直流電機(jī)原理與技術(shù)

第2章直流電機(jī)

DCMachines結(jié)構(gòu)基本原理電磁關(guān)系一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)風(fēng)扇機(jī)座電樞鐵心和繞組主磁極電刷換向器接線板接線盒勵(lì)磁繞組端蓋1.1定子轉(zhuǎn)子

（固定部分）（轉(zhuǎn)動(dòng)部分）主磁極換向極機(jī)座端蓋軸承電刷裝置產(chǎn)生磁場(chǎng)、電機(jī)的機(jī)械支撐電樞鐵心電樞繞組換向器軸風(fēng)扇感應(yīng)電勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部分

1.2直流電機(jī)的磁路電樞鐵心

由0．5mm厚的硅鋼片疊裝而成，用作磁路及嵌放電樞繞組。鐵芯外緣均勻沖有槽和齒。電樞繞組元件嵌入槽中，用槽楔固定。1.2直流電機(jī)的磁路電樞鐵心由0．5mm厚的硅鋼片疊裝而成，用作磁路及嵌放電樞繞組。鐵芯外緣均勻沖有槽和齒。電樞繞組元件嵌入槽中，用槽楔固定。1.2直流電機(jī)的磁路磁極鐵心由l-1.5mm厚的鋼片疊成，與勵(lì)磁線圈一起固定在磁軛上極靴表面沿圓周的長度稱為極弧，二個(gè)相鄰磁極上沿空氣隙圓周表面的距離稱為極距，極弧與極距比為極弧系數(shù)，約0.6—0.7極靴極靴較磁極極芯向外引伸，使空氣隙中的磁通密度沿圓周變化時(shí)較為緩漸而均勻，有利于固定勵(lì)磁線圈由于齒槽效應(yīng)，表面磁通變化引起渦流損耗，極靴由疊片制成磁軛在磁極外圍將磁路閉合的部分，磁軛和底座相連其中磁通不變（當(dāng)直流勵(lì)磁電流不變時(shí)），由鑄剛構(gòu)成換向極磁路換向極，是位于兩個(gè)主磁極之間的小磁極，用于改善換向。換向極常用整塊鋼或厚鋼板制成換向極的數(shù)目一般與主磁極相等。在小功率直流電機(jī)中，換向極數(shù)量通常只有主磁極的一半，或不設(shè)置換向極1.3直流電機(jī)的電路勵(lì)磁繞組 套在磁極鐵芯上。 并勵(lì)繞組——和電樞繞組并聯(lián)，匝數(shù)較多、截面積較小 串勵(lì)繞組——和電樞繞組串聯(lián)，匝數(shù)較少，截面積較大

從電阻和能量消耗的角度考慮電樞繞組 嵌在電樞鐵芯槽中 疊繞組和波繞組換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)，激勵(lì)換向極磁通。

換向器 將電樞繞組內(nèi)部的交流電勢(shì)用機(jī)械換接的方法轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電勢(shì)。1.4電刷裝置電樞電流能經(jīng)旋轉(zhuǎn)的換向器（隨轉(zhuǎn)子）通過靜止的電刷（固定在定子上）接通外電路1.將轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞與外電路相連2.與換向器配合作用而獲得直流電壓電刷組數(shù)一般等于電機(jī)極對(duì)數(shù)

1.5直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)勵(lì)磁方式，即勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方式，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行特性有大的影響他勵(lì)——?jiǎng)?lì)磁由另外獨(dú)立的直流電源供給，與電樞繞組不相連接自勵(lì)——?jiǎng)?lì)磁繞組與電樞繞組相連接，勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)本身供給

自勵(lì)的形式勵(lì)磁回路的功率占總功率的1-5%。二、直流電機(jī)電樞繞組二、直流電機(jī)電樞繞組作用：電樞繞組——功率繞組。當(dāng)電樞繞組在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)將感應(yīng)電勢(shì)，當(dāng)電樞繞組中流通電流時(shí)，電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。通過電樞繞組直流電機(jī)進(jìn)行電功率和機(jī)械功率的轉(zhuǎn)換。特點(diǎn)：直流繞組是閉合繞組。每個(gè)元件的兩端點(diǎn)分別連接在兩換向片上，每個(gè)換向片連接兩個(gè)元件，各元件依一定規(guī)律依次連接，形成閉合回路。用環(huán)型繞組說明直流繞組的閉合情況電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，各線圈依次通過電刷作為引出端

2.1雙層繞組線圈的兩邊都在電樞鐵芯表面的槽中：兩邊都能切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。兩邊電勢(shì)相加：線圈的兩邊必須處于不同極性的極面下，線圈的跨距約等于一個(gè)極距。線圈對(duì)稱排列：當(dāng)一線圈的一個(gè)邊在某槽中占有上層位置時(shí)，則該線圈的另一邊必須放在另一槽下層。虛槽概念在大型電機(jī)中、每層可能有N個(gè)并列圈邊 為了改善電機(jī)的性能，用更多的元件組成電樞繞組。但電樞鐵心不能開太多的槽，采用在每槽的上下層各放置若干元件邊。每層有3個(gè)圈邊實(shí)槽虛槽每一元件有兩個(gè)圈邊，每一換向片上接有兩個(gè)圈邊，每一虛槽內(nèi)放置有兩個(gè)圈邊，元件數(shù)S等于換向片數(shù)K，也等于虛槽數(shù)

每線圈有Nc匝，則總導(dǎo)體數(shù)N2.2直流繞組的節(jié)距第一節(jié)距y1 元件的寬度，虛槽數(shù)，兩個(gè)圈邊之間的距離第二節(jié)距y2 聯(lián)至同一換向片的兩個(gè)圈邊之間的距離合成節(jié)距y 緊相串聯(lián)的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)圈邊在電樞表面的跨距換向器節(jié)距yk 每一線圈兩端所連接的換向片之間在換向器表面的跨距，用換向片數(shù)表示2.3單疊繞組每個(gè)元件出線端依次連在相鄰的換向片上，后一個(gè)繞組元件相對(duì)前一個(gè)繞組元件僅移過一個(gè)槽。右行左行例：繞組20虛槽，四極，雙層為獲得對(duì)稱的繞組，每元件連接的兩換向片的分界線與元件軸線重合由右手定則判電流方向在電樞幾何中心線上的元件邊感應(yīng)電勢(shì)為0例：繞組20虛槽，四極，雙層電刷被電刷短路，處于換向狀態(tài)并聯(lián)支路數(shù)2a=2p

N極

S極

S極

N極直流繞組是閉合繞組每一極面下的元件串聯(lián)成一支路每支路中一個(gè)元件被電刷短路，處于換向狀態(tài)中在整個(gè)閉合回路中，感應(yīng)電勢(shì)總和為0，繞組內(nèi)部無環(huán)流電刷數(shù)等于極數(shù)。同極性的電刷連接形成一個(gè)“極”電刷之間的引出電勢(shì)為每一支路個(gè)元件的電勢(shì)和電刷放置法使電刷間導(dǎo)出的電勢(shì)有最大值使與電勢(shì)為零的元件所連接的換向片相連接

當(dāng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)至交軸時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)為零，電刷應(yīng)與處于交軸位置的導(dǎo)體相連如導(dǎo)體對(duì)稱，則磁極的幾何中心線處為電刷位置換向繞組的繞組軸線、磁極軸線和電刷位置在同一位置上。

N2.4單波繞組每一繞組元件的出發(fā)點(diǎn)和終端不在相鄰的兩換向片上，而相隔近似為一個(gè)極距相鄰兩元件相隔近似一對(duì)極距連接p個(gè)元件后回到出發(fā)元件的附近，相隔一個(gè)槽例：電樞繞組19槽，四極例：電樞繞組19槽，四極只有兩條并聯(lián)支路：所有N極下的導(dǎo)體并聯(lián)為一支路，所有S極下的并聯(lián)為另一支路。2a=2電刷數(shù)原則上等于2，為降低電刷電流密度，可用2p只電刷電刷位置：應(yīng)與電勢(shì)為零的元件所連接的換向片相連2.5單疊繞組和單波繞組的差別單疊繞組：各個(gè)極面下上層的繞組元件構(gòu)成一支路，并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù) 電樞間電勢(shì)較下，電樞電流較大，稱并聯(lián)繞組單波繞組：N極下上層的繞組元件串聯(lián)為一支路，S極下的串聯(lián)為另一支路，并連支路數(shù)恒等于2 電刷間電勢(shì)較大，電樞電流較下，稱串聯(lián)繞組。NNSS疊繞波繞三、直流電機(jī)的簡單工作原理三、直流電機(jī)的簡單工作原理旋轉(zhuǎn)電樞式的直流電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)、磁極固定，帶有換向器磁極——定子電樞線圈——轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)換向片靜止電刷通過換向片，電刷1總與位于N極下的導(dǎo)體相連，極性為正電刷2與位于S極下的導(dǎo)體相連，極性為負(fù)3.1單線圈導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)電刷l、2間的電勢(shì)e12為一含有很大脈動(dòng)分量的直流電勢(shì)，如單相全波整流一樣。電勢(shì)和電流脈動(dòng)的很大

3.2兩線圈串聯(lián)后的合成電勢(shì)與原有線圈相距90電角度再設(shè)置一個(gè)線圈，其兩端各接有換向片，并與原有換向片A、B相距90電角度，換向器包含4片換向片，相鄰換向片間各相距90電角度。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)線圈的感應(yīng)電勢(shì)在時(shí)間相位上相距90電角度當(dāng)有足夠多的線圈和換向片時(shí)，可獲得穩(wěn)定直流電勢(shì)。若電機(jī)每極下的導(dǎo)體數(shù)大于8，電勢(shì)脈動(dòng)幅度可小于1%

直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)是帶換向器的交流發(fā)電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)——電機(jī)正、負(fù)電刷之間的電勢(shì)，即每一并聯(lián)支路的電勢(shì)。位于電刷之間固定位置的各個(gè)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)之和假設(shè)電樞導(dǎo)體是連續(xù)均勻分布的，則電勢(shì)為恒定的直流電勢(shì)1電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)設(shè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為W，有2a條并聯(lián)支路，則每一支路中的串聯(lián)導(dǎo)體為W／2a電刷間的感應(yīng)電勢(shì)為每一支路中的串聯(lián)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)之和

直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)與每極磁通量及轉(zhuǎn)速有關(guān)。如將每極磁通量保持不變，直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)將和轉(zhuǎn)速成正比。如將轉(zhuǎn)速保持不變，直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)將和每極磁通量成正比。電刷間的感應(yīng)電勢(shì)僅和極面下的總磁通量有關(guān)，而和極面下磁通密度的分布情況無關(guān)n

電刷在交軸，如果移動(dòng)電刷位置，則支路中一部分導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)將因方向相反而互相抵消，導(dǎo)致電刷間電勢(shì)Ea的減小。n使用負(fù)載時(shí)的每極磁通，得負(fù)載時(shí)電刷感應(yīng)電勢(shì)Ea。n當(dāng)負(fù)載時(shí)，由于電樞回路的電阻電壓降，直流發(fā)電機(jī)電刷間的端電壓U比負(fù)載時(shí)的電刷電勢(shì)Ea小解釋電刷位置偏移對(duì)電勢(shì)的影響電刷偏移后，極面下電刷間包含的磁通量減小2直流發(fā)電機(jī)的平衡方程式并勵(lì)發(fā)電機(jī)IaILΔU——每一電刷的接觸電壓降電刷接觸電阻隨電流的增大而減小，通常假定為常數(shù)，當(dāng)用石墨電刷或碳石墨電刷時(shí)，取為1V電壓平衡式2直流發(fā)電機(jī)的平衡方程式并勵(lì)發(fā)電機(jī)IaIL功率平衡式電磁功率輸入功率空載損耗負(fù)載損耗ra:串接在電樞回路中各種繞組的總電阻，如電樞繞組、串勵(lì)繞組和換向極繞組等。附加損耗產(chǎn)生P的原因電樞存在齒槽，使氣隙磁通發(fā)生脈動(dòng)，在電樞鐵心、主極鐵心和極靴表面中產(chǎn)生脈動(dòng)損耗電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)畸變產(chǎn)生的額外電樞損耗電樞拉緊螺栓在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)引起的鐵耗由換向電流產(chǎn)生的損耗3直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式IaIIa電壓平衡式電流平衡式（并勵(lì)時(shí)）3直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式IaIIa功率平衡式（并勵(lì)時(shí)）并勵(lì)回路損耗電樞回路銅損電刷接觸電損耗機(jī)械損耗鐵損耗雜散損耗電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩電樞繞組的電磁轉(zhuǎn)矩設(shè)流過電刷的電流為Ia電樞導(dǎo)體中的電流是Ia／2a設(shè)電樞直徑為Da，電樞導(dǎo)體的有效長度為l電樞總的電磁轉(zhuǎn)矩1直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡并勵(lì)發(fā)電機(jī)IaIL轉(zhuǎn)矩平衡式輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩2直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡IaIIa轉(zhuǎn)矩平衡式思考題電刷之間的感應(yīng)電勢(shì)與某一導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)有什么不同各種數(shù)量之間的相互關(guān)系：導(dǎo)體總數(shù)、換向片數(shù)、元件數(shù)、圈邊數(shù)、槽數(shù)、每元件匝數(shù)、每一槽中并列圈邊數(shù)思考題一臺(tái)六極電機(jī)原為單波繞組，加改繞成單疊繞組，并保持元件數(shù)、導(dǎo)體數(shù)、每元件匝數(shù)、每槽并列圈邊數(shù)不變，問該電機(jī)的額定容量要不要改變?其它額定量要不要改變

答：單波時(shí)，并聯(lián)支路數(shù)恒為2，設(shè)導(dǎo)體額定電流為I，則電刷的電流為2I；電刷間感應(yīng)電勢(shì)為Ea=E2。 單疊時(shí)，并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)，2a=2p=6，則電刷的電流為6I；電刷間電勢(shì)為Ea=E6=E2/3。思考題有一四極直流電機(jī)，電樞為單疊繞組，如發(fā)生以下故障：（1）有一主磁極失磁；（2）有一對(duì)相鄰電刷跌落試分析電機(jī)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1直流發(fā)電機(jī)的平衡方程式并勵(lì)發(fā)電機(jī)IaILΔU——每一電刷的接觸電壓降電刷接觸電阻隨電流的增大而減小，通常假定為常數(shù)，當(dāng)用石墨電刷或碳石墨電刷時(shí)，取為1V電壓平衡式1直流發(fā)電機(jī)的平衡方程式并勵(lì)發(fā)電機(jī)IaIL功率平衡式電磁功率輸入功率空載損耗負(fù)載損耗ra:串接在電樞回路中各種繞組的總電阻，如電樞繞組、串勵(lì)繞組和換向極繞組等。附加損耗產(chǎn)生P的原因電樞存在齒槽，使氣隙磁通發(fā)生脈動(dòng)，在電樞鐵心、主極鐵心和極靴表面中產(chǎn)生脈動(dòng)損耗電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)畸變產(chǎn)生的額外電樞損耗電樞拉緊螺栓在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)引起的鐵耗由換向電流產(chǎn)生的損耗1直流發(fā)電機(jī)的平衡方程式并勵(lì)發(fā)電機(jī)IaIL轉(zhuǎn)矩平衡式輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩2他勵(lì)發(fā)電機(jī)的特性勵(lì)磁電流不隨負(fù)載電流變化勵(lì)磁可調(diào)，電壓調(diào)節(jié)范圍大，適用于要求電壓廣泛可調(diào)的應(yīng)用場(chǎng)合。工業(yè)上低壓（4-24V）及高壓（>600V）以上均為他勵(lì)。如何改變電機(jī)端電壓極性？取決于電樞電勢(shì)的方向，改變轉(zhuǎn)向，而磁通方向不變改變磁通方向，而轉(zhuǎn)向不變他勵(lì)時(shí)的空載特性空載特性通過磁路計(jì)算，或空載實(shí)驗(yàn)得到。即電機(jī)的磁化曲線負(fù)載特性假設(shè)電樞反應(yīng)的去磁作用與負(fù)載電流成線性正比。如電樞反應(yīng)起助磁作用，則特性三角形應(yīng)翻轉(zhuǎn)，負(fù)載曲線比空載曲線高IfU0U=E-IraEI’f1If1Ira他勵(lì)時(shí)的外特性端電壓下降的因素：①電樞回路中引起的電壓降②電樞反應(yīng)的去磁作用通常約為0．05—0．10他勵(lì)時(shí)的調(diào)節(jié)特性當(dāng)有負(fù)載電流時(shí)，為要維持端電壓不變，隨著負(fù)載電流的增大，勵(lì)磁電流相應(yīng)增大UIN并勵(lì)發(fā)電機(jī)的特性勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)、勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)電樞繞組自己供給，隨電樞電壓變化作為短線路的電源，如同步電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)、蓄電磁的充電電源等。如何改變電機(jī)端電壓極性？取決于電樞電勢(shì)的方向改變電刷間極性時(shí)應(yīng)注意電壓建立的問題。即改變?cè)瓌?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)必須改變繞組的相對(duì)連接?！妒垢袘?yīng)電勢(shì)與剩磁方向一致》2.3.1并勵(lì)時(shí)的空載特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)在空載時(shí)，電樞電流等于勵(lì)磁電流。由于勵(lì)磁電流很小，它流過電樞繞組所產(chǎn)生的電阻壓降和電樞反應(yīng)很小，故空載時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)即可認(rèn)為是與空載端電壓相等。所以，并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性和它的磁化曲線相同

2.3.2并勵(lì)時(shí)的外特性端電壓下降的因素①電樞回路的電壓降；②電樞反應(yīng)的去磁作用；③端電壓下降引起的勵(lì)磁電流減小。電壓變化率約為20%當(dāng)負(fù)載電阻不斷減小時(shí)，負(fù)載電流IL增加。但當(dāng)降至某一臨界數(shù)值Icr以后，若負(fù)載電阻繼續(xù)減小，則負(fù)載電流IL反將逐漸減小。當(dāng)電樞兩端直接短路，負(fù)載電流將降為微小的短路電流Ik。拐點(diǎn)拐點(diǎn)產(chǎn)生的原因：負(fù)載電阻減小后，一方面使負(fù)載電流增加，端電壓下降；另一方面，端電壓下降后，使勵(lì)磁電流減小，電勢(shì)下降，使負(fù)載電流下降。當(dāng)電壓較高時(shí)，磁路飽和，勵(lì)磁電流對(duì)電勢(shì)影響不大；（負(fù)載電流隨電阻下降而增大）當(dāng)電流達(dá)到臨界值時(shí)，磁路退出飽和，勵(lì)磁電流的微小變化引起感應(yīng)電勢(shì)的較大變化（負(fù)載電流下降）短路電流的解釋：直接短路時(shí)，端電壓U=0，勵(lì)磁繞組電壓等于0。勵(lì)磁電流為零，感應(yīng)電勢(shì)僅為剩磁電勢(shì)，并引起短路電流。短路的影響主要在于突然短路的瞬間：由于勵(lì)磁繞組有很大的電阻，磁通不能立即變?yōu)榱?，imax可達(dá)8-12IN。2.4串勵(lì)發(fā)電機(jī)特性空載特性（另外勵(lì)磁）外特性場(chǎng)阻線（包括外電阻）串勵(lì)發(fā)電機(jī)的端電壓當(dāng)負(fù)載變化時(shí)很大。3電壓建立過程端電壓與負(fù)載電阻有關(guān)，若負(fù)載電阻減小，則端電壓升高；若負(fù)載電阻大于一臨界電阻，則電勢(shì)不能建立。2.5復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的特性復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性界于并勵(lì)發(fā)電機(jī)與串勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性之間。復(fù)勵(lì)的程度決定于串聯(lián)勵(lì)磁與并聯(lián)勵(lì)磁的相對(duì)強(qiáng)度，并聯(lián)勵(lì)磁通常要比串聯(lián)勵(lì)磁強(qiáng)的多。有平復(fù)勵(lì)（恰好補(bǔ)償）、超復(fù)勵(lì)（過補(bǔ)償）、欠復(fù)勵(lì)之分。 直流電動(dòng)機(jī)三、直流電動(dòng)機(jī)的作用原理電樞繞組和勵(lì)磁繞組分別施加直流電源。氣隙中主磁通與電樞電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，

電磁力矩為原動(dòng)力矩，在電磁力矩的作用下，驅(qū)動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)。電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)為3.1直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式IaIIa電壓平衡式電流平衡式（并勵(lì)時(shí)）3.1直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式IaIIa功率平衡式（并勵(lì)時(shí)）并勵(lì)回路損耗電樞回路銅損電刷接觸電損耗機(jī)械損耗鐵損耗雜散損耗并勵(lì)電動(dòng)機(jī)3.1直流電動(dòng)機(jī)的平衡方程式IaIIa轉(zhuǎn)矩平衡式直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

和工作特性4.1直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性，T-n曲線）在不同的勵(lì)磁方式下，主磁通隨負(fù)載電流的變化不同，導(dǎo)致電機(jī)特性的差異。4.2電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩條件下，下降的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行，上升的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。在交點(diǎn)處，轉(zhuǎn)速之上則T<Tz,轉(zhuǎn)速之下則T>Tz4.3并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性如何改變并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：R：分別調(diào)換勵(lì)磁繞組或電樞繞組接頭。不能簡單地改變電源極性，因而電磁轉(zhuǎn)矩方向與主磁通和電樞電流方向的有關(guān)。1.轉(zhuǎn)矩特性勵(lì)磁電流不變。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用很小，近似認(rèn)為主磁通不變，則與電樞電流成線性關(guān)系。當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，電樞反應(yīng)去磁作用使主磁通有所減小，曲線向下彎曲。2.轉(zhuǎn)速特性負(fù)載電流增加，電樞電阻壓降增大，如不計(jì)電樞反應(yīng)的去磁作用即主磁通不變，Ea減小一些，Ea=CeIa，則n隨Ea的下降而有所減小，形成向下的機(jī)械特性。如考慮電樞反應(yīng)的去磁作用將使每極磁通φ減少，并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化很小。電阻電壓降的影響影響較大，轉(zhuǎn)速特性是略為下傾的?！蔡匦?.3并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性3.機(jī)械特性主磁通由于負(fù)載電流去磁作用的影響隨電流增加而略有減小。Ra=0時(shí)，稱為自然機(jī)械特性——硬特性。增加電樞回路串聯(lián)電阻，則機(jī)械特性變軟。如改變勵(lì)磁電流，則If越小時(shí)，空載轉(zhuǎn)速越高，電機(jī)特性越軟。如改變電樞電流（但保持勵(lì)磁不變）則機(jī)械特性為平行的直線，n0不同，硬度不變。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁失磁的分析If=0當(dāng)勵(lì)磁回路斷路時(shí)，氣隙中的磁通將驟然降至微小的剩磁，電樞回路中的感應(yīng)電勢(shì)也將隨著減小。由于慣性，電機(jī)速度不能突變，電樞電流將急劇增加，使電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載。電磁轉(zhuǎn)矩的變化（1）當(dāng)電樞電流的增加程度不足以補(bǔ)償每極磁通的減小程度時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩減小，因而使電動(dòng)機(jī)減速；（2）當(dāng)電樞電流的增加程度超過每極磁通的減小程度時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩將增大，使電動(dòng)機(jī)加速，直至轉(zhuǎn)速上升到危險(xiǎn)的高值（達(dá)到電壓平衡）。4.4串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性轉(zhuǎn)矩特性一般情況下：轉(zhuǎn)矩按大于電流一次方的比例增加，對(duì)起動(dòng)和過載能力有意義。當(dāng)負(fù)載電流（即勵(lì)磁電流）很小時(shí)，鐵心處于不飽和狀態(tài)，主磁通隨勵(lì)磁成正比增加，即當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，鐵心飽和，主磁通隨勵(lì)磁變化較小（近似不變）4.4串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性轉(zhuǎn)速特性負(fù)載較小時(shí)，勵(lì)磁小，磁路不飽和，主磁通與電流成正比負(fù)載較大，在磁路飽和后，主磁通近似不變，隨電流增加轉(zhuǎn)速略有下降“飛速”的解釋在滿載或較重負(fù)載時(shí)，電樞電流較大，If=Ia較大，氣隙磁通較大，電機(jī)只需不太高的轉(zhuǎn)速便能產(chǎn)生較高的反電勢(shì)與電網(wǎng)電壓平衡。在空載或很輕負(fù)載時(shí)，If=Ia很小，使主磁通很小，電機(jī)必須以很高的轉(zhuǎn)速才能產(chǎn)生反電勢(shì)保持電壓平衡。4.4串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性T3.機(jī)械特性鐵心飽和后在工作范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載電流急劇變化——軟特性。不能在極輕載下運(yùn)行適當(dāng)?shù)剡x擇并勵(lì)磁勢(shì)和串勵(lì)磁勢(shì)的相對(duì)強(qiáng)弱，可使復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有負(fù)載所需要的特性。以并勵(lì)為主的積復(fù)勵(lì)：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增加時(shí)，電樞電流增大（電樞反應(yīng)去磁作用增強(qiáng)），串勵(lì)磁勢(shì)增加，使主磁通增大。①使電磁轉(zhuǎn)矩很快的增大以克服突然增大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；②使反電勢(shì)很快的增大以減小電樞電流的沖擊值。③當(dāng)電樞反應(yīng)去磁作用很強(qiáng)時(shí)，仍能使電機(jī)有下降的機(jī)械特性，保持其穩(wěn)定運(yùn)行。4.5復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)5.1直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)要求：足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一定范圍的起動(dòng)電流起動(dòng)時(shí)間符合生產(chǎn)要求、起動(dòng)設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠。tIannIaIst直接起動(dòng)t=0時(shí)，n=0，Ea=0，Ia=U/ra很大（10-50IN），副作用有：損壞電樞繞組、導(dǎo)致?lián)Q向器環(huán)火。隨著速度增加，反電勢(shì)增加，電樞電流反而下降。5.2限制起動(dòng)電流的起動(dòng)方法變阻器起動(dòng)——起動(dòng)時(shí)，在電樞回路中串入變阻器，當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸上升時(shí)，可把起動(dòng)電阻逐級(jí)切除。直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁回路中串聯(lián)的電阻取較小的值：起動(dòng)中要求較大的轉(zhuǎn)矩，勵(lì)磁回路電阻小，勵(lì)磁電流大，較大，有利起動(dòng)。電機(jī)起動(dòng)后，感應(yīng)電勢(shì)建立，使起動(dòng)電流很快減小。5.3降壓起動(dòng)方法一般只適用于大容量頻繁起動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)，須用專門的調(diào)壓電源。優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)電流小，起動(dòng)消耗能量少，升速比較平穩(wěn)。在起動(dòng)過程中，可逐步提升電源電壓，使按需要的加速度上升。在實(shí)用中，發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組即采用降壓起動(dòng)法，其中，發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)均采用他勵(lì)，以保證起動(dòng)時(shí)有足夠的勵(lì)磁電流?！罢髌?電動(dòng)機(jī)”組也采用此方法。6.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速基本要求：調(diào)速幅度寬廣、調(diào)速連續(xù)平滑、損耗小、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高等。電樞回路中的串聯(lián)電阻①調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以改變每極磁通Φ；②調(diào)節(jié)外施電源電壓U；③電樞回路中引入可調(diào)電阻量Ra。調(diào)速性能：速比：最高與最低速度之比；平滑性或跳級(jí)調(diào)速；經(jīng)濟(jì)性：損耗、效率調(diào)速設(shè)備簡單、可靠、操作方便等。6.2并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以改變主磁通當(dāng)磁路不飽和，且忽略電樞反應(yīng)的影響和Iara后，(1)最高轉(zhuǎn)速受機(jī)械強(qiáng)度及換向的限制；(2)最低轉(zhuǎn)速受勵(lì)磁繞組本身固有電阻及磁路飽和的限制。6.3調(diào)節(jié)電源電壓調(diào)速在很廣的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，且電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性硬度保持不變。勵(lì)磁恒定時(shí)，如他勵(lì)可用于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在電力牽引機(jī)車中，常把兩臺(tái)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)從并聯(lián)運(yùn)行改為串聯(lián)運(yùn)行，使每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的端電壓從全壓降為半壓。6.4調(diào)節(jié)可變電阻調(diào)速效率低負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，電樞電流小，調(diào)節(jié)作用不大電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變軟，使轉(zhuǎn)速變化率增大改變電阻Ra，即相當(dāng)于改變了電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端電壓。一般從調(diào)速范圍、連續(xù)平滑性、調(diào)速中電能消耗、設(shè)備投資經(jīng)濟(jì)性等方面比較各種調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)。適用范圍主要指適用于恒轉(zhuǎn)矩或恒功率、有級(jí)或無級(jí)調(diào)速、適用與大中型或小型電機(jī)等。7直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)即在轉(zhuǎn)動(dòng)方向產(chǎn)生阻力矩能耗制動(dòng)nTMABCGH制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩由B點(diǎn)開始沿直線BC下降至零制動(dòng)過程中，電樞電流為電磁轉(zhuǎn)矩 為制動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性為

結(jié)論：制動(dòng)時(shí)，機(jī)械特性為過原點(diǎn)的直線制動(dòng)過程：開始時(shí)，由穩(wěn)定運(yùn)行的工作點(diǎn)A，突然跳到B；此后，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩將隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而沿BC下降，直至零，轉(zhuǎn)速為零。特點(diǎn)：制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在低速時(shí)變化很小，可加上機(jī)械制動(dòng)閘，加快停轉(zhuǎn)。7直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)即在轉(zhuǎn)動(dòng)方向產(chǎn)生阻力矩能耗制動(dòng)nTMABCGH制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩由B點(diǎn)開始沿直線BC下降至零制動(dòng)過程中，電樞電流為電磁轉(zhuǎn)矩 為制動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性為

結(jié)論：制動(dòng)時(shí)，機(jī)械特性為過原點(diǎn)的直線制動(dòng)過程：開始時(shí)，由穩(wěn)定運(yùn)行的工作點(diǎn)A，突然跳到B；此后，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩將隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而沿BC下降，直至零，轉(zhuǎn)速為零。特點(diǎn)：制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在低速時(shí)變化很小，可加上機(jī)械制動(dòng)閘，加快停轉(zhuǎn)。制動(dòng)電阻RZ俞小，機(jī)械特性愈平，制動(dòng)愈快；如帶位能負(fù)載，當(dāng)電機(jī)停止后，將在反方向加速（第四象限，n<0,T>0）7直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)即在轉(zhuǎn)動(dòng)方向產(chǎn)生阻力矩回饋制動(dòng)當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于某一數(shù)值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)E大于電機(jī)電源電壓，即E>U，電樞電流將反向，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)而起制動(dòng)作用，可限制轉(zhuǎn)速的持續(xù)上升。適用于由串勵(lì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的升速場(chǎng)合，如電車下坡。為保證勵(lì)磁，需將串勵(lì)繞組改為他勵(lì)，且施加一定的勵(lì)磁電壓。此時(shí)，機(jī)械特性是原特性在第二象限的延伸。7直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)勵(lì)磁回路不變，電樞回路反接反接制動(dòng)當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不為零，應(yīng)及時(shí)將電源切除，否則將反轉(zhuǎn)。制動(dòng)機(jī)械特性直流電機(jī)的換向8.1換向的過程用機(jī)械方法強(qiáng)制改變電路連接，使繞組元件在極短時(shí)間內(nèi)從—條支路移入另一條支路，從而使該繞組元件中的電流從一數(shù)值變換至另一數(shù)值。對(duì)于直流電機(jī)而言，換向前的電流和換向后的電流大小相等、方向相反——電流方向倒轉(zhuǎn)。圖b：元件1被短路，稱換向元件，元件1、換向片1、電刷、換向片2構(gòu)成換向回路，其中電流稱換向電流。換向過程的影響：在電刷與換向片間產(chǎn)生火花。有電磁、機(jī)械、電化學(xué)、電熱等方面的現(xiàn)象。8.2換向電路分析1．閉合回路存在有多種感應(yīng)電勢(shì)；2．回路中換向片和電刷的接觸電阻性質(zhì)較為復(fù)雜。電抗電勢(shì)當(dāng)換向元件中有電流I流過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交鏈該元件的漏磁通，電流i變化時(shí)，漏磁通將隨之變化，在該元件電路中，產(chǎn)生一感應(yīng)電勢(shì)——電抗電勢(shì)er電抗電勢(shì)er方向傾向于維持原來的電流不變，即傾向于阻止換向電流i的變化——電抗電勢(shì)總是阻礙換向的。

由換向元件產(chǎn)生的通過氣隙的磁通，已和非換向元件產(chǎn)生的主磁通一起考慮在電樞反應(yīng)磁通中。電抗電勢(shì)只考慮換向電流的漏磁通。自感電勢(shì)互感電勢(shì)（有多個(gè)元件同時(shí)換向時(shí)）總電抗電勢(shì)λ為換向元件的等效比漏磁導(dǎo)線速度電樞線負(fù)荷2.速度電勢(shì)在換向周期內(nèi)，換向元件的兩個(gè)圈邊，切割電機(jī)交軸處的磁通而感應(yīng)速度電勢(shì)。如果其方向與換向前的電流ia方向相同，則阻礙換向；