直流電機分解課件

第2章直流電機2.1概述2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝第2章直流電機2.1概述2022/10/

用作發(fā)電機:可以獲得直流電源

用作電動機:由于其具有良好的調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求較高的場合，得到廣泛使用。直流電機是電機的主要類型之一。一臺直流電機即可作為發(fā)電機使用，也可作為電動機使用。信號傳遞：直流測速發(fā)電機將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號

信號傳遞：直流伺服電動機將控制信號轉(zhuǎn)換為機械信號。

2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝用作發(fā)電機:可以獲得直流電源直流電機是電機的主要類型之直流電機的優(yōu)缺點

直流發(fā)電機的電勢波形較好，受電磁干擾的影響小。直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。由于存在換向器，其制造復(fù)雜，價格較高。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝直流電機的優(yōu)缺點直流發(fā)電機的電勢波形較好，受電磁干擾的影響2.1.1

直流電機的工作原理1、直流電動機的工作原理物理模型圖

2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.1.1直流電機的工作原理1、直流電動機的工作原理物理模1、直流發(fā)電機的工作原理2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝1、直流發(fā)電機的工作原理2022/10/11武漢大學(xué)電氣工程問題2：直流電機通過電刷引出的感應(yīng)電勢的性質(zhì)？問題3：直流發(fā)電機如何得到幅值較為恒定的直流電勢？

為了得到穩(wěn)定的直流電勢，直流電機的電樞圓周上一般有多個線圈分布在不同的位置，并通過多個換向片聯(lián)接成電樞繞組。

問題1：直流電機電樞單個導(dǎo)體中感應(yīng)電勢的性質(zhì)？換向器的作用2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝問題2：直流電機通過電刷引出的感應(yīng)電勢的性質(zhì)？問題3：直流發(fā)2、直流電動機的工作原理換向器由互相絕緣的換向片構(gòu)成,裝在軸上與電樞一同旋轉(zhuǎn),換向器又與兩個固定不動的電刷Ａ、B相接觸，這樣當(dāng)直流電壓加于電刷時，換向器的作用使外電路的直流電流改為線圈內(nèi)的交變電流，以保證每極下導(dǎo)體中所流過的電流方向不變,從而使電機連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2、直流電動機的工作原理換向器由互相絕緣的換向片構(gòu)成,裝在每極下導(dǎo)體電流方向不變產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝每極下導(dǎo)體電流方向不變產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩2022/10/3、直流電機的可逆性一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已。如果用原動機拖動電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動勢而作為直流電源對負(fù)載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動機就可以帶動軸上的機械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機械能。這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3、直流電機的可逆性一臺直流電機原則上既可以作為電動機運2.1.2直流電機的主要結(jié)構(gòu)部件旋轉(zhuǎn)電機都是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.1.2直流電機的主要結(jié)構(gòu)部件旋轉(zhuǎn)電機都是由定子和轉(zhuǎn)一、定子部分包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。1）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用1～1.2mm厚的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場,使電樞繞祖在此磁場的作用下感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝一、定子部分包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。主2）換向極：換向極又稱附加極或間極,其作用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2）換向極：換向極又稱附加極或間極,其作用是用以改善換向。換4）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。3）機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用。因此要求機座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機械強度與剛度。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝4）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等。1）電樞鐵心：示電機主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。二、轉(zhuǎn)子部分2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸2）電樞繞組：電樞繞組疊放在電樞鐵心的槽內(nèi),是由按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成.它是直流電機的電路部分.上、下層之間及線圈與鐵心之間都要有絕緣,槽口處用槽楔壓緊。電樞繞組通過電流和感應(yīng)電動勢，是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2）電樞繞組：電樞繞組疊放在電樞鐵心的槽內(nèi),是由按一定規(guī)律聯(lián)（3）換向器換向器也是直流電機的重要部件，在發(fā)電機中可將電樞繞組中交變的電流轉(zhuǎn)換成電刷上的直流，起整流作用，而在直流電動機中將電刷上的直流變?yōu)殡姌欣@組內(nèi)的交流，即起逆變作用。換向器由許多換向片組成，片間用云母絕緣，電樞繞組的每個線圈的兩端分別接到兩個換向片上。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝（3）換向器換向器也是直流電機的重要部件，在發(fā)電機中可將2.1.3直流電機的額定值為使電機安全可靠地工作，且保持優(yōu)良的運行性能，電機廠家根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及電機設(shè)計數(shù)據(jù)，對每臺電機在運行中的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)定了保證值，這些保證值稱為電機的額定值。直流電機的額定值有：1．額定容量（功率）（kW）2．額定電壓（V）；3．額定電流（A）;4．額定轉(zhuǎn)速（r／min）；5．勵磁方式和額定勵磁電流（A）2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.1.3直流電機的額定值為使電機安全可靠地工作，且保注意：額定容量，對直流發(fā)電機來說，是指電刷端輸出的電功率，對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率。直流發(fā)電機的額定容量為：直流電動機的額定功率為：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝注意：額定容量，對直流發(fā)電機來說，是指電刷端輸出的電功率2.2直流電機的電樞繞組電樞繞組是直流電機的核心部分，在電機的機電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。因此，電樞繞組須滿足以下要求：在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢前提下，盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料；結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。電樞繞組分：1.疊繞組2.波繞組3.混和繞組2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.2直流電機的電樞繞組電樞繞組是直流電機的核心部2.2.1名詞術(shù)語介紹（1）磁極軸線：磁極的中心線；（2）幾何中性線：磁極之間的平分線，（3）極對數(shù)ｐ（4）極距τ：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離。可用槽數(shù)表示，τ＝Ｚ／（２ｐ）

（槽），式中Z為電樞總槽數(shù)；（5）元件（線圈）：是繞組的一個基本單元，可為單匝，也可為多匝，2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.2.1名詞術(shù)語介紹（1）磁極軸線：磁極的中心線；2022022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2022/10/11武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝（6）元件節(jié)距（第一節(jié)距）：元件兩條邊的距離，以槽數(shù)計，總是整數(shù),

:是使湊成整數(shù)的分?jǐn)?shù)。整數(shù)(7)第二節(jié)距y2相串連的兩個元件中,第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊在電樞表面上所跨的距離,稱為第二節(jié)距。用y2表示,也用虛槽數(shù)計算.2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝（6）元件節(jié)距（第一節(jié)距）：元件兩條邊的距離，以槽數(shù)8）換向器節(jié)距通常用換向片數(shù)K來表示。

7）合成節(jié)距

2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝8）換向器節(jié)距通常用換向片數(shù)K來表示。72.2.2單疊繞組元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片上，第一個元件的下層邊（虛線）連接著第二個元件的上層邊，它放在第一元件上層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。下面通過例子說明單疊繞組如何連接，有何特點。例:已知某直流電機的極對數(shù)p=2,槽數(shù)Z,件數(shù)S及換向片數(shù)為Z=S=K=16,試畫出單疊繞組展開圖。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.2.2單疊繞組元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的解：1．計算繞組數(shù)據(jù)因為是單疊，所以y1=4y=12022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝解：1．計算繞組數(shù)據(jù)y1=4y=12022/10/11武漢2．畫繞組展開圖12345678910111213141516（1）先畫16根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。15161234567891011121314（2）根據(jù)，畫出第一個元件的上下層邊（1～5槽），令上層邊所在的槽號為元件號；（3）畫出第二個元件，上層邊在第2槽，與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6槽與3號換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把16個元件全部聯(lián)起來。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2．畫繞組展開圖1234567891011121314151（5）放磁極：磁極寬度約為均勻分布在圓周上，N極磁力線垂直向里（進(jìn)入紙面），S極向外（從紙面穿出）；1234567891011121314151615161234567891011121314SNNS2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝（5）放磁極：磁極寬度約為均勻分布在圓周上，N極磁力線垂直（6）電刷的放置：a)正、負(fù)電刷間引出的電動勢最大；b)被電刷所短路的元件電動勢為零。在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置應(yīng)在磁極中性線下，所以習(xí)慣上稱為“電刷放在幾何中性線位置”1234567891011121314151615161234567891011121314SNNSA+B-2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝（6）電刷的放置：在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置應(yīng)3.單疊繞組電路圖為了進(jìn)一步說明單疊繞組各個元件的聯(lián)接次序及其電動勢分布情況，按圖將各元件的聯(lián)接順序，可得到如圖所示的繞組電路圖。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3.單疊繞組電路圖為了進(jìn)一步說明單疊繞組各個元件的聯(lián)接次單疊繞組的特點元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片上；并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，2a＝2p；整個電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動勢的總和為零，繞組內(nèi)部無“環(huán)流”；每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；電刷間引出的電勢為每一支路電勢，正、負(fù)電刷間引出的電流為各支路電流之和。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝單疊繞組的特點元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片上；2022.2.3單波繞組單波繞組的連接規(guī)律是:從某一換向片出發(fā)把相隔約為兩個極距的同極性磁場中對應(yīng)位置的所有元件串連起來。這種繞組連接的特點是元件兩出線端所連換向片相隔較遠(yuǎn),相串連的兩元件也相隔較遠(yuǎn).形狀如波浪一樣向前延伸,所以稱為波繞組.“+”表示右行“-”表示左行每個元件在換向器上跨過yc換向片，繞一周后需接到起始換向片的左邊（k-1），或右邊（k+1）一個換向片上2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.2.3單波繞組單波繞組的連接規(guī)律是:從某一換向片出例:已知某直流電機的極對數(shù)p=2,槽數(shù)Z,件數(shù)S及換向片數(shù)為Z=S=K=15,試畫出單疊繞組展開圖。

y1=3y2=4y=72022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝例:已知某直流電機的極對數(shù)p=2,槽數(shù)Z,件數(shù)S及換向片2．畫繞組展開圖123456789101112131415134567891011121314151232022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2．畫繞組展開圖12345678910111213141512．畫繞組展開圖12345678910111213141513456789101112131415123A+B-2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2．畫繞組展開圖1234567891011121314151電樞電路圖2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝電2022/10/11武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝單波繞組的特點同極性下各元件串連起來組成一條之路a=12.幾何形狀對稱時電刷應(yīng)放在主磁極中心線上3.電刷數(shù)也應(yīng)等于極數(shù).可減小每組電刷上的電流.改善換向2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝單波繞組的特點2022/10/11武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.3直流電機的磁場2.3.1直流電機的勵磁方式：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.3直流電機的磁場2.3.1直流電機的勵磁方式：202勵磁電流由其他直流電原單獨供給，勵磁繞組和電樞繞組相互獨立。1.他勵2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝勵磁電流由其他直流電原單獨供給，勵磁繞組和電樞繞組相互獨立。2并勵式電樞繞組和勵磁繞組相并聯(lián)，滿足自勵式：顧名思義，勵磁電流由電機自身供給。而根據(jù)自勵方式即電樞繞組和勵磁繞組的連接方式的不同，自勵式又分為串勵式、并勵式和復(fù)勵式：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2并勵式電樞繞組和勵磁繞組相并聯(lián)，滿足自勵式：顧名思義，勵3串勵電樞繞組和勵磁繞組相串聯(lián)，滿足：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3串勵電樞繞組和勵磁繞組相串聯(lián)，滿足：2022/10/114復(fù)勵式：在整個勵磁回路中，有兩套勵磁繞組，一套和電樞繞組相并聯(lián)，一套和電樞繞組相串聯(lián)，根據(jù)兩個勵磁繞組所產(chǎn)生的磁動勢的關(guān)系，又可分為積復(fù)勵和差復(fù)勵：積復(fù)勵：串勵繞組和并勵繞組所產(chǎn)生的磁動勢方向一致，互相疊加，反之，叫做差復(fù)勵：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝4復(fù)勵式：在整個勵磁回路中，有兩套勵磁繞組，一套和電樞繞組2.3.2空載時直流電機的磁場分布空載：發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機軸上不帶機械負(fù)載，即電樞電流為零的狀態(tài)。那么，這時的氣隙磁場，只由主極的勵磁電流所建立，所以直流電機空載時的氣隙磁場，又稱勵磁磁場。主磁通：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機座構(gòu)成磁回路。它同時與勵磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通Φ0.2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.3.2空載時直流電機的磁場分布空載：發(fā)電機出線端沒有電漏磁通：僅交鏈勵磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為漏磁通Φσ2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝漏磁通：僅交鏈勵磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心，不和電樞繞組相交空載時每極主磁通設(shè)電樞圓周為x

軸而磁極軸線處為縱軸，又設(shè)電樞長度為l

，則離開坐標(biāo)原點為x

的dx

范圍內(nèi)的氣隙主磁通為：則：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝空載時每極主磁通則：2022/10/11武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院空載時的每極磁通是隨磁動勢或勵磁電流的變化而變化。電機的磁化曲線：氣隙線磁化曲線F‘0

在額定狀態(tài)下，電機往往工作在飽和點附近，這樣即可以獲得較大的磁通，又不致需要太大的勵磁磁動勢，從而可以節(jié)省鐵心和勵磁繞組的材料。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝空載時的每極磁通是隨磁動勢或勵磁電流的變化而變化。氣隙線磁化2.3.3負(fù)載時的電樞磁動勢顯然，由于電樞磁動勢的出現(xiàn)，氣隙磁場將會發(fā)生變化。

電樞反應(yīng)：電樞磁動勢對主極氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。而電樞反應(yīng)的性質(zhì)又根據(jù)其反應(yīng)方向的不同，分為交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)，下面我們就來具體的看一下他們二者對我們的氣隙磁場的分部到底會有怎樣的影響，而這個影響又和電刷在電機上位置的擺放密切相關(guān)：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.3.3負(fù)載時的電樞磁動勢顯然，由于電樞磁動勢的出現(xiàn)一、電刷在幾何中性線上省去換向器，電流的換向在電刷處沿電樞表面展開交軸電樞磁動勢2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝一、電刷在幾何中性線上省去換向器，電流的換向在電刷處沿電樞表設(shè)主極中心取為原點O，取一經(jīng)過距原點+x及-x的閉合回路，設(shè)Za為電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)，D為電樞直徑，根據(jù)安培環(huán)路定律，此回路所含的安培導(dǎo)體數(shù)為：在ｘ處氣隙的磁勢為2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝設(shè)主極中心取為原點O，取一經(jīng)過距原點+x及-x的閉合回路，

Ａ為電樞表面單位長度上的安培導(dǎo)體數(shù)稱為線負(fù)荷。交軸電樞磁勢達(dá)到最大值在幾何中性線處，即處，磁密的空間分布式：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝Ａ為電樞表面單位長度上的安培導(dǎo)體數(shù)稱為線負(fù)荷。交軸電樞磁二、電刷不在幾何中性線上的電樞磁動勢2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝二、電刷不在幾何中性線上的電樞磁動勢2022/10/11武漢交軸電樞磁動勢的分布直軸電樞磁動勢的分布電樞磁動勢的分布2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝交軸電樞磁動勢的分布直軸電樞磁動勢的分布電樞磁動勢的分布202.3.4電樞反應(yīng)負(fù)載時電樞磁動勢對主極磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。如果電樞磁動勢有交軸和直軸分量，則電樞反應(yīng)就相應(yīng)的稱為交軸電樞反應(yīng)或直軸電樞反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)電樞磁密的空間分布式：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.3.4電樞反應(yīng)負(fù)載時電樞磁動勢對主極磁場的影響稱為交軸電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁作用，在另半個極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場畸變使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，新的等于零的我們稱之為物理中性線不計飽和，交軸電樞反應(yīng)即無增磁，亦無去磁作用?？紤]飽和時，起到去磁作用2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝交軸電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁作用，在另半個極內(nèi)則起交軸電樞反應(yīng)性質(zhì)交軸電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁作用，在另半個極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場畸變，使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，新的等于零的我們稱之為物理中性線。不計飽和，交軸電樞反應(yīng)即無增磁，亦無去磁作用。考慮飽和時，起到去磁作用。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝交軸電樞反應(yīng)性質(zhì)交軸電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁作用，2.直軸電樞反應(yīng)發(fā)電機，電刷順著旋轉(zhuǎn)的方向移動一個夾角，對主極磁場而言，直軸起去磁反應(yīng)發(fā)電機，電刷逆著旋轉(zhuǎn)的方向移動一個夾角，對主極磁場而言，直軸起助磁反應(yīng)2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.直軸電樞反應(yīng)發(fā)電機，電刷順著旋轉(zhuǎn)的方向移動一個夾角，對2.3.5電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩一、電樞電動勢電樞電動勢是指直流電機正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。所以，我們可以先求一根導(dǎo)體的在一個極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動勢，再求一條支路的。一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用Bav

表示，極距為τ

，電樞的軸向有效長度為l，每極磁通為Ф，則2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.3.5電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩一、電樞電動勢電樞電動勢一根導(dǎo)體的平均電動勢為：又因為所以一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)（N為電樞總導(dǎo)體數(shù)）電樞電動勢稱為電動勢常數(shù)2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝一根導(dǎo)體的平均電動勢為：又因為所以一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)二、電磁轉(zhuǎn)矩1）一個導(dǎo)體的平均電磁力2）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導(dǎo)體所受的平均轉(zhuǎn)矩3）總的電磁轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)矩系數(shù)為電樞總電流2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝二、電磁轉(zhuǎn)矩1）一個導(dǎo)體的平均電磁力2）平均電磁力乘以電樞的三、電動勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)四、直流電機的電磁功率

CE，CT

對于一個具體的電機而言，是一個常數(shù)，并且通過換算，兩者之間有一固定的關(guān)系:2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝三、電動勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)四、直流電機的電磁功率CE，C2.4直流發(fā)電機的基本特性

2.4.1直流發(fā)電機的基本方程式直流發(fā)電機在拖動系統(tǒng)中大都作為電源使用，目前直流發(fā)電機有被大功率可控硅整流電源取代的趨勢，但有些系統(tǒng)中還要使用。基本方程式：1、電端口的電壓平衡方程式

2、機械端口的轉(zhuǎn)矩平衡方程式2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.4直流發(fā)電機的基本特性2.4.1直流發(fā)電機的基本方1電壓方程I+-Rf直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)電路+-UEa他勵磁電機對勵磁回路：對電樞回路:式中ra：電樞繞組電阻，Ra：電樞回路總電阻，包括電樞繞組電阻和電刷接觸電阻。

：正、負(fù)一對電刷上的接觸電壓降，Ea>U,輸出電流作為電樞電流的正方向2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝1電壓方程I+-Rf直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)電路+-UEa他勵磁電機并勵磁直流電機對發(fā)電機串勵直流電機IS：串勵繞組中勵磁電流勵磁回路和電樞回路的電壓方程仍與他勵磁相同2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝并勵磁直流電機對發(fā)電機串勵直流電機IS：串勵繞組中勵磁輸入功率：P1=Pem+pmec+pFe+pad電磁功率：Pem=pcuf+pcua+P2功率平衡：P1=pmec+pFe+pad+pcua+pcuf+P2P2=UI2.功率平衡方程式電磁功率2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝輸入功率：P1=Pem+pmec+pFe+pad2.功率平輸入功率電磁功率輸出功率定子銅耗附加損耗鐵心損耗機械損耗直流發(fā)電機有功功率的流程圖2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝輸入功率電磁功率輸出功率定子銅耗附加損耗鐵心損耗機械損耗直流發(fā)電機的效率額定負(fù)載時，直流發(fā)電機的效率與電機的容量有關(guān)。10kW以下的小電機，效率約為75%~88.5%；10~100kW的，效率約為85%~90%;100~1000kW的電機，效率約為88%~93%。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝發(fā)電機的效率額定負(fù)載時，直流發(fā)電機的效率與電機的容量有關(guān)。13轉(zhuǎn)矩方程原動機以T1的轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則Ea、Ia

、Tem的方向如圖所示，Te的方向與T1相反，為制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，Te為拖動轉(zhuǎn)矩。則：其物理意義為：當(dāng)電機作為發(fā)電機運行時，拖動轉(zhuǎn)矩T1與發(fā)電機內(nèi)部產(chǎn)生的制動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩Teｍ和電機本身的機械阻力轉(zhuǎn)矩T0相平衡。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3轉(zhuǎn)矩方程原動機以T1的轉(zhuǎn)矩拖動轉(zhuǎn)子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)一臺并勵直流發(fā)電機，PN=35kW,UN=115V,nN=1450r/min,電樞回路電阻Ra=0.0243Ω，一對電刷壓降2ΔUb=2V，勵磁回路電阻Rf=20.1Ω，求額定時的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩？例題2-1解：勵磁電流負(fù)載電流電樞電流電樞電動勢電磁功率電磁轉(zhuǎn)矩2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝一臺并勵直流發(fā)電機，PN=2.4.2他勵直流發(fā)電機的運行特性所謂運行特性，就是要找出電機在工作的過程中所展現(xiàn)的某些特性，并將這些特性用曲線的形式進(jìn)行表示，在直流電機中，我們要重點掌握的有：（1）負(fù)載特性：指當(dāng)n=常數(shù)且I=常數(shù)時，U=f(If)的關(guān)系，其中當(dāng)I=0時的特性U0=f(If)稱為發(fā)電機的空載特性（2）外特性：指當(dāng)n=常數(shù)，且If=常數(shù)或Rf=常數(shù)時，U=f(I)（3）調(diào)節(jié)特性：指當(dāng)n=常數(shù)且U=常數(shù)時，If=f(I)2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.4.2他勵直流發(fā)電機的運行特性所謂運行特性，就是要1.空載特性+-Rf直流發(fā)電機空載試驗+-UEaAVn=nNE0正比于Φ0,If正比于Ff空載特性U0=f(If)等價于電機的磁化特性Φ0＝f(Ff)由于剩磁的存在，勵磁電流為零時，空載電壓不為零2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝1.空載特性+-Rf直流發(fā)電機空載試驗+-UEaAVn=n2.負(fù)載特性去磁的電樞反應(yīng)所增加的勵磁OEU+-Rf直流發(fā)電機負(fù)載試驗+-RLEaAVA電樞回路電阻的壓降2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.負(fù)載特性去磁的電樞反應(yīng)所增加的勵磁OEU+-Rf直流發(fā)電3.外特性用實驗方法測取外特性時，發(fā)電機電樞加入負(fù)載電阻RL，當(dāng)時，調(diào)RＬ和使然后保持不變，變RL

使I逐漸減小測取U，I，即得2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3.外特性用實驗方法測取外特性時，發(fā)電機電樞加入負(fù)載電阻由電壓方程隨著負(fù)載的增加，電壓U下降的原因發(fā)電機端電壓隨負(fù)載而變化的程度用電壓調(diào)整律來衡量，發(fā)電機從額定負(fù)載過渡到空載時，端電壓變化的數(shù)值與額定電壓的比值，稱為額定電壓調(diào)整率。1）去磁作用2）電樞電阻的壓降2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝由電壓方程隨著負(fù)載的增加，電壓U下降的原因發(fā)電機端電壓隨4.調(diào)節(jié)特性曲線為什么是一條上翹的曲線???1)補償去磁的電樞反應(yīng)2)電樞回路電阻壓降2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝4.調(diào)節(jié)特性曲線為什么是一條上翹的曲線???1)補償去磁的電2.4.3并勵發(fā)電機的自勵和運行特性1.并勵發(fā)電機的自勵并勵和復(fù)勵都是一種自勵發(fā)電機，即不需要外部電源供給勵磁電流，這種自勵發(fā)電機首先是在空載時建立電壓即所謂“自勵”，然后再加負(fù)載。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.4.3并勵發(fā)電機的自勵和運行特性1.并勵發(fā)電機的自勵由于電機磁路中總有一定剩磁，當(dāng)發(fā)電機由原動機推動至額定轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機兩端將發(fā)出一個數(shù)值不大的剩磁電壓。勵磁繞組又是接到電樞兩端的，在剩磁電壓的作用下，勵磁繞組將流過一個不大的電流，并產(chǎn)生一個不大的勵磁磁動勢。如果勵磁繞組接法正確，即這個勵磁磁動勢的方向和電機的剩磁磁動勢的方向相同，使電機內(nèi)的磁通和由它產(chǎn)生的電樞端電壓有所增加。在比較高的勵磁電壓作用下，勵磁電流又進(jìn)一步加大，導(dǎo)致磁通的進(jìn)一步增加，繼而電樞端電壓又進(jìn)一步加大。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝由于電機磁路中總有一定剩磁，當(dāng)發(fā)電機由原動機推動至額定轉(zhuǎn)從圖可以清楚地看出，當(dāng)發(fā)電機的電壓上升到P點所對應(yīng)的電壓時，恰好等于勵磁電流通過勵磁回路所需的電阻壓降，因此電樞電壓和勵磁電流都不會再增加，自勵過程達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。在自勵過程中，發(fā)電機的電壓是否會無限制地增長下去呢？2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝從圖可以清楚地看出，當(dāng)發(fā)電機的電壓上升到P點所對應(yīng)的電壓并勵發(fā)電機的自勵條件：1）電機必須有剩磁。

2）勵磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)方向必須正確配合，以使勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方向一致。3）勵磁回路的電阻應(yīng)小于與電機運行轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的臨界電阻。必須明確，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不同時，空載特性也不同。因此，對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝并勵發(fā)電機的自勵條件：1）電機必須有剩磁。2）勵磁繞組的接如果勵磁繞組本身的電阻即已超過所對應(yīng)的臨界電阻值，電機是不可能自勵的，這時唯一的辦法是提高電機的轉(zhuǎn)速，從而提高其臨界電阻值。氣隙線的斜率2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝如果勵磁繞組本身的電阻即已超過所對應(yīng)的臨界電阻值，電機是2.并勵發(fā)電機的運行特性與他勵相同，也有外特性，調(diào)整特性和效率特性。調(diào)整特性和效率特性與他勵十分相近，僅說明其外特性。外特性：與他勵外特性比較，并勵的外特性有三個特點：1）同一附載電流下，端電壓較低。2）外特性有“拐彎”現(xiàn)象。3）穩(wěn)定短路電流小2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.并勵發(fā)電機的運行特性與他勵相同，也有外特性，調(diào)整特性為什么外特性會出現(xiàn)“拐彎”現(xiàn)象？？

在磁路比較飽和的區(qū)域中（圖中AP段），隨,由于磁路比較飽和，所以由于If的減少而引起Ea和U的減少不大。即負(fù)載電阻減小，負(fù)載電流增大，一直到外特性“拐彎”點，該點電流稱為臨界電流約為（2~3）IN

。若RL進(jìn)一步減小，U和If進(jìn)一步減小，此時磁路飽和度降低（圖中A’A段），If的稍微減小，將引起Ea的很大下降，致使端電壓U下降的幅度大于RL減小的幅度。于是外特性出現(xiàn)“拐彎”現(xiàn)象，即RL減小時，U減小，負(fù)載電流反而下降。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝為什么外特性會出現(xiàn)“拐彎”現(xiàn)象？？2.4.4復(fù)勵發(fā)電機的運行特性復(fù)勵發(fā)電機有并勵繞組和串勵繞組兩個勵磁繞組，而串勵繞組的作用是隨著負(fù)載電流的增加增磁，補償了并勵繞組的去磁作用。所以復(fù)勵發(fā)電機的外特性較平直。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.4.4復(fù)勵發(fā)電機的運行特性復(fù)勵發(fā)電機有并勵繞組和串2.5直流電動機的基本特性

2.5.1直流電動機的基本方程式直流電動機是直流發(fā)電機的一種逆運行狀態(tài)，將電能變?yōu)闄C械能。所以直流電動機穩(wěn)定運行特性最主要的就是轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速特性即機械特性。。基本方程式：1、電端口的電壓平衡方程式

2、機械端口的轉(zhuǎn)矩平衡方程式2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.5直流電動機的基本特性2.5.1直流電動機的基本方1.電壓方程I+-Rf直流電動機穩(wěn)態(tài)電路+-UEa他勵磁電機對勵磁回路：對電樞回路:式中ra：電樞繞組電阻，Ra：電樞回路總電阻，包括電樞繞組電阻和電刷接觸電阻。

：正、負(fù)一對電刷上的接觸電壓降，U>Ea,輸入電流作為電樞電流的正方向2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝1.電壓方程I+-Rf直流電動機穩(wěn)態(tài)電路+-UEa他勵磁電機并勵磁直流電機對電動機串勵直流電機IS：串勵繞組中勵磁電流勵磁回路和電樞回路的電壓方程仍與他勵磁相同2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝并勵磁直流電機對電動機串勵直流電機IS：串勵繞組中勵磁2.功率平衡方程式電磁功率輸入功率：P1=UI（電功率）電磁功率：功率平衡：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.功率平衡方程式電磁功率輸入功率：P1=UI（電功率）電磁輸入功率電磁功率輸出功率銅耗附加損耗鐵心損耗機械損耗直流電動機功率的流程圖電動機的效率2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝輸入功率電磁功率輸出功率銅耗附加損耗鐵心損耗機械損耗直流電動3.轉(zhuǎn)矩方程電動機Tem的轉(zhuǎn)矩拖動負(fù)載（轉(zhuǎn)矩為T2）旋轉(zhuǎn)，考慮到空載制動轉(zhuǎn)矩的存在，T2+T0為制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，Tem為拖動轉(zhuǎn)矩，則：其物理意義為：當(dāng)電機作為電動機運行時，拖動轉(zhuǎn)矩Tem與負(fù)載的制動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩T2和電機本身的機械阻力轉(zhuǎn)矩T0相平衡。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3.轉(zhuǎn)矩方程電動機Tem的轉(zhuǎn)矩拖動負(fù)載（轉(zhuǎn)矩為T2）旋轉(zhuǎn)2.5.2直流電動機的工作特性直流電動機的工作特性，是指U=UN，If=IfN時,轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem和效率η

隨輸出功率P2而變化的關(guān)系。Rj并勵電動機試驗接線圖+-EaAVRstAI起動時接入起動電阻，起動完畢后將電阻切除。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.5.2直流電動機的工作特性直流電動機的工作特性，是當(dāng)，，時，的關(guān)系，叫做轉(zhuǎn)速特性。P2增加轉(zhuǎn)速n下降Ia增加一、他勵（并勵）直流電動機的工作特性

1.轉(zhuǎn)速特性O(shè)2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝當(dāng)，，2.轉(zhuǎn)矩特性3.效率特性O(shè)隨負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速略有下降，則該曲線為過原點，上翹的曲線電磁轉(zhuǎn)矩Tem=T2+T0典型的效率曲線2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.轉(zhuǎn)矩特性O(shè)隨負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速略有下降，則該曲線為過原點，二、串勵直流電動機的工作特性：由于串勵電動機的勵磁繞組與電樞串聯(lián)，所以勵磁電流就是電樞電流，即它是隨負(fù)載的變化而變化的。因此，其工作特性將與他（并）勵直流電機的工作特性有所不同。Rst串勵電動機試驗接線圖+-EaAVI2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝二、串勵直流電動機的工作特性：由于串勵電動機的勵磁繞組與1.轉(zhuǎn)速特性串勵的轉(zhuǎn)速特性與并勵截然不同，它隨負(fù)載增加迅速降低，變化很大。當(dāng)空載時，

Ia→0,Φ→0,n→∞轉(zhuǎn)速達(dá)到危險的高速，稱“飛車”現(xiàn)象，因此串勵電動機不允許在空載或負(fù)載很小的情況下運行。轉(zhuǎn)速特性與縱軸無交點。其轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義為：為輸出功率等于1/4PN

時的轉(zhuǎn)速。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝1.轉(zhuǎn)速特性串勵的轉(zhuǎn)速特性與并勵截然不同，它隨負(fù)載增加迅O串勵電動機的效率特性，和他（并）勵電動機相似。2.轉(zhuǎn)矩特性3.效率特性隨負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速略有下降，則該曲線為一上翹的曲線2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝O串勵電動機的效率特性，和他（并）勵電動機相似。2.轉(zhuǎn)矩三、復(fù)勵直流電動機的工作特性如果并勵磁動勢起主要作用，其工作特性就接近并勵電動機；若串勵磁動勢起主要作用，其工作特性就接近串勵電動機。因為有并勵磁動勢，空載時沒有飛車的危險。O并勵串勵復(fù)勵復(fù)勵電動機通常接成積復(fù)勵，它的工作特性介乎并勵與串勵電動機的特性之間。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝三、復(fù)勵直流電動機的工作特性如果并勵磁動勢起主要作用，其2.5.3直流電動機的機械特性定義：在電動機的電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電阻為恒值條件下，電機的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：由電機的電路原理圖可得機械特性的表達(dá)式：一、并勵電動機的機械特性2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.5.3直流電動機的機械特性定義：在電動機的電樞電壓、勵機械特性的曲線：TemTNT0通常稱大的機械特性為軟特性，小的機械特性為硬特性。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝機械特性的曲線：TemTNT0通常稱大的機械特性為軟特性二、固有機械特性和人為機械特性1.固有機械特性當(dāng)時的機械特性稱為固有機械特性：2.人為機械特性當(dāng)改變或或得到的機械特性稱為人為機械特性2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝二、固有機械特性和人為機械特性1.固有機械特性當(dāng)1）電樞串電阻時的人為特性

保持不變，只在電樞回路中串入電阻的人為特性：特點：（1）n0不變，β變大；（2）RS越大，特性越軟。Tem2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝1）電樞串電阻時的人為特性保持2）降低電樞電壓時的人為特性

保持不變，只改變電樞電壓的人為特性：特點：（1）n0隨U變化；（2）U不同，曲線是一組平行線。Tem2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2）降低電樞電壓時的人為特性保持3）減弱勵磁磁通時的人為特性

保持不變，只改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻的人為特性：特點：（1）弱磁，n0增大；（2）弱磁，β增大TK1TK2TemTK2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3）減弱勵磁磁通時的人為特性保持三、機械特性的求取求兩點：1）理想空載點：

2）額定運行點：1.固有機械特性（已知：）2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝三、機械特性的求取求兩點：1）理想空載點：1.固有機械特性（步驟：1）估算2）計算3）計算理想空載點：4）計算額定工作點：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝步驟：1）估算2）計算3）計算理想空載點：4）計算額定工作點2、人為機械特性的求取在固有機械特性方程的基礎(chǔ)上，根據(jù)人為特性所對應(yīng)的參數(shù)或或變化，重新計算和，然后得（）、（）。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2、人為機械特性的求取在固有機械特性方程四、串勵直流電動機的機械特性Tem2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝四、串勵直流電動機的機械特性Tem2022/10/11武漢大2.6直流電機的起動、制動與調(diào)速2.6.1直流電動機的起動起動：電機接上電源從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)動起來到達(dá)穩(wěn)態(tài)運行，這就是電動機的起動過程。起動條件：1、起動轉(zhuǎn)矩要足夠大，2、起動電流不要太大，注意：因為在起動時，n=0,反電動勢Ea=02022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.6直流電機的起動、制動與調(diào)速2.6.1直流電動機的直接起動起動電流為：可見，這種方法下的起動電流很大，因此，除了小容量的電動機可采用直接加電壓起動的方法外，一般直流電動機都不采用這種方法。1.直接起動2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝直接起動起動電流為：1.直接起動2022/10/11武漢大學(xué)2.電樞回路串電阻起動我們在電樞回路中串入電阻，可減小起動電流，當(dāng)起動轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機開始轉(zhuǎn)動，此時，則隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電動勢不斷增大，起動電流繼續(xù)減小，但是，同時起動轉(zhuǎn)矩也在減小，所以為了在整個起動過程中保持一定的起動轉(zhuǎn)矩，加速電動機的起動過程，采用將起動電阻一段一段逐步切除。OO2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.電樞回路串電阻起動我們在電樞回路中串入電阻3.降低電樞電壓起動

這種方法在起動過程中不會有大量的能量消耗。串勵與復(fù)勵直流電動機的起動方法基本上與并勵直流電動機一樣，采用串電阻的方法以減小起動電流。但特別值得注意的是串勵電動機絕對不允許在空載下起動，否則電機的轉(zhuǎn)速將達(dá)到危險的高速，電機會因此而損壞。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3.降低電樞電壓起動這種方法在起動過程中不會有大量的能量2.6.2直流電動機的制動1.能耗制動：在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要采取一些措施使電動機盡快停轉(zhuǎn)，或者限制勢能性負(fù)載在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，這就是電動機的制動問題。實現(xiàn)制動既可采用機械的方法或電氣的方法。Rj電動機的能耗制動+-EaRstIRL電樞回路接至負(fù)載電阻RL2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.6.2直流電動機的制動1.能耗制動：在生產(chǎn)過程中，制動時，電動機的電能不在供向電網(wǎng)，而是在電阻上以電阻壓降的形式進(jìn)行消耗，這樣一來使的電機的轉(zhuǎn)速迅速下降。這時電機實際處于發(fā)電機運行狀態(tài)，將轉(zhuǎn)動部分的動能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電阻和電樞回路的電阻上，所以稱為能耗制動。OO機械特性方程式為機械特性分析：2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝制動時，電動機的電能不在供向電網(wǎng)，而是在電阻上以電阻壓降結(jié)果分析：這種方法所串入的電阻越小，耗制動開始瞬間的制動轉(zhuǎn)矩和電樞電流就越大，而電流太大，會造成換向上的困難，因此能耗制動過程中電樞電流有個上限，即電動機允許的最大電流。由可以計算出能耗制動過程電樞回路中串入制動電阻的最小值：這種制動方法在轉(zhuǎn)速較高時制動作用較大，隨著轉(zhuǎn)速下降，制動作用也隨之減小，在低速時可配合使用機械制動裝置，使系統(tǒng)迅速停轉(zhuǎn)。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝結(jié)果分析：這種方法所串入的電阻越小，耗制動開始瞬間的制動能耗制動運行：

他勵直流電動機拖動勢能性負(fù)載運行，在達(dá)到上述零點時（電磁轉(zhuǎn)矩為零），由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不為零，結(jié)果，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下，電機開始反轉(zhuǎn)，如圖隨著轉(zhuǎn)速的升高，均逐漸增大，最后和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等時穩(wěn)定運行，這種過程叫做能耗制動運行。OO2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝能耗制動運行：OO2022/10/11武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉2.電壓反接制動反接制動過程分析：如圖所示，電壓反接制動是將正在正向運行的他勵直流電動機電樞回路的電壓突然反接，電樞電流也將反向，主磁通不變，則電磁轉(zhuǎn)矩反向，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。機械特性分析；反接前Rj電動機的反接制動+-EaRstIRZ2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.電壓反接制動反接制動過程分析：如圖所示，電壓反接制動反接后：因此反接后電流的數(shù)值將非常大，為了限制電樞電流，所以反接時必須在電樞回路串入一個足夠大的限流電阻。O2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝反接后：因此反接后電流的數(shù)值將非常大，為了限制電樞電流電壓反接制動時，電樞回路的電阻為：電動機的機械特性方程式為：其對應(yīng)的曲線為過點，斜率為的直線。O2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝電壓反接制動時，O2022/10/11武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉3.到拉反轉(zhuǎn)制動運行

他勵直流電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，電樞回路串入電阻，將引起轉(zhuǎn)速下降，串的電阻越大，轉(zhuǎn)速下降越多。如果電阻大到一定程度，將使電動機的機械特性和負(fù)載的機械特性的交點出現(xiàn)在第Ⅳ象限，如圖所示，這時電動機接線未變，轉(zhuǎn)速反向。是一種制動運行狀態(tài)，稱為倒拉反轉(zhuǎn)制動運行。O2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3.到拉反轉(zhuǎn)制動運行他勵直流電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運倒拉反轉(zhuǎn)制動運行常用于起重設(shè)備低速下放重物的場合。在這種運行方式中，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩起了制動作用，限制了重物下降的速度。改變的大小，即可改變機械特性的交點，使重物以不同的穩(wěn)定速度下降。O2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝倒拉反轉(zhuǎn)制動運行常用于起重設(shè)備低速下放重物的場合。在這種4.回饋制動O正向回饋制動：他勵直流電動機拖動負(fù)載運行，電機將系統(tǒng)具有的動能反饋回電網(wǎng)，且電機仍為正向轉(zhuǎn)動，稱之為正向回饋制動。如圖Ａ２點2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝4.回饋制動O正向回饋制動：他勵直流電動機拖動負(fù)載運行，電機反向回饋制動：他勵直流電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，采用電壓反接制動，電機將系統(tǒng)具有的動能反饋回電網(wǎng)，電機為反向轉(zhuǎn)動，稱之為反向回饋制動。如圖A2點。O2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝反向回饋制動：他勵直流電動機拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，采用電2.6.3他勵直流電動機的調(diào)速由機械特性方程：可知，他勵直流電動機有3種方法可以調(diào)速：（1）改變電樞電壓；（2）改變勵磁電流，即改變磁通；（3）電樞回路串入調(diào)節(jié)電阻。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.6.3他勵直流電動機的調(diào)速由機械特性方程：可知，他1.電樞回路串電阻調(diào)速電樞回路串聯(lián)電阻越大，機械特性的斜率越大，因此在負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時，即為常數(shù)，增大電阻，可以降低電動機的轉(zhuǎn)速O直至穩(wěn)定運行在A2點。調(diào)速過程：原來未串阻時，工作在A1點電樞串入電阻時，n來不及突變，由A1點到B1點電樞電流下降，電磁轉(zhuǎn)矩下降，使轉(zhuǎn)速n下降2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝1.電樞回路串電阻調(diào)速電樞回路串聯(lián)電阻越大，機械特性的斜率越優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便。缺點：屬有級調(diào)速，輕載幾乎沒有調(diào)節(jié)作用，低速時電能損耗大，接入電阻后特性變軟，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速變化大（動態(tài)精度差）只能下調(diào)。若是位能性負(fù)載，串入較大的電阻，可以讓電動機反轉(zhuǎn)（倒拉反轉(zhuǎn)）。此種調(diào)速方法一般用于調(diào)速性能要求不高的設(shè)備上，如電車，吊車，起重機等。O2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便。O2022/10/11武漢大學(xué)電氣2.弱磁調(diào)速改變Φ的調(diào)速，增大Φ可能性不大，因電機磁路設(shè)計在飽和段。所以只有減弱磁通?？稍趧畲呕芈分写杌蚪档蛣畲烹妷簛韺崿F(xiàn)。O但n0比βTem增加快，一般情況下Φ下調(diào)，轉(zhuǎn)速上升。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝2.弱磁調(diào)速改變Φ的調(diào)速，增大Φ可能性不大，因電機磁缺點：調(diào)速范圍小，只能上調(diào)，磁通越弱，Ia越大，使換向變壞。優(yōu)點：設(shè)備簡單，控制方便。調(diào)速平滑，效率幾乎不變，調(diào)節(jié)電阻上功率損耗不大。O2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝缺點：調(diào)速范圍小，只能上調(diào)，磁通越弱，Ia越大，使換向變壞。3.降低電樞電壓調(diào)速因為電機在正常工作時，電樞電壓不能超過額定電壓，所以，采用向下調(diào)速。很顯然，在這里，只改變了n0，所以我們將得到一系列平行與固有特性的曲線。O2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝3.降低電樞電壓調(diào)速因為電機在正常工作時，電樞電壓不能O直至穩(wěn)定運行在A2點。調(diào)速過程：原來未串阻時，工作在A1點電樞電壓下降時，n來不及突變，由A1點到B1點電樞電流下降，電磁轉(zhuǎn)矩下降，使轉(zhuǎn)速n下降2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝O直至穩(wěn)定運行在A2點。調(diào)速過程：原來未串阻時，工作在A1點特點：改變電樞電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法具有較好的調(diào)速性能。由于調(diào)電壓后，機械特性的“硬度”不變，因此有較好的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，調(diào)速范圍較大，同時便于控制，可以做到無級平滑調(diào)速，損耗較小。在實際工程當(dāng)中，常常采用這種方法。缺點：轉(zhuǎn)速只能由額定電壓對應(yīng)的速度向低調(diào)。此外，應(yīng)用這種方法時，電樞回路需要一個專門的可調(diào)壓電源，過去用直流發(fā)電機-直流電動機系統(tǒng)實現(xiàn)，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，目前一般均采用可控硅調(diào)壓設(shè)備—直流電動機系統(tǒng)來實現(xiàn)。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝特點：改變電樞電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法具有較好的調(diào)速性能。由于調(diào)電直流電動機上述三種調(diào)速方法中，改變電樞電壓和電樞回路串電阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，而弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝直流電動機上述三種調(diào)速方法中，改變電樞電壓和電樞回路串電一臺并勵直流電動機，PN=17kW,UN=220V,nN=3000r/min,電樞回路總電阻Ra=0.114Ω，勵磁回路電阻Rf=181.5Ω，忽略電樞反應(yīng)的影響，求：（1）電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩；（2）額定負(fù)載時的電磁轉(zhuǎn)矩；（3）額定負(fù)載時的效率；（4）在理想空載時(Ia＝0)的轉(zhuǎn)速；（5）當(dāng)電樞回路中串入一電阻R=0.15Ω時，在額定轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。例題2-

解:①額定輸出轉(zhuǎn)矩②額定負(fù)載時電磁轉(zhuǎn)矩：勵磁電流電樞電流2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝一臺并勵直流電動機，PN=17

例題2-

一臺并勵直流電動機，PN=17kW,UN=220V,nN=3000r/min,電樞回路總電阻Ra=0.114Ω，勵磁回路電阻Rf=181.5Ω，忽略電樞反應(yīng)的影響，求：（1）電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩；（2）額定負(fù)載時的電磁轉(zhuǎn)矩；（3）額定負(fù)載時的效率；（4）在理想空載時(Ia＝0)的轉(zhuǎn)速；（5）當(dāng)電樞回路中串入一電阻R=0.15Ω時，在額定轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。③額定負(fù)載時效率④理想空載時的轉(zhuǎn)速⑤當(dāng)電樞回路串入R=0.15Ω,在TN時轉(zhuǎn)速2022/11/22武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院劉啟勝例題2-一臺并勵直流電動機，PN=17kW,UN=2一臺并勵直流電動機，PN=10kW,U