直流电机应用-直流发电机的工作原理（电机与拖动）

直流电动机的调速直流电动机的调速直流电动机的起动，可以通过降低电枢电压的方式来限制起动电流。起动开始瞬时：直流电动机减压起动直流电动机的调速直流电动机的调速所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。调速的技术指标调速范围调速的平滑性调速的稳定性调速的经济性调速电动机允许输出（1）调速范围调速范围是指电动机在额定负载正（电动机的电枢电流保持在额定值不变），允许达到的最大转速与最小转速之比。即直流电动机的调速直流电动机的调速所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。调速的技术指标调速范围调速的平滑性调速的稳定性调速的经济性调速电动机允许输出（2）调速的平滑性通常有电动机的两个相邻调速级的转速之比来衡量调速的平滑性。K——称平滑系数ni——上一调速级转速ni-1——相邻下一级调速转速直流电动机的调速直流电动机的调速所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。调速的技术指标调速范围调速的平滑性调速的稳定性调速的经济性调速电动机允许输出（3）调速的稳定性调速的稳定性是指负载转矩发生变化时，电动机的转速随之变化的程度，工程上通常用静差度来衡量。它是指电动机运行于某一机械特性上时由空载增至满载时的转速降对理想空载转速之比直流电动机的调速直流电动机的调速所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。调速的技术指标调速范围调速的平滑性调速的稳定性调速的经济性调速电动机允许输出（4）调速的经济性主要由调速设备的投资，电机运行时的能量损耗来决定直流电动机的调速直流电动机的调速所谓调速，是指用人为的方式，改变电动机的参数，使其转速改变，达到预定的转速运行。调速的技术指标调速范围调速的平滑性调速的稳定性调速的经济性调速电动机允许输出（5）调速时电动机的允许输出它指电动机得到允分利用情况下，在调速过程中所能输出的功率和转矩。直流电动机的调速直流电动机调速方法保持直流电机的输入电压不变，保持额定励不变，电枢回路串入附加电阻，其工作特性与机械特性为:电枢回路串电阻调速过程分析串电枢电阻调速特点直流电动机的调速直流电动机调速方法设调速前电机稳定运行于固有特性A点，电磁转矩等于负载转矩，稳定动行于转速nA。串入电枢电阻R瞬间，转速不能突变，固电流、转矩减小切换到人为特性曲线上A`，由于这时的电磁转矩小于负载转矩，电机作减速运动，转速A`下降，随着转速降低，反电势下降，电流回升，电磁转矩回升，直到B点，电磁转矩与负载转矩相等，电机稳定到下降后的转速nB。若串入的电阻更大，则曲线越软，运行转速越低。电枢回路串电阻调速过程分析串电枢电阻调速特点直流电动机的调速直流电动机调速方法（1）属于恒转矩调速性质（2）由于串入电枢电阻，其转速就降低，固在调速范围内不会超过额定转速，一般称在基速以下调速。（3）理想空载转速不变，斜率随电阻的增在而增大，特性越软。若恒转矩负载，调速前后的电流、转矩不变，输入功率不变，但串入的电阻越大，则电枢电阻损耗越大，转速越低，转出机械功率越小，所以电机工作效率越低，其效率与速度成正比。电枢回路串电阻调速过程分析串电枢电阻调速特点直流电动机的调速直流电动机调速方法降低给电枢供电的电源电压时，电动机由原先稳定的特性曲线A点，切换到降压后的特性曲线A`点，通过减速过程，到B点处，电磁转矩与负载转矩达到新的平衡，于是就稳定运行于此。电枢回路串电阻调速改变电枢电压调速过程分析调速的特点直流电动机的调速直流电动机调速方法（1）属于恒转矩调速性质（2）由于电枢端压不允许超过其额定值，其转速就降低，固在调速范围内不会超过额定转速，一般称在基速以下调速。（3）随电压的降低而减小，不变，增大，但机械特性的硬度不变。（4）若恒转矩负载，调速前后的电流、转矩不变，随输入电压降低，输入功率减小，转速下降，输出功率减小，其损耗基本不变，所以调压调速的效率是较高的。电枢回路串电阻调速改变电枢电压调速过程分析调速的特点直流电动机的调速直流电动机调速方法按高效工作设计原则，直流电动机在额定工作状态时，其磁场是处于临界饱和，所以要通过改变磁通来进行调速，就只能在额定磁通以下进行调节，所以称其为弱磁调速。电枢回路串电阻调速改变电枢电压调速弱磁调速过程分析调速特点直流电动机的调速直流电动机调速方法当磁通减弱时瞬时，其电磁转矩的大小不但取决于磁通，更与电枢电流密切相关，磁通减小，电枢反电势减小，电枢电流增大，所以电磁转矩反而增加，超过负载转矩（切换到弱磁特性A`点），电机作加速运动，转速沿特性上升到B，电磁转矩与负载转矩相等，进入稳定运行。电枢回路串电阻调速改变电枢电压调速弱磁调速过程分析调速特点直流电动机的调速直流电动机调速方法（1）弱磁调速属于恒功率调速性质。（2）由于弱磁升速的原因，调磁范围又只能在额定磁通以下调节，所以其转速超过额定转速，或说在基速以上调速。（3）

随磁通减小，则、、增大，硬度减小。（4）

若负载转矩恒定，由于电动机输入电压不变，弱磁后，电流增大，输入功率增加，但转速升高，则输出功率也增大了，所以电机运行效率较高。电枢回路串电阻调速改变电枢电压调速弱磁调速过程分析调速特点电机与拖动目录/CONTENTS01/直流电动机的工作原理02/电机的可逆运行原理直流电动机的工作原理直流电动机的优点：

1.调速性能好

2.启动转矩较大直流电动机的缺点：

1.制作工艺复杂

2.生产成本较高

3.维护较困难

4.可靠性较差发展趋势

随着电力电子技术的发展

特别是大功率电力电子器件问世,微电子技术以及控制技术发展

直流发电机有逐步被整流电源取代的趋势

直流电动机被交流电动机取代的趋势直流电动机的工作原理U+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理注意：换向片和电源固定联接，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。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+–NS电刷换向片II直流电动机的工作原理FFU+–NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。直流电动机的工作原理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。当原动机驱动电枢绕组在主磁极N、S之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源，经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁极N.S.产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。这种原理在电机理论中称为可逆原理。2.电机的可逆运行原理直流电机的磁场直流电机的磁场直流电机的磁场是产生感应电势和是电磁转矩不可缺少的条件。直流电机的运行性能在很大程度上取决于磁场特性。直流电机除了主磁场外，若电机带有负载，电枢绕组中有电流流过，就将产生电枢反应磁场。这两个磁场在气隙中互相影响、叠加，合成了气隙磁场。本节主要是讨论主磁场的特点及电枢反应磁场对电机的影响。直流电机的磁场直流电机的磁场直流电机空载运行时，气隙中的磁场由主磁极形成，故称这种运行状态下的气隙磁场为主磁场。直流电机的空载磁场直流电机的磁场气隙中的磁通密度的分布如图所示，由于极靴下的气隙小而均匀，所以在其下的磁密分布较均匀，形成“平顶”状，而在极尖处，气隙迅速增大，所以在此外的磁密也迅速减小，这就是常称的“帽形波”分布。主磁通密度的分布直流电机的磁场负载时的电枢磁场电枢磁场的分布电枢磁场直流电机的磁场电枢反应合成磁密分布合成磁场直流电机的磁场合成磁场有负载时电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。电刷在几何中心线处时，电枢磁场与主磁场垂直，此时的电枢反应称交轴电枢反应。利用迭加原理，将空载时的主磁通密度BOX与负载时电枢磁通密度逐点相加，就得到负载时气隙中的合成磁通密度BX分布曲线。电枢反应直流电机的磁场合成磁场电枢反应（1）气隙合成磁场发生了畸变。在每一磁极下，主极磁场的一半被削弱，而另一半被加强，此时的物理中心线偏离了几何中心线。当运行于发电状态时，其物理中心线顺转动方向偏离几何中心线一个角度；当运行于电动状态时，其物理中心线逆转动方向偏移了一个角度。

交轴电枢反应的性质有以下两点：直流电机的磁场合成磁场电枢反应对主磁场有附加去磁作用。在磁路不饱和时，主极磁场被削弱的数量恰好等于被加增的量，因此负载时的合成磁通量与空载时相同。但实际电机一般运行于磁化曲线的临界饱和点，主磁极因磁饱和的影响，增磁部分少而减磁部分多，从而使负载时合成磁通量略比空载时少，起到了去磁作用。直流电机的磁场合成磁场电枢反应若电刷不在几何中心线处，此时的电枢反应磁场可以分解为交轴与直轴两个分量，产生的电枢反应除了有交轴电枢反应外，还存在直轴电枢反应。直流电机的磁场合成磁场电枢反应直轴电枢反应磁场与主极轴线重合，若电枢反磁场与主磁场同向，则起增磁作用；若电枢反应磁场与主磁场相反，则起去磁作用。直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组是直流电机的重要部件，电势、转矩的产生，电能、机械能的转换都在这里进行，其结构对电机的参数与性能都有大的影响，也是最容易出现故障的地方，它将直接影响直流电机的正常运行。直流电机的电枢绕组感应出规定的电势，能够承受规定的电流。绕组能够承受足够大的电磁转矩。结构合理，工艺简单，工作可靠，节省材料。321对电机绕组的基本要求电枢绕组的基本要求及绕制规律直流电机的电枢绕组保证在电机运行的任一时刻，同一极性磁极下的电流要方向相同，不同极性磁极下的电流方向相反。31对电机绕组的基本要求直流电机绕组绕制的基本规律电枢绕组的基本要求及绕制规律单波绕法单迭绕法最基础的有两种；直流电机的电枢绕组电枢绕组的基本要求及绕制规律对电机绕组的基本要求直流电机绕组绕制的基本规律单波圆形图直流电机的电枢绕组电枢绕组的基本要求及绕制规律对电机绕组的基本要求直流电机绕组绕制的基本规律单迭圆形图直流电机的原理直流电机是一种旋转电器，完成直流电能与机械能的转换。能将直流电能转换成机械能的，称直流电动机或称其工作于直流电动状态。将电能转换成机械能的，则称为直流发电机或称其工作于直流电动状态。直流电机的原理直流电动机的优点：1.调速性能好2.启动转矩较大直流电动机的缺点：1.制作工艺复杂2.生产成本较高3.维护较困难4.可靠性较差发展趋势直流发电机有逐步被整流电源取代的趋势直流电动机被交流电动机取代的趋势直流电机的原理直流电机的原理U+–NSEEIa用右手定则判感应电动势Ea的方向电枢绕组电阻Ra感应电动势输出电压直流电机的原理用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边ab和cd分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势.

直流发电机工作原理因为电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割

N极磁力线的线圈边中的电动势所以电刷A始终有正极性，同样道理，电刷B始终有负极性所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉振电动势.换向器和电刷配合的换向作用

直流电机的原理U+–NS电刷换向片II直流电源电刷换向器线圈直流电机的原理FFU+–NS电刷换向片II注意：换向片和电源固定联接，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