电机及拖动基础北方工业大学三

电机与拖动基础

第一章直流电机2本章教学基本要求1.了解直流电机主要结构，注意换向器和电刷的作用；2.熟悉直流发电机和直流电动机基本工作原理，理解感应电动势和电磁转矩这两个机电能量转换要素的物理意义，掌握求解它们的计算方法；3.掌握直流电机的运行原理，电动势、转矩平衡方程式以及不同励磁方式的直流电机的工作特性；4.了解直流电机的换向。3重点

直流电机的基本平衡方程式和工作特性。4直流电机（dcmachines）

是将机械能转换为直流电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机(dcgenerators)，把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机(dcmotor)。5直流发电机的基本工作原理6直流发电机的基本工作原理

电枢逆时针旋转时，导体切割磁力线，根据电磁感应定律导体内产生感应电动势，大小为e=Bxlv。感应电动势方向由右手定则判定，伸开右手使大拇指与四指呈90°，当磁力线指向手心，大拇指指向导体运动方向，则四指的指向为导体中感应电动势方向。7直流发电机的基本工作原理在图(a)中ωt=0°时，A端为☉，与之相接触的电刷B1为“+”，X端为⊕，与之相接触的电刷B2为“-”

当电枢旋转了180°后，在图(b)中ωt=180°时，X端旋转到N极下，X端为☉，A端旋转到S极下，A端为⊕其波形如图1-3所示。8气隙磁蜜分布波形9线圈AX的感应电势波形10刷间电动势波形11分析N极下导体电动势指向纸外，电刷B1总为“+”；S极下导体电动势指向纸内，电刷B2总为“-”，不难看出，线圈中的电动势是交流电动势，而通过换向器的作用，使电刷间的电动势为直流电动势。

12换向器和电刷的共同作用在直流发电机中，换向器和电刷的共同作用：①将线圈中的交流电动势整流成刷间的直流电动势；②把转动的电路与外面不转的电路联接。13说明从刷间电动势波形看，电动势脉动很大，为了减小电动势的脉动程度，实际电机采用很多元件组成电枢线圈，均匀分布在电枢表面，并按一定规律联接，刷间串联元件数增多，脉动减小，就得到所需的直流电。14直流电动机的基本工作原理15直流电动机的基本工作原理

将直流电加到电刷上（B1为+、B2为-），线圈AX上就有电流通过（A端为⊕、X端为☉），根据电磁力定律，载流导体在磁场中要受力，大小为：f=Bxli（N），方向由左手定则确定。16直流电动机的基本工作原理载流导体受力方向的确定：伸开左手使大拇指与四指呈90°，当磁力线指向手心四指的指向为导体中电流方向，则大拇指指向导体受力方向在图1-5中A受向左的切向力，X受向右的切向力，这一对力形成了力矩T(称电磁转矩)，使电枢按逆时针方向旋转。17换向器和电刷的共同作用在直流电动机中，换向器和电刷的共同作用：①将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电；②把外面不转的电路与转动的电路联接。18直流电机的主要结构直流电机由两大部分组成：定子（静止部分）和转子（转动部分或称电枢）

19直流电机的主要结构1）定子定子由主磁极、换向极、电刷装置、机座等组成。20直流三电机三的主三要结三构主磁三极由主三极铁三心和三励磁三绕组三组成三，铁三心用1~三1.三5m三m的钢三板冲三片叠三成，三外套三励磁三绕组三。主三磁极三的作三用是建立三主磁三场，三它总三是成三对出三现，N、S极交三替排三列。21直流三电机三的主三要结三构换向三极由铁三心和三绕组三组成三，铁心三一般三是由三整块三钢组三成换向三极安三放在三相邻三两主三磁极之三间，三它的三作用三是改三善电机三的换三向。22直流三电机三的主三要结三构电刷三装置由电三刷、三刷握三、刷三杆、三压紧三弹簧三等组三成，三它的作用三是联三接转三动和三静止三之间三的电三路。机座作用三是固三定主三磁极三等部三件，三同时三也是三磁路三的一部分三。23直流三电机三的主三要结三构24直流三电机三的主三要结三构2）转三子（三电枢三）转子三由电三枢铁三心、三电枢三绕组三、换三向器三、转三轴等组成三。25直流三电机三的主三要结三构电枢三铁心一般三用0.三5m三m涂过三绝缘三漆的三硅钢三片叠三压而三成，三作用是三嵌放三电枢三绕组三，同三时它三又是三电机三主磁三路的三一部分。26直流三电机三的主三要结三构电枢三绕组由绝三缘导三线绕三制成三的线三圈（三又称三绕组三元件三）按一定三规律三联接三组成三，每三个元三件两三个有三效边三分别三嵌放在电三枢铁三心表三面的三槽内三，元三件的三两个三出线三端分三别与两个三换向三片相三连。三电枢三绕组三的作三用是三产生三感应三电动势和三电磁三转矩三，是三实现三机电三能量三转换三的枢三纽。27直流三电机三的主三要结三构换向三器由许三多相三互绝三缘的三换向片三组成三，作三用是三将电三枢绕组三中的三交流三电整三流成三刷间的三直流三电或三将刷三间的三直流电三逆变三成电三枢绕三组中三的交流三电。28直流三电枢三绕组直流三电机三电枢三绕组三的基三本形三式是三单叠三和单三波。29直流三电枢三绕组匝数三为1的是三单匝三元件三，匝三数大三于1的是三多匝三元件。三由于三工艺三等原三因，三电枢三不宜三开太三多的三槽，三在一实际三的槽三中，三上、三下层三嵌放三多个(设为u个)元件三边，将一三个上三层边三和一三个下三层边三在槽三内所三占的三空间三称为一个三虚槽三。若三电枢三每槽三上、三下层三只有三一个三元件三边，则总三元件三数S等于三实槽三数Q；若三每槽三的上三、下三层各三有u个元三件边三时，三则有三：S=uQ=Qu，Qu为虚三槽数三。30直流三电枢三绕组极距在直三流电三机中三，把三相邻三两个三主磁三极轴三线之三间的距离三称作三极距三，记三作t，一三般用三槽数三表示三，即三有：式中p为主三磁极三的极三对数三。31直流三电枢三绕组32直流三电枢三绕组直流三电机三中，三各元三件在三电枢三表面三的几三何关三系一般用三元件三的节三距表三示。33直流三电枢三绕组（1）第三一节三距y1指同三一元三件的三二个三有效三边在三电枢三表面三跨过三的距离，三用槽三数表三示。三其表三达式三为：式中ε为把y1凑整三的小三于1的分三数。三当ε=0，y1=t称为整三距元三件；三当ε>0称为三长距三元件三；当ε<0称为三短距元三件，三实际三电机三中采三用短三距元三件，三可节三省铜三。34直流三电枢三绕组（2）第三二节三距y2指两三个相三串联三的元三件中三第一三个元三件的三下层三边与第二三个元三件的三上层三边所三跨的三距离三，用三槽数三表示三。35直流三电枢三绕组（3）合三成节三距y指直三接串三联的三两个三元件三的对三应边三所跨三的距三离。（4）换三相器三节距yk指同三一元三件的三两个三出线三端所三接的三两换三相片三之间所跨三的距三离，三用换三相片三数表三示。36直流三电枢三绕组单叠三绕组单叠三绕组三是以三相邻三元件三依次三串联三的联三接规三律连成的三，每三个元三件的三两个三出线三端分三别接三到相三邻的三两个换相三片上三，最三后形三成一三闭合三回路三。37直流三电枢三绕组举例以总三元件三数为6的电三机为三例，三说明三单叠三绕组三的联接。三设S（元三件数三）=K（换三相片三数）=Q（槽三数）=6，u=1，2p=2，则三合成三节距y=1，极三距τ，第三一节三距y1，换相三器节三距yk=1（右三行绕三组）三，第三二节三距y2=y1-y=3三-1=三2，上三述数三据所三表示三的实三际电三机绕三组安三放如三图1-三13。38举例39举例40单叠三绕组三特点单叠三绕组三具有三以下三特点三：①支路三对数a等于三极对三数p，同三时还三等于三电刷三对数b，即a=p=b；②电枢三电流Ia等于三各支三路电三流ia之和三，即Ia=2aia。41单波三绕组单波三绕组三是将三同一三极性三下的三所有三元件三串联三成一条支三路，三相邻三两个三串联三联接三元件三形式三似波三浪向三前延伸。42单波三绕组三特点特点三：①支路三对数a等于1，与三极对三数p无关三，即a=1；②电枢三电流Ia等于2倍支三路电三流ia，即Ia=2ia；③为了三减小三电刷三的电三流密三度，三实际三电刷三对数b等于极三对数p。43电机三模型展开三图虽三然能三反应三电枢三绕组三联接三规律三，也三能说明电三机内三部电三磁关三系，三但画三展开三图太三麻烦三，在三分析电机三内部三电磁三关系三时，三采用三电机三模型。44电机三模型无论三电机三有多三少对三磁极都只三用N、S一对三磁极三表示三，不画三换相三器，三电刷三放在三几何中性三线处三，并三与位三于几三何中性线三处的三元件三接触三，一三个圆圈代三表一三个元三件。45铭牌三数据46电机三主要三的额三定值1）额三定功三率PN指电三机按三规定三的工三作方三式运三行时三所能三提供三的输出功三率（kW），三对发三电机三是指三出线三端输三出的三电功三率它等三于额三定电三压和三额定三电流三的乘三积，三即PN=UNIN；对电动三机是三指轴三上输三出的三机械三功率三，它三等于三额定三电压三、额定三电流三及额三定效三率的三乘积三，即PN=UNINhN。47电机三主要三的额三定值2）额三定电三压UN指电三机长三期安三全运三行时三所能三承受三的电三压（V）。3）额三定电三流IN指电三机按三规定三的工三作方三式运三行时三，电三枢绕三组允许通三过的三电流三（A）。48电机三主要三的额三定值4）额三定转三速nN指电三机在三额定三电压三、额三定电三流和三额定三功率三情况下运三行的三电机三转速三（r/三mi三n）。额定三值是三选择三电机三的依三据，三应根三据实三际使三用情况，三合理三选择三电机三容量三，使三电机三工作三在额三定运三行状态。49国产三电机三主要三系列国产三直流三电机三的系三列产三品代三号采三用大三写汉三语拼音字三母表三示，三型号三采用三汉语三拼音三字母三和阿三拉伯三数字组合三表示三，例三如：三“Z2-7三2”表示三直流三电动三机、三第二三次改进三设计三型，三“7”表示三机座三号，7后面三的2表示三长铁三心（2号表三示长三铁心三，1号表三示短三铁心三）。50国产三电机三主要三系列（1）Z2系列三是普三通中三小型三直流三电机三。（2）ZZ三J系列三是一三种冶三金起三重辅三助传三动直三流电三动机适用三于轧三钢机三、起三重机三、升三降机三、电三铲等三。其他三系列三的直三流电三机型三号、三技术三数据三可从三产品三目录或三相关三的手三册中三查到三。51【例1-三1】某直三流电三动机三额定三数据三为：PN=1三00三kW，额三定电压UN=2三20三V，额三定转三速nN=1三50三0r三/m三in，额三定效三率hN=9三0%，求三该电三动机三的额三定电三流和三输入三功率三。52【例1-三1】解：三（1）额三定电三流电动三机的三额定三电流三为（2）输三入功三率电动三机的三输入三功率三为53直流三电机三的励三磁方三式直流三电机三的励三磁方三式是三指励三磁绕三组获三得励三磁电流的三方式三。除三永磁三式微三直流三电机三外，三直流三电机三的磁场都三是通三过励三磁绕三组通三入电三流激三励而三建立三的。按励三磁方三式不三同可三分为三四种三：他三励、三并励三、串励和三复励三。54直流三电机三的励三磁方三式55直流三电机三的励三磁方三式56直流三电机三空载三时的三磁场直流三电机三空载三是指三电机三对外三无功三率输三出、三不带负载三空转三的一三种状三态。直流三电机三空载三时，三励磁三绕组三内有三励磁三电流三，电动机三电枢三电流三很小三可忽三略，三而发三电机三电枢三电流三为零三，这时三电机三的磁三场由三励磁三电流三单独三建立三。57直流三电机三空载三时的三磁场58主磁三通绝大三部分三磁通三经主三磁极三、气三隙、三电枢三铁心三及定子磁三轭闭三合，三这部三分磁三通同三时链三绕励三磁绕三组和三电枢绕组三，称三主磁三通，三记作三：F0，主三磁通三参与三机电三能量转换三，能三产生三感应三电动三势和三电磁三转矩三，是三工作三磁通三。主磁三通通三过的三磁路三称主三磁路三，主三磁路三中气三隙较小，三故磁三阻较三小。59漏磁三通有一三小部三分磁三通不三穿过三电枢三，仅三与励三磁绕三组自身链三绕，三称漏三磁通三，记三作：Fs，漏三磁通三不穿三过电三枢表面三，不三参加三机电三能量三转换三，不三是工三作磁三通。漏磁三通通三过的三磁路三称漏三磁路三，漏三磁路三中空三气隙较大三，磁三阻大三。漏磁三通比三主磁三通小三得多三，约三占主三磁通三的20三%左右。60空载三时气三隙磁三密分三布61电机三的磁三化曲三线指电三机主三磁通F0与励三磁磁三动势Ff的关三系曲三线，即有F0=ƒ（Ff）。三当励三磁绕三组的三匝数Nf一定三时，三改变励三磁电三流If就可三改变三磁动三势，三磁化三曲线三也可三用F0=ƒ（If）三表示三。电机三的磁三化曲三线可三通过三试验三或电三机磁三路计三算得到。62电机三的磁三化曲三线63直流三电机三负载三时的三磁场直流三电机三负载三运行三时，三电枢三电流Ia不为三零，三气隙中的三磁动三势由三励磁三电流If产生三的励三磁磁三动势Ff和电三枢电流Ia产生三的电三枢磁三动势Fa共同三建立三。64直流三电机三负载三时的三磁场65线负三荷为了三分析三电枢三磁动三势沿三电枢三表面三分布三情况三，现引入三电枢三线负三荷的三概念三，线三负荷三是指三在电三枢表三面单位长三度上三的安三培导三体数三，用A表示三。设N为电三枢绕三组总导三体数三，ia为导三体电三流，Da为电三枢直三径，三则根三据线负三荷定三义有三：66负载三时气三隙磁三蜜波三形67直流三电机三的电三枢反三应当电三机带三负载三后，三电枢三绕组三流过三电流三，出三现电枢磁三动势三。电枢三磁动三势对三主磁三极产三生的三磁场三有影三响，三故对电机三的运三行性三能也三会产三生一三定的三影响三。把电三枢磁三动势三对励三磁磁三动势三产生三的影三响称三为电枢反三应(t三he三a三rm三at三ur三e三re三ac三ti三on三)。68电刷三正常三时的三电枢三反应当电三刷位三于几三何中三性线三时，三电枢三反应三表现三：使气隙三磁场三发生三畸变三并使三物理三中性三线偏三移,当磁三路饱三和时有三祛磁三作用三。69电刷三偏离三几何三中性三线时70电刷三偏离三几何三中性三线时交轴三电枢三磁动三势Faq对主三磁场三的影三响与三上面三分析的电三刷位三于几三何中三性线三的电三枢反三应情三况一三样，三而直轴电三枢磁三动势Fad与主三磁极三轴线三重合三，方三向相三反，三故有祛三磁作三用；三同理三，当三电刷三顺电三动机三旋转三方向三偏离b角时三，产三生的三直轴三电枢三磁动三势Fad有助三磁作三用。71感应三电动三势感应三电动三势是三指从三一对三正负三电刷三之间三引出三的电动势三，也三称为三电枢三电动三势，三记作Ea。72感应三电动三势如果三设N为电三枢绕三组的三总导三体数三，a为并三联支三路对数三，Bav为一三个磁三极内三的平三均磁三密，l为导三体的三有效长度三，v为导三体切三割磁三场的三速度三，则三电枢三电动三势为即有三式三中三称为三电动三势常数，三它是三与电三机结三构有三关的三参数三。73分析①Ea∝Fn，改三变F或n的大三小，三可使Ea大小三发生变化三，当三磁通F单位三为Wb，转三速n单位三为r/三mi三n，则电枢三电动三势Ea单位三为V；②Ea方向三取决三于F和n的方三向，三改变F的方三向（即三改变三励磁三电流If的方三向）三，就三可改三变Ea的方三向。74电磁三转矩电磁三转矩三是指三电枢三上所三有载三流导三体在三磁场三中受力所三形成三的转三矩的三总和三。75电磁三转矩设D为电三枢直三径，N为电三枢总三导体三数，fav每根三导体平三均所三受的三力，三则电三磁转三矩为即有三式中三称三为转三矩常三数，三它与电三机结三构有三关的三参数三。76分析①T∝FIa，改三变F或Ia的大三小，三可使T大小三发生变化三，当三磁通F单位三为Wb，电三枢电三流Ia单位三为A，则电磁三转矩T单位三为N·三m；②T方向三取决三于F和Ia的方三向，三改变F的方三向（三即改变三励磁三电流If的方三向）三，就三可改三变T的方三向。77两常三数间三的关三系电势三常数三与转三矩常三数之三间的三关系三式:所以三有CT=9三.5三5Ce78【例1-三2】已知三某四三极他三励直三流电三动机三的额三定功三率PN=1三00三kW，额三定电三压UN=3三30三V，额三定转三速nN=7三30三r/三mi三n，额三定效三率hN=9三1.三5%额定三运行三时每三极气隙磁三通FN=6三.9三8×三10三-2三Wb，电三机电三枢绕三组采三用单三波绕组，三电枢三总导三体数N=1三86。求三额定三感应三电动三势和三额定电磁三转矩三。79【例1-三2】解：三（1）计三算额三定感三应电三动势极对三数为p=2，支三路对三数a=1电动三势常三数为感应三电动三势为（2）计三算额三定电三磁转三矩电枢三电流三为电磁三转矩三为80直流三发电三机直流三发电三机是三将原三动机三输入三的机三械能三转变三为直流电三能的三电气三设备三，即三：机三械能→直流三电能三。81直流三发电三机惯三例82电压三方程电枢三回路三方程三为Ea=U+Ia·Ra式中Ra为电三枢回三路总三电阻三，它三包括三电刷三接触三电阻三和电枢三绕组三内阻三。83励磁三回路三方程励磁三回路三方程三为Uf=If·Rf式中Rf为励三磁回三路总三电阻三，它三包括三励磁三回路三外串三电阻和励三磁绕三组内三阻。84转矩三方程当发三电机三处于三恒定三转速三运行三时，三转矩三平衡三方程式为式中三，T1为原三动机三的拖三动转三矩；T为发三电机三中产三生的电磁三转矩三，其三性质三为制三动转三矩；T0为空三载转三矩，三它由电三机的三机械三摩擦三和铁三损引三起的三转矩三。发电三机的三转向三由原三动机三决定三，T1>T，故三电磁三转矩为三制动三转矩三，是三阻碍三原动三机的三阻力三矩。85功率三平衡三关系从原三动机三输入三的机三械功三率为P1=Pem+p0式中三，P1为输三入的三机械三功率三；Pem为电三磁功三率；p0为空载三损耗三。86功率三平衡三关系空载三损耗三等于三铁损pFe、机三械摩三擦损三耗pm、附三加损耗pad，即三有p0=pFe+pm+pad其中三附加三损耗三又称三杂散三损耗三，一三般难三以精三确计三算。靠经三验估三算约三为额三定功三率PＮ的0.三5%～1%。87功率三平衡三关系电磁三功率三为从中三可见三电磁三功率三可表三示为Pem=TΩ上式三说明三电磁三功率三具有三机械三功率三性质三。电磁三功率三又可三表示三为Pem=EaIa此表三达式三说明三电磁三功率三又具三有电三功率三性质三，所三以电磁功三率是三机电三能量三转换三的桥三梁。88功率三平衡三关系发电三机输三出的三电功三率为P2=Pem-pCu三a式中pCu三a为电三枢回三路铜三耗；P2为输三出的三电功三率，三同时输出三功率三又可三表示三为P2=UIa89功率三平衡三关系90效率他励三直流三发电三机的三总损三耗为Σp=pFe+pm+pad+pCu三a即有Σp=p0+pCu三a效率三为即有91运行三特性发电三机的三运行三特性三是指三发电三机运三行时三，端三电压U、负载三电流I、励三磁电三流If这三三个基三本物三理量三之间三的函三数关系三。一般三保持三其中三一个三物理三量不三变，三讨论三剩余三两个三量之间三的关三系，三这种三函数三关系三就是三运行三特性三。92运行三特性1．空载三特性空载三特性三是指三原动机的三转速n=nN，输三出端开路三，负三载电三流I=0时，电枢三端电三压与三励磁三电流之间三的关三系，三即：U0=E0=ƒ（If）。93运行三特性2．外三特性外特三性是三指原三动机的转三速n=nN，励三磁电三流If=IfN时，三电枢三端电三压与负载三电流三之间三的关三系，即：U=ƒ（I），三是一三条略微三下斜三的曲三线。94运行三特性从空三载到三负载三电压三下降三的原三因是三：①负载三增大三，电三枢电三流增三大，三使电三枢回三路电三阻压三降增大三，则三端电三压下三降；②电枢三电流三增大三，使三电枢三反应三的祛三磁作三用增三强，三端电压三进一三步下三降。95电压三变化三率发电三机的三端电三压随三负载三的变三化程三度可三用电三压变化率三（或三称电三压调三整率三）表三示。三电压三变化三率是三指发电机三从额三定负三载（U=UN，I=IN）过三渡到三空载三（U=U0I=0）时三，电三压升三高数三值与三额定三电压三的百三分比三，即三：通常三他励三直流三发电三机的三电压三变化三率ΔU%约为（5~三10）%。96并励三直流三发电三机1．自三励过三程当发三电机三以额三定转三速nN运转三时，三在有三剩磁三条件下，三电枢三绕组三切割三剩磁三，则三电枢三绕组三中产三生感三应电三动势Er（约三为2~三5%UN），三从而三在电三枢两三端建三立剩三磁电压Ur，Ur作用三下，三产生三不大三的励三磁电三流If，此三励磁三电流通三过励三磁绕三组会三产生三磁场三，磁三场的三方向三若与三剩磁三方向一三致，三则主三磁通三得以三加强三，使三电枢三端电三压进三一步三提高，三端电三压的三升高三，又三使励三磁电三流增三大，三主磁三通更三加强，三如此三反复三，最三终使三电枢三端电三压建三立。97并励三直流三发电三机98并励三直流三发电三机自三励条三件①电机三必须三有剩三磁，三否则三应利三用其三它直三流电三源对其充三磁；②励磁三绕组三与电三枢绕三组的三接法三要正三确，三即使三励磁电流三产生三的磁三通方三向与三剩磁三方向三一致三，否三则应三改变三并励绕三组极三性；③励磁三回路三总电三阻应三小于三该转三速下三的临三界电三阻。99并励三直流三发电三机2．外三特性并励三直流三发电三机的三励磁三绕组与三电枢三绕组三并联三，当三发电三机端电三压下三降，三励磁三电流三减少三，使磁三通变三弱，三则电三枢电三动势三降低，三从而三使端三电压三进一三步下三降它的三外特三性要三比他三励直三流发三电机下三垂。三它的三电压三变化三率ΔU%约为三（20三~3三0）%。10三0【例1-三3】一台三并励三直流三发电三机数三据为PN=8三2k三W，UN=2三30三VnN=9三70三r/三mi三n，电三枢绕三组总三电阻Ra=0三.0三25三9Ω，并三励绕组内三阻rf=2三2.三8Ω，额三定负三载时三，并三励回三路串三入的三调节电阻RfΩ=3三.5三Ω，一三对电三刷压三降2ΔU=2三V，pFe+pm=2三.5三kW，附三加损三耗pad=0三.0三05PN，试三求额三定负三载时，三发电三机的三输入三功率三、电三磁功三率、三电磁三转矩三和效三率。10三1【例1-三3】解：三（1）求三电磁三功率励磁三电流三为额定三负载三电流三为电枢三电流三为10三2【例1-三3】电枢三电动三势为电磁三功率三为（2）求三输入三功率10三3【例1-三3】（3）求三电磁三转矩（4）求三效率10三4直流三电动三机直流三电动三机是三将输三入的三直流三电能三转变三为机三械能的电三气设三备，三即有三：三直流三电能→机械三能。10三5电动三机惯三例10三6电压三方程他励三时有三：I=Ia；并三励时三有：I=Ia+If。电枢三回路三电压三方程三式为U=Ea+Ia·Ra其中三反电三动势Ea=CeΦ·n，若三为并三励时三，还三存在U=If（rf+Rfad）=If·Rf由于Ra很小三，电三枢回三路上三电阻三压降三很小三，电三源电三压大部三分降三落在三反电三动势Ea上。10三7转矩三方程电动三机空三载时三，轴三上输三出转三矩T2=0，则三有T=T0当负三载转三矩为TL，轴三上输三出有T2=TL，电三动机三匀速三稳定运三行时三有T=T2+T0其中三电磁三转矩三为拖三动性三质转三矩，三可用三公式T=CTΦIa计算三，（T2+T0）为三总的三阻转三矩，三方向三与T相反三。10三8功率三平衡三关系他励三直流三电动三机输三入功三率为P1=UI=UIa=（Ea+IaRa）Ia=EaIa+Ia2Ra∴P1=Pem+pCu三a式中三电磁三功率Pem的功三率性三质为三电功三率，pCu三a=Ia2Ra为电枢三回路三上的三铜耗三。10三9功率三平衡三关系并励三直流三电动三机输三入功三率为P1=UI=U（Ia+If）=UIa+UIf=（Ea+IaRa）Ia+UIf=EaIa+Ia2Ra+If2Rf∴P1=Pem+pCu三a+pCuf式中pCuf=If2Rf为励三磁回三路上三的铜三耗。11三0功率三平衡三关系在转三矩平三衡方三程式T=T2+T0两边三同乘三以角三速度Ω可得TΩ=T2Ω+T0Ω，则三有Pem=P2+p0也可三表示三为P2=Pem-p0式中三电磁三功率Pem的功三率性三质为三机械三功率三，空三载损三耗为：p0=pFe+pm+pad11三1功率三流程三图11三2功率三流程三图11三3【例1-三4】已知三一台三永磁三直流三电动三机的三电枢三电阻Ra=1三.0三3Ω当在50三V直流三电源三供电三下空三载运三行时三，电三机转三速为21三00三r/三mi三n，吸三收电三流是1.三25三A。试三计算三：（1）转三矩常数CT’（CT’=CTF）；三（2）电三动机三的空三载损三耗p0；（3）当三转速三为17三00三r/三mi三n以及三电源三电压三为48三V时，三电动机三的输三出功三率P2。11三4【例1-三4】解：三（1）求三转矩三常数CT’感应三电动三势为转矩三常数三为（2）求三空载三损耗空载三损耗三为11三5【例1-三4】（3）求三输出三功率在转三速为17三00三r/三mi三n时，三感应三电动三势为电枢三电流三为电磁三功率三为输出三功率三为11三6直流三电动三机的三工作三特性直流三电动三机工三作特三性是三指在U=UN，If=IfN，电枢回三路不三外串三电阻三的条三件下三，转三速n、转三矩T、效三率h与输三出功三率P2之间三的关三系曲三线。三实际三运行三中，三电枢电三流Ia是随P2增大三而增三大，三又便三于测三量，三故也三可把转速n、转三矩T、效三率h与电三枢电三流Ia之间三的关三系曲线称三为工三作特三性。11三7直流三电动三机的三工作三特性转速三特性三是指三当U=UN，If=IfN，电三枢回三路外三串电阻RΩ=0时，n=ƒ(Ia)的关三系。三其表三达式三为若忽三略电三枢反三应，三电枢三电阻又三较小三，转三速特三性是三一条略三微向三下倾三斜的三直线三（实线所三示）三；考三虑电三枢反三应的祛磁三作用三如虚三线所三示。11三8直流三电动三机的三工作三特性转矩三特性三是指三当U=UN，If=IfN，电三枢回三路外三串电阻RΩ=0时，T=ƒ(Ia)的关三系。根据三转矩三公式T=CTΦIa，忽略三电枢三反应三，转三矩特三性是三一条过三原点三的直三线（三实线三所示三）。考虑三电枢三反应三的祛三磁作三用，三转矩特三性如三图1-三36虚线三所示三。11三9直流三电动三机的三工作三特性效率三特性三是指三当U=UN，If=IfN，电三枢回三路外三串电阻RΩ=0时，h=ƒ(Ia)的关三系。根据三效率三的定三义可三得式中三总损三耗为其中三空载三损耗p0与负三载电三流变三化无三关，三称为三不变三损耗电枢三铜耗pCu三a随负三载电三流平三方倍三变化三，又三称可三变损三耗12三0直流三电动三机的三工作三特性当负三载电三流从三零逐渐增三大时三，效三率也三随之增大三，当三负载三电流三增大到一三定程三度，三效率三达最大之三后随三负载三电流三的继续增三大，三效率三反而三减小三，如图1-三36所示三。12三1直流三电动三机的三工作三特性如果三令dh/dIa=0，可三得：说明三不变三损耗三等于三可变三损耗三时，三效率三最高三，效三率特性的三这个三特点三，对三其他三电机三、变三压器三也适三用，三具有普遍三意义三。12三2【例1-三5】有一三他励三直流三电动三机接三在额三定电三压为22三0V的电网上三额定三运行三时，三电动三机的三额定三电枢三电流Ia=1三5A，电枢三回路三总电三阻Ra=0三.7三Ω，（1）求三电动三机额三定运三行时的三反电三动势三；（2）若三因某三种原三因，三使电三网电三压下降至19三5V，但三励磁三电流三和负三载转三矩均三未发三生变三化，求在三达到三新平三衡点三后电三动机三的反三电动三势。12三3【例1-三5】解：三（1）额三定运三行时三的反三电动三势（2）新三平衡三点时三的反三电动三势12三4他励三直流三电动三机的三机械三特性（1）固三有机三械特三性他励三直流三电动三机的三固有三机械三特性三是指三：在三电源电压U=UN，气三隙磁三通Ф=ФN，电三枢外三串电三阻RΩ=0时，n=ƒ(T)的机三械特三性，三其数三学表三达式三为式中b称为三斜率三，ΔnN为额三定负三载时三的转三速降三。固三有机械三特性三曲线三如图1-三37所示三。12三5他励三直流三电动三机的三机械三特性他励三直流三电动三机固三有机三械特三性是三一条三过理三想空载点三（n=n0，T=0）斜三率很小三的硬三特性三曲线三。当三空载转三矩为T0时，三实际三空载转速三为n0’。12三6他励三直流三电动三机的三机械三特性（2）三根据三铭牌三数据三估算三机械三特性直流三电动三机的三固有三机械三特性三可通三过实三验测三得，也可三根据三铭牌三数据三估算三求得三。由于三固有三机械三特性三是一三条直三线，三一般三通过三求取两个三特殊三点（三理想三空载三点和三额定三工作三点）三，再三将这两点三连成三直线三便可三得到三固有三机械三特性三。12三7他励三直流三电动三机的三机械三特性①求理三想空三载点三（n0，0）计算三理想三空载三转速三公式三为式中12三8他励三直流三电动三机的三机械三特性电枢三回路三电阻Ra，可三实测三或根三据经三验公三式估三算。一般三直流三电动三机额三定运三行时三的铜三损约三占总三损耗三的一三半至三三分之三二，三则Ra的估三算式三为12三9他励三直流三电动三机的三机械三特性②求额三定工三作点三（nN，TN）根据三铭牌三数据三可得三额定三转速nN，而三计算三电磁三转矩公三式为13三0【例1-三6】一台三他励三直流三电动三机额三定数三据为PN=1三00三kW，UN=2三20三V，IN=5三17三A，nN=1三20三0r三/m三in，电三枢回三路电三阻Ra=0三.0三44三Ω，试三求：1）固三有机三械特三性方三程式三；2）额定负三载时三的电三枢电三动势三和额三定电三磁转三矩；3）额三定输出转三矩和三空载三转矩三；4）理三想空三载转三速和三实际三空载三转速；5）电三机额三定运三行，三分别三求电三枢回三路外三串电三阻RaΩ=0三.2三06三Ω时的三转速三、电三压U=5三0V时的三转速三和磁三通F=7三5%FN时的三转速三。13三1【例1-三6】解：三（1）求三固有三机械三特性三方程三式∵∴（2）求三电枢三电动三势和三电磁三转矩电枢三电动三势为电磁三转矩三为13三2【例1-三6】（3）额三定输三出转三矩和三空载三转矩输出三转矩三为空载三转矩三为（4）求三理想三空载三转矩三和实三际空三载转三矩理想三空载三转速三为实际三空载三转速三为13三3【例1-三6】（5）电三枢回三路外三串电三阻RaΩ=0三.2三06三Ω时的三转速（6）电三压U=5三0V时的三转速（7）磁三通F=7三5%FN时的三转速13三4串励三直流三电动三机的三机械三特性串励三直流三电动三机的三特点三是：三励磁三绕组三与电三枢绕三组串联三，励三磁电三流If与电三枢电流Ia相等三，即If=Ia，气三隙主磁通三随电三枢电三流的三变化三而变化，三其接三线图三如图1-三41所示三。13三5串励三直流三电动三机的三机械三特性串励三直流三电动三机的三固有三机械三特性三是指三：在三电源电压U=UN，电三枢回三路外三串电三阻RΩ=0时，n=ƒ(T)的关系曲三线，三其表三达式三为13三6串励三直流三电动三机的三机械三特性(1三)当负三载较三小时负载三较小三，则T较小三，这三时磁三路未三饱和三，气三隙主磁通Φ∝Ia，即Φ=k1Ia，故三有式中三为三一常三数，三所以三特性三方程三为式中C1、C2均为三常数三，特三性方三程表三明：三转速n是随三着电磁三转矩T的增三大而三减小三，是三双曲三线关三系。13三7串励三直流三电动三机的三机械三特性(2三)当负三载较三大时负载三较大三，则T较大三，这三时磁三路饱三和，三主磁三通基本上三为一三常数三，即Φ=k，特三性方三程为13三8串励三直流三电动三机的三机械三特性13三9分析由特三性曲三线可三见，三串励三直流三电动三机轻三载时三转速很高三，特三性曲三线与三纵轴三无交三点，三理想三空载三转速三为无穷大三，故三不允三许空三载运三行，三也不三允许三用于三皮带三传动的拖三动系三统中三，因三为皮三带的三老化三脱落三，将三会造三成“三飞车”三。串三励直三流电三动机三的特三点是三：电三磁转三矩T与电三枢电流Ia平方三成正三比，三所以三起动三转矩三大，三过载三能力三强，适合三于拖三动闸三门、三电车三等负三载。14三0【例1-三7】某串三励直三流电三动机三额定三数据三为：三额定三电压UN=2三20三V，额三定电三流IN=3三0A，额三定转三速nN=1三00三0r三/m三in，电三枢回三路总三电阻Ra=0三.5三7Ω，在三磁路不饱三和的三情况三下，三求电三机运三行在三半载三，即三电枢三电流Iaˊ=三15三A时，三电动三机的三转速三和电三磁转三矩。14三1【例1-三7】解：三串励三电动三机的三额定三电枢三电流三为额定三负载三时反三电动三势为电枢三电流Ia=1三5A时的三磁通三为14三2【例1-三7】此时三的反三电动三势为电动三机转三速为电磁三转矩三为14三3复励三直流三电动三机的三机械三特性复励三直流三电动三机既三有并三励绕三组，三又有三串励三绕组三，当并三励与三串励三绕组三产生三的磁三动势三方向三相同三时，三称为三积复励三；当三并励三与串三励绕三组产三生的三磁动三势方三向相三反时三，称为三差复三励，三差复三励在三实际三应用三中很三少。14三4复励三直流三电动三机的三机械三特性积复三励在三理想三空载三时，三电枢三电流三为零三，主三磁通Φ0由并三励绕三组产三生，三故存三在理三想空三载转三速，三为不会三出现三“飞三车”三危险三；当三负载增三大时三，电三枢电三流增三大，总磁三通随三之增三大，三使转三速比并励三下降三更多三，如三图所三示。14三5直流三电机三的换三向电机三运行三时，三元件三会随三电枢三的运三转从三一条三之路经过三电刷三换到三另一三条之三路，三元件三电流三改变三方向三，这一过三程称三为换三向，三换向三也是三直流三电机三特有三的问三题，换向三的好三坏，三直接三影响三直流三电机三的运三行性三能。14三6直流三电机三的换三向14三7直流三电机三的换三向直线三换向如果三当换三向元三件中三各种三电动三势为三零，三被电三刷短接的三闭合三回路三就不三会出三现环三流，三元件三中的三电流三大小由电三刷与三相邻三两换三向片三的接三触面三积决三定，三电流三随时间均三匀变三化，三即有三：i=ƒ(t)。把这三种换三向称三为直三线换向，三如图1-三45曲线1所示，三直线三换向三是理三想换三向，三电机不三会出三现火三花。14三8直流三电机三的换三向14三9直流三电机三的换三向换向三元件三的感三应电三动势实际三电机三换向三时，三换向三元件三中Σe≠0。换三向元件中三存在三以下三电动三势：（1）自三感电三动势eL换向三元件三中电三流变三化时三产生三的自三感电三动势三，15三0直流三电机三的换三向（2）互三感电三动势eM同时三换向三的几三个元三件中三相互三产生三的互三感电三动势三，。通常三把自三感电三动势eL与互三感电三动势eM之和三称为三电抗电三动势er，即三：电抗三电动三势总三是阻三碍换三向元三件中三的电三流变三化的三，er方向三应与三换向三前元三件的三电流三方向三一致三。15三1直流三电机三的换三向（3）电三枢反三应电三动势ea换向三元件三处在三几何三中性三线上三，主三磁场三在此三区域三磁通密三度Φ0=0，但三电枢三磁密Φa≠0，在三刷位三正常三时最三大换向三元件三切割三电枢三磁场三产生三电枢三反应三电动三势ea，其三方向与er相同三，也三是阻三碍换三向元三件中三的电三流变三化的三。15三2直流三电机三的换三向由于三换向三元件三中的Σe=ea+er≠0，则三在被三电刷三短接的三闭合三回路三中就三有环三流ik产生三，设三闭合三回路三的总三电阻为ΣR，环三流为三：15三3直流三电机三的换三向环流三的存三在使三换向三元件三在换三向过三程中三电流三不随时间三直线三变化三，电三流的三变化三比直三线换三向慢三，如三图1-三45曲线2所示三，这三种换三向称三为延三迟换三向。三延迟三换向三使电刷电三流密三度不三均匀三，电三刷后部三电流三密度三比前三部大三，因此三在电三刷后三部出三现火三花。15三4直流三电机三的换三向改善三换向三的方三法加装三换向三磁极三，如图所三示。三在几三何中三性线处加三装换三向磁三极，三换向绕组三与电三枢绕三组串三联，使Bk∝Ia，换三向磁三极的三极性与三电枢三磁场三极性三相反以抵三消ea+er的作三用。15三5直流三电机三的换三向小容三量的三电机三，因三为体三积有三限，三无换三向磁三极，一般三用移三刷的三方法三来改三善换三向。三在直三流发三电机三中将电刷三顺转三向移三过中三性线三一个α角，三设由三反应三引起三的物理三中性三线偏三移几三何中三性线三为b角，三则应三使α>b，即电三刷顺三转向三从几三何中三性线三移过三物理三中性三线，三使换向元三件切三割主三磁场三产生三的感三应电三动势ek除抵三消电三枢反应电三动势ea外，三还可三抵消三电抗三电动三势er，使三换向三元件总电三动势三基本三为零三。对三直流三电动三机，三电刷三应逆三转向移α角，三且使α>b。15三6直流三电机三的换三向电枢三反应三使气三隙磁三密发三生畸三变，三使位三于Bδm三ax处的元三件所三联接三的两三换向三片之三间的三电压三增大三，此三电压超过三一定三限度三，可三能出三现环三火，三即在三正、三负电三刷之间出三现电三弧，三环火三能使三电机三在很三短时三间内三损坏三。为了防三止环三火，三可在三主磁三极的三极靴三中加三装与三电枢三绕组串联三的补三偿绕三组，三它所三产生三的磁三动势三应与三电枢三磁动势相三反。15三7【实例1】一台25三kW，12三5三V的他三励直三流电三机，三以恒三定转速30三00三r/三mi三n运行三，并三具有三恒定三励磁三电流三，开三路电三枢电压三是12三5V，电三枢电三阻为0.三02三Ω。当三端电三压分三别为（1）12三8V和（2）12三4V时，三计算三电枢三电流三、输三入功率、三电磁三功率三和电三磁转三矩。15三8【实例1】解：三（1）端三电压三为12三8V时由题三意可三知：三端电三压U=1三28三V，电三枢电三动势Ea=1三25，按电三动机三惯例三，电三流为电动三机端三的输三入功三率为电磁三功率三为15三9【实例1】电磁三转矩三为（2）端三电压三为12三4V时由于三电枢三电动三势大三于端三电压三，电三枢电三流将三流出电机三，电三机作三发电三机运三行，三电枢三电流三为16三0【实例1】发电三机端三的输三出功三率为电磁三功率三为电磁三转矩三为