1、 1.1 1.1 直流電機的工作原理與結構直流電機的工作原理與結構 1.2 1.2 直流電機的銘牌數據及主要系列直流電機的銘牌數據及主要系列 1.3 1.3 直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組 1.4 1.4 直流電機的磁場直流電機的磁場 1.5 1.5 直流電機的電磁轉矩和電樞電動勢的計算直流電機的電磁轉矩和電樞電動勢的計算 1.6 1.6 直流電機的換向直流電機的換向 1.7 1.7 直流發電機直流發電機 1. 1.8 8 直流電動機直流電動機直流電機特點直流電機特點v直流電機優點易于控制，可靠性高調速范圍廣，平滑。過載能力強、起動、制動轉矩大。v直流電機缺點換向困難結構復雜價格高第一節

2、第一節 直流電機的工作原理及結直流電機的工作原理及結構構直流發電機的工作原理直流發電機的工作原理 一、一、直流電機的工作原理直流電機的工作原理換向器的作用：直流發電機中，換向器將繞組中的換向器的作用：直流發電機中，換向器將繞組中的交變電勢變為電刷間的直流電勢（整流作用）。交變電勢變為電刷間的直流電勢（整流作用）。( )()LVeBLVeBBBfef wt電勢波形分析： 設導體有效長度為 ，速度為恒速，由可知， 的波形 由磁密 確定。 在氣隙空間分布波形為、。*實際的電樞繞組在電機轉子表面相隔一定實際的電樞繞組在電機轉子表面相隔一定角度的多個線圈串聯組成，可以減小脈動角度的多個線圈串聯組成，可以

3、減小脈動直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理NSU電刷電刷換向片換向片abdcNSUadbc換向器的作用：在直流電動機中將電刷端的直流轉換為繞組中的交變電流換向器的作用：在直流電動機中將電刷端的直流轉換為繞組中的交變電流（逆變作用）。（逆變作用）。 從上述直流電機的工作原理來看，一臺直流電機若在電刷兩端加上直流電壓，輸入電能，即可拖動生產機械，將電能變為機械能而成為電動機；反之若用原動機帶動電樞旋轉，輸入機械能，就可在電刷兩端得到一個直流電動勢作為電源，將機械能變為電能而成為發電機。這種一臺電機既能作電動機又能作發電機運行的原理，在電機理論中稱為電機的可逆原理電機的可逆原理。二、二、 直流

4、電機的結構直流電機的結構由兩大部分由兩大部分組成組成定子部分定子部分轉子（電樞）轉子（電樞）部分部分主磁極主磁極換向磁極換向磁極機座機座電刷電刷u 定子定子產生磁場，做電機的機械支撐產生磁場，做電機的機械支撐 主磁極主磁極作用：建立主磁場。 構成：構成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組。換向極換向極:作用：改善直流電機的換向情況，使電機運行時不產生有作用：改善直流電機的換向情況，使電機運行時不產生有 害的火花。害的火花。構成：由鐵心和繞組組成構成：由鐵心和繞組組成主磁極主磁極換向磁極換向磁極機座作用：1)作為磁路的一部分； 2)固定主磁極、換向極和端蓋。構成:通常由鑄鋼或厚鋼板焊成機座機座No

5、Image電刷電刷構成：構成：電刷、刷握、刷桿和連線等。作用：把直流電壓、直流電流引入或引出u轉子（電樞）轉子（電樞） 電樞鐵心電樞鐵心 電樞繞組電樞繞組 換向器換向器 轉軸與風扇轉軸與風扇NoImage電樞鐵心硅鋼片電樞鐵心硅鋼片(0.5mm)電樞鐵心電樞鐵心作用：作用：1、主磁路的一部分； 2、電樞繞組的支撐部件。 構成：構成：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。電樞繞組電樞繞組作用：作用：感應電動勢和通過電流，使電機實現機電能量轉換，是電 機的主要電路部分。構成：構成：用絕緣的圓形或矩形截面的導線繞成，上下層以及線 圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔

6、壓緊。1槽楔槽楔2線圈絕緣線圈絕緣3導體導體44層間絕緣層間絕緣55槽絕緣槽絕緣66槽底絕緣槽底絕緣電樞槽內的絕緣電樞槽內的絕緣換向器換向器作用：作用：和電刷配合將直流電引入或引出的裝置。構成：構成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個圓筒，片間用V形云母絕緣。勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。直流電機按勵磁方式可分：他勵自勵三、三、 勵磁方式勵磁方式1 1、他勵式、他勵式（圖（圖a 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。復勵式復勵式( (圖圖d) d) ： 裝有兩個勵磁繞組，一為與電2 2、自勵式、自勵式并勵式并勵式( (圖圖b b) ) ： 勵磁繞組與電樞繞組并聯；串勵式串勵式(

7、 (圖圖c) c) ： 勵磁繞組與電樞繞組串聯；樞并聯的并勵繞組，二為與電樞串聯的串勵繞組。MIf+UaIa+Uf(a)他他勵勵(b)并并勵勵(c)串串勵勵(d)復復勵勵 直流電動機按勵磁方式分類直流電動機按勵磁方式分類M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI(1) 額定電壓額定電壓 UN 發電機的發電機的 UN ：指輸出電壓的額定值。：指輸出電壓的額定值。 電動機的電動機的 UN ：指輸入電壓的額定值。：指輸入電壓的額定值。(2) 額定電流額定電流 IN 發電機的發電機的 IN ：指輸出電流的額定值。：指輸出電流的額定值。 電動機的電動機的 IN ：指輸入電流的額定值。：指輸入電流的額定

8、值。(3) 額定功率額定功率 PN 發電機的發電機的 PN ：指輸出電功率的額定值：指輸出電功率的額定值(UN IN ) 。 電動機的電動機的 PN ：指輸出機械功率的額定值：指輸出機械功率的額定值 (UN INN ) 。四、四、 額定值額定值(4) 額定轉速額定轉速 nN： 額定狀態下的電機轉子的轉速。額定狀態下的電機轉子的轉速。 額定狀態額定狀態 ： 指指 U、I、P、n 均為額定值的狀態。均為額定值的狀態。 滿載狀態滿載狀態 ： 指指 I = IN 的狀態。的狀態。 欠載狀態欠載狀態 ： 指指 I IN 的狀態。的狀態。 第二節 直流電機的電樞繞組直流電樞繞組的結構直流電樞繞組的結構對電

9、樞繞組的要求對電樞繞組的要求：(1)產生足夠的感應電動勢；產生足夠的感應電動勢；(2)允許通過一定的電流；允許通過一定的電流；(3)節省有色金屬和絕緣材料；節省有色金屬和絕緣材料； (4)結構簡單，運行可靠。結構簡單，運行可靠。上元件邊下元件邊后端接前端接有效邊有效邊:元件邊鉗放在槽內，切割磁力線感應出電動勢。直流電機電樞繞組是一個通過換向片連接起來的閉合繞組。直流電機電樞繞組是一個通過換向片連接起來的閉合繞組。這是直流電機電樞繞組構成的原則。這是直流電機電樞繞組構成的原則。一個元件有兩個元件邊，同一個換向片上，連有一個元件的一個元件有兩個元件邊，同一個換向片上，連有一個元件的首端和另一個元件

10、的末端。因此，電樞繞組的元件數等于換首端和另一個元件的末端。因此，電樞繞組的元件數等于換向片數，即向片數，即S S= =K K，其中，其中 K K為換向片數，為換向片數，S S為元件數。為元件數。“虛槽虛槽”概念概念 設槽內每層有設槽內每層有u個元件邊，則意味著一個實際槽內個元件邊，則意味著一個實際槽內包含了包含了u個個“虛槽虛槽”，而每個虛槽的上、下層依然只，而每個虛槽的上、下層依然只有一個元件邊。有一個元件邊。 實槽數用實槽數用Z表示，虛槽數用表示，虛槽數用Zi表示，則有表示，則有 Zi=uZ注意：元件數注意：元件數S S，換向片數，換向片數K K，虛槽數，虛槽數Z Zi i滿足下式滿足下

11、式 S=K=ZS=K=Zi iu=2u=2（2 2）磁極軸線：）磁極軸線： 平分主極成左右兩部分的直線。平分主極成左右兩部分的直線。（3 3）幾何中性線：）幾何中性線： 相鄰兩主極的幾何分界線相鄰兩主極的幾何分界線, ,該處的氣隙磁密為零。該處的氣隙磁密為零。直流電樞繞組的基本概念直流電樞繞組的基本概念（1 1）極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距）極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距 離，用離，用 表示。表示。22iZDppD-電樞外徑；電樞外徑；p-磁極對數；磁極對數；l 繞組的型式繞組的型式l節距節距（1）第一節距）第一節距y1一個元件的兩條有效邊在電樞表一個元件的兩條有效邊

12、在電樞表面上所跨的虛槽數，稱為第一節面上所跨的虛槽數，稱為第一節距，用距，用y1表示。表示。y1y2單疊繞組單疊繞組的特點:每個元件的兩個出線端連接在相鄰的兩個換向片上。是指被連接起來的兩個元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的是指被連接起來的兩個元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的元件邊數或虛槽數或換向片數來表示。元件邊數或虛槽數或換向片數來表示。（2）合成節距）合成節距y相串聯的兩個元件對應邊在電樞表面所跨過的虛槽數，稱為相串聯的兩個元件對應邊在電樞表面所跨過的虛槽數，稱為合成節合成節距距。單疊繞組。單疊繞組y=1，y=+1，右行繞組，右行繞組，y=-1，左行繞組。，左行繞組。y1y212y

13、yky1y2161yyk右行繞組右行繞組左行繞組左行繞組為了獲得最大感應電動勢，為了獲得最大感應電動勢， y1是等于或接近于一個極距是等于或接近于一個極距11112(1)0( 2 )0 ,iZypyyy整 數， 整 距 繞 組 ；， 長 距 繞 組；， 短 距 繞 組（3）換向器節距）換向器節距yk一個元件的首末端在換向器上的距離稱為換向片節距一個元件的首末端在換向器上的距離稱為換向片節距,用換向片用換向片數表示。由于數表示。由于S=K，則每連接一個元件在電樞表面跨過的槽數，則每連接一個元件在電樞表面跨過的槽數，等于該元件的出線端在換向片上跨過的換向片數等于該元件的出線端在換向片上跨過的換向片

14、數 yk=y單疊繞組，單疊繞組， yk=1。y1y212yyk（4）第二節距）第二節距y2連至同一換向片上的兩個元件中相連至同一換向片上的兩個元件中相鄰有效邊的距離稱為鄰有效邊的距離稱為第二節距第二節距，用，用y2表示，也用虛槽數計算。表示，也用虛槽數計算。直流電機的直流電機的 ，試將其繞，試將其繞成單疊右行繞組。成單疊右行繞組。24,p 16iZSK1kyy213yyy116(/ 2 )44iyZp電樞轉向1231516123456789101112131416154567891012131415161514電樞轉向 電刷的中心線對電刷的中心線對 著磁極的軸線：著磁極的軸線： 電刷之間的電動

15、電刷之間的電動 勢最大。勢最大。 被電刷短接的元被電刷短接的元 件電動勢為零。件電動勢為零。 習慣稱習慣稱 “電刷放在電刷放在 幾何中心線位置幾何中心線位置”。下下層層元元件件邊邊上上層層元元件件邊邊y1yyy212345678910111213141615678910111213141615123451閉閉合合ap23478610111214161551391A1A2B1B212109651314單疊繞組的特點：單疊繞組的特點：l 同一主磁極下的元件串聯成一條支路，主磁極同一主磁極下的元件串聯成一條支路，主磁極數與支路數相同。數與支路數相同。l 電刷數等于主磁極數，電刷位置對準磁極軸電刷數等

16、于主磁極數，電刷位置對準磁極軸線（使正、負電刷之間得到的感應電動勢最線（使正、負電刷之間得到的感應電動勢最大）。大）。l 電樞電動勢等于并聯支路電動勢，電樞電流電樞電動勢等于并聯支路電動勢，電樞電流等于各支路電流之和。等于各支路電流之和。l 并聯支路數多，每條支路中串聯元件數少，并聯支路數多，每條支路中串聯元件數少，適用于較低電壓、較大電流的電機。適用于較低電壓、較大電流的電機。單波繞組 單波繞組:每個元件是和相距約兩個極距的元件相連，即是與相鄰的一對極下所處磁場位置相近的元件相連。2NNSSl 單波繞組的節距單波繞組的節距12yyy (1) 第一節距第一節距1y2iZp1y11=ikZKyy

17、pp整數 (2) 合成節距合成節距2y (3) 第二節距第二節距1kKyyp單波左行，1kKyyp單波右行，以一臺以一臺 的直流電機為例。的直流電機為例。24,p 15iZSK7kyy21743yyy1151(/ 2 )444iyZp115 172kKyp1a 下下層層元元件件邊邊上上層層元元件件邊邊y1yyy212345689101112136789101112131415123451閉閉合合15714234761011121415A1A2B1B2151985413112895單波繞組的特點單波繞組的特點: :l 同極下各元件串聯組成一條支路，支路對數為同極下各元件串聯組成一條支路，支路對數

18、為1 1，與極對數無關；與極對數無關；l 電刷數等于主磁極數，電刷位置對準磁極軸線電刷數等于主磁極數，電刷位置對準磁極軸線（使正、負電刷之間得到的感應電動勢最大）。（使正、負電刷之間得到的感應電動勢最大）。l 電樞電動勢等于并聯支路電動勢，電樞電流等于電樞電動勢等于并聯支路電動勢，電樞電流等于各支路電流之和。各支路電流之和。l 并聯支路數少，每條支路中串聯元件數多，并聯支路數少，每條支路中串聯元件數多， 適用適用于較高電壓，較小電流的電機于較高電壓，較小電流的電機GIa+UaEM+UaIaIf+Uf直流電機的磁場直流電機的磁場一、直流電機的空載磁場Ia=0,PIa=0,P2 2=0=0IaIa

19、0,P0,P2 2=0=0If+Uf四極直流電機空載時的磁路四極直流電機空載時的磁路漏磁通漏磁通 比主磁通比主磁通 小得多，大約是主磁通的小得多，大約是主磁通的20%20%。 u空載氣隙磁密波形空載氣隙磁密波形空載時，忽略鐵心磁阻時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上氣隙磁密的分布就取決于氣隙的大小和形狀平頂波（梯形波）磁化曲線磁化曲線或或()ff F ()ff I A-膝點氣隙線氣隙線二、直流電機負載時的磁場二、直流電機負載時的磁場 直流電機負載后，電樞繞組有電流通過直流電機負載后，電樞繞組有電流通過, , 并產生電樞磁場（與電樞電流分布有并產生電樞磁場（與電樞電流分布有關）。關）。 負載時氣隙磁場

20、由主磁場和電樞磁場共負載時氣隙磁場由主磁場和電樞磁場共同作用同作用 電樞磁場會對主磁場產生一定的影響，電樞磁場會對主磁場產生一定的影響，這一影響稱為電樞反應。電樞反應與電這一影響稱為電樞反應。電樞反應與電刷的位置有關。刷的位置有關。 電樞反應會使氣隙磁場發生畸變，從而電樞反應會使氣隙磁場發生畸變，從而影響電機的性能。影響電機的性能。1 電刷位于幾何中性線時的電樞反應電刷位于幾何中性線時的電樞反應直軸：與直軸：與主極軸線主極軸線重合的軸重合的軸交軸：與交軸：與主極軸線主極軸線正交的軸正交的軸假設勵磁電流為零，假設勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產生可見電樞磁動勢產

21、生的電樞磁場在空間的的電樞磁場在空間的分布情況，電樞磁動分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢，它勢為交軸磁動勢，它對主磁場的影響稱為對主磁場的影響稱為交軸電樞反應交軸電樞反應。NSX電樞磁場及其磁通密度波形電樞磁場及其磁通密度波形2aaxFxAFAxA-A-表示電樞圓周單位長度上的安培數，表示電樞圓周單位長度上的安培數，aaN iAD直流電機的合成磁場幾何幾何中性線中性線 N S勵磁磁場勵磁磁場（空載磁場）（空載磁場）物理物理中性線中性線電樞磁場電樞磁場合成磁場合成磁場（負載時的磁場）（負載時的磁場）物理中性線：物理中性線： 電樞表面磁通密度的實際過零點的連線。電樞表面磁通密度的實際過零點的連線。

22、xB0axBxB主磁場的主磁場的磁通密度磁通密度分布曲線分布曲線電樞磁場磁通電樞磁場磁通密度分布曲線密度分布曲線兩條曲線逐點疊加后兩條曲線逐點疊加后得到負載時氣隙磁場得到負載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線的磁通密度分布曲線 2) 2)對主磁場起去磁作用對主磁場起去磁作用1)1)使氣隙磁場發生畸變使氣隙磁場發生畸變 空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被電樞反應的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線削弱，物理中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度的曲線角

23、，磁通密度的曲線與空載時不同。與空載時不同。 磁路不飽和時，主磁場被削弱的數量等于加強的數量，因磁路不飽和時，主磁場被削弱的數量等于加強的數量，因此每極磁通量與空載時相同。磁路飽和時，主磁極增磁部分因此每極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，磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞因此負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為交軸去磁性質。反應為交軸去磁性質。由圖可知，交軸電樞反應的特點：由圖可知，交軸電樞反應的特點：將電刷位置逆時針（順將電刷位置

24、逆時針（順時針）移動時針）移動角，則電角，則電樞磁勢可分為兩部分。樞磁勢可分為兩部分。（1 1）(-2)(-2)角度內的角度內的磁勢為磁勢為交軸電樞磁動勢交軸電樞磁動勢Faq Faq （2 2）22范圍內的磁勢范圍內的磁勢為為直軸電樞磁動勢直軸電樞磁動勢FadFad。2.電刷不在幾何中性線時的電樞反應電刷不在幾何中性線時的電樞反應直軸電樞磁勢的作用為：直軸電樞磁勢的作用為： 1.1.發電機發電機，電刷順轉向去磁；電刷逆轉向去增磁；，電刷順轉向去磁；電刷逆轉向去增磁； 2.2.電動機電動機，電刷順轉向為增磁，逆轉向為去磁。，電刷順轉向為增磁，逆轉向為去磁。直流電機的感應電動勢和電磁轉矩直流電機的

25、感應電動勢和電磁轉矩每根導體的感應電動勢為一、電樞繞組的感應電動勢一、電樞繞組的感應電動勢電樞繞組的感應電動勢為一條支路內所有串聯導體電樞繞組的感應電動勢為一條支路內所有串聯導體的電動勢之和。的電動勢之和。 lvbeBav 極距極距（1）大小）大小l 每個導體的平均感應電動勢：每個導體的平均感應電動勢：e av= Bav l vl 導體切割磁場的線速度：導體切割磁場的線速度： v = n Da a60= n2p 60l 電樞感應電動勢：電樞感應電動勢：226060avnpelpnl260aaveNNpEenCnaa 與與 無關，與導體每秒切無關，與導體每秒切割的總的磁通量割的總的磁通量 有關有

26、關 B2p Ea = Ce n Ce 電動勢常數：電動勢常數： Ce = pN60a單位：單位：Wb單位：單位：r/min(V) (2) 方向：方向： 由由 和和 n 共同決定。共同決定。(3) 性質：性質： 發電機為電源電動勢；電動機為反電動勢。發電機為電源電動勢；電動機為反電動勢。二、直流電機的電磁轉矩二、直流電機的電磁轉矩(1) 產生產生 電樞電流電樞電流 i 磁磁 場場 Tem (2) 大小大小總電磁轉矩總電磁轉矩Tem=總導體數總導體數 Tav（每根導體產生的平均電磁轉矩）（每根導體產生的平均電磁轉矩）22avaavaaavf DB li DTNoImageNoImageavBlaI

27、iaa22aPD.2emavaTaNPTN TICIaF Tem = CT IaCT 轉矩常數：轉矩常數：單位：單位：Wb單位：單位：A(Nm) CTCe=602 = 9.55 CT = 9.55 CeCT =pN2a Ce =pN60a(2)(2) 方向：方向： 由由 和和 I Ia a 共同決定。共同決定。(3) (3) 性質：性質：發電機發電機: :制動制動( (與轉速方向相反與轉速方向相反) )； 電動機電動機: :驅動驅動( (與轉速方向相同與轉速方向相同) )。 直流發電機按勵磁方式分類直流發電機按勵磁方式分類GIf+UaIa+Uf他他勵勵并并勵勵串串勵勵復復勵勵G+UIIfIaG

28、+UIIaGIaIf+UI直流發電機直流發電機一、直流發電機的基本方程式一、直流發電機的基本方程式直流發電機直流發電機2aaabEUI RU 1.1.電壓平衡方程式電壓平衡方程式aa aEU I R fffRUI勵磁回路：勵磁回路：電樞回路：電樞回路：注：注：EaUaEMUaIemTnfIfUIG*發電機慣例：以輸出電流作為電樞電流正方向，Ia與Ea方向相同2.轉矩平衡方程式轉矩平衡方程式0TTem T負 載 時 ： iaTemT0TnNSem0TTT原動機拖動發電機的轉矩電磁轉矩（制動，與n反向）由機械損耗及電樞鐵損耗產生的制動轉矩3.功率平衡關系功率平衡關系0TTemT0TTemT10em

29、PPPemPTem2aaabEI RUU222a aaaab aCuaCubE II RUIU IpPp 2emCuaCubPPpp10202emCuaCubPPPPppPPp0FePppNSP)%15 . 0(p CuaCubFespppppp2260aNpnIa60aN pnIaaaE I直流發電機功率流程圖直流發電機功率流程圖P1=TPem=Tem=EaIapCua，pCubUIa=P20FesPppp1020emCuaCubPPPPppPNnn 0Ia )I (fUf定義：當定義：當 、 時，時， 空載特性空載特性ARfUf-+IfGA+-VKRLn二、他勵直流發電機的運行特性二、他勵

30、直流發電機的運行特性研究條件：保持轉速研究條件：保持轉速n不變且等于額定轉速不變且等于額定轉速nN.三個物理量：端電壓三個物理量：端電壓U、負載電流、負載電流I、勵磁電流、勵磁電流If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UfIUNIfNA 空載特性（續）空載特性（續）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UfIUNIfNA分析：分析： U0=Ea-IaRa=Ea=CenN If= Ff/N 結論：結論：1.1.經過一定比例轉換后，經過一定比例轉換后，開路特性開路特性U U0 0=f(I=f(If f) )曲線與電機的磁化曲線曲線與電機的磁化曲線=f(F=f

31、(Ff f) )形狀完形狀完全相同。全相同。 2.2.一臺電機的磁化曲線只有一條，而空載特性曲線會隨一臺電機的磁化曲線只有一條，而空載特性曲線會隨著轉速著轉速n n的升降而成比例的上升或下移。的升降而成比例的上升或下移。3.3.一般電機的工作點位于開路特性上曲線開始彎曲的膝一般電機的工作點位于開路特性上曲線開始彎曲的膝點點A A附近。據此可以判斷電機的飽和程度。附近。據此可以判斷電機的飽和程度。NnnfNfII )(IfU 定義：當定義：當 、 時，時， 外特性外特性 ARfUf-+IfGA+-VKRLnOIUn = nNIf = IfNINUNU0外特性外特性 電壓平衡方程式電壓平衡方程式

32、U = EaRa Ia當當 Ia Ra Ia Ea (電樞反應電樞反應)U 電壓調整率（電壓調整率（當當 額定負載過渡到空載時）額定負載過渡到空載時）U0UNUNUN =100%( 5% 10% ) 調節特性調節特性 當當 n = nN，U = UN 時：時： If = f ( I )OI If IfNIN調節特性調節特性Nnn fNfII 效率是指輸出功率與輸入功率之比效率是指輸出功率與輸入功率之比22212b100%cucuaFesmPPPPPpUIppppp P2/PN0 效率特性效率特性 當當 n = nN，U = UN 時時, ,效率與負載的關系效率與負載的關系ddI令令 =0=0可

33、求得效率最高點，得可求得效率最高點，得到效率最大的條件：當電動機中不到效率最大的條件：當電動機中不變損耗等于可變損耗時，效率最高。變損耗等于可變損耗時，效率最高。且通常出現在（且通常出現在（75% 75% 100%100%）P PN N 區區域內。域內。cua,Femscubspp pppp中一部分損耗不變損耗，不隨負載的變化而變化中一部分損耗可變損耗，與負載電流的二次方成正比三、并勵直流發電機三、并勵直流發電機自勵：勵磁繞阻并接于電樞繞組兩自勵：勵磁繞阻并接于電樞繞組兩端，由發電機本身的端電壓提供端，由發電機本身的端電壓提供勵磁，而發電機的端電壓又必須勵磁，而發電機的端電壓又必須在有了勵磁電

34、流后才能產生，所在有了勵磁電流后才能產生，所以并勵發電機由初始的以并勵發電機由初始的U=0到正到正常運行時常運行時U為一定值，有一個自為一定值，有一個自己建立電壓的過程己建立電壓的過程(自勵過程自勵過程). G+UIIfIa自勵條件：自勵條件：（1 1）發電機必須有剩磁，如果無剩磁，必須用另外的直流）發電機必須有剩磁，如果無剩磁，必須用另外的直流電源充磁。電源充磁。（2 2）勵磁繞組并聯到電樞兩端，線端的接法應與旋轉方向）勵磁繞組并聯到電樞兩端，線端的接法應與旋轉方向配合，以使勵磁電流產生的磁場方向與剩磁的磁場方向一配合，以使勵磁電流產生的磁場方向與剩磁的磁場方向一致。致。（3 3）勵磁回路的

35、總電阻必須小于臨界電阻。）勵磁回路的總電阻必須小于臨界電阻。空載特性勵磁回路場阻線臨界電阻線AG+UIIfIa00f()=ffUf IIUR電樞回路：勵磁回路：a00,faIIIUE空載時：，勵磁回路的總電阻必須小于勵磁回路的總電阻必須小于臨界電阻。臨界電阻。l并勵發電機的外特性并勵發電機的外特性 n=nN 、勵磁回路總電阻不變時，、勵磁回路總電阻不變時， U =f (I )關系曲線。關系曲線。并勵他勵UI U = Ea - Ra( I+If ) =( Cen RaIf ) - RaI 一般一般 U= U=（10103030）% %。 并勵比他勵電機外特性下降得快并勵比他勵電機外特性下降得快原

36、因：原因： （1 1）電樞電阻壓降）電樞電阻壓降 （2 2）電樞反應去磁）電樞反應去磁 （3 3）U IfU IfG+UIIfIa 【例例】 一他勵直流發電機，一他勵直流發電機， PN = 10 kW，UN = 230 V，nN = 1 000 r/min ，Ra = 0.4。如果磁通如果磁通 保保持不變，求持不變，求 1 000 r/min 時的空載電壓時的空載電壓 U0 和和 900 r/min 時時的滿載電壓的滿載電壓 U 。 解：解：在在 nN 和和 UN 時的電樞電流時的電樞電流9001 000E = E U0 = E = UNRa IaN = (2300.443.5) V = 24

37、7 V 在在 保持不變時，保持不變時， E n10103230= A = 43.5 A PNUNIaN = 9001 000= 247 V = 222 V U = ERa IaN = (222 0.443.5) V = 205 V P2 = UI = 230100 W = 23 000 WIa = IIf = (1002) A =102 APCu = Ra Ia2 Rf If2 = ( 0.2102211522 ) W = 2 540.8 W Pem = P2PCu = 25 540.8 W 【例題例題】 一并勵直流發電機，輸出電壓一并勵直流發電機，輸出電壓 U = 230 V，輸出電流，輸出

38、電流 I = 100 A ，Ra = 0.2，Rf = 115，n = 1 500 r/min ， T0 =17.32 Nm 。求發電機的輸出功率求發電機的輸出功率P2 、電磁功率、電磁功率 Pem 、輸入功率、輸入功率 P1 和效率和效率 。 解：解：230115= A = 2 A URfIf = P0 = T0n2 60= 17.321 500 W 2 60 = 2 719.24 W P1 = PemP0 = (25 540.82 719.24) W = 28 260 W = 100%P2P1= 100% = 81.39% 23 00028 260 直流電動機按勵磁方式分類直流電動機按勵磁

39、方式分類MIf+UaIa+Uf他他勵勵并并勵勵串串勵勵復復勵勵M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI直流電動機直流電動機 直流電動機直流電動機1.直流電動機的基本方程直流電動機的基本方程(1) 電壓平衡方程式電壓平衡方程式 U=Ua= Ea + R Ia +2Ub R=Ra+Rpa 02emTTT電動機電動機NSnemTMemT0T2Tn(2) 轉矩平衡方程式轉矩平衡方程式MIf+UaIa+Uf02TTTem02TTTem02empPP(3) (3) 功率平衡方程式功率平衡方程式emaaPE ITem122emCuaCubCufFesCuaCubCufPPpppPppppppPp電動機從

40、電網吸收的電功率電動機從電網吸收的電功率 P1 =UI ，減去電樞繞，減去電樞繞組銅損組銅損pcua，電刷接觸損耗，電刷接觸損耗pcub以及勵磁回路銅損以及勵磁回路銅損pcuf，余下的轉換為機械功率，余下的轉換為機械功率的電磁功率的電磁功率P Pemem。220emFesPPpppPP直流電動機功直流電動機功率流程圖率流程圖P1PCuPemP0P2 并勵電動機并勵電動機輸入電壓輸入電壓 U = Ua = Uf = Ea + RaIa+2Ub(2) 輸入電流輸入電流 I = Ia + If(3) 輸入功率輸入功率 MIa+UIIf1()afPUIU II 【例例】 某并勵直流電動機，某并勵直流電

41、動機，UN = 220 V，IN = 12.5 A，nN = 3 000 r/min ，Rf = 628 ，Ra = 0.41 。求該電機在額定狀態下運行時的：。求該電機在額定狀態下運行時的： (1) If ； (2) Ia； (3) E ； (4) Tem 。 解：解： (1) 勵磁電流勵磁電流 If UfRfIf =220628= A = 0.35A(2) 電樞電流電樞電流 Ia Ia = IN If = (12.50.35) A = 12.15 A (2) 電動勢電動勢 E E = UN Ra Ia = (2200.4112.15) V = 215 VCT = 9.55 Ce = 0.6

42、85Tem = CT Ia = 0.68512.15 Nm = 8.32 Nm (4) 電磁轉矩電磁轉矩Ce =EnN2153 000= = 0.071 7 直流電動機的工作特性直流電動機的工作特性 一、并(他)勵電動機的工作特性 )(2Pfn aNaaeeeEUI RnCCC（1 1）轉速特性轉速特性 據轉速公式 ,0NffNpaUUIIR2,()emn Tf P指 時， 或,()eman Tf I2Pn0nn0影響轉速影響轉速n n的因素有二：的因素有二： 1 1）電流）電流IaIa增大時電樞電阻壓降增大時電樞電阻壓降IaRaIaRa也增大，也增大， 使轉速趨于下降；使轉速趨于下降；2 2

43、）隨著負載的增大，電樞電流增大時，電樞反）隨著負載的增大，電樞電流增大時，電樞反 應的去磁作用使得磁通應的去磁作用使得磁通下降，使轉速趨于上升。下降，使轉速趨于上升。2. 2. 一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動機轉速降一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動機轉速降低。由于電阻低。由于電阻RaRa的值很小，所以轉速下降比較平緩。電流增大，電壓的值很小，所以轉速下降比較平緩。電流增大，電壓恒定時意味著恒定時意味著P P2 2增大，所以增大，所以n=f(Pn=f(P2 2) )是一條較平的下降曲線（硬特性）。是一條較平的下降曲線（硬特性）。%1000NNnnnnn額定轉速調整率 % ：表示電動機從空載到滿載轉速變化的程度。（2）轉矩特性）轉矩特性 轉矩方程2( )emTf P22020060=2 nemPPTTTTT0T2PnemT2T二二