項(xiàng)目三

直流電機(jī)電機(jī)與電氣控制技術(shù)目錄CONTENTS認(rèn)識直流電機(jī)測試直流電機(jī)的特性任務(wù)一任務(wù)二學(xué)習(xí)目標(biāo)了解直流電機(jī)的分類掌握直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理掌握直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的含義了解直流電機(jī)的磁場及電樞反應(yīng)掌握直流電機(jī)電樞電壓、電磁轉(zhuǎn)矩及電磁功率的基本公式能拆裝直流電動(dòng)機(jī)能測定他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性1認(rèn)識直流電機(jī)3.1.1直流電機(jī)的分類按有無勵(lì)磁和勵(lì)磁方式的不同分類他勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)并勵(lì)直流電機(jī)直流電機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要為勵(lì)磁繞組供給勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流的供給方式稱為勵(lì)磁方式.。直流電機(jī)的勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類，其中自勵(lì)又可分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種。其中，為勵(lì)磁電流，為電樞電流。復(fù)勵(lì)直流電機(jī)無須勵(lì)磁的永磁直流電機(jī)（a）他勵(lì)

（b）并勵(lì)

（c）串勵(lì)

（d）復(fù)勵(lì)

3.1.1直流電機(jī)的分類他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁電流是由獨(dú)立的直流電源供給的，大小僅取決于勵(lì)磁電源的電壓和勵(lì)磁電路的電阻，與電樞端電壓無關(guān)。并勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)永磁直流電機(jī)由永磁鐵提供固定磁通，無須外部勵(lì)磁電源。由于沒有勵(lì)磁繞組，因此其尺寸相對較小，效率較高磁極上有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)，另一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)。如果兩個(gè)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁通的方向相同，則稱其為積復(fù)勵(lì)直流電機(jī)；如果兩個(gè)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通方向相反的，則稱其為差復(fù)勵(lì)直流電機(jī)。勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。為了減小電壓降及銅損，串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組通常用截面積較大的導(dǎo)線繞成，且匝數(shù)較少勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。勵(lì)磁電流不僅與勵(lì)磁電路的電阻有關(guān)，還受電樞端電壓的影響。勵(lì)磁繞組通常用較細(xì)的導(dǎo)線繞成，且匝數(shù)較多。3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理直流發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上大致相同，均由定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動(dòng)部分）兩大部分組成。定子主要用于產(chǎn)生磁場和作為直流電機(jī)的機(jī)械支撐，它包括主磁極、換向極、機(jī)座、電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器等，其主要作用是傳遞電磁轉(zhuǎn)矩。1.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理1）定子（1）主磁極。主磁極又稱主極，用于產(chǎn)生主磁通。除永磁直流電機(jī)的主磁極采用永磁鐵外，其他直流電機(jī)的主磁極都采用電磁鐵。主磁極包括主磁極鐵芯和套在主磁極鐵芯上的勵(lì)磁繞組，如圖所示。主磁極鐵芯靠近電樞的一端稱為極靴（又稱極掌）。為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)極靴表面的渦流損耗，主磁極鐵芯一般用

1～5

mm厚的低碳鋼板沖片疊壓而成。勵(lì)磁繞組是用圓截面或矩形截面的絕緣導(dǎo)線繞制而成的集中式繞組，與主磁極鐵芯相互絕緣。一般用螺栓將整個(gè)主磁極固定在機(jī)座上。當(dāng)直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在勵(lì)磁繞組中通以直流電，主磁極將產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢，從而產(chǎn)生主磁通。主磁極總是成對出現(xiàn)的，相鄰磁極的極性按N極和S極交替排列。1.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理1）定子（2）換向極換向極又稱附加極或間極，位于相鄰兩個(gè)主磁極之間，由換向極鐵芯和套在上面的換向繞組構(gòu)成，如圖所示。一般用螺桿將換向極固定在機(jī)座上。換向極的作用是改善直流電機(jī)的換向性能。大功率直流電機(jī)和對換向要求高的中小功率直流電機(jī)，其換向極鐵芯用相互絕緣的薄鋼片疊成；其他中小功率直流電機(jī)的換向極鐵芯則用整鋼制成。換向繞組要與電樞繞組串聯(lián)，因此通過的電流較大，一般用截面積較大的矩形導(dǎo)線繞成，且匝數(shù)較少。1.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理1）定子（3）機(jī)座。直流電機(jī)的機(jī)座有兩個(gè)作用：①固定主磁極、換向極和端蓋，并借助底腳來固定整個(gè)直流電機(jī)；②作為直流電機(jī)磁路的一部分。因此，機(jī)座都由導(dǎo)磁性能較好的材料制成，通常采用鑄鋼件或用鋼板卷焊而成。機(jī)座中有磁通經(jīng)過的部分稱為磁軛。（4）電刷裝置。電刷裝置的作用是通過電刷與換向器的滑動(dòng)接觸，把電樞繞組中的電壓、電流引到外電路，或者把外電路的電壓、電流引入電樞繞組。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、刷桿座、壓力彈簧等組成，如圖所示。電刷的數(shù)量一般與主磁極的數(shù)量相同。1.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理2）轉(zhuǎn)子（1）電樞鐵芯。電樞鐵芯有兩個(gè)作用：①作為直流電機(jī)磁路的一部分；②用來嵌放電樞繞組。電樞鐵芯和主磁場之間的相對運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生鐵損，為了減少鐵損，電樞鐵芯一般用厚0.5mm、涂有絕緣漆的硅鋼沖片疊壓而成，每片沖片上都有用于嵌放電樞繞組的槽，有的還有軸向通風(fēng)孔。電樞鐵芯沖片和裝配好的電樞鐵芯如圖所示。1.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理2）轉(zhuǎn)子（2）電樞繞組。電樞繞組的作用是通過電流和產(chǎn)生感應(yīng)電壓，使直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換，它是直流電機(jī)的主要電路部分。電樞繞組是由帶有絕緣層、截面為圓形或矩形的導(dǎo)線先繞制成線圈，再按一定的規(guī)律連接而成的，它一般嵌放在電樞鐵芯的槽內(nèi)，并與換向器連接。（3）換向器。換向器的作用是實(shí)現(xiàn)電樞中交變電壓、交變電流與電刷中直流電壓、直流電流的轉(zhuǎn)換，從而保證所有導(dǎo)體上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩或感應(yīng)電壓方向一致。目前，小型直流電機(jī)多采用塑料換向器，如圖

所示。1.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理1）直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的簡化模型如圖所示。其中，N、S為固定不動(dòng)的定子磁極，矩形abcd為固定在可旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)磁圓柱體上的轉(zhuǎn)子線圈，轉(zhuǎn)子線圈的首端a、末端d與兩個(gè)相互絕緣并可隨轉(zhuǎn)子線圈一同轉(zhuǎn)動(dòng)的換向器連接。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過與換向器緊密接觸且固定不動(dòng)的電刷來實(shí)現(xiàn)的。2.直流電機(jī)的工作原理當(dāng)有原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，在轉(zhuǎn)子線圈abcd中，兩條有效邊（ab、cd）所對應(yīng)的導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電壓，大小應(yīng)為

式中：u——導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，單位為V；——導(dǎo)體所在處的磁通密度，單位為Wb/；l——導(dǎo)體ab或cd的有效長度，單位為m；v——導(dǎo)體ab或cd與Bx間的相對線速度，單位為m/s。導(dǎo)體中感應(yīng)電壓的方向可用右手定則來判定。3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)體ab在N極一側(cè)，感應(yīng)電壓的方向?yàn)橛蒪指向a；導(dǎo)體cd在S極一側(cè)，感應(yīng)電壓的方向?yàn)橛蒬指向c。在此狀態(tài)下，電刷A的極性為正，電刷B的極性為負(fù)。當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，導(dǎo)體ab在S極一側(cè)，感應(yīng)電壓的方向?yàn)橛蒩指向b；導(dǎo)體cd在N極一側(cè)，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的方向?yàn)橛蒫指向d。此時(shí)，雖然導(dǎo)體中感應(yīng)電壓的方向已改變，但由于原來與電刷A接觸的換向器已經(jīng)與電刷B接觸，而原來與電刷B接觸的換向器則改為與電刷A接觸，因此電刷A的極性仍為正，電刷B的極性仍為負(fù)。導(dǎo)體ab和cd中感應(yīng)電壓的方向是交變的，而與電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極一側(cè)，與電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極一側(cè)。因此，電刷A的極性總為正，而電刷B的極性總為負(fù)，在電刷兩端可獲得直流電壓。2.直流電機(jī)的工作原理3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理2）直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的簡化模型如圖所示。將電刷A、B接到直流電源上，電刷A接電源的正極，電刷B接電源的負(fù)極，此時(shí)在轉(zhuǎn)子線圈中將有電流流過。2.直流電機(jī)的工作原理設(shè)轉(zhuǎn)子線圈的ab邊位于N極一側(cè)，轉(zhuǎn)子線圈的cd邊位于S極一側(cè)，則導(dǎo)體每邊所受到的電磁力為式中：f——電磁力，單位為N；——導(dǎo)體中流過的電流，單位為A。電磁力的方向可根據(jù)左手定則來判定。電磁力與轉(zhuǎn)子半徑的乘積即電磁轉(zhuǎn)矩。在圖中，電磁轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)槟鏁r(shí)針。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈將按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。3.1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)的銘牌如圖所示。它提供了直流電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的額定數(shù)據(jù)和其他相關(guān)內(nèi)容，以便于用戶能正確使用直流電機(jī)。1.銘牌3.1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)2.型號3.1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)1額定功率

直流電機(jī)的額定功率是指直流電機(jī)長期以額定狀態(tài)運(yùn)行所允許的輸出功率，單位為kW。對于直流發(fā)電機(jī)，其額定功率是指其輸出的電功率；對于直流電動(dòng)機(jī)，其額定功率是指轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率。2額定電壓直流電機(jī)的額定電壓是指直流電機(jī)以額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)出線端的電壓，單位為V或kV。對于直流發(fā)電機(jī)，其額定電壓是指其以額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)輸出的端電壓；對于直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓是指其以額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的電源電壓。3額定電流直流電機(jī)的額定電流是指直流電機(jī)以額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的電流，單位為A。對于直流發(fā)電機(jī)，其額定電流是指以額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)供給額定負(fù)載的電流；對于直流電動(dòng)機(jī)，其額定電流是指以額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)從電源輸入的電流。4額定轉(zhuǎn)速直流電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是指電壓、電流和輸出功率均為額定值時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度，單位為r/min。5勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁繞組和電樞繞組的接線關(guān)系，直流電機(jī)常用的勵(lì)磁方式有他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)等。6額定勵(lì)磁電壓直流電機(jī)的額定勵(lì)磁電壓是指直流電機(jī)以額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)加在勵(lì)磁繞組兩端的額定電壓，單位為V。3.銘牌數(shù)據(jù)7額定勵(lì)磁電流直流電機(jī)的額定勵(lì)磁電流是指直流電機(jī)以額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)所需要的勵(lì)磁電流，單位為A。2測試直流電機(jī)的特性3.2.1直流電機(jī)的磁場及電樞反應(yīng)直流電機(jī)的磁場是由主磁極產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場（主磁場），電樞電流產(chǎn)生的電樞磁場，以及換向繞組、補(bǔ)償繞組產(chǎn)生的磁場合成的。它對直流電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和電磁轉(zhuǎn)矩有直接影響，直流電機(jī)的運(yùn)行特性在很大程度上也取決于磁場特性。當(dāng)直流電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，其電樞電流等于或近似等于零，因而可以認(rèn)為其空載磁場僅僅是由勵(lì)磁電流在通過勵(lì)磁繞組時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通勢建立的。如圖所示為直流電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的磁場分布。1.直流電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的磁場3.2.1直流電機(jī)的磁場及電樞反應(yīng)1.直流電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的磁場當(dāng)向直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組中通入直流電流時(shí)，主磁極產(chǎn)生磁場，磁場間隔均勻地分布在定子內(nèi)的圓周上，此時(shí)只有勵(lì)磁磁通勢單獨(dú)建立的空載磁場。每對磁極下的磁通所經(jīng)過的路徑不同。絕大部分磁通首先從主磁極的N極出來，經(jīng)過氣隙進(jìn)入電樞齒、電樞磁軛，到達(dá)電樞鐵芯另一側(cè)的電樞齒；然后穿過氣隙，進(jìn)入主磁極的S極；最后通過定子磁軛回到N極，形成閉合回路。這部分磁通同時(shí)被勵(lì)磁繞組和電樞繞組切割，是直流電機(jī)進(jìn)行電磁感應(yīng)和能量轉(zhuǎn)換所必需的，稱為主磁通。此外，還有一小部分磁通從N極出來后并不進(jìn)入電樞，而是經(jīng)過氣隙直接進(jìn)入相鄰的磁極或定子磁軛，形成閉合回路。這部分磁通稱為漏磁通，一般。漏磁通不僅不對直流電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換工作起作用，還會(huì)增加主磁極磁路的飽和程度，增加直流電機(jī)的損耗，使其效率降低。如圖所示為主磁場在直流電機(jī)中的分布情況。按照圖中所示的勵(lì)磁電流方向，可用右手螺旋定則來判定主磁場的方向。電樞表面磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方位于物理中性線上，它與磁極的幾何中性線重合。3.2.1直流電機(jī)的磁場及電樞反應(yīng)2.直流電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁場如圖所示為直流電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電樞磁場。它的方向可根據(jù)電樞電流用右手螺旋定則來判斷。從圖中可知，不論電樞如何轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞電流的方向總是以電刷為界限來劃分的。在電刷兩邊，N極下導(dǎo)體的電流方向與S極下導(dǎo)體的電流方向始終相反，只要電刷固定不動(dòng)，電樞兩邊的電流方向就不變，電樞磁場的方向也不變，即電樞磁場是靜止不動(dòng)的。3.2.1直流電機(jī)的磁場及電樞反應(yīng)3.直流電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)是指電樞繞組電流所產(chǎn)生的磁通勢，以及由該電流所造成的氣隙磁通的變化。如圖（c）所示為直流電動(dòng)機(jī)主磁場和電樞磁場共同產(chǎn)生的合成磁場。（a）主磁場（b）電樞磁場（c）合成磁場將圖（c）與圖（a）比較可見，帶負(fù)載后出現(xiàn)的電樞磁場，對主磁場的分布有明顯的影響，具體如下。（1）中心線不重合。（2）合成磁通勢被增強(qiáng)或削弱。（3）去磁作用。3.2.2直流電機(jī)的電樞電壓、電磁轉(zhuǎn)矩及電磁功率1.電樞電壓由電樞繞組在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓稱為電樞電壓，其值為直流電機(jī)正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電壓，即每條磁極支路的感應(yīng)電壓。每條磁極支路所含的繞組元件數(shù)量是相等的，而且每條磁極支路里的繞組元件都是分布在同極性磁極下的不同位置上的。這樣，先求出一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割氣隙磁場的平均感應(yīng)電壓，再乘以一條磁極支路里總的導(dǎo)體數(shù)，就可以得到電樞電壓。一根導(dǎo)體中的感應(yīng)電壓可通過電磁感應(yīng)定律求得，其表達(dá)式為式中：——一個(gè)主磁極下的平均氣隙磁通密度，單位為Wb/；

l——導(dǎo)體的有效長度，單位為mm；v——線速度，單位為m/s。3.2.2直流電機(jī)的電樞電壓、電磁轉(zhuǎn)矩及電磁功率1.電樞電壓與每極主磁通的關(guān)系為即式中：——極距。線速度可表示為式中：——磁極對數(shù)；——電樞轉(zhuǎn)速，單位為r/min?？傻妹扛鶎?dǎo)體的電壓為每條支路中的感應(yīng)電壓為式中：N——電樞導(dǎo)體總數(shù)；a——電樞并聯(lián)支路對數(shù)；Ce——電壓常數(shù)，，僅與直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。直流電機(jī)的感應(yīng)電壓與直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、主磁通和轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)直流電機(jī)制造完成后，電壓常數(shù)Ce不再變化，因此電樞電壓僅與主磁通和轉(zhuǎn)速有關(guān)，改變轉(zhuǎn)速或主磁通，均可改變電樞電壓的大小。3.2.2直流電機(jī)的電樞電壓、電磁轉(zhuǎn)矩及電磁功率2.電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電樞繞組中有電樞電流流過時(shí)，電樞繞組在磁場中將受到電磁力的作用，該力與電樞鐵芯半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。一根導(dǎo)體在磁場中所受的電磁力為

其中式中：—一根電樞導(dǎo)體中流過的電流，單位為A；—電樞總電流，單位為A。一根電樞導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為

式中：D——電樞鐵芯直徑，，單位為mm。

則總的電磁轉(zhuǎn)矩為

得

式中：——轉(zhuǎn)矩常數(shù)，，僅與直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)電樞電流的單位為A，磁通單位為Wb時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩的單位為N·m。直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、主磁通和電樞電流成正比。、都是直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，兩者之間的數(shù)量關(guān)系為3.2.2直流電機(jī)的電樞電壓、電磁轉(zhuǎn)矩及電磁功率2.電磁轉(zhuǎn)矩3.2.2直流電機(jī)的電樞電壓、電磁轉(zhuǎn)矩及電磁功率3.電磁功率通過電磁作用傳遞的功率稱為電磁功率，用表示。直流電機(jī)的電磁功率可表示為機(jī)械功率的形式，也可表示為電功率的形式。用機(jī)械功率來表示，是電磁轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)角速度的乘積，即

用電功率來表示，是電樞電壓和電樞電流的乘積，即

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路原理如圖所示。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的3個(gè)基本方程：電磁轉(zhuǎn)矩方程；感應(yīng)電壓方程；電樞電路電壓平衡方程。3.2.3直流電機(jī)的機(jī)械特性1.機(jī)械特性方程將電磁轉(zhuǎn)矩方程、感應(yīng)電壓方程代入電樞電路電壓平衡方程中，整理后得他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式中：、——電壓常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)；——理想空載轉(zhuǎn)速，，單位為r/min；——機(jī)械特性曲線的斜率，。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在電樞電壓和勵(lì)磁磁通均為額定值且電樞電路不串聯(lián)電阻（即，，）時(shí)的機(jī)械特性稱為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。其表達(dá)式為3.2.3直流電機(jī)的機(jī)械特性2.固有機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線如圖所示。從圖中可知，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線是一條斜直線。由于電樞電阻一般很小，即直線斜率很小（），因此他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性屬于硬機(jī)械特性。1）電樞電路串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性電樞電路串聯(lián)電阻時(shí)，電樞電壓和勵(lì)磁磁通均為額定值，即，，，此時(shí)的機(jī)械特性方程為3.2.3直流電機(jī)的機(jī)械特性3.人為機(jī)械特性電樞電路串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性曲線如圖所示。從圖中可知，電樞電路串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性曲線是一組放射狀曲線，它們都過理想空載點(diǎn)。理想空載轉(zhuǎn)速與固有機(jī)械特性時(shí)的值相同。斜率與電樞電路串聯(lián)電阻的大小有關(guān)，電阻越大，值越大，機(jī)械特性越軟。電樞電路串聯(lián)電阻后，若電磁轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，則，其中。利用這個(gè)比例關(guān)系，可以根據(jù)已知的求出電樞電路串聯(lián)電阻的阻值，也可進(jìn)行逆運(yùn)算。2）改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性改變電樞電壓時(shí)，勵(lì)磁磁通為額定值（）。若電樞電路不串聯(lián)電阻，只改變電樞電壓，則此時(shí)的機(jī)械特性方程為3.2.3直流電機(jī)的機(jī)械特性3.人為機(jī)械特性由于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓是工作電壓的上限，因此電樞電壓只能在低于額定電壓的范圍內(nèi)變化。除改變電樞電壓的大小外，還可以改變電樞電壓的方向。改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性曲線如圖所示。從圖中可知，改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性曲線是一組平行直線。當(dāng)U改變時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速隨之變化，兩者成正比關(guān)系。此時(shí)，各曲線的斜率都與固有機(jī)械特性曲線的斜率相同。3）減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性在勵(lì)磁電路中串聯(lián)電阻或降低勵(lì)磁電壓，可減弱勵(lì)磁磁通，此時(shí)，，機(jī)械特性方程為3.2.3直流電機(jī)的機(jī)械特性3.人為機(jī)械特性顯然，理想空載轉(zhuǎn)速（），越小，越大；而斜率（），越小，機(jī)械特性曲線斜率越大。減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性曲線如圖所示。它是既不平行又不呈放射狀的一組直線。3）減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性以上分析，都忽略了電樞反應(yīng)的影響。實(shí)際上，由于電樞反應(yīng)表現(xiàn)為去磁效應(yīng)，因此機(jī)械特性曲線會(huì)出現(xiàn)上翹現(xiàn)象，如圖所示。3.2.3直流電機(jī)的機(jī)械特性3.人為機(jī)械特性對于容量較小的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，電樞反應(yīng)引起的去磁效應(yīng)一般不嚴(yán)重，對機(jī)械特性影響不大，可以忽略不計(jì)。對于容量較大的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，可在主磁極上加上一個(gè)補(bǔ)償繞組，使電樞電流通過該繞組，由此產(chǎn)生的磁通即可補(bǔ)償電樞反應(yīng)引起的去磁效應(yīng)，使他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線不出現(xiàn)上翹現(xiàn)象。1）電壓平衡方程他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，加在電樞兩端的電壓為U，電樞電流為，電樞電壓為。由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，此時(shí)與是反向的。由基爾霍夫電壓定律可列出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程，即

式中：——電樞電阻，單位為Ω。3.2.4直流電機(jī)的運(yùn)行特性1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程

2）轉(zhuǎn)矩平衡方程他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩兩者之和相等，即

由此可見，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩一部分轉(zhuǎn)換為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，另一部分轉(zhuǎn)換為鐵損。3.2.4直流電機(jī)的運(yùn)行特性1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程

3）功率平衡方程他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)從電網(wǎng)吸收的電功率，除去電樞電路銅損、電刷接觸損耗及勵(lì)磁電路銅損后，其余均轉(zhuǎn)換為電樞上的電磁功率。電磁功率并不能全部用來輸出，它的一部分轉(zhuǎn)換成運(yùn)行時(shí)的機(jī)械損耗、鐵損和附加損耗，剩下的部分才轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸對外輸出的機(jī)械功率，即他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)換流程如圖所示。3.2.4直流電機(jī)的運(yùn)行特性1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程

1）轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性是指當(dāng)、、電樞電路不串聯(lián)電阻時(shí)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與輸出功率P2之間的關(guān)系，即由和可得出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式，即當(dāng)輸出功率增大時(shí)，一方面電樞電流增大，電樞電壓降增大，使轉(zhuǎn)速減?。涣硪环矫?，由于電樞反應(yīng)的去磁作用增大，減小，使轉(zhuǎn)速增大。上述兩者相互作用的結(jié)果是使轉(zhuǎn)速呈略微減小趨勢。3.2.4直流電機(jī)的運(yùn)行特性2．他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

1）轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化的程度用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速調(diào)整率表示，有式中：——空載轉(zhuǎn)速，單位為r/min；——額定負(fù)載轉(zhuǎn)速，單位為r/min。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整率很小，一般為3%～8%，因此其轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性較好。3.2.4直流電機(jī)的運(yùn)行特性2．他勵(lì)