第2章 直流電機(jī)-修改版20120925

2.1直流電機(jī)的工作原理；2.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、額定值及主要系列；2.3直流電機(jī)的電樞繞組；2.4直流電機(jī)的磁場(chǎng)；2.5直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩；2.6直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理；2.7直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理；2.8直流電機(jī)的換向。第2章直流電機(jī)電機(jī)與拖動(dòng)2.1直流電機(jī)的工作原理2.1.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理要解決的問題：依據(jù)：電磁力定律

B—磁密，l—導(dǎo)體有效長(zhǎng)度，i—電流直流電動(dòng)機(jī)是怎樣轉(zhuǎn)起來(lái)的？方向由左手定則判定電機(jī)與拖動(dòng)結(jié)論：只要兩個(gè)線圈邊在不同的極下能及時(shí)改變電流方向，即可使得直流電動(dòng)機(jī)得到持續(xù)的同方向的電磁轉(zhuǎn)矩，從而朝著同一方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。由換向器和電刷來(lái)完成。N-S極為一對(duì)在空間固定不動(dòng)的磁極（可以是電磁鐵也可以是永久磁鐵）；兩個(gè)磁極之間裝著一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁材料制成的圓柱體（稱為電樞），圓柱體上裝有一個(gè)線圈ax。如圖2-1所示。當(dāng)a導(dǎo)體在N極下，b導(dǎo)體在S極下時(shí)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩逆時(shí)針方向當(dāng)a導(dǎo)體在S極下，b導(dǎo)體在N極下時(shí)。

產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩順時(shí)針方向電樞擺動(dòng)

圖2-1直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化模型磁極電樞目前位置：ab線圈邊在N極下，cd線圈邊在S下目前位置：cd線圈邊在N極下，ab線圈邊在S下線圈中電流方向A→a→b→c→d→B電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)線圈中電流方向A→d→c→b→a→B電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)ab邊:電流a→b

,電磁力方向逆時(shí)針

cd邊:電流c→d

,電磁力方向逆時(shí)針ab邊:電流b→

a

,電磁力方向逆時(shí)針

cd邊:電流d

→c,電磁力方向逆時(shí)針磁極電樞換向器電刷(靜止）圖2-2直流電動(dòng)機(jī)工作原理結(jié)論：

（1）電刷和換向器裝置將電刷外部的直流電流變成了線圈內(nèi)部的交流電流，從而實(shí)現(xiàn)了換向。

（2）對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言，電刷和換向器起到了由外部電源直流到內(nèi)部繞組交流的轉(zhuǎn)換作用，即相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械式逆變器。電機(jī)與拖動(dòng)2.1.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理要解決的問題：直流發(fā)電機(jī)是怎樣發(fā)出電來(lái)的？依據(jù)：電磁感應(yīng)定律方向由右手定則判定B—磁密，l—導(dǎo)體有效長(zhǎng)度，v—電樞旋轉(zhuǎn)的線速度電機(jī)與拖動(dòng)2.1.2直流發(fā)電機(jī)的工作原理目前位置：ab線圈邊在S極下，cd線圈邊在N下線圈電勢(shì)方向：

a→b→c→d電刷電勢(shì)方向：A+；B-ab邊：感應(yīng)電勢(shì)（電流）a→b

cd邊：感應(yīng)電勢(shì)（電流)

c→d目前位置：ab線圈邊在N極下，cd線圈邊在S下ab邊：感應(yīng)電勢(shì)（電流）b→a

cd邊：感應(yīng)電勢(shì)（電流）d→c線圈電勢(shì)方向：

d→c→b→a電刷電勢(shì)方向：A+；B-假設(shè)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞逆時(shí)針恒速旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)圖2-3直流發(fā)電機(jī)的工作原理（1）電刷和換向器裝置將線圈內(nèi)部的交流電勢(shì)和電流變成了電刷外部的直流電勢(shì)和電流，從而實(shí)現(xiàn)了換向；（2）對(duì)直流發(fā)電機(jī)而言，電刷和換向器起到了由內(nèi)部繞組交流到外部電源直流的轉(zhuǎn)換作用，即相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械式整流器。

電機(jī)與拖動(dòng)2.1.2直流發(fā)電機(jī)的工作原理結(jié)論：

作為直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電刷兩端接直流電源，軸上接機(jī)械負(fù)載，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載運(yùn)行；作為直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，則要用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞運(yùn)轉(zhuǎn)，就可從電刷兩端引出直流電勢(shì)對(duì)電負(fù)載供電，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

同一臺(tái)直流電機(jī)即可作為電動(dòng)機(jī)也可作為發(fā)電機(jī)使用，只要改變外部條件即可。2.1.3直流電機(jī)的可逆原理電機(jī)與拖動(dòng)2.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、額定值（1）主磁極：

主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。主磁極由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組組成，主磁極鐵心一般由1.0~1.5mm厚的鋼板沖片疊壓鉚緊組成，鐵心中的上部套有勵(lì)磁繞組的部分稱為極身，下面擴(kuò)展的部分稱為極靴。勵(lì)磁繞組由絕緣銅線繞制而成，勵(lì)磁繞組套在主磁極鐵心上通以直流電流來(lái)建立磁場(chǎng)。整個(gè)主磁極用螺釘固定在機(jī)座上。見圖2-5a)電機(jī)由兩大部分組成:靜止部分——定子旋轉(zhuǎn)部分——轉(zhuǎn)子（電樞）1、定子部分電機(jī)與拖動(dòng)2.1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖2-5主磁極和換向極a)主磁極b)換向極（2）換向極換向極裝在兩極之間。其作用是用來(lái)改善換向，也是由鐵心和繞組組成，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。如圖2-5b）所示。（3）機(jī)座

電機(jī)定子的外殼部分稱為機(jī)座。機(jī)座的主體部分作為磁極間的通路，這部分稱為磁軛。機(jī)座同時(shí)用來(lái)固定主磁極、換向極和端蓋，起到整個(gè)電機(jī)的支撐和固定作用。（4）電刷裝置

電刷裝置是電樞電路的引入（或引出）裝置，通過它可以把電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的電流引出到靜止的電路里，它與換向器配合才能使電機(jī)獲得直流電機(jī)的效果。電刷裝置由電刷、刷盒、刷桿座和銅絲辮等組成。

圖2-6直流電機(jī)的電刷裝置

電機(jī)與拖動(dòng)2.1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)（1）電樞鐵心

電樞鐵心是主磁通磁路的主要部分，同時(shí)用來(lái)嵌放電樞繞組。為了降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗，電樞鐵心一般用0.5mm厚的硅鋼片沖片疊壓而成為一圓柱體，將其安裝在轉(zhuǎn)軸上。電樞的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌入電樞繞組。

（2）電樞繞組.

電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電勢(shì)，是電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵部件。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(jī)的電路部分。2、轉(zhuǎn)子（電樞部分）電機(jī)與拖動(dòng)2.1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)（a）電樞鐵心沖片（b）電樞鐵心圖2-7直流電機(jī)的電樞鐵心沖片和鐵心（3）換向器

換向器的作用是把電樞繞組內(nèi)部的交流電流轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電流。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(gè)線圈的兩端分別接到兩個(gè)換向片上。如圖2-8所示。（4）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需要一定的強(qiáng)度和剛度，一般用圓鋼加工而成。電機(jī)與拖動(dòng)2.1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖2-8直流電機(jī)的換向器（1）額定功率：電機(jī)按規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)所能提供的輸出功率。

●對(duì)于電動(dòng)機(jī)，額定功率是指轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率；●對(duì)于發(fā)電機(jī)，額定功率則是指電刷輸出端輸出的電功率。2.2.2直流電機(jī)的額定數(shù)據(jù)（3）額定電流：

電機(jī)按規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)，電樞繞組允許通過的最大電流。

（并勵(lì)機(jī)和復(fù)勵(lì)機(jī)指得是總電流）

（2）額定電壓：電樞繞組能夠安全工作的最大電壓?！駥?duì)于電動(dòng)機(jī)是電刷輸出端的輸入電壓；●對(duì)于發(fā)電機(jī)是電刷輸出端的輸出電壓。電機(jī)與拖動(dòng)（3）額定轉(zhuǎn)速：

在額定電壓、額定電流、和輸出額定功率運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（4）額定效率：

在額定條件下電機(jī)的輸出功率與輸入功率之比。

直流電動(dòng)機(jī)：

直流發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：

額定數(shù)據(jù)之間存在著如下關(guān)系：

（上式中的單位為kw）電機(jī)與拖動(dòng)2.2.2直流電機(jī)的額定數(shù)據(jù)2.3直流電機(jī)的電樞繞組對(duì)電樞繞組的主要要求：

正、負(fù)電刷間所感應(yīng)的電勢(shì)應(yīng)盡量大；繞組所用的導(dǎo)線和絕緣材料盡可能節(jié)??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠。

電機(jī)與拖動(dòng)2.3.1電樞繞組的一般知識(shí)

1．電樞繞組的元件電樞繞組是由若干個(gè)線圈按照一定的規(guī)律組成。由絕緣導(dǎo)線繞制而成的線圈稱為元件，一個(gè)元件有兩個(gè)有效邊，其匝數(shù)為NY，見圖2-9a，其中一個(gè)有效邊嵌放在電樞槽的上層，稱為上層邊；另一個(gè)有效邊放在相距約一個(gè)極距的電樞槽的下層，稱為下層邊。電樞槽外的部分稱為元件的端部，如圖2-9b所示。圖2-9電樞繞組的元件(c)(a)(b)●一個(gè)元件有兩根引出線，稱為首端和尾端，它們分別接到兩個(gè)換向片上，而每個(gè)換向片又與不同元件的兩根引出線相連接，所以整個(gè)電樞繞組的元件數(shù)S應(yīng)等于換向片數(shù)K，即

S=K●每個(gè)元件有兩個(gè)有效邊，而每電樞槽分上下兩層嵌放兩個(gè)有效邊，所以元件數(shù)S應(yīng)等于電樞的槽數(shù)Z，即

S=Z●把一個(gè)上層邊和一個(gè)下層邊看成一個(gè)虛槽，虛槽數(shù)與實(shí)槽數(shù)的關(guān)系為

Zu=Uz=S=K●相鄰兩個(gè)異性極中心線之間用電樞鐵心外圓的對(duì)應(yīng)弧長(zhǎng)表示的距離，稱為極距，當(dāng)用槽數(shù)表示時(shí)，有（2-5）若用長(zhǎng)度表示時(shí)，有（2-6）式中，D為電樞鐵心的外直徑，單位為mm。電機(jī)與拖動(dòng)2.3.1電樞繞組的一般知識(shí)

表征電樞繞組元件本身和元件之間連接規(guī)律的數(shù)據(jù)稱為節(jié)距。（1）第一節(jié)距Y1Y1是同一個(gè)元件的兩個(gè)元件邊的距離，一般用槽數(shù)表示，為了使每個(gè)元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，應(yīng)接近或等于極距，有

式中，ε是使Y1湊成整數(shù)的一個(gè)分?jǐn)?shù)。2．節(jié)距

稱為整距線圈稱為短距線圈稱為長(zhǎng)距線圈短距線圈和整距線圈多被采用，長(zhǎng)距線圈因?yàn)槎瞬块L(zhǎng)，用銅多而造成浪費(fèi)，很少被采用。電機(jī)與拖動(dòng)2.3.1電樞繞組的一般知識(shí)

（2-7）（4）換向器的節(jié)距：同一線圈的兩個(gè)出線端所接換向片之間的距離。

（3）合成節(jié)距：直接相連的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊的距離。（2）第二節(jié)距：連接同一個(gè)換向片的兩個(gè)元件邊之間的距離。

電機(jī)與拖動(dòng)2.3.1電樞繞組的一般知識(shí)

按照電樞繞組的連接規(guī)律不同，直流電機(jī)的電樞繞組主要可分為：

單疊繞組、單波繞組和混合繞組等。下面重點(diǎn)介紹常用的單疊繞組。2.3.2單疊繞組●同一元件的兩個(gè)出線端分別接至相鄰的換向片上；連接特點(diǎn):

●相鄰的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊接至相鄰的換向片上。

所有的相鄰元件依次串連，連接方法是后一個(gè)元件的首端與前一個(gè)元件尾端聯(lián)在一起并接到一個(gè)換向片上，最后一個(gè)元件的尾端與第一個(gè)元件的首端連在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。所謂疊繞組指各極下元件依次連接，后一個(gè)元件總是疊在前一個(gè)元件上。連接規(guī)律:上式中：+1為右行（見右圖），-1為左行，因左行元件接到換向片的連接線需交叉用銅較多，很少采用。電機(jī)與拖動(dòng)例2-1一臺(tái)直流電機(jī)的繞組數(shù)據(jù)為：極對(duì)P=2，槽數(shù)Z=16，

，換向片數(shù)K=16，試設(shè)計(jì)單疊繞組連接圖。1．單疊繞組的展開圖（1）計(jì)算節(jié)距解：

為了得到最大感應(yīng)電勢(shì)，取整距繞組。電機(jī)與拖動(dòng)2.3.2單疊繞組連接元件根據(jù)已確定的各節(jié)距，繪出繞組展開圖，如圖2-11所示。電機(jī)與拖動(dòng)2.3.2單疊繞組圖2-11單疊繞組展開圖（3）畫磁極和電刷電刷安裝原則：●電刷的桿數(shù)與主磁極的個(gè)數(shù)相同，即為4;

被電刷短路的元件中感應(yīng)電勢(shì)應(yīng)盡可能小，或由電刷引出的元件串聯(lián)電勢(shì)應(yīng)最大；各并聯(lián)支路電勢(shì)要平衡。電機(jī)與拖動(dòng)2.3.2單疊繞組電刷安裝位置：

在磁極的中心線下

此時(shí)被短路的元件的兩個(gè)有效邊正好在兩個(gè)主極之間的中性線位置(此中性線叫幾何中性線)，該位置磁密幾乎為零，因此兩個(gè)有效邊的感應(yīng)電勢(shì)幾乎為0，該元件被電刷短路不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。電刷放在主磁極的中心線下相同極下的電刷連一起并引出兩端。2.3.2單疊繞組圖2-11單疊繞組展開圖電機(jī)與拖動(dòng)2．單疊繞組的并聯(lián)支路圖根據(jù)電樞繞組的展開圖瞬間，可做出其電路圖，如圖2-13所示。電機(jī)與拖動(dòng)2.3.2單疊繞組圖2-13單疊繞組的并聯(lián)支路圖結(jié)論：（1）對(duì)于單疊繞組，電刷總是把上層邊處于同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，所以有幾個(gè)極就有幾條支路，即2a=2p。即

式中，a為支路對(duì)數(shù)，p為極對(duì)數(shù)。（2）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。（3）電樞總電流Ia為支路電流ia的2a倍，即

電機(jī)與拖動(dòng)2.3.2單疊繞組2.4直流電機(jī)的磁場(chǎng)2.4.1直流電機(jī)的各種勵(lì)磁方式

主磁極上勵(lì)磁繞組通以直流電流而產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)稱為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁繞組的供電方式與電樞繞組的關(guān)系。按勵(lì)磁方式的不同，勵(lì)磁方式可以分為以下4種類型：

電機(jī)與拖動(dòng)1、他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組用其他的直流電源供電，與電樞繞組之間無(wú)電的聯(lián)系，見圖2-16a。對(duì)于小容量電機(jī)，常采用永磁鐵提供主磁場(chǎng)。永磁式直流電機(jī)也屬于他勵(lì)直流電機(jī)。2、并勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。見圖2-16b，勵(lì)磁繞組電壓與電樞繞組電壓相等，兩者的電流之和等于總電流，即。3、串勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。見圖2-16c，勵(lì)磁繞組電流與電樞繞組電流相等。4、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)主磁極上裝有兩套繞組，一組與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵(lì)繞組；一組與電樞繞組串聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組，見圖2-16d。若兩組繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相同，稱為積復(fù)勵(lì)；若兩組磁動(dòng)勢(shì)相反，稱為差復(fù)勵(lì)。

（a）他勵(lì)（b）并勵(lì)（c）串勵(lì)（d）復(fù)勵(lì)圖2-16直流電機(jī)的勵(lì)磁方式各種勵(lì)磁方式下的接線圖：電機(jī)與拖動(dòng)2.4.1直流電機(jī)的各種勵(lì)磁方式2.4.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)空載：

直流電機(jī)的空載是指電樞電流為零或近似為零的運(yùn)行狀態(tài)。這時(shí)的氣隙磁場(chǎng)只是由主磁極的勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的，亦稱為空載磁場(chǎng)，又稱為主磁場(chǎng)。

1、主磁通和漏磁通圖2-17直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)

空載時(shí)主磁場(chǎng)的磁通分兩部分，即主磁通和漏磁通。其磁通路徑見圖2-17電機(jī)與拖動(dòng)

2.直流電機(jī)的空載磁化曲線直流電機(jī)的空載磁化曲線的定義：每極主磁通與勵(lì)磁電流的關(guān)系，稱為空載磁化曲線，表示式為其曲線見圖2-18。電機(jī)與拖動(dòng)2.4.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)圖2-18空載磁化曲線結(jié)論:

由于磁路有飽和現(xiàn)象，主磁通與勵(lì)磁電流之間呈非線性關(guān)系。結(jié)論：

●空載時(shí)氣隙磁密分布為一禮帽形的平頂波，如圖2-19中特性曲線B0x所示。

●物理中性線與幾何中性線重合。

電機(jī)與拖動(dòng)2.4.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)3.空載磁場(chǎng)氣隙磁通密度分布曲線圖2-19空載時(shí)氣隙磁密分布2.4.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)和負(fù)載磁場(chǎng)電樞磁勢(shì)：

直流電機(jī)負(fù)載后的電樞電流所產(chǎn)生的磁勢(shì)（或安匝數(shù)），稱為電樞磁勢(shì)。

負(fù)載時(shí)電樞繞組中有了電樞電流，此電流要在氣隙中產(chǎn)生磁勢(shì)，這時(shí)電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)是由勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同建立的。要解決的問題：負(fù)載時(shí)由電樞電流單獨(dú)產(chǎn)生的磁密在氣隙下是如何分布的？電樞反應(yīng)：電樞磁勢(shì)對(duì)主磁極氣隙磁場(chǎng)的影響，稱為電樞反應(yīng)。

電機(jī)與拖動(dòng)圖2-20電樞磁場(chǎng)

當(dāng)電刷位于幾何中性線時(shí)，電樞磁勢(shì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)（方向用右螺旋定則判定）如圖2-20中虛線所示。結(jié)論：電樞磁勢(shì)的軸線在幾何中性線處，與主磁極勵(lì)磁磁勢(shì)軸線垂直，故稱勵(lì)磁磁勢(shì)軸線為直軸，電樞磁勢(shì)軸線為交軸。電機(jī)與拖動(dòng)1、直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)2.4.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)和負(fù)載磁場(chǎng)1、單個(gè)元件所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)一個(gè)整距元件所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)Fa為以兩個(gè)極距為周期，幅值為的矩形波。如圖2-21b所示。圖2-21一個(gè)元件產(chǎn)生的磁勢(shì)電機(jī)與拖動(dòng)2.4.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)和負(fù)載磁場(chǎng)a)b)2、多個(gè)元件所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)圖2-22電樞反應(yīng)磁勢(shì)與磁密分布

若每對(duì)極下有若干個(gè)元件均勻分布，每個(gè)元件產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)仍為矩形波，若干個(gè)元件產(chǎn)生的磁勢(shì)為這些矩形波疊加而成的階梯波，為了分析簡(jiǎn)單起見，可近似認(rèn)為這一階梯波為一三角波Fax。三角波磁動(dòng)勢(shì)的最大值在幾何中性線處，主磁極中線處磁勢(shì)為零。見圖2-22中特性Fax

。

電樞氣隙磁密Bax的分布波形呈馬鞍形，見圖2-22中特性Bax。電機(jī)與拖動(dòng)2.4.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)和負(fù)載磁場(chǎng)2、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的氣隙合成磁場(chǎng)當(dāng)不考慮磁路飽和時(shí)：

●則根據(jù)疊加原理得合成氣隙磁場(chǎng)為：，一個(gè)極下增加的和減少的磁力線數(shù)量相同，氣隙每極下總的磁通量不變。

負(fù)載時(shí)的氣隙合成磁場(chǎng)是主磁極勵(lì)磁磁勢(shì)和電樞反應(yīng)磁勢(shì)共同作用產(chǎn)生的。要解決的問題：合成磁場(chǎng)是如何分布的？電樞反應(yīng)的結(jié)果是什么？直流電機(jī)負(fù)載后的氣隙磁勢(shì)為：●由于氣隙磁場(chǎng)畸變的影響，使磁密為零的物理中性線偏移幾何中性線一個(gè)小角度，對(duì)于直流發(fā)電機(jī)為順轉(zhuǎn)向偏移，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)為逆轉(zhuǎn)向偏移。當(dāng)考慮磁路飽和時(shí)：

●在增磁的半個(gè)磁極下，由于飽和的影響，磁阻增大，磁通不能增加很多，故磁通增加后的數(shù)量比不飽和時(shí)少；而在減磁的半個(gè)磁極下，磁通減少較多。因此，電樞反應(yīng)的結(jié)果是負(fù)載后每極下總的磁通量比空載時(shí)要少。而且電樞電流越大，這個(gè)現(xiàn)象越嚴(yán)重。電機(jī)與拖動(dòng)2.4.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)和負(fù)載磁場(chǎng)電機(jī)與拖動(dòng)2.4.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)和負(fù)載磁場(chǎng)圖2-23直流電機(jī)的電樞反應(yīng)（1）氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，半個(gè)磁極下的磁場(chǎng)增加，半個(gè)磁極下磁場(chǎng)削弱。物理中性線偏移幾何中性線α角度，對(duì)于直流發(fā)電機(jī)是順轉(zhuǎn)向偏移；對(duì)于電動(dòng)機(jī)是逆轉(zhuǎn)向偏移。（2）當(dāng)磁路飽和時(shí)，每極總磁通量減少，具有去磁作用。結(jié)論：2.5直流電機(jī)的電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩2.5.1直流電機(jī)的電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)的感應(yīng)電樞指正負(fù)電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。推導(dǎo)思路：先求出一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割磁力線所產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)E1，再乘上一個(gè)支路內(nèi)的總導(dǎo)體數(shù)，即可得到每條支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就是正負(fù)電刷之間的電動(dòng)勢(shì)Ea

。電機(jī)與拖動(dòng)以發(fā)電機(jī)為例：如圖2-24所示，一根導(dǎo)體在一個(gè)極距范圍內(nèi)切割氣隙磁密所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為設(shè)電樞的外直徑為Da，則電樞的外圓周長(zhǎng)為將上式代入中，可得線速度表達(dá)式為又知每極下的總磁通量為平均磁密BAV與每極面積的乘積，即電機(jī)與拖動(dòng)2.5.1直流電機(jī)的電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圖2-24每極下氣隙合成磁密分布和導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（2-16）（2-15）從而有（2-17）將式（2-16）及式（2-17）代入式（2-15），可得每條支路的總導(dǎo)體數(shù)為電樞繞組的感應(yīng)電勢(shì)為電機(jī)與拖動(dòng)2.5.1直流電機(jī)的電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（2-18）（2-19）式中，稱為直流電機(jī)的電勢(shì)常數(shù)。結(jié)論：對(duì)于已經(jīng)制造好的電機(jī)，電樞感應(yīng)電勢(shì)Ea與每極磁通Φ及轉(zhuǎn)速n成正比。當(dāng)Φ及n中任一個(gè)參量方向改變時(shí)，Ea的方向跟著改變。推導(dǎo)思路：先求出一根導(dǎo)體所產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩TAV，再乘上電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)N，即可到電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem。電機(jī)與拖動(dòng)2.5.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩圖2-25每極下氣隙合成磁密分布和電磁轉(zhuǎn)矩如圖2-25所示，一根導(dǎo)體所在處受到電磁力的大小為一根導(dǎo)體所受到的平均電磁力為設(shè)電樞總電流為Ia，則支路電流為，又設(shè)電樞外直徑為Da，一根導(dǎo)體所受電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩的大小為以電動(dòng)機(jī)為例：式中稱為直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)。結(jié)論：對(duì)于已經(jīng)制造好的電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與每極磁通Φ及電樞電流Ia成正比。當(dāng)Φ及Ia中任一個(gè)參量的方向改變時(shí)，Tem的方向跟著改變。電機(jī)與拖動(dòng)2.5.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)為N時(shí)，則電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為（2-21）電樞感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩兩個(gè)公式對(duì)于直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)都適用。對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，與同方向，與反方向，為阻轉(zhuǎn)矩；

對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，與反方向，為反電動(dòng)勢(shì)，與同方向，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)與拖動(dòng)2.5.2直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)于同一臺(tái)電機(jī)，電勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間具有確定的關(guān)系：從而得由圖2-26，用基爾霍夫電壓定律得：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

1、電壓平衡方程式結(jié)論：直流電機(jī)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的電樞電動(dòng)勢(shì)總小于電樞端電壓。

2.6.1直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式電機(jī)與拖動(dòng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行2.6直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理

（a）動(dòng)態(tài)（b）穩(wěn)態(tài)圖2-26他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路和機(jī)械聯(lián)接示意圖2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式

根據(jù)牛頓第二定律得：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

結(jié)論：電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與

空載轉(zhuǎn)矩之和。動(dòng)態(tài)運(yùn)行

電機(jī)與拖動(dòng)2.6.1直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式

（2-28）

（2-27）3、功率平衡方程式以并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例：電磁功率為:由圖2-27得，輸入功率為：電樞電路的銅耗為：將式（2-28）兩邊乘以機(jī)械角速度，得電機(jī)與拖動(dòng)2.6.1直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式圖2-27并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路其對(duì)應(yīng)功率為式中：機(jī)械軸上的輸出功率；空載損耗；直流電機(jī)的鐵耗，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞鐵心在直流磁場(chǎng)中受到反復(fù)磁化，產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，兩者之和為鐵耗；機(jī)械損耗，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的摩擦損耗和自扇冷式的電機(jī)的風(fēng)阻損耗等；實(shí)際中還存在著雜散損耗（附加損耗）。由磁場(chǎng)畸變和齒槽效應(yīng)等引起的。電機(jī)與拖動(dòng)2.6.1直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式功率流程圖如圖2-28所示。其效率為圖2-28并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率流程圖綜合上述關(guān)系可得：電機(jī)與拖動(dòng)2.6.1直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2.6.1直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式（2-32）2.6.2并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性定義：直流電動(dòng)機(jī)的工作特性定義為：，，且電樞回路無(wú)外接電阻條件下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，電磁轉(zhuǎn)矩Tem，運(yùn)行效率η分別與電樞電流Ia的關(guān)系。

定義：當(dāng)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的、、時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電樞電流Ia的關(guān)系被稱為轉(zhuǎn)速特性，即1、轉(zhuǎn)速特性將電動(dòng)勢(shì)公式代入電壓平衡方程式中，整理得電機(jī)與拖動(dòng)圖2-29并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性轉(zhuǎn)速特性曲線如圖2-29中特性1所示。

其中，為理想空載轉(zhuǎn)速；為轉(zhuǎn)速特性的斜率。結(jié)論：●如果忽略電樞反應(yīng)的影響，轉(zhuǎn)速特性是一條略向下垂的直線?！袢绻?fù)載較重時(shí)，考慮電樞反應(yīng)的去磁作用的影響，隨著Ia的增加，磁通Φ將減少，轉(zhuǎn)速特性將被抬高，甚至出現(xiàn)上翹的現(xiàn)象（如虛線所示），這將影響電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。電機(jī)與拖動(dòng)2.6.2并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性2、轉(zhuǎn)矩特性定義：當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的，，時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的關(guān)系被稱為轉(zhuǎn)矩特性,即結(jié)論：

不計(jì)飽和時(shí)，Tem成Ia正比，轉(zhuǎn)矩特性為直線；

計(jì)飽和時(shí)：Ia較大時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用，使曲線偏離直線而往下彎曲。電機(jī)與拖動(dòng)2.6.2并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性

由電磁轉(zhuǎn)矩的公式可作出轉(zhuǎn)矩特性曲線，見圖2-29中特性2。3、效率特性定義：當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的，，時(shí)，效率與電樞電流的關(guān)系被稱為效率特性，即。

結(jié)論：

當(dāng)電動(dòng)機(jī)某負(fù)載時(shí)的可變損耗與不變損耗相等時(shí)，其效率最高。

電機(jī)與拖動(dòng)2.6.2并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性（2-35）

不變損耗：勵(lì)磁損耗、鐵耗、機(jī)械損耗以及附加損耗之和；可變損耗：電樞銅耗。根據(jù)式（2-35）可做出效率特性曲線，如圖2-29中特性3所示。

2.6.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性定義：機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem和轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，即。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣原理圖見圖2-30，將基本方程式及帶入電壓平衡方程式中，整理得：電機(jī)與拖動(dòng)1、機(jī)械特性方程式

（2-37）

—Tem=0時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱作理想空載轉(zhuǎn)速；

—機(jī)械特性的斜率。圖2-30他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣原理圖（1）轉(zhuǎn)速降。越小，轉(zhuǎn)速變化越小，特性越平，稱電動(dòng)機(jī)具有較硬的機(jī)械特性；反之，稱電動(dòng)機(jī)具有較軟的機(jī)械特性。(2)電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速:

(3)重載時(shí)由于電樞反應(yīng)的去磁作用造成機(jī)械特性的上翹。

特點(diǎn)：實(shí)際空載轉(zhuǎn)速:(4）對(duì)于固有特性有：電機(jī)與拖動(dòng)2.6.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖2-31他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性其特性曲線見圖2-31.定義：當(dāng)、、電樞回路不串外加電阻（）時(shí)的機(jī)械特性稱為電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性，又稱為自然機(jī)械特性。其方程式為特點(diǎn)：（1）因?yàn)镽Ω較小，所以較小β，特性較硬。（2）當(dāng)，后面要討論的人為機(jī)械特性一般沒有此結(jié)論。2、固有機(jī)械特性

電機(jī)與拖動(dòng)2.6.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（2-38）3、人為機(jī)械特性特性定義:

不同時(shí)滿足、及時(shí)的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。

（1）電樞回路串接電阻的人為特性

保持、，改變電樞回路串接的電阻的值，可得到電樞回路串接電阻的人為機(jī)械特性方程式為電機(jī)與拖動(dòng)2.6.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖2-32電樞串電阻時(shí)的機(jī)械特性不變結(jié)論：電樞回路串接電阻的人為特性為一組通過的n0射線，處于固有特性的下方，且RΩ

越大特性越陡。電機(jī)與拖動(dòng)2.6.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性其特性曲線如圖2-32所示。（2）降低電樞電壓保持、電樞回路不串接電阻（），只改變電樞電壓時(shí)，可得到降低電樞電壓的人為機(jī)械特性方程式為不變結(jié)論：

降低電樞電壓的人為特性為一組與固有特性平行下移的特性曲線，且處于固有特性的下方。圖2-33降低電樞電壓時(shí)的機(jī)械特性電機(jī)與拖動(dòng)2.6.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性其特性曲線見圖2-33。（3）減弱每極磁通保持、電樞回路不串接電阻（），只改變磁通時(shí)，可得到減弱磁通的人為機(jī)械特性方程式為圖2-34減弱磁通時(shí)的機(jī)械特性結(jié)論：降低磁通的人為特性為一組處于固有特性的上方，且比固有特性軟的特性曲線。

電機(jī)與拖動(dòng)2.6.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性其特性曲線如圖2-34所示。關(guān)于堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：與磁通成正比。堵轉(zhuǎn)電流：不變；當(dāng)磁通改變時(shí)

當(dāng)負(fù)載較大時(shí)弱磁降速,一般情況下，弱磁升速,

電機(jī)與拖動(dòng)2.6.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(a)堵轉(zhuǎn)電流時(shí)的轉(zhuǎn)速特性(b)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時(shí)的機(jī)械特性圖2-35弱磁時(shí)的堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)，便可以繪制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。具體方法是：（1）求出理想空載點(diǎn)；（2）求出額定運(yùn)行點(diǎn)。通過上述兩點(diǎn)繪制直線即可獲得固有機(jī)械特性。理想空載轉(zhuǎn)速：估算：額定運(yùn)行點(diǎn)處的額定轉(zhuǎn)矩：同樣的方法可求出控制參數(shù)改變后的人工機(jī)械特性。上式中：總損耗電機(jī)與拖動(dòng)2.6.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4、機(jī)械特性的繪制2.6.4串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖2-39串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣原理圖串勵(lì)機(jī)的電壓平衡方程式為當(dāng)負(fù)載較輕、磁路未飽和時(shí)，磁通與勵(lì)磁電流成正比，即，于是有

將代入上式中，得轉(zhuǎn)速特性為電機(jī)與拖動(dòng)

串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣原理圖如圖2-39所示，其特點(diǎn)是電樞電流Ia就是勵(lì)磁電流If

，即將式（2-46）代入上式中，得（2-46）

當(dāng)負(fù)載較重、磁路飽和時(shí)，Φ近似不變。此時(shí)，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加線性下降，與他勵(lì)機(jī)的機(jī)械特性相似。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線如圖2-40所示。圖2-40串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性警示：串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不允許輕載或空載運(yùn)行!!!

特點(diǎn)：（1）當(dāng)電樞電流不大，磁路沒有飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速隨著電樞電流的增加而迅速減小；當(dāng)電樞電流較大時(shí)，磁路趨于飽和，磁通近似為常數(shù)，特性為一略向下垂的直線。（2）當(dāng)串勵(lì)機(jī)空載或輕載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將很高，導(dǎo)致“飛車”現(xiàn)象，使電動(dòng)機(jī)受到嚴(yán)重的損害，

電機(jī)與拖動(dòng)2.6.4串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

根據(jù)基爾霍夫第二定律，依照?qǐng)D2-43（a）（b）所示的正方向，可列出直流發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓平衡方程式。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)：1、電壓平衡方程式2.7.1直流發(fā)電機(jī)的基本方程式2.7直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)：電機(jī)與拖動(dòng)（a）動(dòng)態(tài)(b)穩(wěn)態(tài)圖2-43直流發(fā)電機(jī)的電路和機(jī)械聯(lián)結(jié)示意圖結(jié)論：直流電機(jī)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的電樞電動(dòng)勢(shì)總是大于電樞端電壓。2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式

根據(jù)牛頓第二定律得：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)

動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)電機(jī)與拖動(dòng)2.7.1直流發(fā)電機(jī)的基本方程式3、功率平衡方程式

圖2-44為并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的接線圖（正方向按發(fā)電機(jī)慣例），發(fā)電機(jī)從原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率為電磁功率為：

由上式可知，與直流電動(dòng)機(jī)一樣，電磁功率具有機(jī)械功率性質(zhì)又有電功率性質(zhì)，其實(shí)質(zhì)是機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電能的那部分功率。圖2-44并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路和機(jī)械連接示意圖電機(jī)與拖動(dòng)2.7.1直流發(fā)電機(jī)的基本方程式圖2-45并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程圖直流發(fā)電機(jī)功率流程圖如圖2-45所示：綜合以上式：電機(jī)與拖動(dòng)2.7.1直流發(fā)電機(jī)的基本方程式直流發(fā)電機(jī)的效率為2.7.2直流發(fā)電機(jī)的工作特性

1、空載特性定義：當(dāng)、時(shí)，端電壓U與勵(lì)磁電流If的關(guān)系被稱為空載特性，即。

發(fā)電機(jī)的特性一般指發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，端電壓U、負(fù)載電流I2、勵(lì)磁電流If

這三個(gè)物理量之間的關(guān)系，保持其中的一個(gè)量不變，其余兩個(gè)量就構(gòu)成一種特性。電機(jī)與拖動(dòng)空載特性可以通過試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，試驗(yàn)接線圖見圖2-46

。實(shí)驗(yàn)測(cè)得空載特性如圖2-47所示。圖2-46他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)試驗(yàn)接線圖圖2-47他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)空載特性2、外特性定義：當(dāng)、時(shí)，端電壓U與負(fù)載電流If的關(guān)系被稱為外特性，即。外特性可通過負(fù)載實(shí)驗(yàn)測(cè)得,如圖2-48所示。圖2-48直流發(fā)電機(jī)的外特性1--—積復(fù)勵(lì)2—他勵(lì)3—并勵(lì)電機(jī)與拖動(dòng)2.7.2直流發(fā)電機(jī)的工作特性

對(duì)于他勵(lì)和并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，其電壓平衡方程式為分析:

對(duì)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)I2

=Ia，影響端部電壓隨負(fù)載增加而下降的因素：負(fù)載電流增加，電阻壓降增加；電樞反應(yīng)的去磁作用造成每極磁通減小，引起感應(yīng)電勢(shì)下降。

對(duì)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，影響端部電壓隨負(fù)載增加而下降的因素：●負(fù)載電流增加，電阻壓降增加；●電樞反應(yīng)的去磁作用造成每極磁通減小，引起感應(yīng)電勢(shì)下降；●隨著電樞電壓下降，勵(lì)磁電流減少，引起每極磁通和相應(yīng)感應(yīng)電勢(shì)的進(jìn)一步下降。

并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率大于他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。電機(jī)與拖動(dòng)2.7.2直流發(fā)電機(jī)的工作特性

電壓變化率：定義：

當(dāng)、時(shí)，發(fā)電機(jī)由額定負(fù)載到空載時(shí)電壓變化的數(shù)值對(duì)額定電壓的百分比，即

是衡量發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，一般他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為,并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為。發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載電流的增大而降低的程度用電壓變化率來(lái)表示。電機(jī)與拖動(dòng)2.7.2直流發(fā)電機(jī)的工作特性

3、調(diào)節(jié)特性定義：

當(dāng)、U2為常數(shù)時(shí)，勵(lì)磁電流與負(fù)載電流的關(guān)系被稱為調(diào)節(jié)特性，即。直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性見圖2-49.

圖2-49直流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性

調(diào)整特性是一條上升的曲線。由外特性可知，當(dāng)負(fù)載電流I2增加時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓下降。如需維持U為常值，I2增加時(shí),要相應(yīng)的增加If

以補(bǔ)償去磁的電樞反應(yīng)和電樞回路電阻壓降。調(diào)節(jié)特性反映了負(fù)載變化時(shí)是如何通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)保持端電壓不變的。電機(jī)與拖動(dòng)2.7.2直流發(fā)電機(jī)的工作特性

1、自勵(lì)過程：

發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，假定發(fā)電機(jī)磁路里有一定的剩磁，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)電樞端點(diǎn)將有一個(gè)不大的剩磁電壓Er，

Er同時(shí)加在勵(lì)磁繞組兩端，便有一個(gè)不大的勵(lì)磁電流通過，從而產(chǎn)生一個(gè)不大的勵(lì)磁場(chǎng)。如勵(lì)磁繞組接法正確，可使勵(lì)磁磁場(chǎng)的方向與電機(jī)剩磁方向相同，使總磁通增加，感應(yīng)電勢(shì)亦增加，勵(lì)磁電流隨之增加，如此反復(fù)作用，空載端電壓便自動(dòng)建立起來(lái)。電機(jī)與拖動(dòng)(b)自勵(lì)建壓過程圖2-50并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)建壓過程要解決的問題：并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)不需要其他直流電源勵(lì)磁，其勵(lì)磁繞組是靠自身發(fā)出來(lái)的電壓供電的，但當(dāng)發(fā)電機(jī)工作之初，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)還未發(fā)出電壓，勵(lì)磁繞組是如何獲得電流并產(chǎn)生磁場(chǎng)，使得電樞繞組切割此磁場(chǎng)，最終發(fā)出所需要數(shù)值的端電壓的？

2.7.3并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過程和自勵(lì)條件

圖2-50b中，曲線1為直流發(fā)電機(jī)的空載特性：；曲線2為勵(lì)磁回路的伏-安特性，其表達(dá)式：；曲線3為臨界磁場(chǎng)電阻線，其對(duì)應(yīng)的臨界電阻為。2、自勵(lì)建壓的穩(wěn)定工作點(diǎn)自勵(lì)過程中，，勵(lì)磁電流

不斷增加，當(dāng)增加到交點(diǎn)A時(shí)，。勵(lì)磁電流不再增加，并勵(lì)發(fā)電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，可見A點(diǎn)是并勵(lì)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。

電機(jī)與拖動(dòng)2.7.3并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過程和自勵(lì)條件3、自勵(lì)條件并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)自勵(lì)建壓必須滿足以下3個(gè)條件：(1)電機(jī)必須有剩磁;(2)勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞繞組的極性必須正確;(3)勵(lì)磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻，即。

當(dāng)RΩ增加時(shí)，則電阻線的斜率增加，故而穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)下移，發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定電壓降低，但當(dāng)RΩ很大時(shí)，則電阻線很陡，與空載特性的交點(diǎn)很低或無(wú)交點(diǎn)，則不能建立電壓，見圖2-50b中特性3，此時(shí)勵(lì)磁回路的總電阻Rcr稱為臨界值。電機(jī)與拖動(dòng)2.7.3并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過程和自勵(lì)條件

當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，元件從一條支路通過電刷進(jìn)入另一條支支路時(shí)，該元件中的電流就要改變一次方向，這種電流方向的改變稱為換向。

換向問題是一切帶有換向器電機(jī)的一個(gè)專門問題，它對(duì)電機(jī)的正常運(yùn)行有重大影響，換向不良，將在電刷下發(fā)生有害火花，當(dāng)火花超過一定程度，就會(huì)燒壞電刷和換向器，使電機(jī)不能繼續(xù)運(yùn)行。

然而換向過程十分復(fù)雜，電磁、機(jī)械和電化學(xué)等方面因素相互交織在一起，我們僅就換向的電磁現(xiàn)象及改善換向的方法作簡(jiǎn)單介紹。

2.8直流電機(jī)的換向電機(jī)與拖動(dòng)2.8直流電機(jī)的換向電機(jī)與拖動(dòng)換向過程？（假設(shè)電刷寬