电机学第3章直流电机

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电机学(刘颖慧)课件第3章直流电动机的电力拖动基础[48页]

电机学 Electric machinery
3.1 电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
❖ 1.运动方程式
+
U
-
J
d
dt
Tem
TL
❖ 转动惯量：
J GD2 mD2 4g 4
M
Tem n
TL
图3.1.1 电动机与工作机构
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
❖ 2.负载的转矩特性 ❖ a.恒转矩负载
n n
o
TL
o
TL
3.1.2 反抗性恒转矩负载特性
图3. 1. 3 位能性恒转矩负载特性
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
0
T
图3. 2. 4
电动机不同电压机械特性
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
❖ 减弱励磁磁通时的人为特性：
❖ 当 U UN R Ra 只减弱励磁磁通
n
UN Ce
Ra Ce
Ia
n
n02 2 n01 1 2 1 N
第3章直流电动机的电力拖动基础
电机学 Electric machinery
❖ 电力拖动的定义：用各种电动机作为原动机拖动生产机械，产生运动，电力拖动也称为电力传动。直流电力拖动是由直流电动机来实现的。
电源
控制设备
电动机
工作机构
Department of Electrical Engineering, HUT

电机学第五版课件汤蕴璆编著第3章7直流电动机的起动、调速和制动

调速的方法
U I a Ra n Ce
磁场控制
9 调励磁电流调速
电机学
调速 Speed Governing

调速：调节转速、转速控制电动机调速的基本要求
– – – –
n nN n1 t1 O t
调速范围：D=nmax/nmin 平滑性经济性
调速设备简单、可靠、操作方便
10
电机学
If
18
电机学
直流电动机的反接制动

方法

励磁回路不变，将加在电枢回路的电压反接。
-U=Ea+Ia(Ra+RL) Ia=-(U+Ea)/(Ra+RL) 将产生很大的制动性质的电磁转矩。

原理

19
电机学
直流电动机的反接制动
+ U 电动
Q 制动 B n0
n A
Ra
Ia
RL I’a + Ea –

n Ia1
If3
ia
n0
O
If1>If2>If3
If2
If1 TeN Te
IaN n1 nN
O
Te=CTΦIa
n
13
t
电机学
串励电动机的调速
n n
TL
Rs1<Rs2<Rs3 Rs1 Rs3 O Rs2 Te O
TL U1>U2>U3 U1 U3 U2 Te
调速方式改变Rs 改变U
14
主要优点简单转速可调低、可调高
他励和并励电动机的调速 ▲电枢回路串电阻调速
n
n0 RΩ=0
IaN nN n1

第3章直流电机《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)

第三章直流电机习题解答3-1 直流电机铭牌上的额定功率是指输出功率还是输入功率？对发电机和电动机有什么不同？答：输出功率；对于电动机指轴上的输出机械功率，对于发电机指线段输出的电功率。

3-2. 一台p 对极的直流电机，采用单叠绕组，其电枢电阻为R ，若用同等数目的同样元件接成单波绕组时，电枢电阻应为多少？答：P 2R .解析：设单叠绕组时支路电阻为R 1 ，考虑到并联支路数2a =2p ，故有：12R R P=,则12R PR = ，单波绕组时，并联支路数2a=2,每条支路有p 个R 1 ,则每条支路电阻为22p R ，并联电阻为2p R 。

3-3.直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分？答：(N 极)，气隙，电枢齿，电枢磁轭，下一电枢齿，气隙，（S 极），定子磁轭，（N 极）；主要消耗在气隙。

3-4. 在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，电枢反应的性质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质怎样？答：当电刷偏离几何中性线时，除产生交轴电枢磁动势外，还会产生直轴磁动势。

对于发电机，当电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有去磁作用。

当电刷逆电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有助磁作用。

如果是电动机，两种情况下的影响与发电机恰好相反。

3-5. 直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流？为什么在稳态电压方程中不考虑元件本身的电感电动势？答：交流；因为在元件短距时，元件的两个边的电动势在一段时间内方向相反，使得元件的平均电动势稍有降低。

但直流电机中不允许元件短距太大，所以这个影响极小，故一般不考虑。

第三章直流电机(2-5)

3）绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间的电气隔离，要求耐热好，介电性能高。 4）结构材料：使电机各个零件构成一个整体，要求材料的机械强度好，加工方便，重量轻。四、电机的发热：任何机械装置工作了一段时间后，都会出现发热的现象，我们已经学过了电工，那么，很显然，这是损耗的出现所导致的结果。 1、温升：电机的温度在工作了一段时间后不在上升而达到某一稳定数值，此值和周围冷却介质温度之差，我们称之为温升。电机的温升不仅取决与损耗的大小和散热情况，还与电机的工作方式有关：
铁心是导电的，交变的磁通也能在铁心中感性电动势，并引起环流，这些环流在铁心内部围绕磁通做涡流状流动，称为涡流。涡流在铁心中引起的损耗称为涡流损耗
磁滞损耗和涡流损耗，总称铁心损耗
PFe CFe B f G
2 m 1.3
硅钢片中的涡流
B

八、能量守恒定律：物理中的能量守恒定律在这里同样使用，稳态运行时，
电刷A与B间的电动势波形
思考：如果没有换向器，电刷A、B间的电动势波形是什么样的？
2、直流电动机的工作原理
在电动机中换向器和电刷的作用
换向器和电刷的共同作用是： 1、保证了每个磁极下线圈边中的电流始终是一个方向，使电动机能连续的旋转。 2、将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电； 3、把外面不转的电路与转动的电路连接。思考：若无换向器，会出现什么结果？
电刷
b
N
a c
S + U –
I F IE Fd Tn NhomakorabeaE
换向片
当直流电机运行于发电状态时，感应电动势的方向与电枢电流的实际方向相同。电枢绕组通过电刷输出电能。
2. 电磁转矩直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为 T=CT Ia

电机学第3章第1学期直流电机PPT课件

结构较复杂
直流电机
成本较高可靠性稍差
使它的应用受到限制
5
3.1 直流电机的工作原理及结构
1. 直流电动机的工作原理
电刷
＋ U －
N
S 换向片
N
＋
U
－
S
线圈边切割磁感线会产生什么？
6
直流电机模型
磁极
产生旋转
支柱
半环形金属环
7
直流电机模型
转轴
换向片
电刷
8
直流电机模型
转向电流方向换向片
线圈磁极
③ 换向器 ④ 转轴与风扇
(a) 转子主体直流电机的转子
19
(b) 电枢铁心冲片
20
21
电枢铁心
作用：1、主磁路的一部分； 2、电枢绕组的支撑部件。
构成：一般用厚0.5㎜且冲有齿、槽的DR530 或DR510的硅钢片叠压夹紧而成。
电枢绕组
作用：直流电机的电路部分。
构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用
电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征的。
（1）第一节距y1
一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的虚槽数，称为第一节距，用y1表示。
常采用短距绕组，可节省用铜。
y1
y1
Zi 2p
=整数
y1
整距绕组短距绕组长距绕组
+ Ia
If +
+ I Ia If
他 Ua
M
Uf
U
M
并
励－
－
－
励
+I
串U
励－
Ia
M

电机学第三章直流电机

t 2 电枢绕组的元件和节距 secre 3 单叠绕组举例
3.2 直流电枢绕组
电枢绕组是直流电机的主要电路，是直流电机实现机电能量转换的重要部件。
直流电机电枢绕组的基本形式有单叠绕组和单波绕组。
t 实际电机中，为使元件端接部分能平整地排列，一般 e 采用双层绕组，也就是在槽中嵌放绕组时，上下层放 r 入不同的电枢绕组。 c 对电枢绕组的要求是 : e 在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下， s 尽可能节省有色金属和绝缘材料；并且要结构简单、
2）直流发电机工作原理
E=Blv
方向：右手定则判定
电刷
+ E -
N S
tN
re+
cE
se -
S
换向片
改进上述结构，将线圈两端连接换向片，如图所示。换向片与线圈一同旋转，电刷不动，则可得到直流电势。
2）直流发电机工作原理
secret
直流电势产生动画
2）直流发电机工作原理
直流发电机的工作原理是基于电磁感应，电枢绕组相对磁极运动产生交变感应电动势，换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势。
右手定则
secret
由图可见所有N极下导体电流都是流向换向片，S下导体电流流出换向片，2、3、4号元件电流方向从尾端指向头端。6、7、 8则相反，1、5号元件处于磁密为零处，电流为零。
2）单叠绕组展开图画法
第五步确定元件感应电动势的方向
右手定则
secret
由图可见所有元件通过换向片串联后，感应电势彼此抵消。
+ Ia
If +
+ I Ia If
U
他
励－
+ 串U

电机学第五版第3章直流电机

2.转矩方程
发电机情况下电磁转矩为制动转矩，有
— 原动机的驱动转矩； — 电机本身的机械阻力转矩； — 为电磁转矩。电动机情况下电磁转矩为驱动转矩，有
图3-29 直流电机的电磁转矩和外施转矩 a)发电机 b)电动机
— 电动机轴上的负载转矩。
3.电磁功率
电磁功率用因
表示，则，得
发电机：机械能电动机：电能
1.直流电动机的起动 2.直流电动机转速的调节 3.直流电动机的制动
1.直流电动机的起动
直流电动机常用的起动方法：（1）直接起动；（2）电枢回路接入变阻器起动；（3）降压起动。
图3-48 三点起动器及其接线图
2.直流电动机转速的调节
从直流电动机的转速公式
可知，调速方法有两种： (1)电枢控制，即用调节电枢电压或者在电枢电路中接入调速电阻来调速。 (2)磁场控制，即用调节励磁电流来调速。
式中令
为电枢绕组的总导体数，为平均气隙磁密，
为并联支路对数。
则上式改写为
将
代入上式得出
1.电枢绕组的感应电动势
电动势公式：
式中：
— 每极的总磁通量；
— 电动势常数；
— 电动势公式。
2.电枢的电磁转矩
电枢表面任一点处的载流导体上的电磁转距
为
式中， — 该点处的气隙磁密。一个极下的载流导体上的电磁转矩
3.串励电动机的运行特性
串励电动机的特点是，电枢电流、线路电流和励磁电流三者相等
图3-42 串励电动机的接线图
3.串励电动机的运行特性
图3-43 串励电动机的工作特性
3.串励电动机的运行特性
图3-44 串励电动机的机械特性

《机电传动控制》第五版课后习题答案

第3章直流电机的工作原理及特性习题3.1 为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？答案：直流电动机工作时，（1）电枢绕组中流过交变电流，它产生的磁通当然是交变的。

这个（2）变化的磁通在铁芯中产生感应电流。

铁芯中产生的感应电流，在（3）垂直于磁通方向的平面内环流，所以叫涡流。

涡流损耗会使铁芯发热。

为了减小这种涡流损耗，电枢铁芯采用彼此绝缘的硅钢片叠压而成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以（4）增大涡流通路上的电阻，从而起到（5）减小涡流的作用。

如果没有绝缘层，会使整个电枢铁芯成为一体，涡流将增大，使铁芯发热。

因此，如果没有绝缘，就起不到削减涡流的作用。

习题3.4 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E ＝E1，如负载转矩TL ＝常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳定值后，电枢反电势将如何变化？是大于、小于还是等于E1？答案：∵当电动机再次达到稳定状态后，输出转矩仍等于负载转矩，即输出转矩T ＝T L ＝常200aae e ae m ae m e e R U n I K K R U n E K n T K I n n n K K K U T K =Φ=−ΦΦ=∴=Φ−Φ∴−∆=Φ=ΦQ Q 又当T=0a aU E I R =+数。

又根据公式（3.2）， T ＝K t ФI a 。

∵励磁磁通Ф减小，T 、K t 不变。

∴电枢电流I a 增大。

再根据公式（3.11），U ＝E ＋I a ·R a 。

∴E=U －I a ·R a 。

又∵U 、R a 不变，I a 增大。

∴E 减小即减弱励磁到达稳定后，电动机反电势将小于E 1。

习题3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为：P N ＝5.5KW ，U N ＝110V ，I N ＝62A ，n N ＝1000r/min ，试绘出它的固有机械特性曲线。

（1）第一步，求出n 0 （2）第二步，求出（T N ，n N ）答案：根据公式（3.15），（1-1）Ra ＝（0.50~0.75）(N N N I U P −1)NN I U我们取Ra ＝0.7(N N N I U P −1)NN I U，计算可得，Ra ＝0.24 Ω 再根据公式（3.16）得，（1-2） Ke ФN ＝（U N －I N Ra ）/n N =0.095 又根据（1-3） n 0＝U N /（Ke ФN ），计算可得，n 0＝1158 r/min 根据公式（3.17），（2-1） T N ＝9.55NNn P ，计算可得，T N ＝52.525 N ·M 根据上述参数，绘制电动机固有机械特性曲线如下：3.10一台他励直流电动机的技术数据如下：P N =6.5KW ，U N =220V ， IN=34.4A ， n N =1500r/min ， R a =0.242Ω，试计算出此电动机的如下特性：①固有机械特性；②电枢附加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性；③电枢电压为U N /2时的人为机械特性； ④磁通φ=0.8φN 时的人为机械特性；并绘出上述特性的图形。

电机学第五版课件汤蕴璆编著第3章2直流电机的磁场.

物理中性线几何中性线
d
q
7
电机学
线负荷 Line Load
设：电刷位于几何中性线，电枢绕组流过电流ia，则：电枢磁动势只有交轴分量。线负荷：电枢圆周表面单位长度上的安培导体数。
Z a ia A （A / m） Ia＝2a=ia D Z a：电枢绕组总导体数 ia：导体电流， D：电枢直径
电机学 3.3
直流电机的磁场
Magnetic Fields of D.C. Machine
电机学
本节内容

空载时直流电机的气隙磁场负载时的电枢磁动势和电枢反应
–
– –
–
– –
分析思路基本概念交轴电枢磁动势交轴电枢反应（重点＋难点）直轴电枢时直流电机的气隙磁场

发电机
电动机
去磁效应
助磁效应
助磁效应
去磁效应
13
δ
δ
0
δ
0
b0
ba(x)
O
bδ(x)
α
11
电机学
直轴电枢磁动势
· ··· · · · · + · F β + a · + · + · + ++ + + + ++
Faq A b （安 / 极） 2 Fad Ab （安/ 极）
· ··· · · ·
＝
++
bβ
Faq
+ + ++ +
＋
bβ
· · · · ·
Fad
+ bβ + + + b β +

电机学直流电机3-直流发电机

If
A
I Ia A
S
V
RL
rj
1
3-1 他励直流发电机的特性
一、他励发电机的空载特性（开路特性）是怎样的？
n = 额定转速，I = 0 条件下，端电压与负载电流之间的关系曲线U = f ( If ) 称为空载特性。空载特性与电机主磁路的磁化曲线 F = f ( Ff ) 具有相似性。空载特性反映了电机的饱和情况。额定工作点一般在曲线弯曲处。
Ia
I
n
Ea
If
Rc
U
Rf
U UN
4
2
1
3
IN
I
7
直流电机例题 3
3－1 一台并励直流发电机的额定数据为： PN 100kW ，额定电压 UN 230V
并励绕组的每极匝数为 Nb 940 ，空载时建立额定电压需要的励磁电流 I fN 7A
而在满载时建立额定电压需要的励磁电流为 I f 8.85A
现欲将该电机改成平复励发电机，每极串联匝数应取多少？
发电机端电压随负载变化而变化的幅度可用电压变化率 U 来衡量。n =nN，I=IfN 时，发电机从额定负载过渡到空载时，端电压的变化值对额定电压的百分比。
他励发电机的电压变化率U 一般在5％～10％。
U Ea Ra Ia CenN Ra I
U U0 U N 100% UN
Ia
U
If
Ea U
一、什么叫自励？
自励：励磁绕阻并接于电枢绕组两端，由发电机本身的端电压提供励磁，而发电机的端电压又必须在有了励磁电流后才能产生，所以并励发电机由初始的 U = 0 到正常运行时U 为一定值，有一个自己建立电压的过程, 这一过程称为自励过程。

电机学第五版课件汤蕴璆编著第3章5直流发电机的运行特性

U RL Ea I +
Ia Rf If
(1)RL↘→I↗→U↘
(2)RL↘↘→U↘↘→If↘↘→Ea↘↘→I↘→拐弯 O (3)当U=0时：I=Ik，稳态短路电流不大。
Ik
IN
I
12
电机学
复励发电机的外特性

复励：既有并励绕组，又有串励绕组的励磁方式。积复励：串励磁动势与并励磁动势的方向相同。差复励：串励磁动势与并励磁动势的方向相反。
f P2 1
p P2 p
η ηN
小型： N ( 70 ～ 90 )% 中大型：
8
N ( 90 ～ 96 )%
O
PN
P2
电机学
并励发电机

9
自励问题外特性
电机学
并励发电机 ▲自励过程 U=Ea-IaRa=CenNΦ-IaRa
Uf =U=Rf If
U0
U0
Φ=f(If)
-
Ea I + Ia Rf
A
If
U0r O I f0
10
电机学
并励发电机 ▲自励条件
问题：如果并励发电机旋转后不能建立电压，应该如何处理？
Φr Φf U0 A
（1）电机必须有剩磁；（2）励磁磁动势的方向必须与剩磁的方向一致；（3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。
3
电机学
他励发电机的运行特性 ▲空载特性 No Load Characteristic
当n=nN，I=0时：U0=f(If)
Ea=CenNΦ=U+IaRa=U0 U0∝Φ，Φ=f(If) 空载特性实质上就是电机的磁化曲线。剩磁电压U0r≈(2～4)%UN

机电传动第三章直流电机PPT课件

流）。
注意：各部件的作用。
.
21
结构细说
转轴
风叶磁极电刷换向器
换向片
电枢转子
换向器
压紧环.
电枢绕组
绕组端部
22
• 静止部分（称为定子）
– 产生磁场和构成磁路 ,电机机械支撑
• 旋转部分（称为转子）
– 感应电势和产生电磁转矩，实现能量的转换
• 定子和转子之间间隙（称为空气隙）
– 气隙既保证了电机的安全运行，又是磁路的重要组成部分
运行，以防转速过高。 (2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属
软机械特性。
n
T
.
45
2、人为机械特性
• 人为机械特性是指人为改变（3·13）中的相关参数得到的机械特性。人为改变电机的机械特性是为了满足启动、停止、调速等使用要求。
• 在（3·13）中可改变的有电压U、励磁φ和电阻R。
产生电磁转矩，称为主磁通 0，
.
28
2、漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转
矩，称为漏磁通 σ .
.
29
.
30
空载时每极主磁通为：
.
31
3、电枢反应：电枢磁动势对主极气隙磁场的影响称为电枢反应。而电枢反应的性质又根据其反应方向的不同，分为交轴电枢反应和直轴电枢反应，
（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。
（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
.
9
§3.2 工作原理
一、工作原理
电刷
+
U
N I
I
–

电机学-直流电机

合成节距与换向节距相等 yk ＝ y
左行
y
yK
K -1 p
右行
y
yK
K 1 p
单波绕组元件
直流电机-电枢绕组
➢ 单叠绕组
并联支路数恒等于2，并联支路数a==1
单波绕组电路图
单波绕组展开图
➢ 总结
直流电机-电枢绕组
直流电机的电枢绕组总是自成回路; 电枢绕组的支路数（2a）永远是成对出现，因为磁极数(2p)是一个偶数；且至少有2条并联支路；
直流电机-励磁方式
➢ 励磁方式
主磁极的励磁方式有永磁式和电励磁两种。电励磁式是给励磁绕组供电，产生励磁磁动势而建立主磁场的方式。根据供电方式的不同，它又可以分为他励和自励两类，而自励又被分为并励、串励和复励三种。
他励
I Ia
并励
I Ia +I f
串励
I Ia =I f
复励
I I f ' =Ia +I f
主磁极的中心线称为直轴，相邻N极和S极的分界线称为
交轴。
直流电机-磁动势和磁场
➢ 电枢磁动势和磁场（电刷位于几何中性线）
N
Hdl D 2x ia
Nia 2x A 2x
D
Fax

1 2
A2x
Ax
Faq
Fa
A
2
τ= D/2p
Bax
0Hax
0
Fax
k
直流电机-磁动势和磁场
➢ 负载气隙磁场（电刷位于几何中性线）
单叠绕组：a= p, 即并联支路对数恒等于电机极对数单波绕组：a = 1, 即并联支路对数恒等于1 电刷放置的一般原则是空载时通过正、负电刷间的电动势最大，或者说，被电刷短路的元件中的电动势为零; 对于端接对称的元件，电刷也就放置在主极轴线下的换向片上，电刷总是与位于几何中线上的导体相接触。

电机学课后答案第三章

3-1.已知某直流电动机铭牌数据如下，额定功率，额定电压，额kw P N 30=)(220v U N =定转速，额定效率，试求该电机的额定电流和额定输出转矩。

)/(1500m r n N =%87=ηN 解：电动机输出额定转矩T 2N 等于其输出功率除以其机械角速度；P N N ΩT 2N =/=/(===191(Nm)P N N ΩP N )602(N n πN N n P π260150021030603⨯⨯⨯π=/=30/0.87=34.48(kW)P 1P N ηN I N =/=34480/220=156.7(A)P 1U N3-2已知一直流发电机数据为：元件数S 和换向片K 均等于22，极对数p=2，右行单叠绕组。

（1）计算绕组各节距y k ,y 1,y,y 2；（2）列出元件连接次序表；（3）画出绕组展开图，磁极与电刷位置，并标出电刷的极性；（4）画出并联支路图，求支路对数a 。

解：（1）y k =1,y=y k =1取y 1=5，则y 2=y 1-y=5-1=4（2）元件联结次序表为：1—2—3—4—5—6—7—8—9—10—11—12—13—14—15—16—17—18—19—20—21—22—1（3）略.(4)并联支路图略：a=P=2。

3-3已知一台并励直流发电机，额定功率，额定电压，额定转速kW P N10=V U N 230=，电枢回路总电阻，励磁绕组电阻，一对电min /1450r n N =Ω=486.0a R Ω=215f R 刷上压降为2V。

额定负载时的电枢铁损耗，机械损耗。

求：W p Fe 442=W p m104=（1）额定负载时的电磁功率和电磁转矩；（2）额定负载时的效率。

解：（1）额定负载时电磁功率aNaN M I E P =)(55.4421523023010103A R U U P I I I f N N N f N aN =+⨯=+=+=)(7.2532486.055.442302V R I U E a aN N aN =+⨯+=++=所以)(3.1155.447.253kW I E P aN aN M =⨯==电磁转矩为)(4.74145011300260260m N n P P T N M N M N ⋅===Ω=ππ（2）额定负载时的效率为1P P N N =η)(842.11104442113001kW p p P P m M Fe =++=++=所以%4.84846.11101===P P N N 3-4设有一台他励直流发电机，额定转速，额定电压伏，额定m r n N /1000=230=U N 电流，励磁电流I f =3A，电枢电阻为(包括电刷接触电阻)1欧，励磁绕组电阻R f =50A I aN 10=欧，750r/min 时空载特性如下：试求发电机在额定转速时：（1）空载端电压；（2）满载的感应电动势；（3）若将此电机改为发电机，则额定负载时励磁回路应串入多大的电阻？（4）若整个电机的励磁绕组共有850匝，则满载时电枢反映的去磁磁动势为多少？解：空载端电压U 0=E 0,从n=750r/min 时的空载特性时的空载电动势)/(1000m r n N =为=258.7(V)750/1941000'00⨯==E n n E N 所以U 0=E 0=258.7(V)(2)满载时的感应电动势为E aN =U N +I aN R a =230+10=240(V)(3)改为并励发电机，励磁回路应串入电阻R s ：R s +R f =U N /I f =230/3所以R s =230/3-R f =26.7（欧）（4）已知额定转速时满载感应电动势E aN =240V，换算成n=750r/min 时的电动势为E aN ’=E aN n/n N =180V,由E aN ’从空载特性上可查得所须励磁电流为I f0=2.6A.因此电枢反应的去磁电流为If-If0=3-2.6=0.4A,电枢反应的去磁磁动势为0.4850=340A.⨯3-5设有一台并励直流发电机，当转速为1450r/min 时，测得的空载特性如下：电枢回路总电阻（包括电刷接触电阻）Ra=0.568欧,额定电枢电流为40.5A，当额定负载是电枢反映的去磁效应相当于并励绕组励磁电流的0.05A ,求该电机在额定转速为1450r/min ，额定电压为230V 时，并励电路电阻是多少？解：额定运行的情况下的电枢感应电动势为；)(253568.05.40230V R I U E a e e aN =⨯+=+=有空载特性曲线表格中求出，当=253V 时，I f0=1.82A 。

电机学第三章直流电机 1

注意几点：
可以产生连续电磁转矩；
电刷间电流为直流电；
线圈内电流为交流电。
第3章直流电机
3.脉动的减小
N A B1 e
eB B
1
2
B2 X
S
电枢上有2个槽、1个线圈
0
eAX
电刷间电动势脉动较大
wt
第3章直流电机
N A B1 Y B2 X B e
eB B
1
2
eAX eBY
S
0
wt
电枢上有4个槽、2个线圈
第3章直流电机
有换向器和电刷
• 换向片：半圆形 • k1换向片连接线圈a端 • k2换向片连接线圈d端
• 换向片和线圈一起旋转
• 电刷空间位置不动 • 电刷A总是连接N极下导体，正 • 电刷B总是连接S极下导体，负电动势满足右手定则
结果：输出直流电！！！
第3章直流电机加换向器后电动势波形 • 脉动的直流电 N A B1 e
解决途径：无刷化—无刷直流电机
第3章直流电机
三、励磁方式
直流电机励磁方式，即励磁绕组与电枢绕组的连接方式，对电机的运行特性有大的影响 • 如何形成主极磁场永磁式励磁方式电磁式自励式他励式并励式串励式积复励复励式差复励
第3章直流电机
• 永磁式 - 用永磁体 - 粘接到机壳上 - 小功率中最常用的
第3章直流电机
四、直流电机的额定值
• 额定值 —为使电机安全可靠地工作，且保持优良的运行性能，制造厂家对电气设备在指定工作条件下运行时规定的一些量值 • 额定值通常标在铭牌上，又叫铭牌值
第3章直流电机
四、直流电机的额定值
• 额定功率PN：输出功率; kW • 额定电压UN：额定状态下出线端电压；V • 额定电流IN：额定状态下出线端电流；A

电机学第三章直流电机的稳态分析

展开直流电机的转子
N
1 2 3 4 5
单叠绕组的设计
τ
τ
τ
τ
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
N
11 12 13 14
S
15 16 1
单叠绕组的设计
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
N
11 12 13 14
S
15 16
1
2
单叠绕组的设计
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
一、空载气隙磁场
气隙磁场是产生感应电动势并进行能量转换的场所
平顶波
二、负载时的电枢磁动势和电枢反应
安培环路定律当电枢电流Ia不是零时（负载时电枢输出或输入电流），绕组中的电流也会产生磁场，称其为电枢磁场。此时，气隙磁场就由主机磁动势和电枢磁动势两者合成的磁动势建立磁场。由前面分析直流电机中电刷（固定的）是电枢表面导体中电流方向的分界线（电枢磁势的轴线总是与电刷轴线重合），因此电枢电流建立的电枢磁动势与电刷位置有关，下面分别讨论不同电刷位置时的电枢磁动势。
叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。
元件的概念
上元件边前端接
N S
前端接
下元件边
换向片
电枢绕组的元件
线圈在槽中的安排
1. 元件数等于虚槽数 2.每一个元件两个边接到两个换向片上，每一个换向片接两个元件的边，因此元件数等于换向片数
第三章直流电机的稳态分析
直流电机是电机的主要类型之一 1.直流电动机以其良好的启动性能和调速性能著称。 2.直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源。结构较复杂直流电机成本较高可靠性较差近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值! 使它的应用受到限制

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。

电机学第3章直流电机

电机学(刘颖慧)课件第3章直流电动机的电力拖动基础[48页]

电机学第五版课件汤蕴璆编著 第3章7直流电动机的起动、调速和制动

第3章 直流电机 《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)

第三章 直流电机(2-5)

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电机学第三章直流电机

电机学第五版第3章 直流电机