 通过电刷和换向片，导体中的电流方向将随所处位通过电刷和换向片，导体中的电流方向将随所处位置磁极极性的改变而改变。从而使导体所受的电磁力矩置磁极极性的改变而改变。从而使导体所受的电磁力矩始终保持不变，使电动机持续旋转。始终保持不变，使电动机持续旋转。 电刷和换向器所起的作用与发电机相反是将直流电源电刷和换向器所起的作用与发电机相反是将直流电源中的电流中的电流“逆变逆变”为电枢导体（线圈中的交流电）。为电枢导体（线圈中的交流电）。 经过经过“整流整流”，但该直流中含有很强的脉动成分，但该直流中含有很强的脉动成分，为了减小电刷间输出电压的脉动

4、（发电机）和导体受到为了减小电刷间输出电压的脉动（发电机）和导体受到电磁转矩的脉动。实际的电枢绕组由于许多个线圈串联电磁转矩的脉动。实际的电枢绕组由于许多个线圈串联而成。如实验表明，当线圈数而成。如实验表明，当线圈数N大于时，脉纹系数小大于时，脉纹系数小于。于。主磁极主磁极换向磁极换向磁极电刷装置电刷装置机座机座端盖端盖电枢绕组电枢绕组电枢铁心电枢铁心换向器换向器转轴转轴磁极铁心磁极铁心励磁绕组励磁绕组电刷电刷刷握刷握绝缘支架绝缘支架压紧力调整装置压紧力调整装置定子定子转子转子直直流流电电机机图图3-5 三个串联线圈时电三个串联线圈时电 刷上的电动势波形刷上的电动势波形图图 3-6 国产直流电

5、机的结构国产直流电机的结构 三。直流电机工作的可逆性直流发电机直流电动机二。直流电机的基本结构二。直流电机的基本结构 直流电机由定，转子两部分组成，定转子之间留有直流电机由定，转子两部分组成，定转子之间留有气隙。直流电机的定子由主磁极，机座和电刷等部件组气隙。直流电机的定子由主磁极，机座和电刷等部件组成。转子（电枢）是由电枢铁芯，电枢绕组，换向器等成。转子（电枢）是由电枢铁芯，电枢绕组，换向器等部件组成。部件组成。主磁极。主磁极主磁极的作用是建立电机内的主磁场，主磁极的作用是建立电机内的主磁场，。机座。机座 直流电机的机座一般是由厚钢板焊接而成，或用铸直流电机的机座一般是由厚钢板焊接而成，或用

6、铸钢件（小型机座用铸铁件）制成。它既起支撑电机作用，钢件（小型机座用铸铁件）制成。它既起支撑电机作用，又是电机主磁路的一部分（磁轭）又是电机主磁路的一部分（磁轭）。电枢铁芯电枢铁芯电枢铁芯既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组的电枢铁芯既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组的支撑部件。通常它是由外圆周开齿槽的支撑部件。通常它是由外圆周开齿槽的0.5mm厚的硅钢厚的硅钢片叠成。片叠成。电枢绕组电枢绕组电枢绕组是由一定数目的电枢线圈，按照一定方式电枢绕组是由一定数目的电枢线圈，按照一定方式连接组成的。它组成直流电机的电路部分。连接组成的。它组成直流电机的电路部分。换向器换向器换向器是直流电机所特有的主要部

7、件之一，起换向器是直流电机所特有的主要部件之一，起“整整流流”和和“逆变逆变”的作用的作用电刷装置电刷装置电刷是直流电机电枢电路的引入和引出装置。电刷是直流电机电枢电路的引入和引出装置。换向极换向极换向极装在两个主磁极之间，以改善换向。换向极装在两个主磁极之间，以改善换向。直流电机的分类直流电机的分类励磁方式励磁方式 他励励磁绕组由其他直流电源供电。他励励磁绕组由其他直流电源供电。励磁方式励磁方式 自励励磁绕组与电枢绕组相连。自励励磁绕组与电枢绕组相连。 并励励磁绕组与电枢绕组并联。并励励磁绕组与电枢绕组并联。自励自励 串励励磁绕组与电枢绕组串联。串励励磁绕组与电枢绕组串联。 复励励磁绕组由两

8、个绕组组成，一个与电枢绕复励励磁绕组由两个绕组组成，一个与电枢绕组并联，一个与电枢绕串联。组并联，一个与电枢绕串联。他励电机并励电机串励电机复励电机四。直流电机额定值四。直流电机额定值直流电机额定值有：直流电机额定值有：（）额定功率（）额定功率P N(W, kW) 指电机在铭牌规定的额定指电机在铭牌规定的额定运行条件下电机的输出功率。运行条件下电机的输出功率。（）额定电压（）额定电压UN(V, kV) 指额定状态下电枢出线端指额定状态下电枢出线端的电压。的电压。（）额定电流（）额定电流I N(A) 指额定状态下，电机输出指额定状态下，电机输出额定功率，电枢端加额定电压时的电流。额定功率，电枢端

9、加额定电压时的电流。对发电机而言：对发电机而言：PN=UNIN对电动机而言：对电动机而言： NNNNIUP（）额定转速（）额定转速 Nn(转分，转分，r/min)指额定状态下运行时指额定状态下运行时转子的转速。转子的转速。（）额定励磁电压（）额定励磁电压UfN(仅对他励机而言）仅对他励机而言）.2直流电枢绕组直流电枢绕组电枢绕组组成直流电机电路部分，是直流电机实现电能量电枢绕组组成直流电机电路部分，是直流电机实现电能量转换的关键，它构成原则：转换的关键，它构成原则：（）一定电枢绕组应能产生尽可能大的感应电势。（）一定电枢绕组应能产生尽可能大的感应电势。（）允许通过一定的电枢电流，从而产生所需的

10、电磁转（）允许通过一定的电枢电流，从而产生所需的电磁转矩和电磁功率。矩和电磁功率。（）节省材料，结构简单，运行可靠。（）节省材料，结构简单，运行可靠。 叠绕组单叠绕组叠绕组单叠绕组 电枢绕组电枢绕组 复叠绕组复叠绕组 波绕组单波绕组波绕组单波绕组 复波绕组复波绕组一直流电枢绕组的构成一直流电枢绕组的构成电枢绕组是由基本单元电枢绕组是由基本单元-元件组成的元件组成的。单叠绕组单叠绕组单波绕组单波绕组两匝元件两匝元件名词：名词： 。 S元件数元件数。 Q槽数槽数 。 K换向片数换向片数 S=K。 每槽的上下层各包含的元件数。则每槽的上下层各包含的元件数。则uuQs 5。第一节距。第一节距y1 元件

11、的两条有效边在电枢表面所跨过的距离。通常元件的两条有效边在电枢表面所跨过的距离。通常用虚槽数表示，用虚槽数表示，y1为整数。应尽可能接近于一个极距离为整数。应尽可能接近于一个极距离（极距）（极距）短距绕组有利于换向，且端接短，节省用铜量，通常采短距绕组有利于换向，且端接短，节省用铜量，通常采用。用。第二节距。第二节距y2 相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第二相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边之间在电枢圆周所跨距离，用虚槽数计个元件的上层边之间在电枢圆周所跨距离，用虚槽数计算。算。合成节距。合成节距y相串联的两个元件的对应边在电枢圆周上所跨的距离，相串联的两个元件

12、的对应边在电枢圆周上所跨的距离，用虚槽数表示。用虚槽数表示。对于叠绕组而言，总是后一个元件叠在前一个元件上对于叠绕组而言，总是后一个元件叠在前一个元件上而波绕组则是将同极性磁场下的相应元件串联起来组成而波绕组则是将同极性磁场下的相应元件串联起来组成一支路。一支路。8.换向器节距换向器节距yc 在换向器表面，同一元件两个出线端所接的两个换在换向器表面，同一元件两个出线端所接的两个换向片之间所跨的距离。向片之间所跨的距离。yc用换向片数计算。用换向片数计算。yc=y 连接规律：相临的两个元件依次串联（前一元件尾连接规律：相临的两个元件依次串联（前一元件尾端通过换向片与后一元件首端相连）如图单叠端通

13、过换向片与后一元件首端相连）如图单叠绕组例：绕组例：2P=4 S=K=Q=16 u=1 单叠绕组如图单叠绕组如图二二.单叠绕组单叠绕组图图3-18 单叠绕组展开图单叠绕组展开图画展开图步骤：画展开图步骤： 、计算节距（、计算节距（y1,y2 ,y) 、画出槽，元件，元件边和换向片，且自左至右编、画出槽，元件，元件边和换向片，且自左至右编号。编号时将槽号，槽中的上层编号，上层边所连接的号。编号时将槽号，槽中的上层编号，上层边所连接的换向片号和元件号编为相同。换向片号和元件号编为相同。 、将各元件边按节距和连接方式连接成展开图。、将各元件边按节距和连接方式连接成展开图。 4、随意将电枢圆周等分为、

14、随意将电枢圆周等分为2p份，每份对应是一极。份，每份对应是一极。 、放置电刷原则：放置电刷原则：电刷之间引出的电动势最大电刷之间引出的电动势最大,为为使正负电刷之间引出的电动势最大，电刷应放在不同支使正负电刷之间引出的电动势最大，电刷应放在不同支路的交界处路的交界处; 电刷在电枢圆周均匀放置。在元件端接电刷在电枢圆周均匀放置。在元件端接时对称的情况下，电刷中心线恰好与磁极的中心线重合。时对称的情况下，电刷中心线恰好与磁极的中心线重合。称称“电刷放在几何中性线位置电刷放在几何中性线位置”。被电刷短路元件感。被电刷短路元件感应电势尽量小。应电势尽量小。由上可见由上可见:单叠绕组的并联支路数单叠绕组

15、的并联支路数2a等于电机的极数等于电机的极数p 2a=2pa并联支路对于单叠绕组的电刷个数与极数相等并联支路对于单叠绕组的电刷个数与极数相等三、单波绕组三、单波绕组 单波绕组的连接规律是：从某一换向片出发，把相单波绕组的连接规律是：从某一换向片出发，把相隔约为一对极距的同极性磁极下对应位置的所有元件串隔约为一对极距的同极性磁极下对应位置的所有元件串联起来，直到沿电枢和换向器绕过一周后，恰好回到出联起来，直到沿电枢和换向器绕过一周后，恰好回到出发换向片的相邻一片上，继续绕下一周，直到把所有元发换向片的相邻一片上，继续绕下一周，直到把所有元件连接完。件连接完。一、直流电机的空载气隙磁场一、直流电机

16、的空载气隙磁场f03.3空载和负载时直流电机的磁场空载和负载时直流电机的磁场afFFF主磁极电枢附加磁极主磁通0漏磁通二、负载时的电枢磁动势和电枢反应二、负载时的电枢磁动势和电枢反应 当电机带上负载时，电机中气隙磁场是由励磁磁动当电机带上负载时，电机中气隙磁场是由励磁磁动势势 和电枢磁动势和电枢磁动势 共同来产生的，共同来产生的，（ ）负载时电枢磁动势对主极磁势的影）负载时电枢磁动势对主极磁势的影响称为电枢反应。响称为电枢反应。faFFFfFaF1y为简单起见：为简单起见：1、忽略电枢齿槽影响，认为电枢导体均匀、忽略电枢齿槽影响，认为电枢导体均匀分布与电枢表面。分布与电枢表面。 2、电枢绕组为

17、整距（、电枢绕组为整距（ )交轴电枢磁动势和交轴电枢反应交轴电枢磁动势和交轴电枢反应当电刷与几何中性线上的导体相连时。当电刷与几何中性线上的导体相连时。 在直流电机中，电刷是电枢表面电流分界线。如图电在直流电机中，电刷是电枢表面电流分界线。如图电枢上半周电流为流出，下半周为流入。电枢磁势将建立一枢上半周电流为流出，下半周为流入。电枢磁势将建立一个两极磁场，且电枢磁动势的轴线总与电刷重合，在电刷个两极磁场，且电枢磁动势的轴线总与电刷重合，在电刷处电枢磁势达到最大，电刷在几何中性线上时，电枢磁势处电枢磁势达到最大，电刷在几何中性线上时，电枢磁势是一个与主极轴线（直轴是一个与主极轴线（直轴d轴）正交

18、的（交轴轴）正交的（交轴q轴）电枢磁轴）电枢磁动势（动势（ ）aqF 图3-23 电刷放在几何中性线上时的电枢磁动势和磁场a)元件电流分布和电枢磁场示意图 b)交轴电枢磁动势和磁场的分布极距极）安22/()(xxAfxa线负荷_DiZAaa2 AFaq2x2x 电枢磁动势沿电枢表面呈三角形分布；当电枢磁动势沿电枢表面呈三角形分布；当 (或或 )时，交轴电枢磁动势达到最大。时，交轴电枢磁动势达到最大。aZ其中：其中： 电枢绕组总导体数电枢绕组总导体数 ia导体内电流导体内电流 D电枢外径电枢外径 以上分析，是以电枢静止不动来说明的，即使电机以上分析，是以电枢静止不动来说明的，即使电机旋转，上述结

19、论仍然正确。忽略铁芯中磁压降（磁阻），旋转，上述结论仍然正确。忽略铁芯中磁压降（磁阻），由磁路欧姆定理则电枢表面由磁路欧姆定理则电枢表面X处的电枢磁场处的电枢磁场ba(x)为为：)()()(0 xxfxbaa 由于极靴下气隙小且均匀，所以极靴下由于极靴下气隙小且均匀，所以极靴下ba(x)与与fa(x)成正比也是直线形分布，由于两极中间气隙较大，所以极成正比也是直线形分布，由于两极中间气隙较大，所以极间部分电枢磁场大为削弱，所以电枢磁场如图间部分电枢磁场大为削弱，所以电枢磁场如图3-23b所示所示呈马鞍分布。呈马鞍分布。 图3-24 交轴电枢反应a)负载时的合成磁场 b)交轴电枢磁场和气隙合成磁

20、场分布图不难看出交轴电枢反应影响：不难看出交轴电枢反应影响：（1）、电枢磁场使主极磁场半个极下加强，半个极下减）、电枢磁场使主极磁场半个极下加强，半个极下减弱；引起气隙磁场畸变；使得电枢表面磁通密度为零的位弱；引起气隙磁场畸变；使得电枢表面磁通密度为零的位置偏移。置偏移。（2）、不计饱和时，电枢磁场使主磁磁场半个极下加强）、不计饱和时，电枢磁场使主磁磁场半个极下加强量与半个极下减弱量相同，每极下磁通量不变，电枢反量与半个极下减弱量相同，每极下磁通量不变，电枢反应既无增磁又无去磁作用；但若考虑磁路也饱和，增加应既无增磁又无去磁作用；但若考虑磁路也饱和，增加的不如减弱的多，电枢磁场对主极磁场有去磁

21、作用的不如减弱的多，电枢磁场对主极磁场有去磁作用.减小交轴电枢反应影响的方法：减小交轴电枢反应影响的方法：1）加换向极；）加换向极；2）加补偿绕组；）加补偿绕组；3）移刷；）移刷；直轴电枢磁动势和直轴电枢反应直轴电枢磁动势和直轴电枢反应电刷不在几何中线处，则电枢反应既有直轴电枢反应，又电刷不在几何中线处，则电枢反应既有直轴电枢反应，又有交轴电枢反应。设电刷从几何中性线移过有交轴电枢反应。设电刷从几何中性线移过角，相应的角，相应的电枢表面长电枢表面长b。则如图。则如图3-25a所示，由于电刷是电枢表面所示，由于电刷是电枢表面电流分界线，所以电枢磁势三角波亦随电刷移过电流分界线，所以电枢磁势三角波

22、亦随电刷移过 角，可角，可以等效地将其看作图以等效地将其看作图3-25b和和3-25a的共同作用结果，图的共同作用结果，图3-25b的分量是的分量是-2 b 范围内的导体所产生交轴磁势。最大值范围内的导体所产生交轴磁势。最大值为：图为：图3-25c所示分量为剩下所示分量为剩下 2b 范围内的载流导体产生的范围内的载流导体产生的直轴磁势。直轴磁势。电枢反应造成的影响：电枢反应造成的影响：1）、电枢磁场使主极磁场半个极下加强，半个极下减弱；）、电枢磁场使主极磁场半个极下加强，半个极下减弱；引起气隙磁场畸变；使得电枢表面磁通密度为零的位置偏引起气隙磁场畸变；使得电枢表面磁通密度为零的位置偏移。移。2

23、）、不计饱和时，电枢磁场使主磁磁场半个极下加强）、不计饱和时，电枢磁场使主磁磁场半个极下加强量与半个极下减弱量相同，每极下磁通量不变，如图量与半个极下减弱量相同，每极下磁通量不变，如图3-23b实线，电枢反应既无增磁又无去磁作用；但若考虑实线，电枢反应既无增磁又无去磁作用；但若考虑磁路也饱和，增加的不如减弱的多，电枢磁场对主极磁磁路也饱和，增加的不如减弱的多，电枢磁场对主极磁场有去磁作用。场有去磁作用。3）、产生电位差火花，使得换向困难。）、产生电位差火花，使得换向困难。1-5 直流电机的电枢电动势和电直流电机的电枢电动势和电磁转矩磁转矩 无论是直流发电机还是无论是直流发电机还是 电动机，电机

24、在旋转的过电动机，电机在旋转的过程中电枢导体程中电枢导体“切割切割”气隙磁场，就会产生感应电动势。气隙磁场，就会产生感应电动势。考虑到电枢反应，气隙磁场分布，假使如图考虑到电枢反应，气隙磁场分布，假使如图3-26所示，所示，电刷位于几何中性线，电枢导体有效长度为电刷位于几何中性线，电枢导体有效长度为l,导体导体“切切割割”气隙磁场的速度为气隙磁场的速度为v，则每根导体切割气隙磁场所，则每根导体切割气隙磁场所产生的感应电势为：产生的感应电势为：一、电枢绕组的感应电动势：一、电枢绕组的感应电动势：lvBeaZiaZaaaxBlvlvBE2121)(avaalvBaZE2avBlpnv260nCna

25、pZEeaa60nCEealBav为每极磁通量为每极磁通量apZCae60称电动势常数称电动势常数Za-总导体数总导体数a-并联支路对数并联支路对数二、直流电机的电磁转矩：二、直流电机的电磁转矩： 无论是直流电动机还是发电机，当电枢绕组有电流无论是直流电动机还是发电机，当电枢绕组有电流流过时，载流导体与磁场之间相互作用，会产生电磁转流过时，载流导体与磁场之间相互作用，会产生电磁转矩。矩。设电枢绕组为整距绕组，则每一极下电枢导体内电流的方设电枢绕组为整距绕组，则每一极下电枢导体内电流的方向相同，所受电磁转矩方向相同，且由于电机对称性，使向相同，所受电磁转矩方向相同，且由于电机对称性，使的电机各磁

26、极下导体所受电磁转矩大小相等，方向相同。的电机各磁极下导体所受电磁转矩大小相等，方向相同。所以，每一载流导体所受电磁转矩：所以，每一载流导体所受电磁转矩：2DliBTaii2DliBTaavav每一极下所有载流导体所受电磁转矩的平均值：每一极下所有载流导体所受电磁转矩的平均值：整个电枢上的电磁转矩：整个电枢上的电磁转矩：2DliBNTNTaavaveaIilBpDaaav22则电机内电磁转矩为：则电机内电磁转矩为：aTaeICIapNT2aI电枢绕组电流电枢绕组电流TC电磁转距常数电磁转距常数apZCaT2每极磁通量每极磁通量三、电磁功率：三、电磁功率：通过电磁作用传递的功率。通过电磁作用传递

27、的功率。TP电枢转动角速度电枢转动角速度602 naaIEP 电磁功率：电磁功率：3-5 直流电机的基本方程直流电机的基本方程1. 他励直流电机他励直流电机他励时，励磁电流由其他直流电源供给。所以：他励时，励磁电流由其他直流电源供给。所以：Ia=I对于发电机而言：对于发电机而言：aasaaRIUURIUE2sU2R电枢绕组电阻；电枢绕组电阻； 正负电刷的接触压降。正负电刷的接触压降。通常对于石墨通常对于石墨-炭电。炭电。Ra电枢回路总电阻，包括电刷接触电阻和电枢绕组电枢回路总电阻，包括电刷接触电阻和电枢绕组自身电阻。自身电阻。对于电动机而言：对于电动机而言：aaasaaasaRIEURIEUE

28、URIU223. 串励直流电机串励直流电机aIsI串励绕组电流串励绕组电流 并励绕组电流并励绕组电流励磁绕组与电枢绕组串联。励磁绕组与电枢绕组串联。saIII 电枢回路电压方程无变化，与他励电机相同。但电枢回路总电阻电枢回路电压方程无变化，与他励电机相同。但电枢回路总电阻Ra应包括串励绕组电阻。应包括串励绕组电阻。2. 并励直流电机并励直流电机fUU 励磁绕组与电枢绕组并联。励磁绕组与电枢绕组并联。IIIfa对于并励发电机而言：对于并励发电机而言：faIII对于并励电动机而言：对于并励电动机而言：电枢回路电压方程无变化，与他励电机相同。电枢回路电压方程无变化，与他励电机相同。二、转矩方程二、转

29、矩方程01TTTe20TTTe 依据左右手定则，可以判定：对于直流发电机而言，电磁转矩依据左右手定则，可以判定：对于直流发电机而言，电磁转矩是与电机旋转方向相反的一制动转矩，转矩方程式为：是与电机旋转方向相反的一制动转矩，转矩方程式为：且对于发电机而言，感应电势且对于发电机而言，感应电势Ea与电枢电流与电枢电流Ia方向一致。方向一致。aTeICTT1原动机驱动转矩原动机驱动转矩 To电机本身的机械阻力转矩电机本身的机械阻力转矩 Te电磁转矩电磁转矩 （ ） 对于电动机而言，电磁转矩与电机旋转方向相同，是一驱动转矩。对于电动机而言，电磁转矩与电机旋转方向相同，是一驱动转矩。矩平衡方程式为：矩平衡

30、方程式为：T2电动机轴上所带负载转矩电动机轴上所带负载转矩 且对于电动机而言，感应电势且对于电动机而言，感应电势Ea与电枢电流与电枢电流Ia方向相反。方向相反。Ea为为反电动势。反电动势。 直流电机的电磁转矩和外施转矩 a)发电机 b)电动机三、电磁功率三、电磁功率 负载运行时，电枢绕组感应电势负载运行时，电枢绕组感应电势Ea和电枢电流和电枢电流Ia的乘积称为的乘积称为电磁功率。即：电磁功率。即：aaeIEP eaaaaaaeTIapZInapZIEP260由：由：eaaTIE可得结论：可得结论：eTaaIEaaIEeT 对于发电机而言，对于发电机而言， 是原动机为克服电磁转矩而输入的机是原动

31、机为克服电磁转矩而输入的机械功率。械功率。 为电枢发出的电功率，由于能量守恒，二者相等；为电枢发出的电功率，由于能量守恒，二者相等；对于电动机而言，对于电动机而言， 是电枢绕组所吸收的电功率，是电枢绕组所吸收的电功率， 是是电磁转矩对机械负载所作的电功率，由于能量守恒，二者也相等。电磁转矩对机械负载所作的电功率，由于能量守恒，二者也相等。四、直流电机的可逆性四、直流电机的可逆性 从原理上讲，任何电机既可作为发电机，又可作为电从原理上讲，任何电机既可作为发电机，又可作为电动机运行，这是电机的可逆原理。运行方式决定输入能量动机运行，这是电机的可逆原理。运行方式决定输入能量的性质。的性质。 发电机时

32、，原动机克服电磁转矩和损耗转矩，拖动发电机时，原动机克服电磁转矩和损耗转矩，拖动电机旋转，电机旋转，EaU Ia与与Ea方向相同，电机向电网供电，机方向相同，电机向电网供电，机械能转换为电能。械能转换为电能。 电动机时：若从发电机状态不断减小原动机输入，电动机时：若从发电机状态不断减小原动机输入，n减小，减小，Ea减小，当减小，当Ea=U时时 Ia=0 Te=0 电动机空载运行，电动机空载运行，若去掉原动机若去掉原动机 n减小，减小， Ea 减小减小,Ea U，电机进入发电，电机进入发电机状态，此时电磁转矩起制动作用，限制转速继续上升。机状态，此时电磁转矩起制动作用，限制转速继续上升。将电机的

33、位能转换成电能回馈给电网。称为回馈制动。将电机的位能转换成电能回馈给电网。称为回馈制动。3-7 单相串励电动机单相串励电动机单相串励电动机单相串励电动机-交、直流两用电机交、直流两用电机-单相整流子电单相整流子电机。机。一、工作原理一、工作原理采取特殊结构，减少铁心损耗。采取特殊结构，减少铁心损耗。 既有大的启动转矩，随负载增大又转速迅速下降，既有大的启动转矩，随负载增大又转速迅速下降，使用于电钻、电扳手、攻丝机等。使用于电钻、电扳手、攻丝机等。二、结构二、结构定子铁心、定子绕组、电刷与机壳组成定子部分；定子铁心、定子绕组、电刷与机壳组成定子部分；国产该电机的槽数为国产该电机的槽数为9、11、

34、19等几种。等几种。该种电机的转速一般在几千转该种电机的转速一般在几千转/分到一万转分到一万转/分分3-8 整流电源供电对直流电动机整流电源供电对直流电动机的影响的影响 晶闸管整流电源比直流发电机经济、效率高、质量轻、晶闸管整流电源比直流发电机经济、效率高、质量轻、使用维护方便。单其输出电压多为脉动直流，如图所示使用维护方便。单其输出电压多为脉动直流，如图所示交流成分引起：交流成分引起：3、噪音增加，振动加剧、噪音增加，振动加剧脉动直流牵引电动机脉动直流牵引电动机1、电机换向困难；、电机换向困难；2、电机损耗增加，效率降低；、电机损耗增加，效率降低；整流电源对直流电动机带来的影响和改进措施：整

35、流电源对直流电动机带来的影响和改进措施：1、交流分量产生交变的磁通，将在机座，主极贴心中产、交流分量产生交变的磁通，将在机座，主极贴心中产生涡流；生涡流； 主极采用薄钢板或硅钢片；主极采用薄钢板或硅钢片；2、交流分量在换向极磁路中产生交变的磁通，产生涡流、交流分量在换向极磁路中产生交变的磁通，产生涡流损耗，磁滞现象可能使换向极磁场落后与电枢磁场，改善损耗，磁滞现象可能使换向极磁场落后与电枢磁场，改善换向极；换向极；3、接平波电抗器；、接平波电抗器；3-10 直流电动机的一般实验方法直流电动机的一般实验方法1、型式实验、型式实验2、出厂实验、出厂实验大修后电机实验前大修后电机实验前（1）实验前的

36、一般检查）实验前的一般检查1、电刷、电刷2、换向器、换向器3、电机转动是否灵活、电机转动是否灵活4、电机的接线、电机的接线一、型式实验一、型式实验（2）实验内容及方法：）实验内容及方法：1、测量绝缘电阻；、测量绝缘电阻；2、测量直流电阻、测量直流电阻)15(115RR电桥法：单臂桥（测量大电阻），双臂桥（测量小电阻）电桥法：单臂桥（测量大电阻），双臂桥（测量小电阻）电流电压表法（注意表的先后顺序）电流电压表法（注意表的先后顺序）万用表万用表3、空载实验、空载实验空载特性空载特性: 测量空载特性曲线，空载损耗；进行超速实验。测量空载特性曲线，空载损耗；进行超速实验。4、负载实验、负载实验校核电机

37、的换响器火花，温升，转速。校核电机的换响器火花，温升，转速。6、耐压实验、耐压实验5、温升实验、温升实验)235(1112tRRR1kW以下的电机，加以下的电机，加2UN+500V电压，电压，1kW以上的电机，以上的电机，加加2UN+500V电压电压A.电阻法；电阻法；B.温度计法；温度计法；C.埋置检温计法埋置检温计法3-11 直流电机的换向直流电机的换向1、火花现象：、火花现象：2、换相过程、换相过程3 3、火花产生的原因、火花产生的原因 (1)电磁方面电磁方面1）换向电势：电抗电势；电枢反应电势；换向极电势）换向电势：电抗电势；电枢反应电势；换向极电势2）换向元件中的电流）换向元件中的电

38、流（2）机械方面原因）机械方面原因四、改善换向方法：四、改善换向方法：1）加换向极；）加换向极；2）合理选择电刷；）合理选择电刷；五、换向器的保养五、换向器的保养1、不应有机械损伤和烧焦的痕迹、不应有机械损伤和烧焦的痕迹2、长期运行表面形成一层褐色光泽的膜，应予以保护、长期运行表面形成一层褐色光泽的膜，应予以保护3、表面出现粗燥、烧焦时可以研磨、车削、表面出现粗燥、烧焦时可以研磨、车削4、云母片铣成、云母片铣成1.5mm凹槽凹槽车削时应将电枢线圈端部及接头片覆盖，车削速度小于车削时应将电枢线圈端部及接头片覆盖，车削速度小于1.5m/s，车削深度及每转进刀量均不大于，车削深度及每转进刀量均不大于

39、0.1mm，且车削，且车削时换向器不能有轴向位移时换向器不能有轴向位移3-12 直流电动机的使用、维护和直流电动机的使用、维护和故障处理故障处理一、电机的正确选择一、电机的正确选择直流电机运行过程中主要注意：绝缘材料、轴承、换响直流电机运行过程中主要注意：绝缘材料、轴承、换响器、电刷器、电刷1、正确选择电机的功率；、正确选择电机的功率；负载转矩、转速变化、启动情况、温升、通风、过载等负载转矩、转速变化、启动情况、温升、通风、过载等负荷率一般：负荷率一般：0.75-0.9。2、正确选择电机的结构型式、正确选择电机的结构型式安装形式（立式安装形式（立式V、卧式、卧式B）防护形式（开启、防护、封闭、防爆）防护形式（开启、防