直流电机工作特性
直流电动机的工作特性
Tem
n
T2
转矩表达式 Tem CTΦN Ia
ห้องสมุดไป่ตู้
T0
考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度 0
Ia
比电流上升的慢。
3、效率特性
定义：当 U 、U N I f时，I fN
η f(I a )
由方程式可得 η P1
P
1
P0
Ra
I
2 a
P1
UN Ia η
空载损耗为不变损耗，不随负载电流
η
变化，当负载电流较小时效率较低，输入
η
n UN RaIa UN Ra Rf
CEΦ CEΦ kf CEIa
kf CE
Tem
当负载电流为零时，电机转速趋于无穷
n
大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行。
转矩特性
Tem
CTΦIa
k
f
CT
I
2 a
0
Ia
当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动机的工作特性与 他励电动机相同。
功率大部分消耗在空载损耗上；负载电流
增大，效率也增大，输入的功率大部分消
耗在机械负载上；但当负载电流增大到一
定程度时铜损快速增大此时效率又变小。 0
Ia
二、串励直流电动机的工作特性
当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励
磁电流呈线性关系。即：
转速特性
Φ k f I f k f Ia
η n Tem
直流电动机的工作特性
一、他励（并励）直流电动机的工作特性
1、转速特性
定义：当 U 、U N I f时，I fN n f(I a )
由方程式可得
n
UN CEΦ
3.3.7直流电动机的工作特性与机械特性11
2
直流电动机的机械特性
③减弱励磁磁通时的人为特性
改变励磁回路调节电阻Rsf，就可以改变励磁电流，进而改变励磁磁通。由于电动机额定运行时，磁路已经 开始饱和，即使再成倍增加励磁电流，磁通也不会有明显增加，何况由于励磁绕组发热条件的限制，励磁电
流也不允许大幅度地增加，因此，只能在额定值以下调节励磁电流，即只能减弱励磁磁通。
的去磁效应，则转速与负载电流按线性关系变化，
当负载电பைடு நூலகம்增加时，转速有所下降。他励直流电 图3-23 他励电动机的工作特性
动机的工作特性如图3-23所示。
1
直流电动机的工作特性
（2）转矩特性 当U=UN，If=IfN时，Tem f (I a ) 的关系称为转矩特性。根据直流电
机电磁转矩公式可得电动机转矩特性表达如下：
保持R=R a（Rs =0）、U= UN不变，只减弱磁通时的人为机械特性为
n=
(3-29)
对应的转速特性为 n=
（3-30）
在电枢串电阻和降低电压的人为特性中，因为 不变，T ∝I ，所以他们的机械特性n=f(T )曲线也代表了转速 特性n=f(I )曲线。
2
直流电动机的机械特性
但是在讨论减弱磁通的人为特性时，因为磁通 是个变量，所以n=f(I )与n=f(T )两条曲线是不同 的，如图3-29所示
3
机械特性的求取
根据计算所得 (0,n0)和（TN，Nn)两点就可以在 Tem-n平面内画出电动机的固有机械特性。通过式 求出β 后，便可求得他励电动机的固有机械特性方程式n=n0- 。
(2). 人为特性的求取
在固有特性方程式 n=n0-
(n0、β为已知 基础上，根据人为机械特性对应的参数 （U、Rs或Φ）
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。
《直流电机的工作原理及特性》PPT模板课件
2．电磁转矩TM
电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和 电磁转矩，其大小可用如下公式表示：
TKtIa
式中：T——电磁转矩（N·m）； Φ——对磁极的磁通（Wb）； Ia——电枢电流（A）； Kt——与电机结构有关的常数，Kt=9.55 Ke
3.2 直流他励电动机的机械特性
一、机械特性的一般形式
根据 0,n0、TN,nN
两点，就可作出他励直流电动机近似是机械特性曲线 nfT。
三、人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压U和励磁磁
通Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Rad所得到的机械特性。
1. 电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 U U N , N
n
Rad
If
U
Ia M E
3．3 直流他励电动机的启动特性
nN △n
决于 Rf、 Uf的大小，当 Rf、 Uf
的大小一定时, If为定值，即磁
△T
通为定值。
0
TN T
n 理想空载点 n0
nN △n
1. 理想空载转速： T=0时的转速称为理想空
载转速，用n0表示。 根据机械特性可知：
U
△T
n0 Ke
0
TN T
2. 机械特性硬度
为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性
直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的
发电机的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或 原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时， 原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩T及空载损耗 转矩T0相平衡。
电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此， 电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损 耗转矩T0相平衡。
直流电动机的原理及特性
直流电机
定子
机座 换向极 主磁极 电刷装置 电枢铁心 换向器
转子
电枢绕组 轴承
风扇 转轴
2.1.2 直流电动机的励磁方式 定义：直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式。 实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接，就决定了它是什么 样的励磁方式。
1.他励式
若励磁绕组不与电枢 绕组联接，励磁绕组单独 由其他电源供电的直流电 机称为他励式直流电机。
2.1.2 直流电动机的励磁方式
并励式
励磁绕组与电枢绕组并联，称为并励式直流电机。 并励式直流电机的电枢电流Ia。励磁绕组流过的 电流为If ，经过负载或电源供给电机的总电流 为 I，三者须满足以下关系： 直流发电机：Ia ＝I＋If 直流电动机：Ia ＝I－If
2.1.2 直流电动机的励磁方式
第2章 直流电动机的原理及特性
直流电机的用途
测速
伺服
励磁机
电源
直流电机的特点
• 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 • 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动性能良好。
• 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高
2.1直流电动机的基本结构和工作原理
端盖 —— 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支 撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还 起防护作用。
定子部分
电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入） 装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右 图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在 刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋 转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在 刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同 极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆 装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。
直流电机的工作原理及特性剖析
直流电机的工作原理及特性剖析直流电机是利用直流电流产生的磁场进行能量转换的一种电动机。
它的工作原理基于洛伦兹力和电磁感应的相互作用。
直流电机主要由定子和转子组成。
定子是不动的部分，由绕组和磁体构成。
绕组通电后产生的磁场称为励磁磁场，它的作用是提供一个永久的磁场。
转子是可转动的部分，通常由铁心和线圈组成。
转子的线圈通电后产生的磁场称为电励磁磁场。
当励磁磁场和电励磁磁场相互作用时，就会产生一个扭矩，使转子开始旋转。
1.高起动转矩：由于直流电机的励磁磁场是恒定的，它可以提供一个较高的起动转矩，使得直流电机可以很容易地启动和加速。
2.调速范围广：由于直流电机可以通过调节绕组的电流来控制电磁力的大小，所以它具有广泛的调速范围。
通过改变绕组中的电流方向和大小，可以实现正向和反向旋转，以及不同的转速。
3.良好的速度稳定性：直流电机在负载变化时具有很好的速度稳定性，可以在较大负载下保持稳定的转速。
这是因为直流电机可以通过反馈系统来调整电流，以实现稳定的转速。
4.高效率：直流电机具有较高的效率，能够将输入的电能有效地转换为机械能。
这是因为直流电机的机械损耗比较小，同时也可以通过控制电流来减小铜损和铁损。
5.容易控制：直流电机具有良好的可控性，可以通过控制电流来改变转速和输出转矩。
通过调节绕组的电流，可以实现无级调速和闭环控制，从而满足不同的应用需求。
总之，直流电机的工作原理是利用洛伦兹力和电磁感应的相互作用，在绕组通电产生的磁场作用下，转子开始旋转，从而将电能转换为机械能。
直流电机具有高起动转矩、调速范围广、速度稳定性好、高效率和易于控制等特点，因此被广泛应用于工业、交通和家用电器等领域。
《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性
T = TL +T0
转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时， 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化， 动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 一定， (平衡 此时， 平衡)， 例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL (平衡)，此时， 突然增加， 若TL突然增加，则调整过程为 E = KEΦn E↓ ↓ TL ↑ n↓ ↓ T↑
（3）求理想空载转速
根据（0，n0）和（TN，nN）两点，就可以作出他励电动 机的机械特性曲线。
正反转时的机械特性
2 、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加 电压、励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电 阻所得到的机械特性。直流他励电动机有三种人 为机械特性。
Ra U n= − T = n0 − ∆n 2 KeΦ Ke Kt Φ
n
d T
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组， 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流 方向如图所示 由于换向片和电源固定联接， 如图所示。 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动，总是 极有效边的电流方向向里 N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则 按顺时针方向旋转。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
转子
转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、 电枢铁心、 转子部分 电枢铁心 电枢绕组、换向器、风扇、 电枢绕组、换向器、风扇、轴等
直流电机的工作原理及特性
直流电机的工作原理及特性直流电机是一种电动机，以其结构简单、控制精度高、效率高、输出功率大等优点而受到广泛应用。
本文将从工作原理、特性两个方面对直流电机进行详细介绍。
一、工作原理直流电机的工作原理是靠用直流电产生的磁场作用在转子上，使转子旋转。
直流电机实际上是一个能把电动机和发电机互相转换的机器，因为直流电是双向运动的，所以他可以既做发电机又可以做电动机。
（一）机械结构直流电机机械结构分为定子和转子两部分。
定子包括机座、磁极、绕组等。
转子是电动机旋转的部分，包括转子铁心、绕组和电刷等。
当电机接入电源并加上磁通，就会在转子上产生一个磁场。
由于转子上产生的磁队是与磁通方向相反的，因此磁力会推动旋转电机，从而使转子开始转动。
（二）电磁学原理直流电机的转速与线圈导体上通过电流的方向、大小，磁极和线圈位置等因素有关。
当直流电通过定子绕组时，就会产生磁极磁通，因此在转子上的绕组中就会感应出电磁力和转矩。
电机转子的移动速度主要取决于该转矩。
转矩越大，电机就能承受更多的外力，提供更高的机械输出；反之，转矩越小，电机就需要承受更小的外力。
二、特性（一）功率和效率直流电机的输出功率和效率都很高。
在电机运行时，电梯将能量输出到外部驱动机器，其能量转化效率约为88%~96%，具有一定的经济性和高性价比的特点。
（二）输出特性直流电机存在强大的输出特性，这意味着它可以在不同的工作负载下产生不同的扭矩和速度。
直流电机的特性也非常稳定，当负载发生变化时，电机的输出也能及时发生相应地变化，从而实现更高的精度。
（三）寿命和维护直流电机的寿命较长，使用寿命通常可达到15000小时。
它还具备一定的可靠性和稳定性，使用稳态电源能有效促进电机使用寿命。
通常情况下，直流电机不需要经常维护，只需要清洗和润滑，更换磨损和损坏的部件即可。
（四）控制精度直流电机的速度控制精度非常高，控制范围广，在高低转速下都能实现同样高的控制精度。
这也让它在工业控制领域中得到了广泛应用，如分步马达、电动升降平台、电动梯等等。
各种电机的特点及典型应用
各种电机的特点及典型应用电机是将电能转化为机械能的设备，广泛应用于工业、交通、农业等领域。
根据不同的工作原理和应用领域，电机可以分为直流电机、交流电机、步进电机和伺服电机等多种类型。
下面将详细介绍各种电机的特点及典型应用。
1. 直流电机（DC Motor）直流电机是利用直流电源供电，通过电流与磁场之间力的相互作用实现电力转换的电机。
其主要特点如下：-转速可调：转速与电压、电流成正比，通过调节电压或电流可以实现转速调节。
-启动和制动能力强：由于直流电机具有较高的起动扭矩，因此适用于大部分需要启动、制动频繁的场合。
-反向性好：通过改变电流的方向可以实现正转与反转。
-稳定性好：适用于对转速稳定性要求较高的场合。
典型应用：-电动汽车：直流电机因其较高的起动扭矩和调速灵活性，逐渐成为电动汽车的首选驱动电机。
-家电产品：如洗衣机、吸尘器、混合机等，直流电机在家电领域中应用广泛。
-动力传输：直流电机常被用于带动传送带、曳引机构等实现物料的输送和搬运。
2. 交流电机（AC Motor）交流电机是利用交流电源供电，通过电流与磁场之间的相互作用实现电力转换的电机。
其主要特点如下：-结构简单：交流电机结构简单，容量大，体积小。
-转速稳定：在额定电压、频率下运行，转速相对稳定。
-使用方便：交流电源广泛，适用于各种场合。
-成本低：与直流电机相比，交流电机制造成本更低。
典型应用：-空调、冰箱、电风扇等家电产品：交流异步电机被广泛应用于家电产品中。
-工业机械：如起重机、输送机、风机、压缩机等巨大的工业设备中，交流电机应用广泛。
-制冷与暖通设备：交流电机被应用于空调机组、冷水机组、风机盘管等机电设备中。
3. 步进电机（Stepper Motor）步进电机是一种将数字脉冲信号转换为角度或者线性位移的电动机。
其主要特点如下：-高精度：步进电机可以非常准确地控制转轴的位置。
-易于控制：步进电机只需提供驱动信号，无需反馈机制，控制比较简单。
003-直流电机的工作原理及特性
“换 向”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换
向 器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是 一个方向，就可以使电动机能连续的旋转这就是 直流电动机的工作原理。
电机的可逆运行原理
(三) 电机的可逆运行原理 从上述基本电磁情况来看： 一台直流电机原则上既可以作为电动机运
主 磁 极（静止部分）
1.主磁极 （图3-4） 主磁极一般是电磁铁 用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固
而成的铁心。（励磁绕组套在上面）
换 向 极（静止部分）
2.换向极（又称附加极或间极）
换向极图片（图3-5） 主磁极和换向极示意图（图3-6） 作用为改善直流电机的换向性能，一般
用整块钢板加工而成，并在其外面套上 换向极绕组。
题解
解：两个已知条件： 负载转矩TL＝常数； 减弱励磁时系统是一个从稳态到另一个稳态（不涉
及瞬态过程），电枢反电势是稳态值。 ∵稳态运行时TL＝T＝KtΦIa＝常数，当减弱励磁时 Φ减少， Ia增加； 又∵ E＝U-IaRa ，U与Ra不变，则电枢反电势E减少 ∴到新的稳态值后，电枢反电势E<E1。
3.2.2 电压平衡方程式（电枢回路）
U＝E＋IaRa （3.3）
（3.1～3.3为三个基本公式） U:电动机外加电枢电压； E:电枢的反电压； IaRa:电动机电阻压降。 注意：电动机在运行时，它的转速、电动势、电 枢电流、电磁转矩能自动调整，以适应负载 的变化，保持新的转矩平衡。
例题分析
课本题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态值后，电枢 反电势将如何变化？是大于、小于还是等 于E1？
直流电机的工作原理及特性
直流电机的工作原理及特性直流电机是一种将电能转化为机械能的装置，它的工作原理和特性主要包括：电动力原理、结构特点、性能特点和应用范围。
一、工作原理：直流电机的工作原理基于安培力和洛伦兹力的相互作用。
当电流通过电机的线圈时，电流会产生磁场。
根据安培力的原理，电流会受到磁场的力作用，使得电流所在的导线在磁场中受到力的作用。
而洛伦兹力的原理则指出，当有导体在磁场中运动时，导体内的电荷会受到磁场的力的作用。
由此可知，当电流通过电机的线圈时，线圈会在磁场的作用下受到力，并因此产生旋转运动。
具体来说，直流电机由定子和转子两部分组成。
定子由绕组组成，绕组将通电产生的磁场产生在空间中。
转子是电机的旋转部分，它由磁场通过的线圈和电刷组成。
当电流通过绕组时，线圈产生磁场，并与定子磁场相互作用，使得转子发生旋转运动。
电刷则负责将电流引入转子的线圈中，使得线圈能够保持旋转。
二、特性：1.转速可调性：直流电机的转速可以通过调节电压或改变转子绕组的连接方式来实现。
这使得直流电机具有广泛的应用场景，可以应对不同转速需求的工作环境。
2.启动性好：由于直流电机的转子线圈本身具有自感性，当通电时产生的感应电动势可以帮助电机启动。
因此，直流电机的启动过程相对较容易。
3.负载适应性强：直流电机对负载的适应能力较强，即使在大负载情况下，电机的转速和车速相对稳定，不易受到负载的干扰。
4.转矩密度高：与其他类型的电机相比，直流电机的转矩密度较高，能够在相同体积和重量的情况下提供更大的转矩输出。
5.快速动态响应：直流电机具有快速动态响应的特点，可以在瞬间从静止状态加速到工作状态，并且变速过程平稳。
6.易于控制：直流电机可以通过斩波调速、串联调速、分级调速等方式进行控制，实现精确的速度和转矩调节。
三、应用范围：直流电机广泛应用于各个领域，包括工业生产、交通运输、家用电器等。
1.工业生产：直流电机在机床、起重设备、工作台、输送机和机器人等工业设备中得到广泛应用，用于提供驱动力和转矩。
直流电机的工作原理及特性
Ia
3.12
T KtIa Ia T /Kt
n
U
K e
Ra
KeKt 2
3.7
Ia I f I I
3.10
并励发电机工作的条件：
1.要有剩磁（起始电流）； 2.励磁电流产生的磁场方向 和剩磁方向相同；
3.Rf’不能太大。
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.2.2 并励发电机
并励发电机自励和外特性 U f I
U0
tg
U0 If
Rf
If
U
U0
n=nN,调节If以获得所需的 空载电压U0 ,然后接上负载
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.3 直流电动机的机械特性
3.3.1 他励电动机的机械特性
电压平衡方程
U E Ia Ra
3.11
Ia
U E Ra
Ia IN I f
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.3.1 他励电动机的机械特性
U E Ia Ra
3.11
E Ken
n
U
K e
Ra
K e
定子 换向器
转子
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和 工作原理
3.1.1 直流电机的基本结构 (定子剖面图)
换向 极
主磁极
磁极数－主 磁极的个数
磁极对数= 磁极数/2
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和 工作原理
3.1.1 直流电机的基本结构 (转子结构图）
第三章 直流电机的 工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和工作原理 3.2 直流发电机 3.3 直流电动机的机械特性 3.4 直流他励电动机的启动特性 3.5 直流他励电动机的调速特性 3.6 直流他励电动机的制动特性
第09讲直流电动机的起动及工作特性
如果励磁太小甚至断线，可能导致“飞车”现象。
满磁通空载直接启动的转速与电枢电流变化
n
n0
( Ea = CeF N n)
IN
IS
o
t
UN
I0 o
t
IfN Uf N
Ea
启动方法
为了限制启动电流而采取的措施称为启动方法。
一般有两种启动方法：电枢回路串电阻；降低电枢电压。
U¯ Is = (Ra + R)
UN
I s 1.75 ~1.30 I N （起动电流范围）
设计一个起动变阻器， 【求】变阻器应有的级数及每级电阻值。 【解】
22 P = =25.9kW 1 0.85
3 P 25.9 10 IN 1 = =117.5A UN 220
PN
Rs1 Rs 2 Rs 3
C1 C2 C4
（停止）
该起动器应设计为8级
3
直流电动机的工作特性
他励直流电动机工作特性
U=UN , If = IfN , 电枢回路不串电阻的情况下，他励电动机 的输出功率或者电枢电流变化时，电机的转速、转矩、效率等 重要物理量随之变化的关系曲线称为工作特性。 额定励磁电流：直流电动机加额定电压，带额定负载后，电 枢电流、转速、输出功率都达到额定值，这时对应的励磁电流 称为额定励磁电流。 Ia
R1 0.742 1.068 0.792
R3 0.742 0.792 0.587 R4 0.742 0.587 0.436 R5 0.742 0.436 0.324 R6 0.742 0.324 0.240 R7 0.742 0.240 0.178 R8 0.742 0.178 0.132 R9 0.742 0.132 0.979 Ra 0.1
直流电机工作特性
与I
f
关系曲线
0
即为空载特性曲线 U0 f (I f ) 。
分析：A、空载特性表明电机磁路的性质。即：当 n
一定时，电机绕组感应电势与其对应磁势的关系。
B、改变励磁电流 I f 0 的方向，可测出反方向的 空载特性曲线。
C、改变电机转速 n ，可得不同的空载特性曲线。
D、并励、复励直流发电机的空载特性都以
Ea Ua Ra Ia
U f Rf I f
Ea
Ia If
发电机的 Ea大于U a 。
2、转矩平衡方程式：
A、电动机：
空载转矩 惯性转矩
M (t)
M 2 (t)
M 0 (t)
J
d dt
（电磁转矩 负载转矩
瞬态方程
M M2 M0
稳态方程
B、发电机：
d M1(t) M (t) M0 (t) J dt
M M2 M0
I f Ia
不计饱和时：
EMa
Cen C e'I f n Ce' Ian CM Ia CM' Ia I f CM'
I
2 a
Ce' Ce K f CM' CM K f
A、转速特性：
U Ea Ia Ra I f Rf Ea Cen Ce' Ian
瞬态方程
原动机拖动转矩
M1 M M 0 稳态方程
3、功率方程式：
A、直流电机中的损耗、效率：
损耗有三类 消耗于导体电阻中。
消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。
消耗于铁心中的损耗。
铁耗：pFe 由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内
直流电机工作原理及特性
直流电机工作原理及特性一、工作原理直流电机是一种将直流电能转化为机械能的电动机。
其工作原理基于洛伦兹力和电磁感应原理。
直流电机由电枢和磁极组成。
电枢由导电线圈绕制而成，磁极则由永磁体或电磁铁构成。
当电流通过电枢时，电枢会产生磁场。
与此同时，磁极的磁场也存在。
根据洛伦兹力原理，当电枢的磁场与磁极的磁场相互作用时，电枢会受到一个力的作用，使其开始旋转。
电枢旋转的方向与电流的方向有关。
为了保持电枢的持续旋转，需要通过电刷和换向器来改变电流的方向。
电刷和换向器的作用是在电枢旋转到一定角度时，改变电流的方向，使电枢继续受到力的作用，保持旋转。
二、特性1. 转速特性：直流电机的转速与电压成正比，转速随着电压的增加而增加。
当负载增加时，转速会下降，这是由于负载对电机的机械阻力增加所致。
2. 转矩特性：直流电机的转矩与电流成正比，转矩随着电流的增加而增加。
当负载增加时，电机需要提供更大的转矩来克服负载的阻力。
3. 效率特性：直流电机的效率是指输出功率与输入功率之比。
在额定负载下，直流电机的效率通常在80%到90%之间。
效率越高，电机的能源利用率就越高。
4. 起动特性：直流电机具有较高的起动转矩，即在启动瞬间能够提供较大的转矩。
这使得直流电机在需要快速启动或对起动转矩要求较高的应用中具有优势。
5. 调速特性：直流电机的转速可以通过调节电压或改变电枢电流来实现调速。
通过改变电压或电流的大小，可以控制电机的转速，使其适应不同的工作要求。
6. 可逆性：直流电机具有可逆性，即可以正转和反转。
通过改变电流的方向，可以改变电机的旋转方向。
7. 稳定性：直流电机具有较好的稳定性，即在负载变化较大的情况下，仍能保持较稳定的转速和转矩输出。
总结：直流电机是一种将直流电能转化为机械能的电动机。
其工作原理基于洛伦兹力和电磁感应原理。
直流电机具有转速特性、转矩特性、效率特性、起动特性、调速特性、可逆性和稳定性等特点。
这些特性使得直流电机在许多应用领域中得到广泛应用，如工业生产线、交通运输、家用电器等。
直流电机原理及其转动特性分析
直流电机原理及其转动特性分析直流电机是一种常见而重要的电动机类型，广泛应用于工业生产、家庭设备以及交通工具等领域。
本文将从直流电机的工作原理和转动特性两个方面进行详细的分析。
一、直流电机的工作原理直流电机是利用电磁感应原理和洛伦兹力原理来实现电能转换为机械能的装置。
它由定子和转子两部分组成。
定子是由一组定子绕组和磁极组成，绕组通电产生磁场。
转子是由永磁体或可电磁激磁体组成，受到磁场力作用而旋转。
在工作时，施加在直流电机的电源上直流电流，经过定子绕组产生一个旋转的磁场。
根据洛伦兹力原理，当转子处于磁场中时，由于磁场和电流方向的交叉作用，转子上会受到一个力矩的作用。
这个力矩使得转子开始旋转。
同时，转子上产生的感应电动势作用于绕组，产生感应电流，这个感应电流也会在磁场中产生一个力矩，使得转子继续旋转。
直流电机通过定子绕组的电流和转子上的磁场之间的相互作用，实现了电能到机械能的有效转换。
这一工作原理为直流电机的转动特性奠定了基础。
二、直流电机的转动特性分析1. 转速特性直流电机的转速与供电电压和负载有关，根据直流电机的特性曲线可以得知，当负载较小时，转速与供电电压成正比。
而当负载增加时，转速则会下降。
这是因为，在负载增大时，电机内部的反电动势增加，抵消了供电电压的作用，导致转速下降。
2. 转矩特性直流电机的转矩与电流成正比，转矩与转速成反比。
当电机负载增大时，为了保持一定的转速，电机需要输出更大的转矩。
因此，调节电机的电流可以实现对转矩的控制。
3. 效率特性直流电机的效率是指电能转换为机械能的比例，即功率输出与功率输入比值。
根据直流电机的特性曲线可以得知，当电机负载较小时，电机的效率较高。
而当电机负载增加时，电机的效率会下降，因为更多的能量被转化为热量。
4. 起动特性直流电机在启动前需要克服静摩擦力和动摩擦力的阻力。
根据电机的起动曲线可以得知，当启动电流较大时，电机能够迅速克服阻力实现起动。
而当启动电流较小时，电机的起动时间会延长。
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C、并励发电机的功率方程式：
P1机械功率 PM 电磁功率
p pFe
pcuf pcua ps
P2 电功率
PM Ea Ia (U Iar a2 Us )Ia pcuf pcua ps P2 P1 M1 (M M0 ) PM p0 PM p pFe
二、直流电动机的工作特性：
周期 TK ，一般为千分之几秒。 若换向元件中电势为零，则元件中电流变化
为线性的变化。实际换向元件中会出现两种电势：
电抗电势 er ，电枢反应电势 ea 。 (一)、电抗电势 er ：
换向元件中在电流变化时，必然出现由自感和互感
作用引起的感应电势，称为电抗电势 er 。
er
Lr
dia (t) dt
B、转矩特性：
M CM Ia 不计去磁 M CM' Ia 特性为一过原点的直线。当考虑电枢反应时，实
际曲线偏离直线
C
' M
I
a
，仍接近于一条直线。
C、效率特性：
P2
100%
(1
p ) 100%
P1
P1
[1 pFe p pcuf Ia2ra 2 U s Is ]100% U(Ia I f )
电机有剩磁，极性正确
气隙磁场得到加强
电枢绕组电势增加
励磁电流增加
电枢端电压建立起来
如何稳定呢？
空载电压建立能否稳定？
励磁绕组端电压 U 0 与励磁电流 I f ： 在磁路上满足空载特性 U0 f (I f ) ， 在电路上满足伏安特性 U f rf I f 0 。 当 U f U 0 时 ，达稳定点A。即两曲线的交点。
铜耗：pcu1
电枢回路铜耗
pcua
I
2 a
ra
励磁回路铜耗
pcuf
I
2 f
rf
电刷接触铜耗 ps 2Ia Us
2 Us 为一对电刷总接触电压降。
机械损耗： p 包括轴承摩擦损耗、电刷摩擦
损耗、定转子和空气的摩擦损耗。 附加损耗： p 电枢齿、槽存在，使气隙磁通产
生脉动，电枢反应使磁场畸变引起的铁耗。换向
绕组。 补偿绕组与电枢绕组串联。磁势与电枢磁势 方向相反，其作用是减小电枢反应引起磁场畸变， 防止环火。 结构复杂，成本较高，一般不采用。 环火产生原因：
电枢反应磁场畸变，元件切割极尖下增磁区的 B 时感应出很大的电势，使处于该处换向片间的电 位差很大，当此电位差值超过一定限制，就发生换 向片间电位差火花。该火花延伸到片间电压较大处， 在正负电刷间形成电弧连通，使换向器周围发生环 火。
并励电动机与串励电动机工作特性比较：
A、串励电机的 n 随 I a 增大而迅速下降。
B、串励电动机不允许空载或轻负载运行。
C、在同样大小的起动电流 I st 下，
串励电动机的 M st 大于并励电动机的 M st 。
M
串励
M st串
并励
M st并 Ia
0 I st
3、复励直流电动机的工作特性： 它介于并励和串励电动机特性之间。 当并励绕组磁势起主要作用，特性接近于
减小；
串励电机I f＝I a 随 0
I
负载变化，使 U 不稳定，可安自动装置。
Ie
第八节 直流电机的换向
换向的电磁现象 改善换向的方法 补偿绕组
直流电机电枢绕组中的电势和电流是交变的。 借助于换向器和电刷，在电刷间获得直流电压和电 流。当旋转的电枢绕组元件从一条支路经电刷底而 进入另一条支路时，该元件中的电流从一方向变换 成另一方向，这种电流方向的变换称为换向。
剩余部分产生附加磁场 BK ，抵消 er 。
2、移动电刷位置。电刷移开几何中性线一角度。 一般不常用。
3、选用合适电刷：减小接触电阻。 石墨电刷－－－换向不困难的中小型电机，
碳－－石墨电刷－－－换向困难的中小型电机，
青铜－－石墨电刷－－－低压大电流电机，
紫铜－－石墨电刷－－－低压大电流电机。
三、补偿绕组： 在主极极靴上冲出一些均匀分布的槽，放置补偿
U U f Rf If
Ea Ia
If
B、并励发电机电势方程式：
Ea Ua Ra Ia
U f Rf I f
Ea
Ia If
发电机的 Ea大于U a 。
2、转矩平衡方程式：
A、电动机：
空载转矩 惯性转矩
M
(t)
M 2 (t)
M 0 (t)
J
d dt
（电磁转矩 负载转矩
瞬态方程
M M2 M0
b、空载时，I a 很小， 及 Ia Ra' 很小，电机必须 产生反电势 Ea Cen 与电源电压相平衡，
因此, n 很高。 理论上，Ia 0 时， 0 ，n 。 故串励电动机不允许空载或轻负载运行。
nM
M
0
n Ia
B、转矩特性：
M
CM Ia
CM'
I
2 a
当 I a 增大，n 很快减小，使 M 升很快。即，随
着 I a 增大，M 将以高于 I a 的一次方比例增大。
在同样大小的起动电流 I st 下，
串励电动机的 M st 大于并励电动机的 M st 。
C、效率特性：
与并励电动机类似。
P2
100%
(1
p ) 100%
P1
P1
[1
pFe
p
pcuf
I
2 a
ra
2UsIs
]100%
U(Ia I f )
是 I a 的二次曲线。
当不变损耗＝可变损耗时，max 取得最大。
max
Ia 0
2、串励直流电动机的工作特性： 基本方程式：
U Ea Rf I f Ra Ia Ea (Ra RБайду номын сангаас )Ia
M M2 M0
I f Ia
不计饱和时：
EMa
Cen C e'I f n Ce' Ian CM Ia CM' Ia I f CM'
额定负载时效率 N 85 ％ 求： 额定输入功率；额定输出功率；总损耗；
U Ue
积复励 他励 并励
o
I
Ie
4、调节特性： 当 n＝C ，U C 时，端电压I f f (Ia ) 曲线。 当电枢电流增大时，曲线往上翘。
If
I fe
If0
Ia
Ie
(二)、并励直流发电机空载电压的建立： 并励和复励直流发电机均为自励发电机，首先应 在空载时建立电压，然后再带负载。 自励电压建立的三个条件： 必须有剩磁；励磁绕组与电枢并联的极性正确； 励磁回路中电阻小于临界电阻。
稳态方程
B、发电机：
M 1 (t )
M
(t)
M 0 (t)
J
d dt
瞬态方程
原动机拖动转矩
M1 M M 0 稳态方程
3、功率方程式：
A、直流电机中的损耗、效率：
损耗有三类 消耗于导体电阻中。
消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。
消耗于铁心中的损耗。
铁耗：pFe 由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内
交变而引起的。
他励形式测取。
空载特性曲线： U0
If
o
If U0
o
n1 n2 n1 n2
If
2、负载特性： 当 n＝C ，Ia C 时，端电压 U f (I f ) 曲线。 与空载特性比较： 当 I f 上升时，两曲线都上升。
当 I f 一定时，两特性的电压不同。
U
空载
负载
If o
3、外特性：
当 n＝C ，I f C 时，端电压 U f (Ia ) 曲线。 当负载电流及电枢电流增大时，曲线略为下垂。
作业：9月29日
1、一台P对极的直流电机，电枢绕组为单迭绕组， 其电枢绕组电阻为 ra ，电枢电流为 Ia 。若改接为 单波绕组，并保持支路电流不变，问电枢绕组电阻和
电枢电流将为多少？ 2、一台并励直流电动机在 U N 220伏，I N 80安
的条件下运行，电枢绕组电阻为 ra 0.08 欧 ， 2 U s 2 伏， 励磁绕组电阻为 rf 88.8 欧
I
2 a
Ce' Ce K f CM' CM K f
A、转速特性：
U Ea Ia Ra I f Rf Ea Cen Ce' Ian
n
U
IaRa' Ce
U Ce' Ia
1 Ce'
Ra'
Ra' Ra R f
分析：a、转速 n 随着 I a 的增大而迅速减小。 （因为 Ia I f ）。
换向不良：电刷火花，烧坏电刷和换向器，电 机不能运行。
换向过程复杂：电磁、机械、电化学等各方面 因素。 现仅就电磁现象及改善换向的方法作介绍：
一、换向的电磁现象：
12
12
12
vk
vk
vk
2ia
2ia
2ia
(a)
(b)
(c)
在上述过程中，元件1 中的电流改变了方向。 经过了一个换向过程。换向过程经历时间为换向
U(Ia I f )
当不变损耗＝可变损耗时，max 取得最大，
是 I a 的二次曲线。
B、并励电动机的功率方程式：
P1电功率
PM 电磁功率 P2 机械功率
pcua pcuf ps
p pFe
P1 UI U (I f Ia ) pcuf pcua ps PM
PM M EaIa (M 2 M0 ) P2 pFe p
电流引起的损耗。
按额定容量的１% 计算 ， 无补偿绕组
按额定容量的 0.5% 计算 ， 有补偿绕组