第1章 直流电机

第1章直流电机1.1直流电机的基本工作原理1.2直流电机的结构、额定值和主要系列1.3直流电机的电枢绕组1.4直流电机的磁场1.5直流电动机1.6直流发电机1.7直流电机的换向第1章直流电机主要内容：

直流电机的用途及工作原理、直流电机的结构与型号、直流电机的磁路、空载磁势的气隙磁密与空载磁化特性、直流电机的电枢绕组、电枢电动势与电磁转矩、直流发电机和直流电动机的特性、直流电机的换向问题。学习要求：

了解直流电机的主要结构。理解直流电机的基本工作原理，额定值及重要系列产品。了解直流电机的磁路：空载时气隙磁通密度的分析波形与空载磁化特性,直流电机的电枢绕组：单叠绕组，单波绕组。掌握直流电动机的运行原理；直流电动机的运行特性。直流电机的可逆性；直流电动机的基本方程式；直流电动机的工作特性。了解直流电机的换向理论；改善换向的措施。电机是利用电磁作用原理进行能量转换的机械装置。直流电机能将直流电能转换为机械能，或将机械能换转为直流电能。将直流电能转换为机械能的叫做直流电动机，将机械能转换为直流电能的叫做直流发电机。直流电机的外观直流电机的优点：直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。缺点：由于存在换向器，限制了直流电机的极限容量，维护大；其制造复杂，价格较高。简单交流发电机模型1.1直流电机的基本工作原理1.1.1直流电动机的基本工作原理1.1.2直流发电机的基本工作原理磁极对N,S不动;线圈abcd

旋转;换向片1,2旋转;电刷及出线A,B不动。1.1.1直流电动机的基本工作原理直流电机物理模型1.1直流电机的基本工作原理ABabcd将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组，使电枢导体abcd内有电流流过。电机内部有磁场存在。线圈无原动机拖动。载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力f

的作用（安培定律）

f=Bli（左手定则）所有导体产生的电磁力作用于转子，拖动机械负载旋转。直流电动机的工作原理1、电枢里的绕组电流是交变的；2、产生的电磁转矩是单向的(因换向器的缘故)；3、实际上电机的电枢不止一个线圈，但电磁转矩是一样的。

分析直流电动机的工作过程结论:两极直流发电机的过程1.1.2直流发电机的基本工作原理直流发电机的模型与直流电动机相同，不同的是电刷上不加直流电压，而是用原动机拖动电枢朝某一方向例如朝逆时针方向旋转，如图所示。结果：电刷A——在N极下（+）电刷B——在S极下（-）直流电电机的可逆运行原理：

从上述分析可知：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行也可以作为发电机运行，这种原理在电机理论中称为可逆原理。

上述结论也适合于交流电机。旋转电机都是由定子和转子两大部分组成。1.2直流电机的结构、额定值和主要系列1.2.1直流电机的结构纵剖面图横剖面图1－风扇；2－机座；3－电枢；4－主磁极；5－刷架；6－换向器；7－接线板；8－出线盒9－换向极；10－端盖定子：产生磁场主磁极（励磁绕组主极铁心）换向极（绕组和铁心）机座端盖电刷装置转子：产生电磁转矩或感应电动势电枢绕组、电枢铁心换向器转轴、风扇

（1）定子部分1）主磁极：主磁极的作用是建立主磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心采用0.5～1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁极1－主极铁心2－励磁绕组3－机座2）换向极

——换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的火花。换向极结构和主磁极类似，是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成，并用螺杆固定在机座上。换向极的个数一般与主磁极的极数相等，在功率很小的直流电机中，也有不装换向极的。1—换向极铁心；2—换向极绕组

3）机座

——电机定子部分的外壳。机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者用铸钢件（小型机座用铸铁件）制成。机座的两端装有端盖。4）电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，如图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。电刷装置1－刷握；2－电刷；3－压紧弹簧；4－铜丝辫电刷架结构

1—电刷；2—刷握；3—弹簧压板；4—座圈；5—刷杆1)电枢铁心

——电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的硅钢片叠压夹紧而成，如图所示。小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上，大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架上，然后再将支架固定在轴上。铁芯的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。(2)转子(电枢)部分2）电枢绕组——作用产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行机电能量转换的关键部件。电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘（右图），并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。槽楔导体槽底绝缘层间绝缘槽绝缘线圈绝缘3）换向器—在直流电动机中，换向器配以电刷能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流；在直流发电机中能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为直流电动势。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形环夹紧而构成，如图所示。小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒，再用塑料通过热压制成。云母环V型套筒换向片连接片普通换向器塑料换向器4)转轴—转轴起转子旋转的支撑作用，一般采用圆钢加工而成。额定值：是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机）在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。1.2.2直流电机的额定值直流电机的额定值主要有：☆额定功率PN——指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率。对直流发电机来说，是指电刷端输出的电功率，对直流电动机来说，是指轴上输出的机械功率。单位：W或kW、

MW。☆额定电压UN——指额定状态下电枢绕组的输出电压，单位：V。☆额定电流IN——指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，单位：A。☆额定转速nN——指额定状态下运行时转子的旋转速度，单位为r/min。注意：额定容量，对直流发电机来说，是指电刷端输出的电功率，对直流电动机来说，是指轴上输出的机械功率。所以，直流发电机的额定容量为：而直流电动机的额定功率为：ηN是直流电机的额定效率。额定值还有ηN，TN等。如果I＜IN，为欠载或轻载；如果I＞IN，为过载或超载；如果I＝IN，为满载运行。欠载运行额定运行状态过载运行运行效率低，浪费过热损坏机器正好1.2.3直流电机的主要系列Z2，Z3，Z4，ZD2，ZF2等，详见课本P14●复习上节课主要内容直流电机的结构、额定值和主要系列结构：定子，转子额定值：额定功率与额定电流、额定电压的关系系列产品直流发电机：直流电动机：1.3直流电机的电枢绕组电枢绕组是直流电机产生电磁转矩和感应电动势，实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为电枢.直流电机电枢绕组最基本的形式有两种：单叠绕组、单波绕组元件：构成绕组的线圈称为绕组元件。每个线圈有两个有效边，分别位于电枢圆周相距一个极距的两个槽中。一个边在上层时，另一个边一般在下层。1.3.1元件与节距(1)电枢绕组元件绕组线圈结构上层有效边端接部分端接部分下层有效边线圈首端线圈尾端绕组元件放置在槽上层的有效边，称上层边（画成实线）；放置在下层的有效边，称下层边（画成虚线）。元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。电枢绕组：绕组元件按一定规律连接形成。

单叠绕组：

单波绕组：单叠、单波绕组联接示意图叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。S——元件数（线圈数）K——换向片数＝元件数Zu——总虚槽数（把一个上层元件边与一个下层元件边看成一个虚槽）Z——总实槽数，电枢铁芯实际的槽数u——一个实槽的虚槽数u=1

电枢绕组的元件数和换向片数、槽数之间的关系：

因为每一个线圈有两个边，而每一换向片总是把一个线圈的尾端与紧跟的另一个线圈的首端焊接在一起，因此，线圈数与换向片数相等；如果电枢铁心每个槽内只安排一个上层边和一个下层边，这样，线圈数又与单元槽数相等。由此可知，一台直流电机的元件数S与换向片数K、槽数Z之间有关系为：

S=K=Z

指被联结起来的两个元件边或换向片之间距离。以跨过的元件数或槽数或换向片数来表示。第一节距、第二节距、合成节距、换向器节距。(2)节距极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用表示。

1）第一节距y1：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离，用槽数表示。

=整数e±=pZy21

y1=τ为整距绕组y1＜τ为短距绕组

y1＞τ为长距绕组为使每个元件的感应电动势最大：4）换向片节距yk：同一元件首末端连接的换向片之间的距离，用换向片数表示。yk

y=yk，对单叠绕组：y=yk=1

2）第二节距y2：第一个元件的下层边与相连的第二个元件的上层边在电枢表面跨过的距离，用槽数表示。

对单叠绕组：y2=y1-y

3）合成节距y：直接相连的两个元件的对应边在电枢表面跨过的距离，用槽数表示。

y单波绕组的节距

第一节距y1：

第二节距y2

合成节距y

换向片节距yk对单波绕组：y=y1+y2y=yk1.3.2单叠绕组单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节距均为1，即：（1）计算节距【举例】

一台4极16槽直流电机，已知换向片数K=16；电枢绕组的线圈数S=16；试画出整距右行单叠绕组展开图。【分析】

每槽两个边，每个线圈两个边，所以槽数Z=线圈数S=16,极距τ＝Z/2p＝16/4＝4槽。

因为要求为整距线圈即第一节距y1＝τ＝4（槽）

又因为单叠右行，则合成节距y＝1；

则第二节距y2＝y1－y＝3（槽）；换向片节距yk＝1。

画出均匀分布的平行竖线代表电机各槽的元件边，下层边用虚线，上层用实线画；标出槽号：画出第一个元件，跨1~5。展开图中可以把一个元件画成一匝。[注意元件的端部要画对称]在第一个元件的引出线端画出换向器的两根横平行线，并标出换向片号；换向片号与所连的上层边槽号要相同。依次串联16个元件。再画出各磁极N、S、N、S。画出电枢转向和电刷连线。绕组展开图和元件联接图如下：（2）绘制绕组展开图极数2p=4元件S=16换向器K=16槽数Z=16右行绕组单叠绕组连接顺序表（3）单叠绕组连接顺序表单叠绕组并联支路图(4)单叠绕组的并联支路图1）同一个磁极下各元件串联成一个支路，并联支路对数等于极对数a=p。2）电刷在换向器表面的位置对准主磁极中心线时，正负电刷间引出的感应电动势为最大，被电刷短路的元件里的感应电势最小。3）电刷杆数等于极数。(5)单叠绕组的特点1）第一节距y1

2）合成节距y和换向器节距yk选择yk应使串联的元件感应电动势方向同向1.3.3单波绕组1-=Kpyk（1）节距

单波绕组的换向器节距为yk是一个整数

3）第二节距y2pKyk1-=（2）单波绕组的展开图2p=4，Z=S=K=15y1=3yk=7y=7y2=4极距：pKyk1-=换向片节距：Z=15，2p=4单波绕组展开图单波绕组连接顺序表(3)单波绕组的连接顺序表单波绕组的并联支路图(4)单波绕组的并联支路图1）同极性下各元件串联起来组成一个支路，支路对数a=1，与磁极对数p无关。2）元件几何对称时，支路电动势最大（电刷间）3）电刷杆也等于极数（5）单波绕组的特点：结论在电机的极对数（大于1）、元件数、导体截面积相同情况下，单叠绕组并联支路数多，每个支路里的元件少，适合较低电压较大电流的电机。单波绕组，支路数永远为1，每个支路里含的元件数较多，适合较高电压、较小电流的电机。1.4直流电机的磁场直流电机无论是作发电机运行还是作电动机运行，都必须具有一定强度的磁场，所以磁场是直流电机进行能量转换的媒介。1.4.1直流电机的励磁方式1.4.2直流电机的空载磁场1.4.3直流电机的电枢反应及负载磁场1.4.4电枢绕组的感应电动势1.4直流电机的磁场1.4.1直流电机的励磁方式定义：

直流电机励磁绕组的接线方式称为励磁方式。实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接。直流电机的励磁方式有他励和自励（串励、并励和复励）。他励——励磁电流由其他直流电机单独供给，自励——电机的励磁电流由电机自身供给。不同励磁方式的直流电机有不同的特性。电枢绕组与励磁绕组并联电枢绕组与励磁绕组串联励磁绕组由直流电源单独供电有并励又有串励绕组励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电，励磁电压Uf与电枢电压U彼此无关，如图（a）所示。（1）他励直流电机励磁绕组和电枢绕组并联，由同一电源供电，励磁电压Uf等于电枢电压U，如图（b）所示。并励电动机的运行性能与他励电动机相似。（2）并励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联后再接于直流电源，此时的电枢电流就是励磁电流，如图（c）所示。（3）串励直流电机电动机有并励和串励两个励磁绕组。并励绕组与电枢绕组并联后再与串励绕组串联，然后接于电源上，如图（d）所示。（4）复励直流电机1.4.2直流电机的空载磁场直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，电枢磁通势也很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，发电机不输出电功率，电动机不输出机械功率。所以直流电机空载时的磁场可认为是由励磁磁动势单独建立的磁场。当励磁绕组通入励磁电流，各主磁极极性依次呈现为N极和S极，由于电机磁路结构对称，不论极数多少，每对极的磁路是相同的，因此只要分析一对极的磁路情况就可以了。直流电机的空载磁场NS主磁通漏磁通漏磁通：仅交励磁绕组本身，不进入电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩，称为漏磁通。Fs(1)主磁通和漏磁通空载时直流电机的磁场分布：F0主磁通：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回路。它同时与励磁绕组及电枢绕组交链，能在电枢绕组中感应电动势和产生电磁转矩，称为主磁通。特点：1）由同一个磁通势所产生2）所走的路径不同，这就导致了他们对应磁路上所产生的磁场的分布规律不同。主磁通磁路的磁导较大；漏磁通磁路以空气为主，磁导较小，而作用在这两条磁路的磁通势是相同的。

为了产生感应电动势或电磁转矩，直流电机气隙中需要有一定量的每极磁通，空载时，气隙磁通

与空载磁通势或空载励磁电流的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。电机的磁化曲线可以通过电机磁路计算求的。电机的主磁通所经过的磁回路由主磁极铁心、气隙、电枢齿、电枢铁心和磁轭等五部分组成。所以电机磁化曲线的形状必然和所采用的铁磁材料的B-H曲线相似。(2)直流电机的空载磁化特性当磁通较小时，铁磁部分没有饱和，磁压降很小，整个磁路的磁动势几乎全部消耗在气隙上，而气隙的导磁系数是一个常数，因此曲线近似为一直线（图中0A段）；当磁通增大时，曲线逐渐弯曲，很大时，呈饱和特性。

为了经济、合理地利用材料，一般直流电机额定运行时，额定磁通设定在图中A点（膝部），即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。

空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。

磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。

空载时的气隙磁通密度为一平顶波，如图所示。(3)空载磁场气隙磁密分布曲线

直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁通势称为电枢磁通势。电枢磁通势的出现使电机的磁场发生变化。负载时电机中的气隙磁场由励磁磁通势和电枢磁通势共同建立。

直流电机工作中，主磁极产生励磁磁通势，电枢电流产生电枢磁通势。电枢磁通势对励磁磁通势的影响称为电枢反应。1.4.3直流电机的电枢反应及负载磁场(1)直流电机的电枢反应

右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。

假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况。（2）直流电机的电枢磁场一个绕组元件的磁通势磁通势流入定子为正，流出为负。如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图所示。由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图所示。直流电机的电枢反应(3)负载时的气隙合成磁场电枢磁场磁通密度分布曲线Bax主磁场的磁通密度分布曲线Box两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线Bδx直流电机的电枢反应(3)负载时的气隙合成磁场

1）磁路不饱和时把主磁场与电枢磁场合成，将合成磁场与主磁场比较，即1与4比较。磁场发生畸变。物理中性线偏离几何中性线。2）磁路饱和时

实际的气隙合成磁场分布曲线为5，磁通减小。这就是电枢反应的去磁作用。由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：1)使气隙磁场发生畸变

空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线，磁通密度的曲线与空载时不同。

2)对主磁场起去磁作用

磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电枢反应为去磁作用。1.4.4电枢绕组的感应电动势产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为感应电动势。电枢绕组的电动势是指直流电机正负电刷之间的感应电动势，也就是电枢绕组里每条并联支路的感应电动势。大小:一根导体内的感应电动势：

Bav与每极主磁通

的关系为

由此导得

线速度v可以表示为

式中：为极距；p为极对数；n为电枢转速；L为导体的有效长度。)(电动势常数为电机的结构常数其中可见，直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关。性质:

发电机——电源电势；电动机——反电势。直流电机的电枢电动势：1.4.5电枢绕组的电磁转矩产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩.大小:一根导体在磁场中所受电磁力的大小:一根电枢导体产生的电磁转矩为:为电机的转矩常数，有其中可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电流成正比。性质:

发电机——制动(与转速方向相反)；电动机——驱动(与转速方向相同)。电枢绕组的电磁转矩：●总结直流电机的磁场空载磁场电枢反应负载时的合成磁场电枢绕组的感应电动势电枢绕组的电磁转矩1.5直流电动机1.5.1直流电动机稳态运行的基本关系式1.5.2并励直流电动机的工作特性1.5.3串励直流电动机的工作特性1.5.4复励直流电动机的工作特性按励磁方式的不同，直流电动机分他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机4类。规定各物理量的参考方向如图,电动机的基本方程如下：1.5.1直流电动机稳态运行的基本关系式并励直流电动机(1)电压平衡方程式并励直流电动机在稳定运行时，加在电枢两端电压为U，电枢电流为Ia，电枢电动势为Ea，由电动机工作原理可知Ea是反电势。（2）转矩平衡方程式并励电动机的电磁转矩T为驱动性质的转矩。当电动机以恒定的转速稳定运行时，电磁转矩与负载转矩T2及空载转矩T0相平衡：由此可见，电动机轴上的电磁转矩一部分与负载转矩相平衡，另一部分是空载损耗。（3）功率平衡方程式电压平衡方程式转矩平衡方程式：直流电动机工作时，从电网吸取电功率，除去电枢回路的铜损耗，及励磁回路铜耗，其余部分转变为电枢上的电磁功率。电磁功率并不能全部用来输出，它的一部分是运行时的机械损耗、铁损和附加损耗，剩下的部分才是轴上对外输出的机械功率。

直流电动机功率流程图：并励他励1.5.2并励直流电动机的工作特性并励直流电动机的工作特性是指在,励磁电流，电枢回路不串电阻时，电动机的转速n、电磁转矩T

和效率分别与电枢电流之间的关系。

转速特性

转矩特性

效率特性当U=UN，If=IfN时，n=f(Ia)

忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性关系变化(1)转速特性电压平衡方程式当U=UN，If=IfN时，T=f(Ia)转矩表达式

考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度比电流上升的慢。线性关系(2)转矩特性当U=UN，If=IfN时，η=f(Ia)不随负载电流变化的损耗称为不变损耗。当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分消耗在不变损耗上；负载电流增大，效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流增大到一定程度时铜损快速增大此时效率又变小。(3)效率特性并励电动机的工作特性

电枢电流与励磁电流关系：转速特性

当电枢电流不大时，转速特性具有双曲线性质；当负载电流为零时，电机转速趋于无穷大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行。1.5.3串励直流电动机的工作特性

当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：转矩特性电磁转矩与电枢电流的平方成正比，启动转矩和最大转矩比并励电动机大很多，当负载电流较大时，和并励直流电机相同。1.5.3串励直流电动机的工作特性效率特性：和并励直流电机相同。复励直流电动机

积复励介于并励直流电动机和串励直流电动机之间。1.5.4复励直流电动机的工作特性复励直流电动机的转速特性1.6直流发电机根据励磁方式的不同，直流发电机可以分为他励直流发电机、并励直流发电机、串励直流发电机和复励直流发电机。现在主要采用他励直流发电机，为此本节只介绍这种发电机。如图规定各物理量的参考方向（1）电动势平衡方程式从方程式可见，直流发电机满足（2）转矩平衡方程式发电机轴上有三个转矩：原动机输入给的驱动转矩、电磁转矩和机械摩擦及铁损引起的空载转矩。转矩平衡方程为：1.6.1直流发电机稳态运行时的基本方程式（3）功率平衡方程式原动机输入给发电机的机械功率

机械摩擦损耗、铁损耗空载损耗包括：电磁功率

电磁功率一方面代表电动势为的电源输出电流时发出的电功率，一方面又代表转子旋转时克服电磁转矩所消耗的机械功率。电枢回路电阻及电刷与换向器表面接触电阻上的铜损耗输出的电功率自励发电机中还应减去励磁损耗他励直流发电机的功率流程图●复习上节课主要内容1.直流电动机、直流发电机的3个平衡关系电压平衡转矩平衡功率平衡2.直流电动机的3个工作特性转速特性转矩特性效率特性（1）空载特性1.6.2他励直流发电机的运行特性可通过空载实验来测定他励直流发电机试验线路定义:空载特性是指原动机的转速n=nN，输出端开路，负载电流I=0（Ia=0）时，电枢端电压与励磁电流之间的关系，即：U0=ƒ(If)。空载特性实质上就是。所以空载特性曲线的形状与空载磁化特性曲线相同。

直流发电机的空载特性是非线性的，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作为空载特性曲线。空载时（2）外特性定义：当、时，负载实验接线图（2）外特性

由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降。

根据可知端电压下降有两个原因：1)在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁作用使每极磁通量减少，使电动势减少；2)电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压下降。（5～10）%1.7直流电机的换向

就一个具体的电枢元件(线圈)来说，其电流总是不断变化的。或者说电枢旋转时，每个具体的电枢元件总是不断地从一个支路转进另外一个支路。元件中电流的方向改变的过渡过程称为换向过程，简称换向。

为了分析方便假定换向片的宽度等于电刷的宽度。元件112

电刷与换向片1接触时，元件1中的电流方向如图所示，大小为。电刷同时与换向片1、2接触时，元件1被短路，电流被分流。

电刷仅与换向片2接触时，元件1中的电流方向如图所示，大小为

换向刚开始时

处于换向中时