應用：疊繞組并聯支路數多，通常用于電流較大、電壓正常（較低）和轉速正常的大中型直流電機。波繞組并聯支路數少，通常用于電流較小、電壓較高和轉速較低的中小型直流電機。3.3空載和負載時直流電機的磁場直流電機的磁場和電樞反應（理解）空載時的磁場負載時的磁場1.直流電機空載時的磁場直流電機空載時（Ia＝0）的氣隙磁場僅由勵磁電流If產生的勵磁磁動勢Ff建立。磁動勢Ff產生的磁場2.直流電機負載時的氣隙磁場主要分析電樞繞組流過負載電流時產生的電樞磁動勢及其作用。電樞磁動勢對勵磁電流建立的氣隙磁場產生影響，稱為電樞反應。電樞反應對氣隙磁通密度的大小、分布、電機的換向、運行性能都有影響。(1)電刷位于幾何中性線時的電樞反應(1)電刷位于幾何中性線時的電樞反應(1)電刷位于幾何中性線時的電樞反應電樞磁動勢及其產生的磁通密度波形Fa使幾何中性線處的氣隙磁通密度不為零。(1)電刷位于幾何中性線時的電樞反應(1)電刷位于幾何中性線時的電樞反應(1)電刷位于幾何中性線時的電樞反應使磁場畸變，幾何中心線處的氣隙磁通密度不為零。不飽和時，去磁、增磁作用相抵消，每極磁通量不變。飽和時，每極磁通量略有減小，有去磁作用。(2)電刷不位于幾何中性線時的電樞反應(2)電刷不位于幾何中性線時的電樞反應直軸電樞反應：發電機：電刷順電樞旋轉方向移動，直軸電樞反應為去磁；電刷逆電樞旋轉方向移動，直軸電樞反應為增磁。電動機：與發電機的情況相反。

3.4電樞的感應電動勢和電磁轉矩設氣隙磁場的分布如圖所示，則每根導體的感應電動勢為一、電樞繞組的感應電動勢式中，—導體所在處的氣隙磁密；—導體的有效長度；—導體相對氣隙磁場的速度。電樞繞組的電動勢應為一條支路各串聯導體的

令

為平均氣隙磁密，則上式改寫為

將代入上式得出電動勢的代數和，則電動勢公式：式中，—每極的總磁通量；—電動勢常數；—電動勢公式。

二、直流電機的電磁轉矩

電樞表面任一點處的載流導體上的電磁轉距為式中，—該點處的氣隙磁密。

一個極下的載流導體上的電磁轉矩應為式中，—氣隙平均磁密。

整個電樞上的電磁轉矩為

可得直流電機的轉矩公式為

則再考慮到

一、電壓方程；基本方程

二、轉矩方程。

一、電壓方程

1、他勵直流電機

3.5直流電機的基本方程他勵時，勵磁電流由其他電源單獨供電，故。

直流發電機的穩態電路圖直流電動機的穩態電路圖2、并勵直流電機

其電樞回路的電壓方程與他勵時相同，但激磁

3、串勵直流電機其電樞回路的電壓方程與他勵時亦相同，但因勵另外，電壓方程應加入串勵繞組的電阻壓降。電壓為電樞端電壓，即發電機：電動機：磁繞組與電樞繞組相串聯，有。二、轉矩方程—為電磁轉矩。1、發電機情況下—原動機的驅動轉矩；—電機本身的機械阻力轉矩；電磁轉矩為制動轉矩，有—電動機軸上的負載轉矩。式中，

2、電動機情況下電磁轉矩為驅動轉矩，有三、電磁功率

發電機：機械能轉化為電能；電動機：電能轉化為機械能。

電磁功率用表示，則將代入上式，得直流發電機的功率流程圖并勵時電樞得到的電磁功率

Pem

扣除電樞銅耗

pCu

和勵磁銅耗

pCuf

，等于輸出功率P2。軸上輸入的機械功率P1扣除空載損耗

p0，等于電磁功率Pem。空載損耗p0包括機械損耗

pm、鐵耗

pFe

和附加損耗

pad（或雜散損耗）。他勵時，功率平衡方程式中不計勵磁銅耗pCuf

=0。

空載損耗p0機械損耗pm

：軸承摩擦、電刷與換向器表面摩擦、電機旋轉部分與空氣的摩擦、風扇消耗功率等。與電機轉速有關。鐵耗pFe

：電樞鐵心中的渦流與磁滯損耗，與鐵心中磁通密度的大小和交變頻率有關。附加損耗pad：產生原因復雜，且較小，一般按（0.5%~1%）PN估算。直流電動機的功率流程圖并勵時，輸入功率P1扣除電樞銅耗

pCu

和勵磁銅耗

pCuf

，等于電磁功率

Pem

。他勵時，功率平衡方程式中不計勵磁銅耗

pCuf

。

四、直流電機的可逆性電機的可逆性：從原理上講，任何電機既可作為發電機運行；電動機運行。發電機、亦可作為電動機運行。基本關系式

——每極磁通量；3.6直流發電機的運行特性他勵發電機負載運行運行特性外特性調整特性效率特性并勵發電機自勵外特性復勵發電機的外特性1.他勵發電機的負載運行原動機將發電機拖動到額定轉速，勵磁繞組接到勵磁電源，使端電壓達到UN機械方面：負載后轉速下降，需增加T1恢復至額定轉速電磁方面，電樞反應使得端電壓下降，需調節勵磁電流，恢復至UNP2=UI，正常運行時保持UN，P2與I成正比，滿載（I=IN）、半載（I=0.5IN）、空載（I=0）2.他勵發電機的運行特性I、U、

If

這3個主要變量之間的關系發電機勵磁方式不同，特性也不一樣。負載特性：負載電流I=Const時，U＝f(If

)。空載特性：I＝0時，U＝f(If

)。外特性：If

=Const，U＝f(I)調整特性：U=Const，If

＝f(I)

保持轉速

n

為常數，一般為額定轉速。Ia＝

I空載特性E0＝f(If)原動機拖動轉子以恒速旋轉(nN)，電樞繞組開路（Ia＝0），改變勵磁電流

If，端電壓U0（E0）與If的關系。U=Ea=E0＝f(If)空載特性E0＝f(If)有磁滯、剩磁、飽和現象。If=0時Er

：剩磁電動勢

Er=2%~4%UN各種直流電機的空載特性都在他勵方式下測定。外特性U＝f(I

)通常指轉速n＝nN

，If為額定值時，U

與

I的關系。U隨I

的增大而降低，是一條下垂的曲線。原因：IaRa，電樞反應的去磁作用。電壓調整率

uN。額定勵磁下不允許持續短路，原因：Ra很小，Ik很大。他勵發電機的

U約為5%～10%，變化不大，特性比較硬。U0為If＝IfN時的空載端電壓。調整特性If＝f(

I

)n＝nN，保持U

=UN恒定時，

If與I

的關系。If一定時，U

會隨

I

變。原因：IaRa，電樞反應的去磁作用。為保持U不變，需調節If。負載增加時，U下降，若維持U不變，必須增加If

。I=IN，U=UN時，If=IfN3.并勵發電機的自勵和外特性并勵發電機的自勵建壓并勵發電機要有一個自行建立勵磁和端電壓的過程，稱為建壓。空載時，I＝0，Ia＝If≠0。但

If較小，故可近似認為Ia＝0，利用空載特性來分析電壓建立過程。建壓1—空載特性曲線；2—勵磁回路的伏安特性曲線；勵磁電阻線3—臨界電阻線（空載特性直線段）；建壓臨界電阻Rcr

=Rf+Rfs。（1）電機主磁路必須有剩磁；（2）勵磁繞組并聯到電樞繞組兩端的極性正確，即勵磁磁動勢與剩磁磁場方向必須相同；（3）勵磁回路總電阻必須小于建壓臨界電阻自勵建壓條件外特性電壓調整率

U比他勵的大，約為20%～30%

（因If還隨U下降而減小）。負載電流有“拐彎”現象。穩態短路電流Ik0＝Er/Ra并不很大，常小于IN（因Er數值很小）。轉速n＝nN，勵磁回路總電阻不變時，U

與

I

的關系U＝f(

I

)

。積復勵:串、并勵繞組的勵磁磁動勢方向相同。

差復勵:串、并勵繞組的勵磁磁動勢方向相反。復勵發電機通常采用積復勵并勵磁動勢為主，空載時能達到額定電壓。串勵磁動勢主要補償負載時電樞反應的去磁作用和電樞電路的電阻壓降。4.復勵發電機的外特性按照串勵繞組磁動勢補償作用的強弱，可分為三類：平復勵過復勵欠復勵3.7直流電動機的運行特性并勵電動機的負載運行并勵電動機的運行特性工作特性（重點掌握轉速特性）機械特性串勵電動機的運行特性工作特性機械特性復勵電動機的特點電力拖動系統運行的穩定性并勵電動機的負載運行有關方程式：2.并勵電動機的運行特性U＝UN，If＝IfN時，n、Te、與Ia

（或P2）關系。轉速特性

n＝f

(

Ia

)轉速公式n變化很小n＝f(Ia)為硬特性。工作特性轉速調整率Δn：并勵電動機的轉速調整率很小，約為3%∽8%。

注意：并勵電動機在運行中，勵磁繞組絕對不能斷開。否則，If=0，主磁通迅速下降為剩磁，電樞電流迅速增大，輕載時，n迅速上升，造成“飛車”；重載時，Te小于TL，可能停轉，電樞電流增至啟動電流，燒毀電機轉矩特性T＝f

(

Ia

)

Te

近似與Ia

成正比。（電樞反應的去磁作用）效率特性

＝f

(

Ia

)可變損耗等于不變損耗時，

最高。p0基本不隨Ia變化—不變損耗；pCu隨Ia變化—可變損耗。機械特性，機械特性的斜率，理想空載轉速U＝UN

，Rf＝Const，n=f(Te)并勵直流電動機的固有機械特性是一條略有下降的直線，是硬特性（

很小）。固有機械特性：U＝UN，電樞回路不串任何電阻時的機械特性。5.電力拖動系統運行的穩定性

處于某一轉速下運行的電力拖動系統，由于受到某種擾動（如電源電壓波動，或負載轉矩波動），導致系統的轉速發生變化而離開原來的平衡狀態，如果系統能在新的條件下達到新的平衡狀態，或者當擾動消失后系統回到原來的轉速下繼續運行，則系統是穩定的，否則系統是不穩定的。機械特性下降A點：拖動系統的平衡點。若擾動使n↑，Te↓，TL↑，則，Te<TL→n↓擾動消失后，系統轉速可恢復至原來轉速，A點為穩定點機械特性上升A點：拖動系統的平衡點。若擾動使n↑，Te↑，TL↑，則，Te

增量>TL增量→n↑造成“飛車”。擾動消失后，系統轉速無法恢復至原來轉速，A點不穩定一臺并勵直流電動機原運行于某一值下，設負載轉矩增大，試分析電機將發生怎樣的過渡過程，并將最后穩定的數值和原值進行比較。3.8直流電動機的起動、調速和制動直流電動機的啟動直接啟動電樞回來串電阻啟動降壓啟動直流電動機轉速的調節他勵和并勵電動機的轉速調節直流電動機的制動能耗制動反接制動回饋制動1.直流電動機的起動起動要求起動轉矩大起動沖擊電流小能量損耗小簡單，便于控制起動方法直接啟動（全壓起動）電樞串接電阻起動降壓起動電動機的起動是指電動機接通電源后，由靜止狀態加速到穩定運行狀態的過程。

起動轉矩和起動電流分別為：

起動時由于轉速n=0，電樞電動勢Ea=0，而且電樞電阻Ra很小，所以起動電流將達很大值（10~20）IN。一般直流電動機不允許直接起動。

直接起動：以三級啟動為例。電樞回路接入變阻器起動：3KM啟動變阻器笨重，且耗能。降壓起動：

當直流電源電壓可調時，可采用降壓方法起動。起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流隨電源電壓的降低而正比減小。隨著電動機轉速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉矩保持在一定的數值上，保證按需要的加速度升速。降壓起動需專用電源，設備投資較大，但它起動平穩，起動過程能量損耗小，因此得到廣泛應用。2.直流電動機轉速的調節調速的要求調速范圍（調速比）調速平滑性電樞串接電阻調速改變端電壓調速改變磁通調速直流電動機的調速方法經濟性調速方法簡單，可