目錄第一節(jié)12第二節(jié)3第三節(jié)4第四節(jié)5第五節(jié)第19章直流電機的運行原理19.1直流電機的電樞繞組按聯(lián)結(jié)方法，可分為：單疊繞組、單波繞組、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組、混合繞組。區(qū)別在于電樞繞組的并聯(lián)支路數(shù)不同。

電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率，是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的重要部件。3.5直流電機的電樞繞組鼓形電樞繞組2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e2e直流電機的電樞繞組電樞繞組由結(jié)構(gòu)相同的線圈組成，可以是單匝或多匝的。線圈由線圈邊和線圈端部組成，有首端和末端，首、末端分別與不同的換向片聯(lián)結(jié)。每個槽內(nèi)放置兩層線圈邊。線圈的一個線圈邊放在槽的上層，稱為上層邊；另一線圈邊放在另一槽的下層，稱為下層邊。直流電機的電樞繞組每個槽內(nèi)放置兩個線圈邊，電樞槽數(shù)Q等于線圈數(shù)S。實際電機中，常在槽的上、下層放置多個線圈邊。用虛槽來描述，如果每個實槽中有u個虛槽，則虛槽數(shù)與實槽數(shù)的關(guān)系為Qu＝uQ

。直流電機的電樞繞組線圈間通過換向片相互聯(lián)結(jié)，同一換向片既聯(lián)一個線圈的首端，又聯(lián)另一線圈的末端，換向片數(shù)K等于線圈數(shù)S。虛槽數(shù)、線圈數(shù)和換向片數(shù)的關(guān)系為Qu

＝S

＝K

。節(jié)距：表示相關(guān)的兩個線圈邊之間的距離，用虛槽數(shù)或換向片數(shù)表示。直流電機的電樞繞組第一節(jié)距y1：一個線圈的兩個線圈邊在電樞圓周表面上跨過的距離。為使線圈的感應(yīng)電動勢最大，y1應(yīng)接近極距p。整距線圈：y1＝p短距線圈：y1＜p長距線圈：y1＞p直流電機的電樞繞組第二節(jié)距y2：一個線圈的下層邊和與其串聯(lián)的另一線圈的上層邊間的距離。

合成節(jié)距

y

：兩個串聯(lián)的線圈的對應(yīng)邊的距離。

（代數(shù)和）單疊繞組單波繞組直流電機的電樞繞組換向片節(jié)距yK

：一個線圈的首、末端在換向器表面跨過的距離，用換向片數(shù)表示。yK

＝y(tǒng)

。單疊繞組單波繞組單疊繞組：yK＝1；單波繞組：yK≈2p。單疊繞組單疊繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律以2p＝4，Qu＝S＝K＝16的直流電機為例。合成節(jié)距y為正表示右行，負表示左行。繞組可用右行，也可用左行，通常采用右行。單疊繞組繞組展開圖電樞在旋轉(zhuǎn)，取某一時刻，磁極在上面。電動勢方向。電刷的位置（磁極中心線下）。實線表示上層邊，虛線表示下層邊。幾何中性線：相鄰兩個主極間的中心線。單疊繞組單疊繞組的并聯(lián)支路圖繞組并聯(lián)支路數(shù)2a等于電機的極數(shù)，即電刷數(shù)應(yīng)與極數(shù)相同，稱為全額電刷。單疊繞組自成一個閉合回路。NS電樞繞組展開圖AB+_換向器由彼此絕緣的換向片構(gòu)成；換向片與電樞繞組保持相對靜止，電刷與主磁極保持靜止；電刷放在主磁極中心線下的換向片上。NNNNNNSSSSSS單波繞組單波繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律經(jīng)過p對極后，應(yīng)與換向片1相鄰，即＋、－號分別表示右、左行。左行端部稍短，常被采用。y1接近極距p

。整數(shù)單波繞組單波繞組的聯(lián)結(jié)規(guī)律以2p＝4，Qu＝S＝K＝15的直流電機為例。采用左行繞組。整數(shù)單波繞組繞組展開圖單波繞組并聯(lián)支路圖電刷數(shù)通常與極數(shù)相同（全額電刷）。繞組并聯(lián)支路數(shù)2a＝2，即。單波繞組自成一個閉合回路。19.2直流電機的磁場和電樞反應(yīng)1.直流電機的勵磁方式大多數(shù)直流電機都采用勵磁繞組通以直流勵磁電流的方式來建立氣隙磁場（此外還有采用永磁體建立氣隙磁場的永磁直流電機）。勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。直流電機在不同的勵磁方式下，運行特性會有明顯的差別。按勵磁方式分類是直流電機的一種主要分類方法。

直流電機的勵磁方式以直流電動機為例。他勵I(lǐng)a＝

I并勵串勵復(fù)勵I(lǐng)＝Ia＋UfIfI＝IaIa：電樞電流，

I

：輸入電流I＝Ia＋If直流電機空載磁場分布圖

（只有勵磁磁場）二、直流電機的空載磁場

1)主磁通

當勵磁繞組通電流時，產(chǎn)生的磁通大部分由N極出來，經(jīng)氣隙進入電樞齒，通過電樞鐵心的磁軛(電樞磁軛)，到S極下的電樞齒，又通過氣隙回到定子的S極，再經(jīng)機座(定子磁軛)形成閉合回路。這部分與勵磁繞組和電樞繞組都交鏈的磁通稱為主磁通，用0表示。主磁通經(jīng)過的路徑稱為主磁路。顯然，主磁路由主磁極、氣隙、電樞齒、電樞磁軛和定子磁軛等五部分組成。

漏磁通

另有一部分磁通不通過氣隙，直接經(jīng)過相鄰磁極或定子磁軛形成閉合回路，這部分僅與勵磁繞組交鏈的磁通稱為漏磁通，以σ表示。漏磁通路徑主要為空氣，磁阻很大，所以漏磁通的數(shù)量只有主磁通的20%左右。

若不考慮電樞表面齒槽效應(yīng)，假設(shè)電樞表面是光滑的，根據(jù)磁路定律可推出氣隙磁密反比于氣隙長度，即有Bδ∝1/δ。主磁極下的氣隙小，而且均勻，氣隙磁密分布均勻；在主磁極極靴尖，氣隙增大，磁阻增大，磁密下降；在極靴尖外，氣隙迅速增大，氣隙磁密急劇下降，在相鄰兩極的空間分界線上，磁密降為零。我們稱氣隙磁密沿電樞表面空間分布的波形為平頂波，也可稱之為鐘形曲線。

氣隙磁密分布波形

2)直流電機的空載磁化特性直流電機運行時，要求氣隙磁場每個極下有一定數(shù)量的主磁通，叫每極磁通，當勵磁繞組的匝數(shù)Wf一定時，每極磁通的大小主要決定于勵磁電流If?？蛰d時每極磁通0與空載勵磁電流If

(或空載勵磁磁勢)稱為電機的空載磁化特性。由于構(gòu)成主磁路的五部分當中有四部分是鐵磁性材料，鐵磁材料磁化時的B-H曲線有飽和現(xiàn)象，磁阻是非線性的，所以空載磁化特性較大時也出現(xiàn)飽和，如圖所示。為充分利用鐵磁材料，又不致于使磁阻太大，電機的工作點一般選在磁化特性開始轉(zhuǎn)彎、亦即磁路開始飽和的部分(圖中A點附近)。圖

直流電機鐵心空載磁化曲線直流電機空載時的磁場直流電機空載時（Ia＝0）的氣隙磁場僅由勵磁電流If

產(chǎn)生的勵磁磁動勢Ff

建立。

磁動勢Ff產(chǎn)生的磁場2.直流電機負載時的氣隙磁場主要分析電樞繞組流過負載電流時產(chǎn)生的電樞磁動勢及其作用。電樞磁動勢對勵磁電流建立的氣隙磁場產(chǎn)生影響，稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)對氣隙磁通密度的大小、分布、電機的換向、運行性能都有影響。電樞磁動勢的空間分布“電刷位于幾何中性線”通過換向片被電刷短路的整距線圈的線圈邊位于幾何中性線處。畫示意圖時，通常省略換向片，把電刷直接畫在幾何中性線處，與被短路的線圈邊直接接觸。通常將這種情況稱為“電刷位于幾何中性線”。此時電刷的實際位置仍在主極中心線

電樞磁動勢的空間分布電刷位于幾何中心線時每極電樞磁動勢最大值為Fa使幾何中性線處的氣隙磁通密度不為零。電樞磁動勢的空間分布電刷是電樞電流的分界線。以主極中心線為直軸（d

軸），以幾何中性線為交軸（q

軸）。電樞磁動勢Fa及其產(chǎn)生的磁場的空間位置不動，軸線在交軸處。交軸（q

軸）直軸（d

軸）電刷位于幾何中心線時電樞磁動勢的空間分布電刷位于幾何中心線時規(guī)定磁動勢及磁通密度的參考方向：出電樞、進磁極為正。每極下導(dǎo)體數(shù)為z

/2p，導(dǎo)體電流為ia＝Ia

/2a

。電負荷A

：電樞圓周單位長度上的安培導(dǎo)體數(shù)，電樞磁動勢的空間分布電刷不位于幾何中心線時電樞磁動勢可分解為兩個分量：直軸、交軸磁動勢。電刷偏離直軸電樞磁動勢交軸電樞磁動勢直軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)使磁場的零點偏移；不飽和時，每極磁通量不變；飽和時，每極磁通量會減少。電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)使磁場畸變，幾何中心線處的氣隙磁通密度不為零。不飽和時，氣隙每極磁通量不變。飽和時，每極磁通量略有減小，有去磁作用。直軸電樞反應(yīng)有增磁或去磁作用。直流電機負載時氣隙磁密波形有限元方法計算的直流電機負載時氣隙磁場的分布19.3直流電機的換向直流電機電樞旋轉(zhuǎn)時，構(gòu)成電樞繞組的各線圈，依次從一條支路經(jīng)由電刷短路后轉(zhuǎn)入電流方向相反的另一條支路。這種電流方向的改變稱為換向。

開始換向換向過程中換向結(jié)束直流電機的換向換向性能是直流電機運行品質(zhì)的重要指標。換向不好會在電刷與換向片間產(chǎn)生有害的火花。當火花超過一定限度時，會加劇電刷和換向器的磨損，可能損壞電刷和換向器表面，甚至產(chǎn)生環(huán)火，使電機不能正常運行甚至損壞。產(chǎn)生換向火花的原因有多方面，受電磁、機械、電刷材質(zhì)、電化學(xué)、電熱以及環(huán)境等多種因素影響。

直流電機的換向改善換向的方法在幾何中性線處安裝換向極（最有效的方法）。采用補償繞組。選用合適的電刷。換向極19.3直流電機的換向

換向是直流電機中一個非常重要問題，直流電機的換向不良，將會造成電刷與換向器之間產(chǎn)生電火花，嚴重的會使電機燒毀。所以，要討論影響換向的因素以及產(chǎn)生電火花的原因，進而采取有效的方法改善換向，保障電機的正常運行。一、換向的過程

直流電機運行時，電樞繞組的元件旋轉(zhuǎn)，從一條支路經(jīng)過固定不動的電刷短路，后進入另一條支路，元件中的電流方向?qū)⒏淖?，這一過程稱為換向。

一、換向的過程

圖是電機中一元件K的換向過程，設(shè)bS為電刷的寬度，一般等于一個換向片bK的寬度，電樞以恒速Va從左向右移動，TK為換向周期，S1、S2分別是電刷與換向片1、2的接觸面積。

(1)換向開始瞬時(圖(a)所示)，t=0，電刷完全與換向片2接觸，S1=0，S2為最大，換向元件K位于電刷的左邊，屬于左側(cè)支路元件之一，元件K中流的電流i=+ia，由相鄰兩條支路而來的電流為2ia，經(jīng)換向片2流入電刷。

(2)在換向過程中(圖(b)所示)，t=TK/2，電樞轉(zhuǎn)到電刷與換向片1、2各接觸一部分，換向元件K被電刷短路，按設(shè)計希望此時K中的電流i=0，由相鄰兩條支路而來的電流為2ia，經(jīng)換向片1、2流入電刷。

(3)換向結(jié)束瞬時，(圖(c)所示)，t=TK，電樞轉(zhuǎn)到電刷完全與換向片1接觸，S1為最大，S2=0，換向元件K位于電刷右邊，屬于右側(cè)支路元件之一，K中流過的電流i=-ia，相鄰兩條支路電流2ia經(jīng)換向片1流入電刷。隨著電機的運行，每個元件輪流經(jīng)歷換向過程，周而復(fù)始，連續(xù)進行。

(a)換向開始瞬時(b)換向過程中某一瞬時(c)換向結(jié)束瞬時

3.10直流電機的換向

二、影響換向的因素

影響換向的因素是多方面的，有機械因素、化學(xué)因素，但最主要的是電磁因素。機械方面可通過改善加工工藝解決，化學(xué)方面可通過改善環(huán)境進行解決。電磁方面主要是換向元件K中，附加電流iK的出現(xiàn)而造成的，下面分析產(chǎn)生iK的原因。1.理想換向(直線換向)

換向過程所經(jīng)過的時間(即換向周期TK)極短，只有幾毫秒，如果換向過程中，換向元件K中沒有附加其它的電動勢，則換向元件K的電流i均勻地從+ia變化到-ia(+ia→0→-ia)，如圖1.29曲線1所示，這種換向稱為理想換向，也稱直線換向。2.延遲換向

電機換向希望是理想換向，但由于影響換向的主要因素——電磁因素的存在，使得換向不能達到理想，而出現(xiàn)了延遲換向，引起火花。電磁因素的影響有電抗電動勢以及電樞反應(yīng)電動勢兩種情況。3.10直流電機的換向

二、影響換向的因素

影響換向的因素是多方面的，有機械因素、化學(xué)因素，但最主要的是電磁因素。機械方面可通過改善加工工藝解決，化學(xué)方面可通過改善環(huán)境進行解決。電磁方面主要是換向元件K中，附加電流iK的出現(xiàn)而造成的，下面分析產(chǎn)生iK的原因。1.理想換向(直線換向)

換向過程所經(jīng)過的時間(即換向周期TK)極短，只有幾毫秒，如果換向過程中，換向元件K中沒有附加其它的電動勢，則換向元件K的電流i均勻地從+ia變化到-ia(+ia→0→-ia)，如圖1.29曲線1所示，這種換向稱為理想換向，也稱直線換向。2.延遲換向

電機換向希望是理想換向，但由于影響換向的主要因素——電磁因素的存在，使得換向不能達到理想，而出現(xiàn)了延遲換向，引起火花。電磁因素的影響有電抗電動勢以及電樞反應(yīng)電動勢兩種情況。3.10直流電機的換向

(1)電抗電動勢eX：電抗電動勢又可分為自感電動勢eL與互自感電動勢eM。由于換向過程中，元件K內(nèi)的電流變化，按照棱次定律將在元件K內(nèi)產(chǎn)生自感電動勢eL=-Ldia/dt；另外，其它元件的換向?qū)⒃谠﨣內(nèi)產(chǎn)生互感電動勢eM=-Mdia/dt，則

eX=eL+eM(1.12)eX總是阻礙換向元件內(nèi)電流i變化的，即eX與換向前電流+ia方向相同，即阻礙換向電流減少的變化。圖3.39直線換向與延時換向

圖3.30換向元件K中產(chǎn)生的電樞反映電動勢3.10直流電機的換向

(2)電樞反應(yīng)電動勢(旋轉(zhuǎn)電動勢)eV：電機負載時，電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變，幾何中性線處磁場不再為零，這時處在幾何中性線上的換向元件K將切割該磁場，而產(chǎn)生電樞反應(yīng)電動勢eV；電動機時物理中性線逆著旋轉(zhuǎn)方向偏離一角度，按右手定則，可確定eV的方向，eV與換向前電流ia方向相同。

(3)附加電流iK：元件換向過程中將被電刷短接，除了換向電流i外，由于eX與eV的存在，產(chǎn)生了附加電流iK。

iK=(eX+eV)/(R1+R2)(1.13)

式中，R1、R2分別為電刷與換向片1、2的接觸電阻。

iK與eX+eV方向一致，并且都阻礙換向電流的變化，即與換向前電流+ia方向相同。iK的變化規(guī)律如圖1.29中曲線2所示。這時換向元件的電流是曲線1與2的疊加，即如圖1.29中曲線3所示?？梢?，使得換向元件中的電流從+ia變化到零所需的時間比直線換向延遲了，所以稱作延遲換向。3.10直流電機的換向

(4)附加電流對換向的影響。由于iK的出現(xiàn)，破壞了直線換向時電刷下電流密度的均勻性，從而使后刷端電流密度增大，導(dǎo)致過熱，前刷端電流密度減小，如圖3.31所示。當換向結(jié)束，即換向元件K的換向片脫離電刷瞬間，iK不為零，換向元件K中儲存的一部分磁場能量LKi2K/2就以火花的形式在后刷端放出，這種火花稱為電磁性火花。當火花強烈時，將灼傷換向器材和燒壞電刷，最終導(dǎo)致電機不能正常運行。圖3.31延遲換向時附加電流的影響三、改善換向的方法

產(chǎn)生火花的電磁原因是換向元件中出現(xiàn)了附加電流iK，因此要改善換向，就得從減小、甚至消除附加電流iK著手。1.選擇合適的電刷3.10直流電機的換向

從可見，當eX+eV一定時，可以選擇接觸電阻(R1,R2)較大的電刷，從而減小附加電流來改善換向。但它又引起了損耗增加及電阻壓降增大，發(fā)熱加劇，電刷允許流過的電流密度減小，這就要求應(yīng)同時增大電刷面積和換向器的尺寸。因此，選用電刷必須根據(jù)實際情況全面考慮，在維修更換電刷時，要注意選用原牌號。若無相同牌號的電刷，應(yīng)選擇性能接近的電刷，并全部更換。2.移動電刷位置

如將直流電機的電刷從幾何中性線n-n移動到超過物理中性線m-m的適當位置，如圖1.32(a)中v-v所示，換向元件位于電樞磁場極行相反的主磁極下，則換向元件中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電動勢為一負值，使，電機便處于理想換向。所以對直流電動機應(yīng)逆著旋轉(zhuǎn)方向移動電刷，如圖1.32(a)所示。但是，電動機負載一旦發(fā)生變化，電樞反應(yīng)強弱也就隨之發(fā)生變化，物理中性線偏離幾何中性線的位置也就隨之發(fā)生變化，這就要求電刷的位置應(yīng)做相應(yīng)的重新調(diào)整，實際中是很難做到。因此，這種方法只有在小容量電機中才采用。3.10直流電機的換向

(a)移動電刷位置改善換向(b)安裝換向極改善換向

圖3.32改善換向的方法

3.10直流電機的換向

3.裝置換向極

直流電機容量在1kW以上一般均裝有換向極，這是改善換向最有效的方法，換向極安裝在相鄰兩主磁極之間的幾何中性線上，如圖3.32(b)所示。改善換向的作用是在換向區(qū)域(幾何中性線附近)建立一個與電樞磁動勢Fa相反的換向極磁動勢FK，它除了抵消換向區(qū)域的電樞磁動勢Fa(使eV=0)之外，還要建立一個換向極磁場，使換向元件切割換向極磁場產(chǎn)生一個與電抗電動勢eX大小相等、方向相反的電動勢e'V，使得e'V+eX=0，則iK=0，成為理想換向。為了使換向極磁動勢產(chǎn)生的電動勢隨時抵消eX和eV，換向極繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián)，這時流過換向極繞組上的電流ia，產(chǎn)生的磁動勢與ia成正比。且與電樞磁動勢方向相反便可隨時抵消。換向極極性應(yīng)首先根據(jù)電樞電流方向，用右手螺旋定則確定電樞磁動勢軸線方向，然后應(yīng)保證換向極產(chǎn)生的磁動勢與電樞磁動勢方向相反，而互相抵消，即電動機換向極極性應(yīng)與順著電樞旋轉(zhuǎn)方向的下一個主磁極極性相反，如圖3.32(b)所示。3.10直流電機的換向

四、補償繞組

在大容量和工作繁重的直流電機中，在主極極靴上專門沖出一些均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放一種所謂補償繞組，如圖3.33(a)所示。補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，因此補償繞組的磁動勢與電樞電流成正比，并且補償繞組連接得使其磁動勢方向與電樞磁動勢相反，以保證在任何負載情況下隨都能抵消電樞磁動勢，從而減少了由電樞反應(yīng)引起氣隙磁場的畸變。電樞反應(yīng)不僅給換向帶來困難，而且在極弧下增磁區(qū)域內(nèi)可使磁密達到很大數(shù)值。當元件切割該處磁密時，會感應(yīng)出較大的電動勢，以致使處于該處換向片間的電位差較大。當這種換向片間電位差的數(shù)值超過一定限度，就會使換向片間的空氣游離而擊穿，在換向片間產(chǎn)生電位差光火花。在換向不利的條件下，若電刷與換問片間發(fā)生的火花延伸到片間電壓較大處，與電位差火花連成一片，將導(dǎo)致正負電刷之間有很長的電弧連通，造成換向器整個圓周上發(fā)生環(huán)火如圖3.33(b)，以致燒壞換向器。所以，直流電機中安裝補償繞組也是保證電機安全運行的措施，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，一般直流電機中不采用。3.10直流電機的換向

(a)環(huán)火(b)補償繞組

圖3.33環(huán)火和補償繞組

19.4電樞繞組的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組的感應(yīng)電動勢為了簡單，假定：電樞表面光滑無槽；電樞繞組導(dǎo)體數(shù)目無窮多，且均勻分布；繞組采用整距線圈；電刷位于幾何中性線（實際位置在磁極中心線）。電樞繞組的感應(yīng)電動勢電樞繞組的感應(yīng)電動勢Ea

，簡稱電樞電動勢，是指正、負極性電刷間的電動勢。Ea

就是電樞繞組任一條并聯(lián)支路的電動勢，等于一條并聯(lián)支路串聯(lián)的所有導(dǎo)體的電動勢之和。

電樞繞組有效導(dǎo)體總數(shù)為z＝2SNk（S為線圈數(shù)，Nk為線圈匝數(shù)），則電樞繞組的感應(yīng)電動勢設(shè)氣隙磁通密度平均值為Bav

，則氣隙每極磁通量＝Bavlep

，一根導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的平均值為電樞電動勢為為電動勢常數(shù)。（le為有效長度）電樞繞組的感應(yīng)電動勢電樞電動勢如果線圈不是整距，而是短距的，則Ea會略有降低。但實際電機不允許短距太大，所以可不計其影響。如果電刷不位于幾何中性線，Ea將會減小。電樞電動勢Ea與每極磁通量、轉(zhuǎn)速n成正比。電動勢常數(shù)Ce

與極對數(shù)

p

、導(dǎo)體總數(shù)

z

、并聯(lián)支路對數(shù)a有關(guān)。電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩T為電樞所有導(dǎo)體上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩之和。

電樞電流為Ia時，一根導(dǎo)體中的電流為Ia

/2a每根導(dǎo)體產(chǎn)生的平均電磁力為電磁轉(zhuǎn)矩為（dr為電樞直徑）設(shè)線圈為整距，電刷位于幾何中性線，則一個主極下各導(dǎo)體的電流方向相同，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向相同。電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。如果線圈不是整距的，則總的電磁轉(zhuǎn)矩會減??；因為通常短距不大，所以不考慮此影響。電刷不位于幾何中性線時，T

的增減與電樞反應(yīng)性質(zhì)有關(guān)。電磁轉(zhuǎn)矩T

與每極磁通量、電樞電流Ia成正比。19.5直流電機的基本方程式直流電機的基本方程式描述電機穩(wěn)態(tài)運行時通過電磁感應(yīng)作用而實現(xiàn)的機電能量轉(zhuǎn)換過程。直流電機的基本方程式包括：電動勢平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式和功率平衡方程式等。1.直流發(fā)電機的基本方程式參考方向以并勵直流發(fā)電機為例。按發(fā)電機慣例規(guī)定參考方向。向負載側(cè)看，U與輸出電流

I

同向。

Ea＞U，Ea與Ia

同向。勵磁電流

If與勵磁電壓Uf

的參考方向相同。原動機拖動轉(zhuǎn)矩

T1與轉(zhuǎn)速

n

同向。電磁轉(zhuǎn)矩

T

與

n

反向，為制動性。直流發(fā)電機的基本方程式電動勢平衡方程式Ra

為電樞回路總電阻（包括ra和電刷接觸電阻），在一定范圍內(nèi)可視為常數(shù)。電樞回路的電動勢平衡方程式常用形式：ra為電樞回路各繞組的總電阻；2Ub為一對電刷接觸電阻的壓降。直流發(fā)電機的基本方程式電動勢平衡方程式Rf

為勵磁回路總電阻。（包括勵磁繞組電阻和串入的附加電阻）電流關(guān)系勵磁回路If為勵磁電流；I為輸出電流。直流發(fā)電機的基本方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式T0為空載轉(zhuǎn)矩（由電機的機械摩擦和鐵耗等引起，總是制動性轉(zhuǎn)矩）。穩(wěn)態(tài)運行時，拖動轉(zhuǎn)矩與制動轉(zhuǎn)矩相平衡。按照轉(zhuǎn)矩的參考方向，可得直流發(fā)電機的基本方程式功率平衡方程式軸上輸入的機械功率P1扣除空載損耗

p0，等于電磁功率Pem?？蛰d損耗p0包括機械損耗

pm、鐵耗

pFe

和附加損耗

pad。直流發(fā)電機的基本方程式功率平衡方程式說明原動機克服電磁轉(zhuǎn)矩T所提供的機械功率T

，轉(zhuǎn)換成了電樞回路的電功率EaIa

，即發(fā)電機轉(zhuǎn)軸輸入機械功率，電樞繞組輸出電功率。電磁功率Pem是電磁轉(zhuǎn)矩

T

吸收的機械功率，也是電樞回路獲得的電功率。直流發(fā)電機的基本方程式功率平衡方程式電樞得到的電磁功率

Pem

扣除電樞銅耗

pCu

和勵磁銅耗

pCuf

，等于輸出功率P2。他勵時，功率平衡方程式中不計勵磁銅耗

pCuf

。直流發(fā)電機的基本方程式功率流程圖2.直流電動機的基本方程式直流電機的可逆原理發(fā)電機狀態(tài)電動機狀態(tài)直流電機的可逆原理以他勵電機為例說明可逆原理：一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行，這就是直流電機的可逆原理。

把一臺他勵直流發(fā)電機并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運行，保持不變。保持發(fā)電機的不變，減少原動機的輸出功率，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速下降。當下降到一定程度時，使得，此時，發(fā)電機輸出的電功率，原動機輸入的機械功率僅僅用來補償電機的空載損耗。繼續(xù)降低原動機的，將有，反向，這時電網(wǎng)向電機輸入電功率，電機進入電動機狀態(tài)運行。同理，上述的物理過程也可以反過來，電機從電動機狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機狀態(tài)。電機的可逆原理：