直流電機(jī)重點內(nèi)容：（1）直流電機(jī)的工作原理（2）直流電機(jī)的基本概念（3）電樞感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩（4）基本方程難點：（1）電樞繞組及電路圖（2）電刷位置放置（3）電樞反應(yīng)一、直流電機(jī)特點直流電機(jī)優(yōu)點易于控制，可靠性高調(diào)速范圍廣，平滑。過載、起動、制動轉(zhuǎn)矩大。調(diào)速時能量損耗小直流電機(jī)缺點換向困難結(jié)構(gòu)復(fù)雜價格高第二章直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)二、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)主磁極作用：建立主磁場。

構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組。換向極:作用：改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運行時不產(chǎn)生有害的火花。構(gòu)成：由鐵心和繞組組成主磁極換向磁極機(jī)座作用：1)作為磁路的一部分；

2)固定主磁極、換向極和端蓋。構(gòu)成:通常由鑄鋼或厚鋼板焊成機(jī)座轉(zhuǎn)子（電樞）①電樞鐵心②電樞繞組③換向器④轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇電樞鐵心硅鋼片(0.5mm)電樞鐵心作用：1、主磁路的一部分；2、電樞繞組的支撐部件。

構(gòu)成：一般用厚0.5㎜且沖有齒、槽的DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成。電樞繞組作用：直流電機(jī)的電路部分。構(gòu)成：用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成，上下層以及線圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊。直流發(fā)電機(jī)的工作原理三、直流電機(jī)的工作原理直流電動機(jī)的工作原理NS＋U－電刷換向片abdcNS＋U－adbc勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。直流電機(jī)按勵磁方式可分：他勵自勵四、勵磁方式1、他勵式（圖a）其勵磁繞組由其他電源供電，勵磁繞組與電樞繞組不相連。MIf+Ua－Ia+Uf－他勵并勵串勵復(fù)勵直流電動機(jī)按勵磁方式分類M+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I(1)額定電壓UN發(fā)電機(jī)的UN：指輸出電壓的額定值。電動機(jī)的UN：指輸入電壓的額定值。(2)額定電流IN發(fā)電機(jī)的IN：指輸出電流的額定值。電動機(jī)的IN：指輸入電流的額定值。(3)額定功率PN發(fā)電機(jī)的PN：指輸出電功率的額定值(UNIN)

。電動機(jī)的PN：指輸出機(jī)械功率的額定值(UNINηN)

。五、額定值(4)額定轉(zhuǎn)速nN(5)額定勵磁電壓UfN(6)額定勵磁電流IfN※

額定狀態(tài)：指U、I、P、n均為額定值的狀態(tài)。※滿載狀態(tài)：

指I=IN的狀態(tài)。節(jié)距上元件邊下元件邊后端接前端接實槽與虛槽：Qu=uQ（1）第一節(jié)距y1一個元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的虛槽數(shù)，稱為第一節(jié)距，用y1表示。y1y2121526（2）第二節(jié)距y2相串聯(lián)的兩個元件中，第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為第二節(jié)距，用y2表示，也用虛槽數(shù)計算。56（3）合成節(jié)距y相串聯(lián)的兩個元件對應(yīng)邊在電樞表面所跨過的虛槽數(shù)，稱為合成節(jié)距。不同類型繞組的差別，主要表現(xiàn)在合成節(jié)距和換向器節(jié)距上。疊繞組元件在電樞上的聯(lián)接波繞組元件在電樞上的聯(lián)接（4）換向片節(jié)距yk:元件的首末端在換向器上的距離單疊繞組單疊繞組的特點:合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即y=yk=1。直流電機(jī)的，試將其繞成單疊繞組。1、單疊繞組的節(jié)距2、單疊繞組的元件聯(lián)結(jié)次序3、單疊繞組的元件聯(lián)結(jié)次序4、單疊繞組的并聯(lián)支路圖單疊繞組并聯(lián)支路對數(shù)等于電機(jī)的極對數(shù)，即：單疊繞組的的特點：同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。電樞電流等于各支路電流之和。單波繞組講述單波繞組聯(lián)結(jié)規(guī)律的節(jié)距、繞組展開圖、元件聯(lián)結(jié)圖、并聯(lián)支路圖。為什么叫單波繞組？1、單波繞組的節(jié)距以一臺的直流電機(jī)為例。（長距元件）（左行繞組）2、單波繞組的展開圖3、單波繞組的元件聯(lián)結(jié)次序4、單波繞組的并聯(lián)支路圖單波疊繞組并聯(lián)支路對數(shù)與電機(jī)極對數(shù)無關(guān)，單波繞組的特點是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。兩個串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個極距；沿圓周向一個方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。單波繞組單波繞組的電路圖單波繞組的特點:同極下各元件串聯(lián)組成一條支路，支路對數(shù)為1，與極對數(shù)無關(guān)；當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動勢最大；電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢.電刷數(shù)等于磁極數(shù)；GIa+Ua－EM+Ua－IaIf+Uf－直流電機(jī)的磁場及電樞反應(yīng)一、直流電機(jī)的空載磁場Ia=0,P2=0Ia=0,P2=0定子磁軛Lys齒Ｌt氣隙δ主磁極Lp轉(zhuǎn)子磁軛Lyr當(dāng)主磁通很小時，磁路中鐵磁部分沒有飽和，鐵磁部分所需磁勢遠(yuǎn)比氣隙所需磁勢小，可忽略不計．主磁場的氣隙磁密的空間分布NSBl極距R二、直流電機(jī)負(fù)載時的負(fù)載磁場直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。其中電樞磁勢對主極磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。NSSNNSNSSXd軸1.電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)Bδ(x)NSNSS物理中性線交軸電樞反應(yīng)電樞表面磁通密度的實際過零點的連線。B0(x)Ba(x)2)對主磁場起去磁作用1)使氣隙磁場發(fā)生畸變

空載時電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線角，磁通密度的曲線與空載時不同。磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。磁路飽和時，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：NSNSNS2.當(dāng)電刷不在幾何中性線上的電樞反應(yīng)電刷從幾何中性線偏移β角，電樞磁動勢軸線也隨之移動β角。這時電樞磁動勢可以分解為兩個垂直分量:交軸電樞磁動勢Faq和直軸電樞磁動勢Fad。順電樞轉(zhuǎn)向移刷逆電樞轉(zhuǎn)向移刷發(fā)電機(jī)交軸和直軸去磁交軸去磁和直軸助磁電動機(jī)交軸去磁和直軸助磁交軸和直軸去磁兩極直流電機(jī)空載時的磁場勵磁磁場電樞磁場勵磁磁場合成磁場

電樞的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩一、電樞的感應(yīng)電動勢空載時直流電機(jī)氣隙磁場Bl極距R平均磁密：Bav=Φl（1）大小每個導(dǎo)體：eav=Blv

導(dǎo)體切割磁場的線速度：

v=n2R60=n2p60

電動勢：

E=CeΦn

Ce電動勢常數(shù)：Ce=

pN60a單位：Wb單位：r/min(V)(2)方向：

由Φ和n共同決定。(3)性質(zhì)：發(fā)電機(jī)為電源電動勢；電動機(jī)為反電動勢。二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(1)產(chǎn)生電樞電流i磁場ΦT(2)大小總電磁力矩Tem=總導(dǎo)體數(shù)Tav(2)大小Tem=CTΦIaCT轉(zhuǎn)矩常數(shù)：CT=pN2a單位：Wb單位：A(N·m)CTCE=602=9.55CT

=

9.55CECT

=pN2aCe

=pN60a(3)方向：由Φ和Ia

共同決定。一、他勵直流發(fā)電機(jī)的基本方程式直流發(fā)電機(jī)

NST1niaTT0UfIfEa+-URLRfraIa1.電壓平衡方程式UfIfEa+-URLIa2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式iaTemT0T1nNS3.穩(wěn)態(tài)運行時功率平衡關(guān)系他勵直流發(fā)電機(jī)功率流程圖P1=TΩp0=pm+pFe+psPem=TemΩ=EaIapCu=Ia2RaUIa=P2※小型發(fā)電機(jī)：N=75%~85%中大型發(fā)電機(jī)：N=85%~93%直流發(fā)電機(jī)基本方程小結(jié)NSRLT1TemT0nEaIa+-UPcuP2Pem電壓：Ea=IaRa+U轉(zhuǎn)矩：T1=T0+Tem功率：P1=p0+pcu+P2P1P0定義：當(dāng)、時，空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線空載特性ARrUf-+IfGA+-VKRLn二、直流發(fā)電機(jī)的運行特性O(shè)IfU0Er剩磁感應(yīng)電動勢空載特性空載時，。由于，因此空載特性實質(zhì)上就是。由于正比于，所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同?？蛰d特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線定義：當(dāng)、時，外特性

ARrUf-+IfGA+-VKRLnOIUn=nNIf

=IfNINUNU0外特性

電壓平衡方程式

U

=Ua

=E－RaIa當(dāng)IaRaIaE

(電樞反應(yīng))Ua

電壓調(diào)整率VR

=U0－UNUN×100%(5%~10%)調(diào)整特性當(dāng)n

=nN，U=UN時：

If=f(Ia

)OI

If

IfNIN調(diào)整特性三、并勵發(fā)電機(jī)的自勵條件和特性E＋Ua－GIfIaI

E

→Φ

?Φ→

E

?

(1)自勵條件①主磁極必須有剩磁Φr

：Φr→Er→Ifr→Φ→E＞ErΦ與Φr方向相同→E＜ErΦ與Φr方向相反②勵磁電流產(chǎn)生的磁通必須與剩磁同方向：Φr→Er→Ifr→E＞Er→If＞Ifr→Φ→E

···※E與If

既應(yīng)滿足空載特性又應(yīng)滿足歐姆定律。當(dāng)Rf

Rk時，EEr，能夠自勵。當(dāng)Rf=Rk時，E不確定，不能自勵。當(dāng)Rf

Rk時，

E≈Er，不能自勵。③勵磁電路的電阻必須小于臨界電阻。If=ERa＋RfOIfEErQIfrIf1If2If場阻線：場阻線的斜率：=Ra＋Rftan=EIfOIfEErRf

=RkRf

＜RkRf＞Rk(2)并勵發(fā)電機(jī)的外特性I

=Ia－IfU

=Ua

=UfUa

=E－RaIaI→IaRaIaE(電樞反應(yīng))Uf

→ΦUa外特性

U=f(I

)E＋Ua－GIfIaIn=nNRf

=常數(shù)OIUU0他勵并勵①負(fù)載增加時，U下降較快。

VR

≈20%②外特性有拐彎現(xiàn)象。OIUU0他勵并勵I(lǐng)NUNRL

→I(Ia)

→U

低飽和磁路RL

→U→If→Φ→E

(較大幅度)→U的下降比RL的減少得更快I=U/RLRL

→U→I→RL=0，U=0，If

=0→

Φ=Φr，

E=Er

→ISC

較小。③

穩(wěn)態(tài)短路電流不大。（4）復(fù)勵直流發(fā)電機(jī)0IUINU0差復(fù)勵復(fù)勵差復(fù)勵外特性急劇下降，可作恒流源積復(fù)勵平復(fù)勵過復(fù)勵欠復(fù)勵【例】

一他勵直流發(fā)電機(jī)，PN=10kW，UN=230V，nN=1000r/min，Ra=0.4Ω。如果磁通Φ保持不變，求1000r/min時的空載電壓U0和900r/min時的滿載電壓U

。解：在nN和UN時的電樞電流9001000E'

=EU0=E

=Ua＋RaIaN

=(230＋0.4×43.5)V=247V在Φ保持不變時，E

∝n10×103230=A=43.5APNUaIaN=9001000=×247V=222VU=E'－RaIaN=(222－0.4×43.5)V=205VP2=UI=230×100W=23000WIa=I＋I(xiàn)f=(100＋2)A=102APCu=RaIa2

＋RfIf2

=(0.2×1022＋115×22)W=2540.8WPem=P2＋PCu=25540.8W【例題】

一并勵直流發(fā)電機(jī)，輸出電壓U

=230V，輸出電流I

=100A，Ra=0.2Ω，Rf=115Ω，n

=1500r/min，T0=17.32N·m。求發(fā)電機(jī)的輸出功率P2、電磁轉(zhuǎn)矩T、輸入功率P1和效率。解：230115=A=2AURfIf=P0

=T0n260=

×17.32×1500W260

=2719.24W

P1=Pe＋P0

=(25540.8＋2719.24)W=28260W=×100%P2P1=

×100%=81.39%2300028260MIf+Ua－Ia+Uf－他勵并勵串勵復(fù)勵直流電動機(jī)按勵磁方式分類M+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I直流電動機(jī)M直流電動機(jī)1.直流電動機(jī)的基本方程勵磁電壓Uf→If→Φ電樞電壓Ua→Ia↓→Tem→n→EE(1)電壓平衡方程式勵磁電路：Uf=Rf

If電樞電路：Ua

=E+Ra

Ia+Ua－IaIf+Uf－(2)轉(zhuǎn)矩平衡方程式電動機(jī)NS(3)功率平衡方程式他勵直流電動機(jī)功率流程圖P1PCuPeP0P2

并勵電動機(jī)輸入電壓

U

=Ua

=

Uf

=E+RaIa(2)

輸入電流

I

=Ia+If(3)

輸入功率

MIa+U－IIf【例】

某并勵直流電動機(jī)，UN=220V，IN=12.5A，nN=3000r/min，Rf=628Ω，Ra=0.41Ω。求該電機(jī)在額定狀態(tài)下運行時的：(1)If；

(2)Ia；

(3)E

；

(4)Tem

。解：(1)勵磁電流IfUfRfIf=220628=A=0.35A(2)電樞電流IaIa=IN－If=(12.5－0.35)A=12.15A(2)電動勢EE=UN－RaIa

=(220－0.41×12.15)V=215VCTΦ=9.55CEΦ=0.685Tem=CTΦIa

=0.685×12.15N·m=8.32N·m(4)電磁轉(zhuǎn)矩CeΦ=EnN2153000==0.0717直流電動機(jī)的運行特性

直流電動機(jī)的運行特性主要有兩條，一條是工作一、并(他)勵電動機(jī)的運行特性

1、工作特性指時，。特性，另一條是轉(zhuǎn)矩特性（或稱為機(jī)械特性）。（1）、轉(zhuǎn)速特性

據(jù)轉(zhuǎn)速公式轉(zhuǎn)速調(diào)整率：

注意：并勵電動機(jī)在運行中，勵磁繞組絕對不能斷開。（2）轉(zhuǎn)矩特性

轉(zhuǎn)矩方程（3）效率特性2、機(jī)械特性

指，勵磁回路電阻＝常值時，。轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系表達(dá)式為二、串勵電動機(jī)的運行特性

1、工作特性特點：

是指時，或轉(zhuǎn)速特性（a）輕載時，、＝常值

這時的轉(zhuǎn)速曲線大致為