第二章 直流电机(新)
第二章 直流电机
第三节 直流电机的绕组
◆对绕组的要求: 在能够通过规定的电流和产生足 够的电动势的前提下, 尽可能节省铜和绝缘材料, 并 且结构简单、运行可靠。
一、简单的绕组
结构: 1-2、3-4、5-6、7-8分别构成4个线圈.
(均匀分布，每两个相邻线圈隔45°)
缺点: 随着电枢的转动, 始终只有一个线圈有电流. 材料没有充分利用, 产生的总转矩或电势均 很小。
的交变电流； ②直流发电机中, 将绕组内的交变电动势转换为电
枢端上的直流电动势。 ◆ 换向器由许多换向片组成; 换向片间用云母绝缘
20
1—换向片 2—连接片
换向器
21
第二节 直流电机的铭牌数据 ◆额定值: 铭牌上的数据是额定值
额定值是电机制造厂按国家标准要求, 对电机的一 些电量或机械量规定的数值. ◆额定工况: 电机运行时, 电量和机械量符合额定值, 则电机运行情况为额定工况; 在额定工况下, 可以 保证电机可靠地正常工作,并具有优良的性能。
◆组成：
直流电 机结构
定子: 主磁极, 换向极, 机座, 电刷(产生磁场) 转子: 电枢铁心和绕组, 换向器, 轴, 风扇
(产生电磁转矩和感应电动势)
12
1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心
直流电机的剖面图
13
直流电机横向剖面图
6
电动机的电磁关系
7
(二) 直流发电机的工作原理
直流发电机的工作原理
8
直流发电机工作原理：把电枢线圈中感应产生的交 变电动势，靠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。 在直流发电机中, 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。
第2章直流电动机
Ia2Ra (0.5 ~ 0.75)(1N )U N IN
Q Ia IN
Ra
(0.5
~
0.75)(1 PN UNIN
)UN IN
机电传动与控制
第二章 直流电动机
2.4.1 他励直流电动机的机械特性
4．机械特性的绘制
1）固有机械特性的绘制
(2) 求 KeN
额定运行条件Ra 下的反电势为：
EN
求出电枢电阻Ra 、KeφN 后，各种人为机械特性的绘制也就容易了。
Ra N
机电传动与控制
第二章 直流电动机
Ra N
机电传动与控制
第二章 直流电动机
Ra N
机电传动与控制
第二章 直流电动机
Ra N
机电传动与控制
第二章 直流电动机
2.4.2 串励直流电动机的机械特性 串励直流电动机的电路原理图如图2-19（a）所示，其最大特
直流电源接在电刷之间而使电流通入电枢线圈。当线 圈的有效边从N（S）极下转到S（N）极下时，其中电流的 方向必须同时改变，使电磁力的方向不变，即电磁转矩的 方向不变而使转子以n的转速旋转。
机电传动与控制
ej Bjlv
第二章 直流电动机
2.2 直流电动机的的工作原理
2．直流电动机的感应电动势和电磁转矩
2.3 直流电动机的额定参数
4．额定转速nN 额定转速是指在额定电压、额定电流和输出额定功率的情
况下运行时，直流电动机的旋转速度，单位为r/min（转/分）。 5．额定励磁电流IfN
额定励磁电流指直流电动机在额定状态时的励磁电流值， 单位为A（安培）。 6．额定励磁电压UfN
额定励磁电压指直流电动机在额定情况下工作时，励磁绕 组所加的电压，单位为V（伏） 7. 额定转矩
第二章直流电机实验
第⼆章直流电机实验第⼆章直流电机实验2-1 认识实验⼀、实验⽬的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在直流电机实验中所⽤的电机、仪表、变阻器等组件及使⽤⽅法。
3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励⽅式)的接线、起动、改变电机转向与调速的⽅法。
⼆、预习要点1、如何正确选择使⽤仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产⽣什么严重后果?3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调⾄什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产⽣什么严重后果?4、直流电动机调速及改变转向的⽅法。
三、实验项⽬1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正直流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使⽤⽅法。
2、⽤伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。
四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序12、控制屏上挂件排列顺序D31、D42、D51、D31、D44五、实验说明及操作步骤1、由实验指导⼈员介绍DDSZ-1型电机及电⽓技术实验装置各⾯板布置及使⽤⽅法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、⽤伏安法测电枢的直流电阻图2-1 测电枢绕组直流电阻接线图（1）按图2-1接线，电阻R ⽤D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调⾄最⼤。
A 表选⽤D31上的直流安培表。
开关S 选⽤D51挂箱上的双⼑双掷开关。
（2）经检查⽆误后接通电枢电源，并调⾄220V 。
调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太⼤，可能由于剩磁的作⽤使电机旋转，测量⽆法进⾏；如果此时电流太⼩，可能由于接触电阻产⽣较⼤的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。
将电机转⼦分别旋转三分之⼀和三分之⼆周，同样测取U 、I 三组数据列于表2-1中。
（3）增⼤R 使电流分别达到0.15A 和0.1A ，⽤同样⽅法测取六组数据列于表2-1中。
第2章 直流电机
第二章直流电机内容提要一、直流电机的工作原理1、皮—萨电磁定律f=其方向用左手定则确定。
Bil2、直流电机电枢绕组内电流是交变的，直流电机具有可逆性。
二、直流电机的绕组1、绕组的基本形式：单迭绕组和单波绕组。
2、单迭绕组的特点a=a为支路对数，p为磁极对数。
p3、单波绕组的特点=a a为支路对数，即单波绕组的支路对数与磁极对数无关，总等于1。
1三、直流电机的励磁方式1、直流电机的励磁方式：分为他励、并励、串励和复励。
2、他励直流电机他励直流电机是一种励磁绕组与电枢绕组无联结关系，而由其它直流电源对励磁绕组供电的直流电机，励磁电流与电枢电流无关。
3、串励直流电机串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联，电机的电枢电流与励磁电流相等。
4、并励直流电机并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组上所加的电压就是电枢两端的电压。
5、复励直流电机复励直流电机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢电路并联(称为并励绕组)，然后再和另一个励磁绕组串联(称为串励绕组)。
也可以一个励磁绕组与电枢绕组串联后，再和另一个励磁绕组并联。
四、直流电机的磁场和电枢反应1、直流电机的主磁路分为五段：定子、转子之间的气隙；电枢齿；电枢磁轭；主磁路和定子磁轭。
2、直流电机的空载磁场空载时，气隙磁场仅由主磁极上的励磁磁动势建立。
电机磁路中磁通数值不大时，磁动势随磁通成正比例地增加；当磁通达到一定数值后，磁动势的增加比磁通增加得快，磁化曲线呈饱和特性。
3、直流电机负载时的磁场及电枢反应(1)负载时气隙磁场发生了畸变；(2)呈去磁作用；五、并励直流电动机的基本方程感应电动势 n C E e a ϕ=电磁转矩 a T em I C T ϕ=转矩方程 02T T T em +=电动势平衡方程 a a a R I E U +=功率平衡方程 N N N N I U P η= n T T I E p em em a a em 602π=Ω== N Fe c m ec Cuf Cua P p p p p p P +++++=1六、直流电动机的工作特性1、并励直流电动机的工作特性(1)转速特性 当fN f N I I U U ==,时，()a I f n =的关系曲线。
电机与拖动基础3
教案—电刷装置；3—机座；4—主磁极；5—换向极；—电枢绕组；9—电枢铁心定子部分：直流电机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。
别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方向。
由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，变为电枢线圈中的交变电流，这种将直流电流变为交变电流的作用称之为逆变。
由于电枢线圈所处的磁极也是同时交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。
这就是直流电动机的基本工作原理。
同时可以看到，一旦电枢旋转，电枢导体就会切割磁力线，产生运动电势。
在图1.1(a)所示时刻，可以判断出ab导体中的运动电势由b指向a，而此时的导体电流由a指向b，因此直流电动机导体中的电流和电势方向相反。
图1.1 直流电动机的基本工作原理实际的直流电动机，电枢圆周上均匀地嵌放许多线圈，相应地换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生总的电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转速也比较均匀。
根据上述原理，可以看出直流电动机有如下特点：（1）直流电动机将输入电功率转换成机械功率输出；（2）电磁转矩起驱动作用；（3）利用换向器和电刷，直流电动机将输入的直流电流逆变成导体中的交变电流；（4）直流电动机导体中的电流与运动电势方向相反。
3、直流电铭牌数据及主要系列-51的直流电机是一台机座号为 5、电枢铁心为短铁心的第2次改型设计的型号为Z2直流电机。
机座号表示直流电机电枢铁心外直径的大小，共有1-9个机座号，机座号数越大，直径越大。
枢铁心长度分为短铁心和长铁心两种，1表示短铁心，2表示长铁心。
铭牌数据（1）额定功率；（2）额定电压；（3）额定电流；（4）额定转速；（5）励磁方式和额定励磁电流。
直流发电机的额定功率应为(a) 单叠绕组 (b)单波绕组2．单叠绕组的联接方法和特点下面通过一个实例来说明。
设一台直流发电机2P=4，Z = S = K = 16，联接成单叠右行绕组。
第2章直流电机习题解答
第二章 直流电机的电力拖动2-1 一台他励直流电动机的额定数据为： N P =54 kW ，N U =220 V ，N I =270 A ， N n =1150 r /min 。
估算额定运行时的aN E ，再计算N e C Φ、N T 、0n ，最后画出固有机械特性。
解： 估算额定运行时的 V 20922095.095.0=⨯==N aN U Emin)/r /(V 182.01150209===ΦN aN N e n E C N.m 29.469270182.055.955.9=⨯⨯=Φ=Φ=N N e N N T N I C I C Tr/min 1209182.02200==Φ=N e N C U n 在n -T 直角坐标系中过点A （1209，0）和点B （1150，469.29）作直线，该直线就是他励直流电动机的固有机械特性，如题2-1图所示。
2-2 一台他励直流电动机的额定数据为：N P =7.5 kW ，N U = 220 V ，N I =40 A ，N n =1 000 r /min ，a R =0.5 Ω。
拖动L T =0. 5N T 恒转矩负载运行时电动机的转速及电枢电流是多大?解： V 200405.0220=⨯-=-=Φ=N a N N N e aN I R U n C En /(r/min)1209 1150 T/N.m469.29 题2-1图1V/r.min 2.01000200-===ΦN aN N e n E C r/min 11002.02200==Φ=N e N C U n 由a N T I C T Φ=可知，当L T =0.5N T 时，A 20405.05.0=⨯==N a I Ir/min 10505011002.0205.0110000=-=⨯-=Φ-=∆-=a N e a I C R n n n n2-3 写出题2-3图所示各种情况下系统的运动方程，并说明系统的运行状态。
《电机学》(华中科大出版社,辜承林,第二版)课后答案
第二章 直流电机 2．1 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流，“换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。
2．2 试判断下列情况下，电刷两端电压性质 （1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转； （2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
(1)交流 ∵电刷与电枢间相对静止，∴电刷两端的电压性质与电枢的相同。
（2）直流 电刷与磁极相对静止，∴电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 ∴是直流。
2．3 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？ 直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到N 极下，还是S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩 2．4 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？有7个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记2．5 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，∴线圈太多，无处嵌放。
2．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。
漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换，δΦ与饱和系数有关。
2．7 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？磁化曲线：00()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 励磁磁动势设计在低于“膝点”，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是0Φ（根据E 和m T 公式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。
电机与拖动教案——第二章 直流电机
第二章直流电机2.1直流电机的基本工作原理及结构一、基本工作原理（一）直流电机的构成（1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；（2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴（3）气隙**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。
1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；（1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势（2）特点：e=BLV；a、电枢绕组中电动势是交流电动势b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向）2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；（1）原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来（2）特点：f=BiLa、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩的方向不变。
c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n同向）**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。
3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成（二）直流电机的基本结构1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚3.电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）4.电枢绕组——电路。
电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路）换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料）电刷装置a、电刷——石墨或金属石墨b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨）5.换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电枢绕组串联）（三）励磁方式1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；2.分类：以直流发电机为例分为：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）他励：激磁电流较稳定；并励：激磁电流随电枢端电压而变；串励：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复励：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。
电机学(第三版)第二章 直流电机
P EI a em
机械输入功率
P P pmec pFe p来自d P p0 1 em em
P P2 pCua pCuf pmec pFe pad 1 P2 pCu p0 P2 p
I
电压变化率
U U N U 0 100% U0
4.调节特性: n=常数、U=常 数时，If=f(I)
直流电机总体结构
长沙理工大学电气工程学院
主磁极
长沙理工大学电气工程学院
换向极
长沙理工大学电气工程学院
机 座
长沙理工大学电气工程学院
电枢铁芯及绕组
长沙理工大学电气工程学院
电枢绕组在槽中的绝缘情况
长沙理工大学电气工程学院
换向器
长沙理工大学电气工程学院
电刷装臵
长沙理工大学电气工程学院
直流电机的额定值
长沙理工大学电气工程学院
电枢绕组在槽内的放臵
长沙理工大学电气工程学院
单叠绕组的连接
长沙理工大学电气工程学院
D a 2 p或 Z i 2 p
Z 整数 y 2p
i 1
y y 叠绕组 y 0
1 2 2
y
波绕组的 y 0
2
长沙理工大学电气工程学院
单叠绕组－展开图
Bavl
（1）
n （ 5） v 2 p 60
故式（2）最终可改写为
（4 ）
E
令
Na / 2 a
k 1
ek lv
Na / 2 a
k 1
B ( x)
（ 2）
pN a E n C E n 60a
电机与拖动第二章第二节直流电机的电枢绕组
• 通过规定的电流 • 产生足够的电势和电磁转矩 • 消耗的有效材料最省 • 强度高（机械、电、气、热） • 运转可靠 • 结构简单
绕组实物图
3
第一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
一、电枢绕组的基本知识—名词、术语
1、磁极中心线：极轴线 2、几何中心线：磁极之间的平分线
二、单叠绕组
5、画绕组电路图（并联支路图） • 特点：每个极下的元件组成一条支路
19
第一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
二、单叠绕组
• 整个电枢绕组为一个闭合回路，无头无尾 - 感应电动势总和为零
• 元件的两个出线端要连接于相邻两个换向片上 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 电刷数等于磁极数，每条支路由不相同的电刷引出 • 电枢电压等于每一个支路的电压 • 由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和
• 单叠：电刷数=磁极数
• 原则： - 引出来的电势最大 （2，3，4） - 被电刷短路的元件电势最小（1，5）
• 规律： - 端部对称时，一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
二、单叠绕组
4、安放电刷，完成连线
τ
τ
τ
τ
1 2 N3 4 5 6 S7 8 9 10 N11 12 13 14 S15 16
τ
τ
τ
τ
1 2 N3 4 5 6 S 7 8 9 10 N11 12 13 14 S 15 16
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
第一部分 电机原理 第二章 直流电机
4第二章直流电机_电动势及转矩方程(2.5)
Fx Bxlia
设电枢绕组总导体数为 N ， 一个极面下的导体数为 N/(2p)，并联支路数为2a（波绕组a=1），电枢总电流为 Ia，有：
ia I a /(2a)
N / 2a k 1
则一个极面下所有导体所受的电磁力为：
FP
N / 2a k 1
f
xk
B
xk a
li lia Bxk
6
直流电机的感应电动势
》 • • • 直流电机电动势的性质： 直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关 发电机——是电源电势（与电枢电流同方向） 电动机——是反电势（与电枢电流反方向）
7
直流电机
二、电磁转矩
设嵌在电枢槽内导体的有效长度为 l，Bx表示任一导体 所在处的磁通密度，ia为导体中流过的电流，则该导体所受 的电磁力为：
直流电机
§2-4 直流电机的基本方程
一、感应电动势
设嵌在电枢槽内导体的有效长度为 l，切割磁通的相对 速度为 ν ，用 Bx 表示任一导体所在处的磁通密度，则该导 体的感应电动势为：
ex Bxl
设电枢绕组总导体数为 N ，并联支路数为 2a （波绕组 a=1），则电枢正负电刷引出的电动势为：
Ea
Ea Ce n
什么关系？？？
Tem CT I a
- n : r/min - Ω ：rad/s – 国际单位 - 关系：
Ω n 2 2 n
60 60
11
直流电机的电动势和电磁转矩公式的关系
1、Ce 和 CT 的关系
Ea
pN Ω CT Ω 2a
Tem CT I a
感应电动势的计算公式为：
Kf—比例常数。
电机及电力拖动课程《教案》
电机及电力拖动课程《教案》第一章：电机的基本概念1.1 电机的定义与分类1.2 电机的工作原理1.3 电机的性能参数1.4 电机的优缺点分析第二章：直流电机2.1 直流电机的基本结构2.2 直流电机的工作原理2.3 直流电机的特性2.4 直流电机的应用实例第三章：交流电机3.1 交流电机的基本结构3.2 交流电机的工作原理3.3 交流电机的特性3.4 交流电机的应用实例第四章：电力拖动系统4.1 电力拖动的基本原理4.2 电力拖动系统的分类4.3 电力拖动系统的性能分析4.4 电力拖动系统的应用实例第五章：电机与电力拖动的控制技术5.1 电机控制技术的基本概念5.2 电机控制技术的分类5.3 电机控制技术的应用实例5.4 电机控制技术的发展趋势第六章：电机的设计与制造6.1 电机设计的基本原则6.2 电机参数的计算与选择6.3 电机制造工艺及流程6.4 电机性能的测试与检测第七章：电机故障诊断与维修7.1 电机故障的类型及原因7.2 电机故障诊断的方法7.3 电机维修的基本工艺7.4 电机故障案例分析与维修实例第八章：电力电子技术在电机控制中的应用8.1 电力电子器件及其特性8.2 电力电子变换器及其控制8.3 电力电子技术在电机调速中的应用8.4 电力电子技术在电机节能中的应用第九章：电机及电力拖动的保护与节能9.1 电机保护的原理与方法9.2 电机保护装置及其应用9.3 电力拖动的节能技术9.4 电机节能案例分析与应用第十章：电机及电力拖动在现代工业中的应用10.1 电机及电力拖动在制造业中的应用10.2 电机及电力拖动在交通运输中的应用10.3 电机及电力拖动在电力系统中的应用10.4 电机及电力拖动在新能源领域的应用重点解析本教案涵盖了电机及电力拖动课程的十个章节，全面介绍了电机的基本概念、结构、工作原理、性能参数、优缺点、控制技术、设计制造、故障诊断与维修、保护与节能以及在现代工业中的应用等方面的知识。
电机学第二章PPT课件
子槽中放置绕组
特点： 电枢旋转时被交变磁化，所以转子铁心中有铁耗。
（2）电枢绕组
功用： 感应电势，流过电流，产生电
磁力和电磁转矩，是电机能 够实现能量转换的核心部件。
构成： 由绝缘导线绕成线圈，各线圈以一定的规律焊接
在换向片上而连成一个整体。
（3）换向器
功用： 把电枢绕组内部的交流电势用
导 体 中 感 应 电 势 的 方 向： ab导 体 ：b a cd导 体 ：d c
e Blv
式中：B —导体所在处的气隙密磁度通 l — 导体的有效长度 v — 导体的线速度
v 2Rn
60
e B
2.当电枢旋转e时 随， 时间的变化规 B沿 律与 气隙的分布规律相同
规定： 从电枢进入磁极的磁
机械换接的方法转换为直流 电势。
构成： 换向器由多片彼此绝缘的换向
片组成。
§2.1.3 直流电机的额定值
一、什么是额定值？
电机生产厂家根据设计和试验数据，确定的电机 在额定运行工况时的物理量，如电压、电流、 功率、转速等等。
二、有哪些额定值？
1.额定电UN压 ，单位V） （
2.额 定 电IN， 流单 位 为 A）（
三、元件的形状与放置
1.直流电枢绕组的构成 电枢绕组是由结构形状相同的绕组元件（简称元 件）构成。
2.什么是元件？ 指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。
元件边: 每个元件两个放在槽中切割磁力线感应电动势 的有效边
端接:组元件在 电枢表面槽中的嵌 放，每个元件的一 个元件边放在某一 槽的上层另一个元 件边则放在另一个 槽的下层。
3.额定功 PN，率 单位 W或k为 W (指输出功率） 4.额 定 转 nN，速 单 位 r m为 in
第二章 直流电动机
把电枢外圆展开成直线，为分析气隙的磁动势画出. 如图+x O x 闭合回路。忽略铁心部分所需的磁压降， 则消耗在x点处每个气隙上的电枢磁动势为
Nia 1 2x Fa ( x) Nia x Ax 2 πDa πDa
。
Nia 1 2x Fa ( x) Nia x Ax 2 πDa πDa
式中 ——电枢表面单位长度上的安培导 体数； ia导体的电流；N电枢总导体数；Da电枢的直 径。
Nia A πDa
电枢磁场沿气隙的磁通密度分布为
Ba ( x) 0 H a 0 Fa
0
Ax
Ba ( x) 0
Ax
Fa ( x) Ax
2.3.3 电枢反应
直流电机电枢磁动势对励磁磁场的影响，称为电枢反应 1、使气隙磁场发生畸变，物理中性线偏离。 2、电枢反应有一定的去磁作用。
2. 换向的基本概念 直流电机工作作时，电抠绕组各元件不断地 从一个支路，换入另一个支路，元件中的电 流也不断地改变方向，过程叫做换向。
磁通密度不为为 零
磁通密度为零
空载磁场
负载磁场
常用的改善换向方法有两种： 加装换向磁极和移动电刷
1、加装换向磁极: 换向极绕组与电枢绕组串联，产生的磁动势与 电枢反应磁动势方向相反，
2.1 直流电机的工作原理
2.1.1 直流电动机的工作原理
直流电动机组成： NS磁极、绕有线圈的圆柱体电枢、换 向器、电刷
电刷和换向器
把转动的电枢与外 部固定的电源连接在 一起。 产生方向不变的电 磁转矩使电机连续转 动。 将输入的直流电能 变换为机械能输出。
2.1 直流电机的工作原理
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R1 Ra 1.664 0.377 0.627
R2 R1 1.664 0.627 1.043
R3 R2 1.664 1.043 1.736 各分段电阻如R下4 ：R3 1.664 1.736 2.889
R1 R1 Ra 0.627 0.377 0.250
PN
2 3
220116 22000
1162
Ω
0.174Ω
Ce N
UN
I N Ra nN
220 116 0.174 V/(r/min) 1500
0.133 V/(r/min)
理想空载点 T 0
n
n0
UN
Ce N
220 r/min 1650r/min 0.133
额定点 T TN 9.55CeNIN 9.55 0.133 116 N m 147 .3N m
直流电机一般不能直接起动。起动方法有降压起动、电枢回路串
电阻起动
电路图
特性图
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电机及拖动基础
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二、他励直流电动机起动电阻的计算
（一）图解解析法 1．绘制固有机械特性
2．选取起动过程中的最大电流 I1与电 阻切除时的切换电流 I2 （或T1 与T2）
3．画出分级起动特性图
n Ra R zd T CeCnT N2
电动机
状态工
n0
A 作点
RRaa
Ra Rzd
0
TL
电机及拖动基础
Tem 若电动
机带位 能性负 载,稳定 工作点 21/38
二、反接制动
反接制动可用两种方法实现，即转速反向（用于位能负载） 与电枢反接（一般用于反作用负载）。
（一）倒拉反接的反接制动
倒拉反接的反接 制动机械特性
dn 0 dt
dn 0 dt dn 0 dt
电动机静止或等速旋转，电力拖动 系统处于稳定运转状态下。 电力拖动系统处于加速状态
电力拖动系统处于减速状态
三、运动方程式中转矩的正负符号分析
运动方程式的一般形式
T
(TL )
GD 2 375
dn dt
规定某个转动方向为正方向，则转矩T 正向取正，反向取负；阻转 矩TL 正向取负，反向取正。
第二章 直流电动机的电力拖动
第一节 电力拖动系统的运动方程式
一、电力拖动系统 组成
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电机及拖动基础
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二、电力拖动系统运动方程式
对于直线运动 对于旋转运动
dv
F Fz m dt
T
TL
J
d dt
转动惯量
J m 2 GD 2
4g
单位为 kg m2
式中 m与G——旋转部分的质量（kg）与重量（N）
拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处的数值。电力拖动系
统如能满足这样的特性配合条件，则该系统是稳定的，否则是不稳
定的。 2020年10月14日10时34分
电机及拖动基础
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电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：
1、必要条件：电动机的机械特性与负载的 转矩特性开发利用在有交点，即存在：
Tem TL
4/38
二、通风机负载特性
通风机负载特性
通风机负载的转矩与转速大小有关，基本 上与转速的平方成正比 。为反抗性负载。
TL Kn 2
属于通风机负载的生产机械有离 心式通风机、水泵、油泵等，其中空 气、水、油等介质对机器叶片的阻力 基本上和转速的平方成正比。
三、恒功率负载特性
负载转矩基本上与转速成反比，切削
（1）电动机带动一个位能负载，在固有特性上作回馈制动下
放， Ia 60A ，求电动机反向下放转速。
（2）电动机带动位能负载，作反接制动下放， Ia 50A 时，转
速 n 600r/min ，求串接在电枢电路中的电阻值、电网输入的 功率、从轴上输入的功率及电枢电路电阻上消耗的功率。
2020年10月14日10时34分
电机及拖动基础
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稳定运行点
不稳定运行点
两种特性有交点仅是稳定运行的必要条件。稳定运行的充分条件是：
如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用
（如电网电压波动、负载转矩的微小变化等），使原来两种特性的
平衡变成不平衡，电动机转速便稍有变化，这时，当干扰消除后，
ρ 与D——惯性半径与直径（m）
2n
60
GD2 dn T TL 375 dt
式中 GD2 称为飞轮惯量（ N m）2 ， GD 2 4gJ
375是个有单位的常数，单位为m/min.s
2020年10月14日10时34分
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1、当 T TL 2、当 T TL 3、当 T TL
I
2 N
PN
额定运行点
2020年10月14日10时34分
TN CT N I N
电机及拖动基础
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[例1 ] 一台Z2 型他励直流电动机的铭牌数据为：PN 22kW U N 220 V I N 116 A nN 1500 r / min
试计算其机械特性。
解
Ra
2 3
U
N
IN
I
2 N
n
n0
R
CeCT
2
T
R1 Ra RΩ1 nhc nhe nec
R2
Ra
nhe
nhe
Δn
n0
n
T
CeCT 2
R
R1
Ra
nec nhe
R 2
Ra
nca nhe
2020年10月14日10时34分
电机及拖动基础
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（二）解析法
在b点
I2
U
Eb R2
在c点
I1
U
Ec R1
两级起动时
I1 R2 R1 I 2 R1 Ra
2） 制动运转状态——电动机转矩与转速的方向相反，此时，用电 动机吸收机械能并转化为电能。
一、能耗制动
电动状态
能耗制动
2020年10月14日10时34分
电机及拖动基础
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能耗制动时的机械特性为：
机械特性方程
制动瞬 间工作
点 制动过 程工作 段
电动机拖动 反抗性负载， 电机停转。
2020年10月14日10时34分
电机及拖动基础
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三、固有机械特性的绘制
固有机械特性是一条直线，只要求出线上两个点的数据，就可 绘出这条直线。一般选择理想空载及额定运行两点较为方便。
理想空载点
n0
UN
Ce N
其中
Ce N
EN nN
UN
I N Ra nN
IN， UN及nN 为已知，Ra 可以估算
Ra
1 2
~
2 3
U
N
IN
推广到m级起动的一般情况
I1 / I2 称为起动电流比
R1 Ra
R2 R1 Ra 2
Rm1
Rm 2
Ra
m1
R R R 2020年10月14日10时34分
m
m
m1
a
I1 Rm Rm1 R2 R1
I 2 Rm1 Rm2
R1 Ra
m Rm
Ra
lg Rm m Ra
电枢串联电阻
时的人为机械
电机及拖动基础
特性
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（二）改变电压时的人为机械特性
n
U
Ce N
Ra
CeCT N 2
T
（三）减弱电动机磁通时的 人为机械特性
n
UN
Ce
Ra
CeCT 2
T
N 1 2
电压不同时的人为机
械特性U N U1 U 2
n
UN
Ce
Ra
Ce
Ia
N 1 2
2020年10月14日10时34分
电枢电路的电压平衡方程式变为 I a (Ra R ) U (Ea ) U Ea
转速反向的反接制动特性方程式为
n
n0
Ra R
CeCT
2 N
Tem
I
2 a
(
Ra
RΩ )
UI a
Ea Ia
上式表明，UI a 与 EI a两者之和消耗在电枢电路的电阻 Ra RΩ 上。
2020年10月14日10时34分
lg
电机及拖动基础
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[例]
R1 R1 Ra ( 1)Ra
RΩ2 R2 R1 ( 2 )Ra RΩ1
RΩm1
Rm1
Rm2
RΩm2
m
2
RΩ1
RΩm
Rm
Rm1
RΩm1
R m1 Ω1
一台他励直流电动机的铭牌数据为：型号Z-290
PN 29kW U N 440 V IN 76A nN 1000 r/min
电机及拖动基础
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（二）电源反接的反接制动
断开 K1 和 K2 ， 接通 K3 和 K4
Ia
U Ea Ra RΩ
U Ea Ra RΩ
n
n0
Ra RΩ
CeCT 2
T
2020年10月14日10时34分
电机及拖动基础
电源反接的 反接制动电 路图
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三、回馈制动（或称再生制动）
（一）位能负载拖动电动机
2020年10月14日10时34分
电机及拖动基础
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五、电力拖动稳定运行的条件
他励直流电动机 的机械特性
现在讨论：生产机械负载转矩特性