他励、串励、并励、复励直流电动机的机械特性_及其工作特性与应用领域1
2010-2011学年第一学期《电机与电力拖动》课程期末复习资料1、直流
2010 -2011学年第一学期《 电机与电力拖动》课程期末复习资料1、直流电机的基本结构：直流电机由定子（固定不动）与转子（旋转）两大部分组成，定子与转子之间有空隙,称为气隙。
定子部分包括机座、主磁极、换向极、端盖、电刷等装置；转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件。
1.2 直流电机的电枢绕组简介电枢绕组是由结构、形状相同的线圈组成，线圈有单匝、多匝之分。
不论单匝或多匝线圈，它的两个边分别安放在不同的槽中。
1.3 直流电机的电枢反应 直流电机磁场组成：励磁磁场、电枢磁场合成。
1.4.1 电枢电动势电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也就是每条支路里的感应电动势。
每条支路所串联的元件数是相等的，只要求出一根导体的感应电动势，再乘上一条支路里总的导体数，就是电枢电动势。
1.5 直流电机的换向什么是换向：绕组元件从一个支路经电刷，进入另一个支路时，电流方向改变。
换向的影响：换向会使电刷和换向器之间产生火花，严重时会烧坏换向器与电刷，使电机不能正常工作和寿命缩短。
1.6.1 直流电动机的励磁方式根据直流电动机励磁绕组和电枢绕组与电源连接关系的不同，直流电动机可分为他励、并励、串励、复励电动机等类型。
2、电力拖动系统一般由控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源5部分组成。
2.3 他励直流电动机的机械特性机械特性：在电枢电压、励磁电流、电枢总电阻为恒值的条件下，电动机转速n 与电磁转矩的关系曲线。
机械特性的作用：确定稳定运行转速；分析转速、转矩及电流随时间的变化规律。
2.4.4 他励直流电动机的反转改变电磁转矩的方向即可实现反转。
方法：（1）改变励磁电流方向：保持电枢两端电压极性不变，将励磁绕组反接，使励磁电流反向，磁通即改变方向。
2）改变电枢电压极性：保持励磁绕组两端的电压极性不变，将电枢绕组反接，电枢电流即改变方向。
他励直流电动机的电气制动： 能耗制动； 反接制动； 回馈制动。
直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性直流电动机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。
下面一常用的他励和并励电动机为例介绍其机械特性、起动、反转和调速，他励和并励电动机只是连接方式上的不同，两者的特性是一样的。
直流电机的接线图图是他励和并励直流电动机的接线原理图。
他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由励磁电源电压Uf和电枢电源电压U两个直流供电；而在并励电动机中两者是并联的，由同一电压U供电。
并励电动机的励磁绕组与电枢并联，其电压与电流间的关系为：U=E+RaIa 即：Ia=（Ra为电枢电压）If=I=Ia+If≈Ia当电源电压U和励磁电路的电阻Rf（包括励磁绕组的电阻和励磁调节电阻）保持不变时，励磁电流If以及由它所产生的磁通Φ也保持不变，即Φ=常数。
则电动机的转距也就和电枢电流成正比，T= KTΦIa= KIa这是并励电动机的特点。
当电动机的电磁转距T必须与机械负载转距T2及空载损耗转距T0相平衡时，电动机将等速转动；当轴上的机械负载发生变化时，将引起电动机的转速、电流及电磁转距等发生变化。
，称为：n===－Ｔ＝n0－式中并励电动机的起动与反转并励电动机在稳定运行时，其电枢电流位：Ia＝，因电枢电阻Ra很小，所以电动机在正常运行时，电源电压U与反电动势E近似相等。
在起动时，n=０，所以E＝kEΦn＝０。
这时电枢电流及起动电流为Iast=，由于Ra很小，因此起动电流I ast可达额定电流IN的10～20倍，这时不允许的。
同时并励电动机的转距正比于电枢电流Ia，这么大的起动电流引起极大的起动转距，会对生产机械的传动机构产生冲击和破坏。
限制起动电流的方法就是在起动时的电枢电路中串接起动电阻Rst，见图。
这时起动电枢中的起动电流的初始值为：Iast=则起动电阻为：Rst=－Ra一般：Iast=（1.5～2.5）IN起动时，可将起动电阻Rst放在最大值处，待起动后，随着电动机转速的上升，再把它逐段切除。
注意：直流电动机在起动或工作时，励磁电路一定要保持接通，不能断开（满励磁起动）。
电机与控制电子教案：单相异步电动机01(中职教育).docx
【课题】第一章单相异步电动机第一章直流电动机新授课【教学目标】1.知识目标：了解直流电动机的基本结构和分类。
2.能力冃标：掌握单相杲步电动机的基本工作原理。
3 .悄感目标：激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度。
【教学重点】电动机的结构。
【教学难点】直流电动机的分类。
【教学方法】读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】2课时（90分钟）。
【教学过程】K新课H第一节直流电动机的结构和分类一、直流电动机的基本结构直流电动机的基本结构也是由定子、转子和结构件（端盖、轴承等）三人部分所组成。
图是一台电磁式直流电动机的结构示意图。
（a）立体图（b）剖|何图1.定子定子包括机座、主磁极、换向磁极、前、后端盖和电刷装置等儿个部分。
2. 转子（电枢）转子是直流电动机实现能量转换的枢纽，乂称为“电枢”。
电枢包括电枢铁心、电枢绕组及换向器。
二、直流电动机分类四类励磁式庖流电动机中，他励式庖流电动机的励磁绕组与电枢绕组各山独立的电源供 电，而串励、并励和复励式的励磁绕组与电枢绕组共用一电源，所以乂统称为“占励式”。
其小串励式、并励式的励磁绕组分别与电枢绕组串联和并联。
复励式的励磁绕组分为两个绕 组，一组与电枢绕组串联，一组与电枢绕组并联；如果两个绕组所产生的磁通方向相一致, 则称为积复励；如果两个绕组所产生的磁通方向相反，则称为差复励。
第二节 直流电动机工作原理与运行特性一、 直流电动机的运转原理（师生互动，提问绪论介绍的换向式电动机运转过程） 思考： 电枢电流方向不变，会出现什么情况？二、 直流电动机的电磁转矩和电压平衡方程1. 电磁转矩T6—转矩常数2. 电枢电动势EC e ——电动式常数3. 电枢回路电压平衡方程式电枢回路等效电路如图所示，可得:（a ）笼型转子U =E +R 丄例 一台直流电动机在正常运行时外加直流电源电压220V,电枢电流为10A 电枢电阻 为0.5Q,求反电动势。
E = U -R I =(220-0.5xl0)V = 215V三、直流电动机的机械特性（一）他励（并励）式电动机的机械特性硕机械特性：机械特性曲线的工作段接近于水平。
电机与电力拖动(第三版)习题参考答案~1
《电机与电力拖动》（第三版）习题及答案第1章思考题和习题一、填空题1．直流电动机主磁极的作用是产生，它由和两大部分组成。
气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组2．直流电动机的电刷装置主要由、、、和等部件组成。
电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫3．电枢绕组的作用是产生或流过而产生电磁转矩实现机电能量转换。
感应电动势、电枢电流4．电动机按励磁方式分类，有、、和等。
他励、并励、串励、复励5．在直流电动机中产生的电枢电动势Ea方向与外加电源电压及电流方向，称为，用来与外加电压相平衡。
相反、反电势6．直流电动机吸取电能在电动机内部产生的电磁转矩，一小部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效转矩，它们之间的平衡关系可用____________表示。
输出、电磁转矩=损耗转矩+输出转矩二、判断题(在括号内打“√”或打“×”)1．直流发电机和直流电动机作用不同，所以其基本结构也不同。
（×）2．直流电动机励磁绕组和电枢绕组中流过的都是直流电流。
（×）3．串励直流电动机和并励直流电动机都具有很大的启动转矩，所以它们具有相似的机械特性曲线。
（×）4．电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。
（√）5．直流电机的电枢电动势的大小与电机结构、磁场强弱、转速有关。
（×）6．直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。
（√）三、选择题(将正确答案的序号填入括号内)1．直流电动机在旋转一周的过程中，某一个绕组元件(线圈)中通过的电流是( B )。
A．直流电流B．交流电流C．互相抵消，正好为零2．在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组( B )。
A．应与主极绕组串联B．应与电枢绕组串联C．应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联3．直流电动机的额定功率P N是指电动机在额定工况下长期运行所允许的( A )。
A．从转轴上输出的机械功率B．输入电功率C．电磁功率4．直流电动机铭牌上的额定电流是。
(完整word版)直流电机中的励磁绕组跟电枢绕组的作用分别是什么
direct current motor，DC motor中文名称：直流电动机英文名称:direct current motor，DC motor定义:将直流电能转换为机械能的转动装置。
电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。
直流电机中的励磁绕组跟电枢绕组的作用分别是什么？电动机的作用是将电能转换为机械能。
电动机分为交流电动机和直流电动机两大类.（一）交流电动机及其控制交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。
异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。
三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。
1. 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的构造也分为两部分:定子与转子.(1)定子:定子是电动机固定部分，作用是用来产生旋转磁场。
它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。
（2）转子：转子是重点掌握的部分，转子有两种，鼠笼式与绕线式。
掌握他们各自的特点与区别。
鼠笼式用于中小功率（100k以下)的电动机,他的结构简单，工作可靠,使用维护方便。
绕线式可以改善启动性能和调节转速，定子与转子之间的气隙大小，会影响电动机的性能，一般气隙厚度为0.2—1。
5mm之间。
掌握定子绕组的接线方法。
2. 三相异步电动机的工作原理掌握公式n1=60f/P、S=(n1—n）/n1、n=（1-S)60f/P，同时明白它们的意义（很重要），要能够灵活运用这些公式,进行计算.同时记住：通常电动机在额定负载下的转差率SN约为0。
01—0.06。
书上的例题要重点掌握。
3. 三相异步电动机铭牌上的数据（1)型号：掌握书上的例子.（2）额定值：一般了解，掌握额定频率和额定转速,我国的频率为50赫兹。
(3）连接方法：有Y型和角型。
（4)绝缘等级和温升：掌握允许温升的定义。
（5)工作方式:一般了解。
4。
三相异步电动机的机械特性掌握额定转矩、最大转矩与启动转矩的关系。
无限航区轮机轮机管理专业船舶电气第四十八期考题
48期船舶电气考试题各章比例：3、5、4、12、19、14、26、5、3、8、11.关于电位与参考电位的概念，下列说法错误的是（）。
A、电路中某点的电位等于该点与参考点之间的电位差。
B、由于电位和电压的单位一致。
C、在一个电路中，可任选取一点，令其电位为零。
D、在同一个电路或电气系统中，可视分析的方便，选电路中不直接导线相连的两点作为参考电位点。
2.当电压、电流的参考方向选得相反时，电阻上的电压和电流关系可用下式表示＿。
A、I=U/RB、I=RUC、R=－IUD、I=－U/R3.如图所示的电路，a、b端的等效电阻为（）。
A、8ΩB、7ΩC、5ΩD、3.5Ω4.关于磁场和磁力线的描述，下面说法错误的是（）。
A、磁铁的周围存在磁场B、磁力线总是从磁铁的北极出发，经外部空间回到南极；而在磁铁的内部，则由南极到北极C、在距磁铁很远处，其磁力线可能会交叉D、环型磁铁的周围空间不会有其产生的磁场5．左手定则中，四个手指所指的方向是（）。
A、运动方向B、磁力线方向C、受力方向D、感生电流方向6．如图所示，利用伏安法测量线圈的内阻。
完毕后，若直接将电源开关打开，则（）。
A、由于自感，产生过电流可能损伤安培计B、由于自感，产生过电压可能损伤伏特计+ AC、属于正常操作，无不良后果SD、由于自感，产生过电流可能损伤伏特计U V7．各种电机，电器设备要求其线圈电流小而产生的磁通打，通常在线圈中要放有铁芯，这是基于铁磁材料的（）。
A、磁饱和性B、良导电性C、高导磁率D、磁滞性8．对于交流接触器，若电压恒定，则当动铁芯与静铁芯之间的气隙减少时，铁芯线圈的电流（）。
A、减少B、增大C、不变D、不定9．已知正弦交流电的周期为0.02秒，则频率为（）赫兹，角频率为（）弧度/秒。
A、50/100πB、100/100πC、10/314D、50/10π10．在纯电感正弦交流电路中，特点是( )。
A、功率因数为零B、电感是耗能元件C、若端电压u和总电流i参考方向一致，则u、i同样D、若端电压u和总电流i参考方向一致，则u超前i的角度可能为60°11．把电阻R=8Ω，感抗Xl=6Ω串联后，接于220V正弦交流电源上，这时电路的电流为( )，功率因数为( )。
李全 电机拖动部分答案
一、填空题01．直流电机的励磁方式有他励、串励、并励、复励。
02．如欲改变并励直流发电机电枢两端的电压极性，应采用的方法是改接励磁绕组。
03．直流电机的U＞E a时运行于________电动机_______状态。
04．一台它励直流发电机的空载电势为230V，如果其将转速增加15%，电势的大小将为__230（1+15%）_____V。
05．直流电机运行时电磁转矩的大小与__每极气隙磁动势____和___电枢电流___成正比。
06．制动状态的特征是____转矩与转速方向相反__________________，制动的作用是____________使电力拖动系统停车或者为了使拖动系统转速降低_________。
07．他励直流电动机的励磁和负载转矩均不变时，如降低电枢电压，则电枢电流将___不变___，电磁转矩将__不变___，转速将___下降___。
08．当他励直流电动机带负载运行时，如若增大负载转矩，则电动机的转速将_减小____。
09．他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载以额定转速向上运行，若要使其下放负载，即转速变为负，应采用的方法是在电枢回路串联电阻。
10．一台三相变压器的额定电压U1N/U2N=220K/10KV，Y/Δ—1111．一台频率为50Hz的变压器接在60Hz的电源上运行进，其它不变，则主磁通变小、空载电流变小。
12．在三相交流异步电动机中，使定子绕组通电后产生旋转磁动势的条件是__三相对称绕组______ _ 和三相对称电源。
13．采用Y/Δ变换起动方法，可使三相交流异步电动机的定子绕组电压降低。
14．交流异步电动机能耗耗制动就是断开交流电并在定子绕组的两相或三相加直流电流。
15．某三相交流异步电动机同步旋转磁场的极对数为2，则其同步转速为1500r/min 。
16．三相交流异步电动机的转差率在电动运行状态下小于1。
17．某极对数为p三相交流感应电动机正常运行，其定子电压频率为f1，转差率为s，则转子电动势的频率是5f1，转子电流所产生的旋转磁场转速为60s f1/P 。
他、并、串 、复励电动机机械特性总结
他、并、串、复励电动机机械特性5-4-1 、他（并）励电动机与串励电动机各适用与拖动什么样的生产机械？【答】：他（并）励电动机具有硬的机械特性，适合于拖动有转速恒定要求的生产机械；而串励电动机具有软的机械特性，电机的过载能力强。
因此，适合于拖动牵引和起重机械。
5-4-2 、同容量不同励磁方式的各直流电动机，其转矩特性和机械特性相比较有什么特点？【答】：①、他（并）励电动机的转矩特性是一条过原点的直线，机械特性是一条过理想空载转速点的下降的直线。
他（并）励电动机产生的电磁转矩只与电枢电流成正比。
②、串励电动机的转矩特性是一条上升的抛物线，机械特性是一条下降的近似双曲函数的曲线。
额定负载电流以下时，产生的电磁转矩比并励的小；额定电流以上时，产生的电磁转矩比并励的大。
③、复励电动机的转矩特性和机械特性介于串励和他（并）励机之间。
5-4-3 、为什么直流电动机不允许直接起动？使用起动电阻起动时应如何操作？【答】：直流电动机电枢绕组的电阻一般较小，起动时转速为零，若直接起动电源电压全部加在电枢绕组上，将会产生很大的电流，烧毁电枢绕组，因此直流电动机不允许直接起动。
使用起动电阻起动时：首先接通额定励磁励磁电源，串入起动电阻。
然后接通电枢回路的电源，直流电动机电枢串电阻起动。
随着电动机转子转速的增加，电枢电流相应减小，为了保持足够的起动转矩，应相应减小起动电阻的阻值。
就这样，在起动过程中，随着电动机转速的增加，相应减小起动电阻，直至起动电阻全部切除，起动完毕。
5-4-4 、如果直流电动机并励电路发生断路故障，将产生什么后果？为什么？【答】：如果并励电路发生断路故障，若空载直流电动机将会出现“飞车”；若负载转矩较大，则会出现因电枢电流过大而烧毁的后果。
这是因为并励电路断路，主磁通为很小的剩磁磁通。
感应电势很小，电枢电流很大；若电机所带负载很小，很大的电枢电流在很小的剩磁的作用下，将产生一定的电磁转矩，使电动机加速，只有电动机转速达到很高的危险转速（飞车）时，才可能感应出一定的电势去平衡电源电压，使电枢电流有所减小。
直流电机的工作原理及特性
电刷盒
转子结构图
电枢绕组
电枢铁心
换向器 转轴
（二） 转子(电枢)部分
1、电枢铁心 作为主磁通磁路的主要部分 嵌放电枢绕组 2、电枢绕组 能量转换的关键部件，
产生电磁转矩和感应电动势以实现能量转换 3、换向器 ：与电刷配合使用 直流电动机中：将外加直流电源转换为电枢线圈中的
交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变； 直流发电机中：将电枢线圈中感应产生的交变电动势
KeN U N I N Ra / nN
3.16
（3）求理想空载转速 n0 U N /KeN
（4）求额定转矩
TN
PN
9.55 PN nN
3.17
TN KtN I N 9.55KeN I N
2、人为机械特性
n
U
Ke
Ra
KeKt 2
T
n0
n
人为机械特性就是指供电电压U或磁通Φ不 是额定值、电枢电路内接有外加电阻Rad时 的机械特性，亦称人为特性。
机械特性是分析研究电机启动、调速和制动的 重要依据。
机械特性分固有机械特性和人为机械特性。
一、他励电动机的机械特性
机械特性方程的推导
U E Ia Ra
3.11
E Ken
n
U
K e
Ra
K e
Ia
3.12
T KtIa Ia T /Kt
n
U
K e
Ra
KeKt 2
T
n0
KT
n0 n
n0---理想空载转速（T=0）
具有一段启动电阻的他励电动机 Ist U N /Ra Rst 1.5～2I N
具有三段启动电阻的他励电动机
原则 1. T1(I1)≤2TN 2. T2(I2)基本相
《直流电动机》 导学案
《直流电动机》导学案一、学习目标1、理解直流电动机的工作原理。
2、掌握直流电动机的结构组成及其作用。
3、了解直流电动机的励磁方式。
4、学会分析直流电动机的机械特性。
二、学习重点1、直流电动机的工作原理。
2、直流电动机的机械特性。
三、学习难点1、直流电动机的换向过程。
2、分析和理解直流电动机的机械特性曲线。
四、知识回顾在学习直流电动机之前，我们先来回顾一下电磁学的一些基本概念和定律。
1、安培定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向。
2、左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
五、新课导入在日常生活中，我们经常会用到各种电动设备，比如电动玩具车、电动剃须刀、电风扇等等。
这些设备的核心部件就是电动机。
而直流电动机是电动机中最常见的一种类型。
那么，直流电动机是如何工作的呢？它又由哪些部分组成呢？接下来，就让我们一起来探究直流电动机的奥秘。
六、直流电动机的工作原理直流电动机是根据通电导体在磁场中受力的作用而工作的。
当直流电源通过电刷和换向器向电枢绕组供电时，电枢绕组中的电流在磁场中受到安培力的作用，从而产生电磁转矩，使电枢转动。
为了更好地理解直流电动机的工作原理，我们可以通过一个简单的实验来观察。
实验器材：电池盒、电池、开关、导线、蹄形磁铁、电枢（可以用漆包线绕制）。
实验步骤：1、将电池、开关、导线连接成一个简单的电路。
2、将电枢放入蹄形磁铁的磁场中，并使电枢绕组与电路连接。
3、闭合开关，观察电枢的转动情况。
通过实验，我们可以看到电枢在磁场中开始转动。
这就是直流电动机的基本工作原理。
七、直流电动机的结构组成直流电动机主要由定子、电枢（转子）、电刷和换向器等部分组成。
1、定子定子主要由主磁极、机座和电刷装置等组成。
主磁极：由铁芯和励磁绕组组成，其作用是产生主磁场。
电工学(七版_秦曾煌)_第8章_直流电动机
电 压 降 低
0
Tc
特性曲线
T
(1)工作时电压不允许超过UN ，而n U, 所以调速只能向下调 。 (2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性好。
(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。
(4)调速幅度较大。 调速过程:
保持If 为额定,减小电枢电压。 U Ia
动、反转和调速的基本原理和基本方法。
8.1 直流电机的构造
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不 便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速 要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采 用直流电动机驱动。 直流电机的优点：
(1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。 应用: (1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机 以及起重设备等调速范围大的大型设备。 (2) 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等
（4）反电动势 E U Ra Ia 110 0.04 234 100.6 V
8.4 并励电动机的起动与反转
8.4.1 起动 直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。
UN E 1. 起动问题 Ia N Ra (1) 起动电流大 起动时,n =0 E K E nΦ 0
PfCu Rf I 2f 27.5 42 440 W
总损失功率
P P1 P2 26190 22000 4190W
空载损耗功率
P0 P PaCu 4190 2190 2000W
（3）额定转矩
T 9550 P2 22 9550 210 N . m n 1000
直流电动机的分类及其特性
直流电动机的分类及其特性在直流电动机中，除了必需给电枢绕组外接直流电源外，还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场。
电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独供电，也可以由一个公共电源供电。
按励磁方式的不同，直流电动机可以分为他励、并励、串励和复励等形式。
由于励磁方式不同，它们的特性也不同。
1、他励电动机他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电，如图6所示。
他励电动机由于采纳单独的励磁电源，设备较简单。
但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。
图1 他励电动机2、并励电动机并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电源供电，如图2所示，这时电源供应的电流I等于电枢电流Ia和励磁电流If之和，即I=Ia+If。
图2 并励电动机并励电动机励磁绕组的特点是导线细、匝数多、电阻大、电流小。
这是由于励磁绕组的电压就是电枢绕组的端电压，这个电压通常较高。
励磁绕电阻大，可使If减小，从而减小损耗。
由于If较小，为了产生足够的主磁通Φ，就应增加绕组的匝数。
由于If较小，可近似为I=Ia。
并励直流电动机的机械特性较好，在负载变时，转速变化很小，并且转速调整便利，调整范围大，启动转矩较大。
因此应用广泛。
3、串励电动机串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电源，如图3所示。
串励电动机励磁绕组的特点是其励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电流一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它的电阻也较小。
图3 串励电动机串励电动机多于负载在较大范围内变化的和要求有较大起动转矩的设备中。
4、复励电动机这种直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并联，如图4所示，所以复励电动机的特性兼有串励电动机和并励电动机的特点，所以也被广泛应用。
图4 复励电动机在以上四种类型的直流电动机中，以并励直流电动机和他励直流电动机应用最为广泛。
第1章直流电机思考题
第一章 直流电机1-1 在直流电机中，换向器和电刷的作用是什么？答：在直流电机中，电枢电路是旋转的，依靠换向器和电刷的作用，使构成每条支路的元件不停地轮流变换，而每条支路的元件数、位置和感应电动势的方向不变，支路电流产生的磁动势的空间位置也始终不变。
因此，直流发电机的换向器和电刷起了整流器的作用，将电枢绕组产生的交流感应电动势和电流变换成直流引到外电路；直流电动机的换向器和电刷起了逆变器的作用，将外部直流电流变换成交流电流引入电枢绕组。
1-2 分析哪些因素影响直流电机的感应电动势；若一台直流发电机额定运行时的电动势为N E ，那么当励磁电流、磁通分别减少10％或者转速提高10％时的电动势为多少？答：根据直流电机感应电动势的公式n C E E Φ=可知，电动势正比于磁通与转速的乘积，当磁通为常数时，电动势正比于转速，当转速为常数时，电动势正比于磁通。
当励磁电流减少10％时，磁通将相应减少，此时的感应电动势将减小，但由于磁路饱和的影响，磁通减少不到10％，故N N E E E <<9.0。
当磁通减少10％时，感应电动势也将减小10％，即N E E 9.0=。
当转速提高10％时，感应电动势也将提高10％，即N E E 1.1=。
1-3 把他励直流发电机转速升高20％，此时空载端电压升高多少？如果是并励直流发电机，电压变化前者大还是后者大？答：根据n C E U E Φ==0可知，当他励直流发电机的转速升高20％时，0U 也将升高20％。
如果是并励直流发电机，0U 的升高将大于20％。
因为并励直流发电机端电压的升高，使励磁电流增大，磁场增强，由此引起端电压进一步升高。
1-4 简述并励直流发电机自励的条件；若正转时能自励，试问反转能否自励？若在额定转速时能自励，试问降低转速后能否自励？答：并励直流发电机自励有如下3个条件：①要有剩磁；②由剩磁感应产生的励磁电流所产生的磁通方向与剩磁方向一致；③励磁回路的总电阻要小于临界电阻值。
《电机学ii》概念、常识
《电机学II》的概念、常识1. 直流电机电枢绕组中流动的是交流电流。
但其励磁绕组中流的是直流电流。
2. 直流电机的励磁方式有：他励、自励；并励、串励、复励；积复励（平复励、过复励、欠复励）、差复励；长复励、短复励等。
3. 直流电机的反电势表达式为E =C E Φ n，其中：C E=pZ a/(60a=)，为电动势常数；Z a为总导体数。
4. 直流电机的电磁转矩表达式为T em =C T ΦΙ，其中C T=pZ a/(2πa=)，为转矩常数。
5. 电动势常数C E和转矩常数C T之间相差一个常系数；当电动势公式中的转速以机械弧度/s为单位时，两个常数变成相同的。
6. 直流电机的并联支路数总是成对的，即有偶数个支路。
7. 在直流电机中，单叠绕组的元件以一个叠在另外一个之上的方式，串联起来，构成一个无头无尾的闭合回路。
8. 在直流电机中，单波绕组的元件以波浪一样的方式，一个个串联起来，构成一个无头无尾的闭合回路。
9. 在直流电机中，无论是单波绕组、还是单叠绕组，元件都是通过换向器的换向片串联在一起、构成单一闭合回路的。
10. 串励直流电动机的机械特性很软。
他励、并励直流电动机的机械特性比较硬。
11. 在直流电机中，铁耗主要存在于转子铁心(电枢铁心)中，因为定子铁心磁场基本不变。
12. 在直流电机中，第一节距y1等于元件第1边与第2边之间相差的槽数；第二节距等于相串联的两个元件中，第二个元件的上元件边与第一个元件的下元件边之间相差的槽数；合成节距y等于相串联的两元件的上元件边之间相差的槽数；换向器节距等于合成节距。
13. 在直流电机中，虚槽数等于元件数，等于换向片数。
14. 直流电机的物理中性线是指电枢表面磁场为零的位置；几何中性线是指电枢表面两个主极之间的对称位置。
15. 在直流电机中，当电刷位于几何中性线上时，电枢反应是交磁性质的。
16. 在直流电机中，当不考虑饱和时，交轴电枢反应使主磁极一侧的磁场增强，另一侧的磁场减弱，磁场为零的位置发生偏移（发电机顺着转向移，电动机逆这转向移），但每极磁通不变。
《电机学教学大纲》
《电机学》教学大纲（学分4 学时64）一、课程说明本课程是电气工程及其自动化专业一门重要的专业基础课，本课程是“电路分析”等基础课的后续课程，同时又为后续专业课的学习准备必要的基础知识。
本课程的理论性与实践性都很强，通过本课程学习，使学生掌握各种电机的基本结构、工作原理、分析方法及其主要特性；掌握电力拖动系统中电动机的起动、调速和制动方法及有关计算方法；合理地选择和使用电动机，为从事专业技术工作打下坚实的基础。
二、课程与培养方案中“毕业能力”的对应关系1. 能力4：具有运用与本专业相关的（包括电机学、电器学、电力系统分析、高电压技术、电力电子技术等）专门知识理论与实践知识解决问题的能力，了解本学科前沿和发展趋势；2. 能力7：具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决电气工程实际问题的基本能力；3. 能力11：具有不断学习和适应电气工程发展的能力，对终身学习具有正确认识。
三、课程目标1. 学习电机学基础知识和基本理论知识，掌握常用电机的结构、工作原理分析方法和主要特性等基本知识；2. 学习电力拖动系统中电动机的起动、调速和制动方法及有关计算方法，具有合理地选择和使用电动机的能力；3. 了解电机发展历史，培养学生追求创新的态度和意识；4. 培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握电机的实验方法，获得实验技能的基本训练；5. 了解电机领域的前沿和发展动向。
四、教学内容、基本要求与学时分配五、其它教学环节本课程配有相应的实验课（单独设课）。
六、授课说明1. 开课学期：秋季。
2. 授课单位：电气工程学院。
3. 适用专业：电气工程及其自动化。
4. 先修课程：《电路理论》、《电磁场原理》、《大学物理》等。
七、教材和参考书1. 使用教材:孙建忠刘凤春主编. 电机与拖动(第2版). 机械工业出版社,20132. 主要参考书（1）刘凤春，孙建忠，牟宪民编著.电机与拖动MATLAB与仿真学习指导. 机械工业出版社,2009（2）Theodore Wildi. Electrical Machines, Drives, and Power System.(英文影印版). 科学出版社,2002《电机学实验》教学大纲（学分1.0 学时24）一、课程说明本课程是配合《电机学》课程而开设的，通过实验教学，加深电气工程学生对电机学基础知识和基本理论的进一步理解和巩固，是电气工程的专业课。
电机与拖动基础及MATALB仿真(陈亚爱 周京华编著)习题答案第4章
直流电机原理4.1试说出直流电机定、转子由哪些部件组成以及各部件的作用？（1）定子：定子由主磁极、换向极、电刷装置、机座等组成。
主磁极：主磁极铁心和励磁绕组组成，外套励磁绕组。
主磁极的作用是建立主磁场。
换向极：由铁心和绕组组成，作用是改善电机的换向。
电刷装置：电刷、刷握、刷杆、压紧弹簧等组成，作用是连接转动和静止之间的电路。
机座：固定主磁极等部件，同时也是磁路的一部分。
（2）转子（电枢）：转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴等组成。
电枢铁心：由硅钢片叠压而成，作用是嵌放电枢绕组，同时又是电机主磁路的一部分。
电枢绕组：由绝缘导线绕制成的线圈（元件），元件的两个出线端分别与两个换向片相连。
电枢绕组的作用是产生感应电动势和电磁转矩，是实现机电能量转换的枢纽。
换向器：由许多相互绝缘的换向片组成。
作用是将电枢绕组中的交流电整流成刷间的直流电或将刷间的直流电逆变成电枢绕组中的交流电。
（3）气隙：定子和转子之间的间隙，也是主磁路的一部分。
4.2直流电机换向器和电刷起什么作用？答：对直流电动机来说，换向器和电刷的共同作用：①将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电；②把外面不转的电路与转动的电路连接起来。
对直流发电机来说，换向器和电刷的共同作用：①将线圈中的交流电动势整流成刷间的直流电动势；②把转动的电路与外面不转的电路联接。
4.3在直流发电机中电刷两端的电动势为直流，电枢绕组中的电动势为交流还是直流？为什么？答：电枢绕组中的电势为交流电。
电刷通过换向片与导体连接，一对电刷中的一个电刷总是与N极下的导体连接，另一个电刷总是与S极下的导体连接。
根据电磁感应定律，当电机的转轴朝某一方向旋转时，在N极的导体产生电势与S极下导体产生的电势方向总是相反，也就是绕组中的电势为交流电，但由于静止的电刷通过运动的换相片与导体相连，这样虽然导体中的电势是交流的，但从电刷两端引出的电势为直流的。
4.4在直流电动机中外加的刷间电压已是直流，为什么还需加装电刷和换向片？答：需要将外部答直流电转换成绕组内部需要的交流电，以产生电磁转矩和感生电动势。
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械特性_及其工作特性与应用领域1
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域一、他励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域图中：n0为理想空载转速 n’0是实际空载转速。
他励电机的机械特性曲 线斜率小，机械硬度高。
他励直流电动机工作特性 1. 转速特性2. 转矩特性TT C C '=Φ3. 效率特性a ae e R U n I C C =+ΦΦe T a Ta T C I C I '==Φ2Fe mecCufaaa c21a f 2Δ100%1()pp p I R I U P P U I I ⎡⎤++++η=⨯=-⎢⎥+⎣⎦应用领域他励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。
如大型车床、龙门刨床。
二、串励直流电动机的机械特性，串励电动机的机械特性为双曲线，转速随转矩的增加而下降速率很快，称为软特性Rj=0为自然机械特性Rj不等于零为人工机械特性工作特性电动势平衡方程式电动势公式 转矩平衡方程式 转矩公式（其中，R fc 为串励绕组电阻）应用领域串励电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。
a e a a E C n C I n'==Φe 20T T T =+2e T a T aT C I C I '==Φae f C C K '=TT f C C K '=2e 200602πP T T T T n=+=+⋅三、并励直流电动机的机械特性n0为理想空载转速,与端电压有关，直线斜率k<0,表明n是T的减函数，其下降速率与调节电阻Rj大小有关。
Rj=0为自然机械特性Rj不等于零为人工机械特性Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。
即硬度高。
工作特性1. 转速特性当U=U N , I f =I f N 时，n=f (I a )的关系曲线如图2. 转矩特性当U=U N ,I f =I fN 时，T e =f (I a )的关系曲线如图e T a Ta T C I C I '==ΦTT C C '=Φ3. 效率特性当U=U N ,I f =I fN 时，η=f (I a )的关系曲线如图2Fe mec Cuf a a a c 21a f 2Δ100%1()p p p I R I U P P U I I ⎡⎤++++η=⨯=-⎢⎥+⎣⎦应用领域并励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。
机电传动控制 第3章 直流电机
机电传动控制第3章直流电机的工作原理及特性各种各样的电机常用的电机主要分为两大类：驱动电机：是设备的主要动力源，包括各类交流、直流电动机及步进电动机。
交流异步电动机较之其他类型的电动机结构简单，价格便宜，运行可靠，维护方便，应用广泛。
控制电机：常见的有步进电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机、测速发电机等，这类电机的主要任务时转换和传递控制信号，能量传递时次要的。
常用电机分类：第3章直流电机的工作原理及特性电机分为直流电机和交流电机。
直流电机——工作电压或输出电压为直流电压。
交流电机——工作电压为交流电压。
直流电机：直流电动机——将电能转换成机械能。
直流发电机——将机械能转换成电能。
直流电机与交流电机的比较交流电机较直流电机的结构简单，制造容易，维护方便，运行可靠；直流电机有交流电机不可比拟的启动和调速性能；直流电机更适合于调速要求高、正反转、启动和制动频繁的场合；直流电机即可做电动机用，又可作发电机用。
3.1 直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构包括定子、转子和换向器实际直流电机构造定子实际直流电机构造转子换向片剖视图3.1 直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构3.1 直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构3.1 直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构定子部分：主要由主磁极、换向极（铁芯）和绕在上面的励磁绕组等组成。
作用：产生主磁场和支撑电机转子部分：主要由电枢铁芯、电枢绕组、换向器等组成。
作用：产生感应电动势和机械转矩，实现能量转换。
主磁极：产生气隙磁场，以便电枢绕组在此磁场中转动而感应电势。
产生磁场有两种方法，一是采用永久磁铁作主磁极——永磁直流电机(绝大部分的微小型直流电机)；二是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场(中大型直流电机) 。
电枢铁芯：主磁通磁路的一部分，嵌置电枢绕组。
一般用0.5或0.35毫米厚的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，以防涡流。
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他励、串励、并励、复励直流电动机的机械
特性，及其工作特性与应用领域
一、他励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域
图中：n0为理想空载转速 n’0是实际空载转速。
他励电机的机械特性曲 线斜率小，机械硬度高。
他励直流电动机工作特性 1. 转速特性
2. 转矩特性
T
T C C '=Φ
3. 效率特性
a a
e e R U n I C C =
+
Φ
Φ
e T a T
a T C I C I '==Φ2Fe mec
Cuf
a
a
a c
21a f 2Δ100%1()
p
p p I R I U P P U I I ⎡⎤++++η=
⨯=-
⎢⎥
+⎣
⎦
应用领域
他励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。
如大型车床、龙门刨床。
二、串励直流电动机的机械特性，
串励电动机的机械特性为双曲线，
转速随转矩的增加而下降速率很快，称为软特性
Rj=0为自然机械特性
Rj不等于零为人工机械特性
工作特性
电动势平衡方程式
电动势公式 转矩平衡方程式 转矩公式
（其中，R fc 为串励绕组电阻）
应用领域
串励电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。
a e a a E C n C I n
'==Φe 20
T T T =+2e T a T a
T C I C I '==Φa
e f C C K '=T
T f C C K '=2e 200
602πP T T T T n
=+=+⋅
三、并励直流电动机的机械特性
n0为理想空载转速,与端电压有关，
直线斜率k<0,表明n是T的减函数，
其下降速率与调节电阻Rj大小有关。
Rj=0为自然机械特性
Rj不等于零为人工机械特性
Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。
即硬度高。
工作特性
1. 转速特性
当U=U N , I f =I f N 时，n=f (I a )的关系曲线如图
2. 转矩特性
当U=U N ,I f =I fN 时，T e =f (I a )的关系曲线如图
e T a T
a T C I C I '==Φ
T
T C C '=Φ
3. 效率特性
当U=U N ,I f =I fN 时，η=f (I a )的关系曲线如图
2Fe mec Cuf a a a c 2
1a f 2Δ100%1()p p p I R I U P P U I I ⎡⎤++++η=⨯=-⎢⎥
+⎣⎦
应用领域
并励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。
如大型车床、龙门刨床。
a a
e e R U n I C C =
+
Φ
Φ
四、复励直流电动机的机械特性
复励直流电机的机械特性介于并励直流电机和串励直流电机的机械特性之间。
复励直流电动机的工作特性
复励电动机的工作特性介于并励与串励电动机的工作特性之间。
如果并励磁动势其主要作用，他的工作特性就接近并励电动机，
如果串励磁动势起主要作用，他的工作特性就接近串励电动机
应用领域
复励电动机既具有串励电动机的特点，适用于负载转矩变化大需要比较软的机械特性的生产设备中，又可象并励电动机那样在空载或轻载的情况下运行。
常用于轮船、无轨电车、起重采矿设备中。