直流电机

原理图上位置
换向及换向火花
换向定义：从一条支路换到另一条支路， 换向定义：从一条支路换到另一条支路，元件内的电流 改变方向。元件必须经过电刷短接后才能进入另一条支路， 改变方向。元件必须经过电刷短接后才能进入另一条支路， 换向元件中若存在电势则短接时会产生火花 —— 电磁原因 还有机械、电化学等原因）。 （还有机械、电化学等原因）。 换向火花危害：烧坏换向器、绕组，过热、引爆引燃。 换向火花危害：烧坏换向器、绕组，过热、引爆引燃。 换向火花克服： 通过磁极尖增、 换向火花克服：（通过磁极尖增、去磁电枢反应的情况 说明）： 换向极； 移动电刷（与转向有关， ）：1. 说明）： 换向极；2. 移动电刷（与转向有关，发电机和 电动机正好相反）。 ）。—— 见书 见书P.67 图5-2-4，注意：发电机 电动机正好相反）。 ，注意： 和电动机的电流与转向的关系正好相反。 和电动机的电流与转向的关系正好相反。 克服火花应移动的方向 助记）： 移动的方向（ ）：—— “顺发、逆动”。 顺发、 克服火花应移动的方向（助记）： 顺发 逆动”
三、电刷的正确位置
电刷放置的原则： 电刷放置的原则： 为了感应最大电势或产生最大电磁转矩， 为了感应最大电势或产生最大电磁转矩，电刷所 短接的（换向）元件的两个边应处于磁通最弱（ 短接的（换向）元件的两个边应处于磁通最弱（几何 中性线）的位置上。 中性线）的位置上。 电刷与磁极的相对位置不变 电刷的位置： 电刷的位置： 1. 实际位置：磁极的 实际位置： 正中（ 正中（说明不了原理等问 题）。 2. 示意图位置：直接 示意图位置： 放在几中线的元件上。 放在几中线的元件上。 展开图上位置
直流电动机说明
原理：结构上保证在相同极性磁极下，电流方向相同。 原理：结构上保证在相同极性磁极下，电流方向相同。 因此就能产生恒定转矩。 因此就能产生恒定转矩。 电压平衡方程式： 电压平衡方程式： U = E + Ia（ Ra + R ） 励磁方式： 复励磁， 励磁方式：—— 并、串、复励磁，书P.71. 图5-4-1。 。 电流之间的关系与励磁方式有关： 电流之间的关系与励磁方式有关：书P.71.图5-4-1。 图 。 注意：不用差复励。 注意：不用差复励。 转动原理：电枢通电，在励磁绕组产生的磁场下， 转动原理：电枢通电，在励磁绕组产生的磁场下，受 力起动。 力起动。电刷和换向器保证每个磁极下导体电流方向 始终不变。 始终不变。 电磁转矩： 电磁转矩： —— 书P.71.式（5-4-3）与发电机相同。 式 ）与发电机相同。
§5-2.直流电机的基本工作原理 - 直流电机的基本工作原理
本节的主要内容有三部分： 本节的பைடு நூலகம்要内容有三部分：
基本工作原理 ：
主要点：注意元件和电刷两端电量的性质；注意： 主要点：注意元件和电刷两端电量的性质；注意： 电刷” 换向器”的作用。 “电刷”、“换向器”的作用。
电势和转矩 ：
掌握电势和转矩的计算公式。 掌握电势和转矩的计算公式。P.66.式（5-2-1）、 式 ）、 （5-2-2）。 ）。
二、自励起压
过程：发电机转动， 过程：发电机转动，依靠剩磁可产生很小 的剩磁电压，如果接线正确， 的剩磁电压，如果接线正确，流过励磁绕 组的微小励磁产生的磁通方向与剩磁磁通 方向相同，电枢绕组感应的电势增强， 方向相同，电枢绕组感应的电势增强，于 是出现正反馈，如果励磁回路电阻足够小， 是出现正反馈，如果励磁回路电阻足够小， 正反馈的作用将继续下去，直到磁路饱和， 正反馈的作用将继续下去，直到磁路饱和， 电势稳定在一个确定的数值上。 电势稳定在一个确定的数值上。 条件： 有剩磁（若无，应可充磁）； 条件：1. 有剩磁（若无，应可充磁）； 2. 接线正确（励磁与剩磁同向）； 接线正确（励磁与剩磁同向）； 3. 场阻线与空载特性有一个确定的 交点（励磁电路电阻适当）。 交点（励磁电路电阻适当）。
[ 第二节要点 ] ：原理（AC / DC转换）；电势、转矩 原理（ 转换）；电势、 转换）；电势 计算；电刷位置；换向定义。 计算；电刷位置；换向定义。
§5-3.直流发电机 - 直流发电机
本节的主要内容有四部分： 本节的主要内容有四部分：
掌握空载特性的实质。 空载特性 ：掌握空载特性的实质。 自励起压过程 ： 掌握自励起压的条件及起压过程分析。 掌握自励起压的条件及起压过程分析。 定义、电压变化率。 外特性 ：定义、电压变化率。 转矩和功率的平衡：注意平衡关系。 转矩和功率的平衡：注意平衡关系。
§5-4.直流电动机 - 直流电动机
本节的主要内容有三大部分： 本节的主要内容有三大部分：
机械特性 ：
主要点：转动原理、影响特性的因素、 主要点：转动原理、影响特性的因素、特性表达式 和形状。 和形状。
转矩特性 ：
形状。 了解不同励磁所对应的转矩特性 形状。
起动与反转 ：
主要点：起动的特点和方法（ 主要点：起动的特点和方法（注意起动时励磁的作 ）；反转的方法 反转的方法。 用）；反转的方法。
一、空载特性
条件：I=0， 条件：I=0，n=nN。 特性：E=f（ 特性：E=f（If） 或 f（ U 0 = f （I f） 实质： 磁化曲线。 实质：—— 磁化曲线。与 同步发电机相似， 同步发电机相似，也是电 机磁路的磁化曲线。 机磁路的磁化曲线。
红色的曲线 为空载特性
实验测量时注意：也应该单方向调节励磁电流， 实验测量时注意：也应该单方向调节励磁电流，否 则磁滞的影响，将使结果出现偏差。 则磁滞的影响，将使结果出现偏差。
电刷位置 ：
注意分清： 实际空间位置” 注意分清：“实际空间位置”和“短接元件边位 置”。
一、工作原理
电刷A总是与处于正电位的换向片接触， 电刷 总是与处于正电位的换向片接触， 总是与处于正电位的换向片接触 而电刷B总是与处于负电位的换向片接触 总是与处于负电位的换向片接触。 而电刷 总是与处于负电位的换向片接触。虽 感应的电势是交变的， 然bc和de感应的电势是交变的，但电刷 两 和 感应的电势是交变的 但电刷AB两 端的电压却是直流的。 端的电压却是直流的。 实际直流电机的换向片较多， 实际直流电机的换向片较多，电刷和换 向器配合起机械整流器的作用。 向器配合起机械整流器的作用。
三、励磁方式
励磁方式：他励、并励、 励磁方式：他励、并励、串励 和复励4 和复励 种。 复励： 从磁通叠加效果看） 复励：（从磁通叠加效果看） 积复励、差复励；（从绕组连接情 积复励、差复励； 况看）长复励、短复励。 况看）长复励、短复励。 积复励：平复励、过复励、 积复励：平复励、过复励、欠 复励。直流电动机不能采用差复励， 复励。直流电动机不能采用差复励， 直流发电机不能采用串励。 直流发电机不能采用串励。 [第一节要点 ：基本结构（电刷、换向器作用）；铭 第一节要点]：基本结构（电刷、换向器作用）； ）；铭 第一节要点 牌数据；励磁方式。 牌数据；励磁方式。
三、外特性
励磁方式：他励、并励和复励（前面 励磁方式：他励、并励和复励（ 已讲） 已讲）—— P.69 图5-3-3。 。 外特性与励磁方式有关， 外特性与励磁方式有关，以并励 发电机为主进行说明，注意“条件” 发电机为主进行说明，注意“条件”。 关系式 —— P.69 式（5-3-2）。 ）。 他励：励磁电压不受影响， 他励：励磁电压不受影响，只有内阻 压降。 比并励较硬。 压降。—— 比并励较硬。 并励： 内阻压降使端电压略有下降， 并励：∵内阻压降使端电压略有下降， 励磁相对减少。—— 注意：电压变化 励磁相对减少。 注意： 率的计算和区别（ 率的计算和区别（P.69） ） 重新解释： 直流发电机不用串励的原因。 重新解释：—— 直流发电机不用串励的原因。
§5-1.直流电机的构造及励磁方式 - 直流电机的构造及励磁方式
本节的主要内容有三部分： 本节的主要内容有三部分： 构造： 构造：
主要点：主要组成及作用，如换相器等。 主要点：主要组成及作用，如换相器等。
铭牌数据： 铭牌数据：
参数个数、数据含义。 参数个数、数据含义。
励磁方式： 励磁方式：
种类。 种类。
电刷和换向器配合：每个绕组元件内部感应电势是交流的， 电刷和换向器配合：每个绕组元件内部感应电势是交流的， 内部感应电势是交流的 一对电刷之间电势等于一个支路中各绕组电势之和， 但，一对电刷之间电势等于一个支路中各绕组电势之和，因 电刷间的电势为合成电势 是一个脉动的直流电势 为合成电势， 直流电势。 此，电刷间的电势为合成电势，是一个脉动的直流电势。
第五章 直流电机
§5—1．直流电机的构造及励磁方式 §5—2．直流电机的基本工作原理 §5—3．直流发电机 §5—4．直流电动机
第五章小结
学习第五章应该注意的点
第五章学习应注意的几个问题： 第五章学习应注意的几个问题： 1. 直流电机由什么组成？换向器的作用是什么？绕组元 直流电机由什么组成？ 器的作用是什么？ 件中的电量是交流还是直流 ？ 2. 电枢电势和电磁转矩的表达式是怎样的？如何运用它 电枢电势和电磁转矩的表达式是怎样的？ 们进行分析计算？ 们进行分析计算？ 3. 直流发电机有什么特性 ？直流发电机如何自励起压？ 直流发电机如何自励起压？ 4. 直流电动机的机械特性有什么特点？为什么直流电动 直流电动机的机械特性有什么特点？ 机通常不能直接起动？ 机通常不能直接起动？ 本章的计算任务主要是： 本章的计算任务主要是： 根据电压平衡方程和有关特性进行计算。 根据电压平衡方程和有关特性进行计算。 比较难理解的点： 比较难理解的点： 1. 直流电机电刷位置；2. 直流电机电枢反应去磁作用。 直流电机电刷位置； 直流电机电枢反应去磁作用。
换 向 器
电 电
电枢绕组
另外一半电枢绕组也构成另外一条支路。 另外一半电枢绕组也构成另外一条支路。
不管电枢如何转动， 不管电枢如何转动，一条支路中绕组感 应的总电势大小基本不变（微小脉动）。 应的总电势大小基本不变（微小脉动）。
二、主要铭牌数据
铭牌数据： 额定容量、电压、电流、转速、 铭牌数据： —— 额定容量、电压、电流、转速、励 电压、电流） 磁（电压、电流）等。 —— 书P.64。 。 额定容量：都是指输出。 额定容量：都是指输出。 发电机：电枢绕组输出的电功率； 发电机：电枢绕组输出的电功率； 电动机：转子轴上输出的机械功率。 电动机：转子轴上输出的机械功率。 额定励磁电流： 额定励磁电流：—— 额定负载时励磁绕组通过 的励磁电流。通常由励磁回路串联的变阻器调节。 的励磁电流。通常由励磁回路串联的变阻器调节。 通常还标明励磁电压——以备采用与电枢电压 通常还标明励磁电压 以备采用与电枢电压 不同等级时参考。 不同等级时参考。
一、构造
基本构造： 基本构造：—— 定、转子 。
电刷、换向器作用： 电刷、换向器作用： —— 起机械 整流器作用 。后续基本原理中进一 步介绍（元件交流， 步介绍（元件交流，电刷两端直 流）。 注意：各部件的作用。 注意：各部件的作用。
结构 细说
转 轴
风叶
磁极
电刷
P.62. 5-1-1 电 电 电 风
四、转矩和功率平衡
转矩平衡方程： 转矩平衡方程： 电磁转矩， 输入转矩， T1=T+T0，—— T电磁转矩，T1输入转矩，T0空载 转矩。 转矩。 功率和效率公式： ）、（5-3-7）。 功率和效率公式：书P.70.式（5-3-6）、（ 式 ）、（ ）。 功率平衡： 功率平衡：由转矩平衡关系及电压平衡方程得到功率 的平衡关系。并由此引出效率的计算公式。 的平衡关系。并由此引出效率的计算公式。 [ 第三节要点 ] ：空载特性；自励起压过程、条件； 空载特性；自励起压过程、条件； 外特性（各种励磁对应曲线形状）。 外特性（各种励磁对应曲线形状）。
二、恒定的电动势和电磁转矩
并联支路图说明， 并联支路图说明，转子旋转后电 枢绕组所有元件被两个电刷所平分为 2 个支路（1 对极），当n或Ia不变， 个支路（ 对极）， ），当 或 不变， 电刷之间串接的绕组电势或产生电磁 转矩不变（ 公式）。 转矩不变（书P.66.公式）。 公式 电势公式： 电势公式：E=Ken，式（5-2-1） ， ） 转矩公式： 转矩公式：T=KTIa ，式（5-2-2） ） Ke与KT关系是常数：Ke=pN/60a； 关系是常数 常数： =pN/60a； =pN/2πa。 =π/30≈1/9.55。 KT=pN/2πa。∴Ke/KT=π/30≈1/9.55。 总有效导体数， 并联支路对数， N：总有效导体数，a：并联支路对数， 极对数。 p：极对数。