電機學許加柱湖南大學第二章直流電機概述1直流電機的電樞繞組2直流電機的磁場3直流發(fā)電機的基本特性4直流電動機的基本特性5直流電動機的起動、調速和制動6直流電機的換向72.4直流發(fā)電機的基本特性1.基本方程

1）電動勢平衡方程

2）功率平衡方程

3）轉矩平衡方程2.4直流發(fā)電機的基本特性電動勢平衡方程電樞回路：2.4直流發(fā)電機的基本特性電動勢平衡方程勵磁回路：電流方程：2.4直流發(fā)電機的基本特性功率平衡方程電磁功率：2.4直流發(fā)電機的基本特性上式就是電樞回路功率平衡方程的標準形式，其中是輸出的電功率；是總銅耗，包括電樞銅耗和勵磁損耗。(可變損耗部分)功率平衡方程2.4直流發(fā)電機的基本特性電磁功率只是輸入機械功率轉換成電功率的那部分，那么直流發(fā)電機總的功率平衡方程還應包括輸入功率與電磁功率之間的傳遞關系。由輸入功率傳遞到電磁功率過程中的損耗：1）機械損耗(Pmec)2）鐵心損耗(Pfe)3）雜散損耗(Pad)不變損耗部分，又稱空載損耗功率平衡方程2.4直流發(fā)電機的基本特性運行效率什么時候效率最高呢？？2.4直流發(fā)電機的基本特性轉矩平衡方程2.4直流發(fā)電機的基本特性例：一臺四極并勵直流發(fā)電機額定數(shù)據(jù)為：Pn=6kW,Un=230V,nN=1450r/min,電樞回路電阻ra=0.92Ω，勵磁回路電阻Rf=177Ω,2ΔUb=2V,空載損耗P0=355W。求額定負載下的電磁功率、電磁轉矩和效率2.4直流發(fā)電機的基本特性2.他勵發(fā)電機的運行特性1）空載特性2）負載特性3）外特性4）調節(jié)特性可測得的物理量：n、U、I、If直流發(fā)電機一般由原動機拖動旋轉，因此可認為n不變。2.4直流發(fā)電機的基本特性空載特性（n=常數(shù)、I=0時，U0=f(If)的關系曲線）Ur注：任何一種勵磁方式的直流電機，其空載特性曲線均由他勵接線方式測定！2.4直流發(fā)電機的基本特性負載特性（n=常數(shù)、I=常數(shù)時，U=f(If)的關系曲線）2.4直流發(fā)電機的基本特性調節(jié)RLI從零增至額定值IU1n不變If不變外特性（n=常數(shù)、If=常數(shù)時，U=f(I)的關系曲線）2.4直流發(fā)電機的基本特性

U0是空載時的端電壓，一般他勵直流發(fā)電機的電壓變化率約為5％～10%。電壓調整率從空載到負載，電壓下降的程度由電壓變化率來表示。2.4直流發(fā)電機的基本特性IIf

轉速一定，負載電流變化時，為維持他勵直流發(fā)電機的端電壓不變，需要調節(jié)勵磁電流。負載電流增大，勵磁電流也增大。INIfN調節(jié)特性（n=常數(shù)、U=常數(shù)時，If=f(I)的關系曲線）2.4直流發(fā)電機的基本特性3.并勵發(fā)電機的自勵條件和外特性并勵發(fā)電機的勵磁電流不需要另外的直流電源，而是取自發(fā)電機本身，因此也叫做自勵式發(fā)電機，應用較為廣泛。與他勵發(fā)電機相比，運行特性在自勵過程和外特性有些不同。2.4直流發(fā)電機的基本特性自勵過程穩(wěn)定在端電壓恰好與勵磁回路電壓降相等原動機拖動電樞轉動電樞兩端產(chǎn)生一個小剩磁電壓剩磁電壓在勵磁繞組中產(chǎn)生勵磁電流勵磁電流增加主磁通主磁通增加導致端電壓增加端電壓增加又增強磁通2.4直流發(fā)電機的基本特性自勵條件1）電機中存在剩磁2）勵磁繞組連接正確3）勵磁回路電阻應小于臨界電阻2.4直流發(fā)電機的基本特性臨界電阻：電阻線與空載特性線性段重合時對應的電阻值2.4直流發(fā)電機的基本特性空載特性曲線正比于電機的轉速，轉速降低曲線下移，臨界電阻也隨之變小。2.4直流發(fā)電機的基本特性外特性（n=常數(shù)、Rf=常數(shù)時，U=f(I)的關系曲線）1)并勵發(fā)電機端電壓下降的速度比他勵發(fā)電機端電壓下降得快2）負載電流有“拐彎”現(xiàn)象2.4直流發(fā)電機的基本特性為什么端電壓會下降的快？2.4直流發(fā)電機的基本特性為什么電流會“拐彎”？穩(wěn)態(tài)短路電流例：一臺四極82kW、230V、970r/min的并勵發(fā)電機，ra=0.0259Ω，并勵繞組每極78.5匝，rf=22.8Ω。額定負載時勵磁回路串入調節(jié)電阻Rj=3.7Ω,2ΔUb=2V，pmec+pfe=4.3kW，pad=0.005Pn，其空載特性數(shù)據(jù)如下表所示。求1）額定負載時的電樞電動勢2）額定負載時的電磁功率、電磁轉矩、輸入功率及效率3）額定負載時的電壓調整率4）額定負載時電樞反應的每極去磁磁動勢If/A23.24.55.56.58.211.7U0/V1001501982262442602802.4直流發(fā)電機的基本特性2.4直流發(fā)電機的基本特性2.4直流發(fā)電機的基本特性4.復勵發(fā)電機的特點2.4直流發(fā)電機的基本特性積復勵：以并勵繞組為主，串勵繞組起補償電樞反應去磁作用和電樞繞組電壓降的作用。差復勵：串勵繞組起去磁作用，使主磁通和電動勢進一步下降。(恒流源)平復勵過復勵欠復勵2.5直流電動機的基本特性1.基本方程電動勢平衡方程電流方程2.5直流電動機的基本特性動態(tài)方程2.5直流電動機的基本特性功率平衡方程輸入功率：2.5直流電動機的基本特性2.5直流電動機的基本特性轉矩平衡方程2.5直流電動機的基本特性狀態(tài)方程2.5直流電動機的基本特性2.工作特性電動機運行時轉速n，電磁轉矩Tem和效率η與負載功率（輸出功率）P2的關系曲線稱為工作特性。2.5直流電動機的基本特性一、并勵電動機的工作特性實驗中保持：常數(shù)常數(shù)2.5直流電動機的基本特性1、速率特性并勵電動機運行時，勵磁繞組絕對不能開路2.5直流電動機的基本特性2、轉矩特性3、效率特性2.5直流電動機的基本特性1、速率特性串勵電動機的轉速隨著輸出功率的增大而迅速下降。串勵電動機絕對不允許空載運行。2.5直流電動機的基本特性2、轉矩特性串勵電動機的電磁轉矩隨著輸出功率的增加而迅速上升，這是串勵電動機的突出特點。2.5直流電動機的基本特性3.機械特性直流電動機的機械特性是指：在U=Un=常數(shù)時，轉速n與電磁轉矩Tem的關系曲線。2.5直流電動機的基本特性1、并勵電動機的機械特性并勵電動機的機械特性為硬特性2.5直流電動機的基本特性2、串勵電動機的機械特性串勵電動機的機械特性為軟特性2.5直流電動機的基本特性4.直流電動機的穩(wěn)定運行條件穩(wěn)定運行的含義：設電機和生產(chǎn)機械組成的拖動機組已運行于某一轉速，若外界短時擾動（如負載突變）使轉速產(chǎn)生的變化，在擾動消失后能隨之消失，即機組能自行恢復到原來的速度，則稱機組運行是穩(wěn)定的。2.5直流電動機的基本特性幾類典型負載的機械特性1.風機、泵類：2.發(fā)電機負載：3.提升、牽引類負載：4.金屬切割機床負載：2.5直流電動機的基本特性穩(wěn)定性分析為電動機機械特性為負載機械特性2.5直流電動機的基本特性直流電動機穩(wěn)定運行條件2.5直流電動機的基本特性2.5直流電動機的基本特性直流電動機穩(wěn)定運行條件1、電動機具有下降的機械特性，對非下降性的機械負載都能滿足穩(wěn)定運行的要求。2、當電動機和機械負載具有相同的單調性質，則在滿足穩(wěn)定條件的某個運行區(qū)域是穩(wěn)定的。2.6直流電動機的起動、調速和制動一、直流電動機的起動直流電動機接到電源以后，轉速從零達到穩(wěn)定轉速的過程，稱為起動過程。研究起動的方法是盡量緩解上述矛盾直流電動機起動要求起動時的電磁轉矩要求大起動時要限制起動電流矛盾起動設備要簡單、經(jīng)濟、可靠2.6直流電動機的起動、調速和制動1、直接起動（只適合對小容量的電動機）直接起動時，先合上勵磁繞組的開(Kf)，以確保在電動機起動時磁場已經(jīng)建立。2.6直流電動機的起動、調速和制動起動電流：起動轉矩：優(yōu)點：操作簡單，無需另加設備缺點：沖擊電流大，引起換向困難，產(chǎn)生火花；電源會發(fā)生瞬時跌落。適用于容量很小的電動機2.6直流電動機的起動、調速和制動2、電樞回路串電阻起動

將起動電阻串入電樞回路，待轉速上升后，逐步將起動電阻切除。R1R2R3Tn0R1+R2+R3R1+R2R12.6直流電動機的起動、調速和制動2、電樞回路串電阻起動起動電流將起動電流限制在允許的范圍內，選擇合適的Rst，其步驟:（1）根據(jù)電動機銘牌數(shù)據(jù)，估算電動機電樞回路電阻Ra（2）選取最大起動電流I1，計算最大起動電阻（3）決定起動電阻級數(shù)（4）計算起動電流比2.6直流電動機的起動、調速和制動2、電樞回路串電阻起動變阻器十分笨重，經(jīng)常起動時消耗很多電能。2.6直流電動機的起動、調速和制動3、降壓起動降壓起動通過降低端電壓來限制起動電流的一種起動方式，對抑制起動電流最有效，能量消耗也最小。現(xiàn)在通常用可控硅整流電源，已廣泛運用于直流電動機和各類直流電力電子傳動系統(tǒng)。2.6直流電動機的起動、調速和制動3、降壓起動開始時，降低端電壓，使Ia＝(1.5～

2.0)INTem=(1.5～2.0）TemN隨著轉速的上升，逐步提高電樞電壓，并使電樞電流限制在一定范圍內。優(yōu)點：起動電流小，起動過程平滑、能量損耗少。缺點：需要一套專用的直流發(fā)電機或整流電源，投資費用大。2.6直流電動機的起動、調速和制動二、直流電動機的調速改變傳動機構的傳動比改變工作機構的速度，稱為機械調速人為改變電動機的參數(shù)（如端電壓、勵磁電流或電樞回路電阻），使同一機械負載得到不同轉速，稱為電氣調速電動機驅動生產(chǎn)機械，對電動機的轉速不僅要能調節(jié)，而且要求調節(jié)的范圍寬廣、過程平滑、調節(jié)的方法簡單、經(jīng)濟2.6直流電動機的起動、調速和制動二、直流電動機的調速1、電樞回路串電阻調速2、改變勵磁電流調速3、改變端電壓調速直流電動機的轉速公式：2.6直流電動機的起動、調速和制動1、電樞回路串電阻調速

保持U＝UN且＝N不變，電樞回路中串入調速電阻Rc，使同一個負載得到不同轉速的方法，稱為電樞串電阻調速。2.6直流電動機的起動、調速和制動1、電樞回路串電阻調速2.6直流電動機的起動、調速和制動1、電樞回路串電阻調速串入電樞回路的電阻越大，轉速越低。R2R1PQR1<R2<R3TemnR3電機運行于固有機械特性上的轉速稱為基速。電樞回路串電阻調速的方法，只能從基速往下調。2.6直流電動機的起動、調速和制動1、電樞回路串電阻調速串電阻調速前后由于負載轉矩不變，電樞電流不變，但串電阻后，輸出功率減小，電動機的效率降低。特點：（1）設備簡單、操作方便。（2）低速時，機械特性很軟，當負載變化時，轉速波動很大。靜態(tài)穩(wěn)定性差，調速范圍不大。（3）由于電阻的不連續(xù)調節(jié)，因此速度調節(jié)不平滑，屬有級調速。（4）電樞電流在Rj上消耗的能量大，調速時效率低。效率與轉速成正比。

2.6直流電動機的起動、調速和制動2、改變勵磁電流調速改變勵磁電流調速，實際上是減少勵磁電流的調速，所以又稱弱磁調速。

弱磁調速：保持U＝UN，Rj＝0，僅減小電動機的勵磁電流If使主磁通減小，達到調速目的。TemnIf1PIf2QIf1>If2從兩個穩(wěn)定點P、Q對應轉速說明減小勵磁可以使轉速升高。2.6直流電動機的起動、調速和制動2、改變勵磁電流調速If減小瞬間速度不變減小機組加速nEaIaTemTem＝TZ新的平衡，新的Ia和n2.6直流電動機的起動、調速和制動2、改變勵磁電流調速調速前后的量：（1）假定負載轉矩不變，

(2)假定磁路不飽和，不計電樞反應和IaRa的變化（3）恒轉矩負載，，基本不變2.6直流電動機的起動、調速和制動2、改變勵磁電流調速改變勵磁電流調速時，減小勵磁電流將使電機轉速升高，電機的輸出功率增加；與此同時，電樞電流增加，輸入功率也增加，電動機的效率幾乎不變。優(yōu)點：設備簡單，調節(jié)方便，能耗小缺點：單方向調節(jié)，轉速調得過高，勵磁過弱，電樞電流變大，換向變壞，出現(xiàn)不穩(wěn)定2.6直流電動機的起動、調速和制動3、改變端電壓調速電樞回路串電阻調速只能下調電動機轉速；改變勵磁電流調速只能上調電動機轉速。改變電壓調速是一種靈活的調速方式，轉速既可以上升也可以降低，配合勵磁調節(jié)，調節(jié)范圍可以更加廣泛。TemnU1U1>U2>U3U2U3PQ2.6直流電動機的起動、調速和制動3、改變端電壓調速（1）降壓的人為特性是一簇與固有特性平行的直線，無論是滿載、輕載還是空載都有明顯的調速效果（2）由于人為特性硬度不變，低速時由于負載變化引起的轉速波動不大。靜態(tài)穩(wěn)定性好，調速范圍大（3）可平滑調節(jié)端電壓，使轉速平滑調節(jié)，實現(xiàn)無級調速（4）調節(jié)過程能量損耗小調壓調速的特點：2.6直流電動機的起動、調速和制動調速性能指標（1）調速范圍：電動機在額定負載轉矩下調速時，最高轉速與最低轉速之比。用D表示。（2）靜差率（相對穩(wěn)定性：也稱轉速變化率。指電動機由理想空載到額定負載時轉速的變化率。靜差率越小，轉速的相對穩(wěn)定性越好。（3）調速的平滑性：無級調速平滑性最好，有級調速由相鄰兩級轉速中，高一級轉速與低一級轉速之比。（4）調速時電動機的容許輸出：電動機在不同轉速時軸上輸出的功率和轉矩。不同的調速方法允許的輸出不同。（5）經(jīng)濟性2.6直流電動機的起動、調速和制動電動機調速時的容許輸出在某轉速下，電機即能充分利用；又能安全運行時輸出的功率和轉矩稱為，調速時的允許輸出功率和轉矩。(1)調壓調速的允許輸出降壓調速、電樞回路串電阻都是降低電樞兩端的電壓。在整個調速范圍允許輸出轉矩為常數(shù)，恒轉矩調速方式。允許輸出功率與轉速成正比。保持I不變2.6直流電動機的起動、調速和制動弱磁調速時，保持電流I＝IN弱磁調速時，在整個調速范圍內的允許輸出功率為常數(shù)，是恒功率調速方式。

其允許輸出轉矩與轉速成反比。(2)弱磁調速的允許輸出2.6直流電動機的起動、調速和制動恒轉矩負載恒轉矩調速方式：使電機在任何轉速下都滿載運行，能得到充分利用。恒功率調速方式：在n＝nmin時，電動機的轉矩及功率比負載需要的轉矩和負載大得多，電動機沒充分利用，造成浪費。恒轉矩調速方式弱磁控制負載類型與調速方式的配合2.6直流電動機的起動、調速和制動恒功率負載恒轉矩調速方式：高速時電動機需要輸出的轉矩小于額定轉矩，電流小于額定電流，電動機沒有被充分利用。恒功率調速方法：在整個調速范圍內，做到額定轉矩輸出，電機安全且充分利用。恒轉矩調速方式恒功率控制負載類型與調速方式的配合2.6直流電動機的起動、調速和制動三、直流電動機的制動直流電動機的兩種運轉狀態(tài)：（1）電動運轉狀態(tài)：電動機的電磁轉矩方向與旋轉方向相同，此時電網(wǎng)向電動機輸入電能，并轉變?yōu)闄C械能帶動負載。（2）制動運轉狀態(tài)：電動機的電磁轉矩方向與旋轉方向相反，此時電動機吸收機械能轉變?yōu)殡娔?。電動機很快停車，或者由高速運行很快進入低速，要求制動運行。2.6直流電動機的起動、調速和制動三、直流電動機的制動電動機制動的物理本質是在電機轉軸上施加一個與旋轉速度方向相反的轉矩，這個轉矩可以使機械的，也可以是電磁的。在電機學中講的主要是指電磁制動。1）能耗制動2）反接制動3）回饋制動斷開電源抱閘機械制動自由停車2.6直流電動機的起動、調速和制動1、能耗制動能耗制動時，保持勵磁電流If的大小及方向不變,電動機作為他勵發(fā)電機運行，由于發(fā)電機的電磁轉矩與電樞旋轉的方向是相反的，因而產(chǎn)生制動作用，使電機轉速變慢，直至電樞旋轉的動能全部變?yōu)殡娔?，消耗在電阻上?.6直流電動機的起動、調速和制動1、能耗制動參數(shù)特點：＝N，U＝0，電樞回路總電阻R＝Ra＋RT能耗制動時的機械特性:能耗制動的參數(shù)代入機械特性的一般表達式，得到能耗制動時的機械特性：制動過程：反抗性負載停車位能性負載穩(wěn)速下放2.6直流電動機的起動、調速和制動1、能耗制動特點:能耗制動的特點：（1）操作簡單，停車準確（2）能耗制動產(chǎn)生的沖擊電流不會影響電網(wǎng)（3）低速時制動轉矩小，停轉慢（4）動能大部分都消耗在制動電阻上制動初瞬的最大電流：制動電阻：2.6直流電動機的起動、調速和制動2、反接制動反接制動轉速反向（用于位能負載）電樞反接（用于反抗性負載）（電動勢反向）（電壓反向）2.6直流電動機的起動、調速和制動2、反接制動

If及端電壓UN不變，僅在電樞回路串入足夠大的制動電阻RT，使該人為特性與負載轉矩特性的交點處于第四象限。不同的RT，可得到不同的穩(wěn)定轉速。nTem0nABCDAnD電壓平衡式：機械特性：轉速反向的反接制動2.6直流電動機的起動、調速和制動2、反接制動能量關系：U及Ia的方向與電動狀態(tài)相同，UIa表示由電網(wǎng)輸入的功率；

Ea

的方向與電動狀態(tài)時相反，EaIa表示輸入的機械功率在電樞內變成電磁功率；UIa與EaIa兩者之和消耗在電樞電路的電阻(Ra＋RT)上。轉速反向的反接制動2.6直流電動機的起動、調速和制動2、反接制動電樞反接的反接制動保持If不變，將開關向下合閘，使電樞經(jīng)制動電阻RT而反接于電網(wǎng)上。參數(shù)特點：＝N，U＝－UN,

R=Ra+RTIfUNRTEaIanTemnAABCDE電動下固有不串RT串RTnE2.6直流電動機的起動、調速和制動2、反接制動電樞反接的反接制動機械特性：能量關系：從電網(wǎng)吸收的電能和軸上輸入的機械能都消耗在電樞回路的電阻上。

電壓平衡式：（Ia反向）反接制動時，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，因此電樞回路中應串入適當?shù)碾娮?，限制電流；當電機轉速降低到零時，應把電源切除，否則電機將反轉。2.6直流電動機的起動、調速和制動2、反接制動特點：（1）可以很快使機組停機（2）需要加入足夠的電阻，限制電樞電流（3）轉速至零時，需切斷電源2.6直流電動機的起動、調速和制動3、回饋制動需要制動時，將勵磁方式改變?yōu)樗麆罨虿睿斵D速升高到某一數(shù)值時，反電動勢大于端電壓，電流改變方向，電機作為發(fā)電機運行，電磁轉矩起制動作用，能量回饋到電網(wǎng)。1.反向回饋制動2.正向回饋制動2.6直流電動機的起動、調速和制動3、回饋制動反向回饋時，電機實際轉速方向與電壓反向后的理想空載轉速方向一致，Ia與Ea方向一致。電機呈發(fā)電機狀態(tài)。能量關系：電磁功率Pem＝EaIa<0，電機從軸上輸入機械功率轉變?yōu)殡姽β?輸入功率P1＝UIa<0；回饋給電網(wǎng)的功率;電樞回路能量損耗為Ia2(Ra+RT);回饋制動的下放速度：系統(tǒng)儲存的位能轉換成電能送回電網(wǎng)。2.6直流電動機的起動、調速和制動3、回饋制動（以串勵電動機為例）正向回饋制動（1）電車下坡（2）過渡回饋制動過程（降壓運行）TemnABTL-TLn0CD點A點B點A點C點D2.6直流電動機的起動、調速和制動例1：一臺并勵直流電動機，Pn=10kW,Un=220V,nN=1000r/min,η=83%,Ra=0.283Ω,2ΔUb=2V,Ifn=1.7A。設負載總轉矩Tl恒定，在電樞回路串入一電阻使轉速降低到500r/min，試求：1）電樞電流2）電樞回路串入調節(jié)電阻的大小3）調速后電動機的效率2.6直流電動機的起動、調速和制動與上題電機參數(shù)相同，在電機滿載運行時，突然在電樞回路串入1.0Ω電阻，不計電樞回路電感和電樞反應影響，仍設負載總轉矩Tl恒定，計算串入電阻瞬間：1）電樞電動勢2）電樞電流3）電磁轉矩4）穩(wěn)定運行轉速2.6直流電動機的起動、調速和制動與上題電機參數(shù)相同，突然改變勵磁電流使磁通減小20%，求：1）改變瞬間的電樞電流2）穩(wěn)定運行時的電樞電流3）穩(wěn)定運行時的轉速2.7直流電機的換向換向是一切裝有換向器的電機的一個專門問題，它對電機的正常運行有重大影響，是直流電機的關鍵問題之一。2.7直流電機的換向1.換向過程？（假設電刷寬度等于換向片寬度）電樞旋轉時，被電刷短路的元件從短路開始到短路結束，從一條支路轉換到另一條支路，電流改變了方向2.7直流電機的換向1.換向過程圖示一單疊繞組元件的換向過程。設換向元件編號為1，電刷寬為bs，換向片寬為bk，bs＝bk，電刷固定，換向器以線速度vk按圖示方向運動（從右向左移動）。2.7直流電機的換向1.換向過程(a)當電刷僅與換向片1相接觸時（圖a）元件1屬于電刷右邊的一條支路，元件1中的電流為ia。2.7直流電機的換向1.換向過程(b)當電刷與換向片1和2相接觸時（圖b），元件1被電刷短路。(c)當電刷僅與換向片2相接觸時（圖c），元件1屬于電刷左邊的一條支路，電流也為ia但方向與原來相反。2.7直流電機的換向1.換向過程當電刷從換向片1過渡到換向片2時，元件1中的電流從＋ia變到-ia，換向元件中電流的這種變化過程，稱為換向過程從換向開始到換向結束所需時間，稱為換向周期2.7直流電機的換向1.換向過程上圖表示了元件1從換向到經(jīng)過一對極距時電流變化的理想化曲線。從換向開始（圖a所示的瞬間，對應于圖中的ta點）到換向結束（圖c所示瞬間，對應于圖d的tc點）所需的時間稱為換向周期，以Tk表示，即相當于元件被電刷短路的整個時間。通常Tk只有千分之幾秒。2.7直流電機的換向1.換向過程正在進行換向的元件稱為換向元件換向元件中的電流稱為換向電流在換向過程中，換向元件的元件邊在電樞表面上所移過的距離稱為換向區(qū)域。良好的換向是一切裝有換向器的電機持久運行的必要條件。2.7直流電機的換向如果換向元件中電勢為零，則在被電刷短路的閉合回路中不會有環(huán)流換向元件中的電流由電刷與相鄰兩換向片的接觸面積決定。變化曲線為一條直線，稱為直線換向

但是換向過程中，不可能沒有電勢！t+ia-iai

直線換向2.7直流電機的換向(1)電抗電勢er換向元件中由于換向電流的變化所引起的自感電勢和互感電勢之和，稱為電抗電勢Lr：換向元件的電抗系數(shù)，包括自感和互感er的平均值：設電刷寬度bs等于換向片寬度bk，換向片數(shù)為K，換向周期Tk：2.換向元件中的感應電勢2.7直流電機的換向

電機負載越重或轉速越高，電抗電勢越大

電抗電勢的方向阻止換向電流的變化，因此er的方向必與換向前的元件電流ia的方向一致電抗電勢的特點2.7直流電機的換向換向元件所處的幾何中性線處，主磁場幾乎為零電樞反應磁勢所產(chǎn)生的磁通Φa正好穿過換向元件電樞旋轉時，換向元件切割Φa所生電勢ea稱為旋轉電勢ΦaeaNSner（2）旋轉電勢ea2.7直流電機的換向設換向元件匝數(shù)為Ny，電樞反應磁勢在換向元件處所生的磁密為Ba，則ea的平均值：特點：（1），負載越重或者轉速越高，旋轉電勢也越大。

（2）據(jù)右手定則，ea的方向總是與換向前元件中的電流方向相同，ea與er

方向一致，也是阻礙換向的。

旋轉電勢的特點2.7直流電機的換向合成電勢在換向元件閉合回路中產(chǎn)生的環(huán)流（3）電刷下產(chǎn)生火花的原因對于換向良好的電機，在理想情況下，ek和er大小相當，方向相反，∑e≈0；反之，∑e不為零，導致?lián)Q向不良，就有可能在電刷下發(fā)生火花。ti由閉合轉為斷開時，由ik建立的電磁能量以火花的形式釋放出來ik2.7直流電機的換向（4）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律

i是元件l中的換向電流，i1和i2分別表示引線1和2經(jīng)換向片1和2流過電刷的電流。設Ry、R1和R2分別為元件l、引線1和引線2的電阻，Rb1和Rb2分別為換向片1和2與電刷間的接觸電阻，則按電路定律，可列寫換向回路的電動勢平衡方程為:2.7直流電機的換向（4）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律

∑e中的er與換向電流i的變化規(guī)律有關，Rbl和Rb2也取決于諸多因素，因此。要直接由此解出i很困難。為此，假定（1）換向片與電刷呈面接觸，電流分布均勻。（2）電刷與換向器單位接觸面積上的電阻為常數(shù)，即接觸電阻與接觸面積成反比。（3）換向元件中的合成電動勢∑e在換向周期內保持不變，并取定為周期內的平均值。2.7直流電機的換向（4）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律

設Rb為單片換向片與電刷完整接觸時的接觸電阻，并取換向開始瞬間作為時間起點，可得圖(b)中的相關節(jié)點有2.7直流電機的換向（4）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律

將上兩式代入式電動勢平衡方程式，進而忽略R1、R2和Ry（對普通電刷，它們的數(shù)值遠小于接觸電阻），可解得式中，iL為直線換向電流分量；ik為附加換向電流分量，R'b相當于回路串聯(lián)總電阻2.7直流電機的換向（4）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律

(a)、(b)、(c)、(d)分別給出了iL、R′b、ik和i的變化曲線，而ik和i還分別針對∑e=0、∑e>0、∑e<0三種情況。2.7直流電機的換向（4）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律

三種不同的換向過程，分述如下。1）∑e＝0，直線換向。這是最理想的換向情況。換向電流只有iL分量，隨時間線性變化，從＋ia均勻地變化到－ia?？梢宰C明，此時電刷下的電流密度也是均勻分布的。2.7直流電機的換向（4）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律

（2）∑e>0，延遲換向。此時，換向電流同時包含iL和ik分量，且ik≥0，其結果是曲線軌跡處于直線換向上方(圖(d))，致使過零時間滯后于直線換向，“延遲換向”由此而得名。延遲換向時，左刷邊(參見前圖，電刷與換向片l接觸的部分，通稱后刷邊)的電流密度會大于右刷邊(與換向片2接觸部分，亦稱前刷邊)的值。當電刷滑離換向片1時，很大的電流突然突然斷路，換向回路中貯存的電磁能量通過空氣釋放，便導致火花在后刷邊產(chǎn)生。2.7直流電機的換向（4）電動勢平衡方程式及電流變化規(guī)律

（3）∑e<0，超越換向。此時ik≤0，換向電流曲線落于直線換向下方(圖(d))，過零時間提前，故稱為‘超越換向”。與延遲遲換向相反，超越換向致使右刷邊電流密度大于左刷邊，在前刷邊產(chǎn)生火花。2.7直流電機的換向減少換向元件的感應電勢和旋轉電勢，可以有效地改善換向。最有效的辦法：裝換向極NSΦaneaerNkSk抵消電樞反應磁勢，使ea＝0換向極磁勢建立Bk，產(chǎn)生ek，使(5)改善換向的方法之一：安裝換向極2.7直流電機的換向安裝換向極的要求

換向極應裝在幾何中性線上

換向極的極性使產(chǎn)生的Bk方向與電樞反應磁勢的方向相反

換向極繞組必須與電樞繞組串聯(lián)，為什么？？使在任何時候，ek＝－er2.7直流電機的換向安裝換向極的要求Bk的大小當然要根據(jù)所要求的ek來決定。在理想情況下，ek和er在任意瞬間都能完全抵消，但實際上難以做到。因為ek取決于Bk的波形，而er則取決于換向電流的變化規(guī)律。因此，折衷的解決辦法是要求它們的平均值能相等，即

ek＝erav

由于ek∝Bk；erav∝Ia亦即要使Bk∝Ia故最終要求Fk∝Ia這就是說，換向極繞組必須與電樞繞組串聯(lián)，并要求在設計電機時盡量使換向極磁路不飽和，從而保證換向極繞組產(chǎn)生的磁動勢和所建立的磁場能滿足要求。2.7直流電機的換向安裝換向極的要求換向極的極性可由右手定則確定．由于要求ek和er的方向相反，而er的作用總是企圖阻止電流的變化，即與換向