直流电动机的工作特性
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。
《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
直流电动机与交流电动机
直流电动机与交流电动机直流电动机与交流电动机是常见的电动机类型，它们在我们的日常生活和工业生产中都占据了重要地位。
本文将介绍直流电动机和交流电动机的工作原理、特点以及应用领域。
直流电动机是利用直流电源供电的电动机。
它的工作原理基于电荷在磁场中受到力的作用而产生转动。
直流电动机通常由一个转子和一个固定在轴上的永磁体构成。
当通电时，通过电磁感应作用，电流在转子上产生磁场，这个磁场会与永磁体的磁场相互作用，使得转子开始旋转。
直流电动机的转速与输入电压和电流成正比，因此它可以通过调节电源电压或者外加电阻来实现转速的调节。
直流电动机具有启动扭矩大、转速调节范围宽、反转性能好的特点。
直流电动机广泛应用于各个领域。
在家庭和商业领域，直流电动机被用于风扇、洗衣机、冰箱等家电产品中。
在工业生产中，直流电动机被广泛应用于机械、造纸、化工、纺织等行业。
此外，直流电动机还被应用于电动车辆和无人机等先进技术领域。
交流电动机是利用交流电源供电的电动机。
它的工作原理基于电流在交变电场中产生力矩而产生转动。
交流电动机分为异步电动机和同步电动机两种类型。
异步电动机是最常见的交流电动机类型，它通过感应转子上的涡流而实现转动。
异步电动机通常由一个转子和一个固定在轴上的定子构成。
当定子通电时，产生的磁场会导致转子中感应出涡流，涡流与定子的磁场相互作用产生力矩，使得转子开始旋转。
同步电动机则是通过与电源提供的交流电同步运行的。
交流电动机具有启动扭矩小、结构简单、维护成本低等特点。
它们广泛应用于工业生产、交通运输以及可再生能源等领域。
在工业生产中，交流电动机被用于泵、风机、压缩机、传送带等机械设备上。
在交通运输中，交流电动机被用于电动火车、电动汽车等交通工具的驱动系统。
此外，随着可再生能源的发展，交流电动机也被广泛应用于风力发电和太阳能光伏领域。
综上所述，直流电动机和交流电动机是两种常用的电动机类型。
直流电动机适用于需要启动扭矩大、转速范围宽的场合，而交流电动机适用于结构简单、维护成本低的场合。
直流电动机的特点与应用
直流电动机的特点与应用直流电动机是一种常见的电动机类型，具有许多独特的特点和广泛的应用。
本文将介绍直流电动机的特点和应用，并探讨其在不同领域中的具体应用案例。
一、直流电动机的特点直流电动机具有以下几个独特的特点：1. 可调速性：直流电动机可以通过调整电源电压或外部电阻来实现调速。
这种可调速性使得直流电动机在需要频繁启动、停止以及调整转速的应用场景中非常常见。
2. 良好的起动和启动特性：直流电动机具有良好的起动和启动特性，能够在瞬间产生较大的起动转矩。
这使得直流电动机广泛用于需要短时高转矩的应用中，如起重机、电梯等。
3. 适应性强：直流电动机能够适应不同的负载特性，无论是恒力负载还是恒功率负载，都能够稳定工作。
这种适应性使得直流电动机在工业自动化控制系统中得到广泛应用。
4. 可逆性：直流电动机可以同时作为电动机和发电机使用。
当外部负载对电动机进行制动时，直流电动机可以将动能转化为电能并反馈到电源中，实现能量回收和再利用。
二、直流电动机的应用直流电动机在各个领域中都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：1. 工业自动化：直流电动机是工业自动化系统中最常用的驱动设备之一。
它们被广泛应用于生产线输送带、机器人、纺织设备、印刷机械等自动化设备中，可提供可靠的驱动力和精确的控制。
2. 交通运输：直流电动机在交通运输领域中扮演着重要的角色。
它们被应用于电动车辆、电动自行车、电动船舶等交通工具中，为这些车辆提供动力，并带来更高的能源利用效率和环保性。
3. 家用电器：直流电动机也广泛应用于各种家用电器中，如洗衣机、吸尘器、空调等。
直流电动机通过其可调速性和高效率的特点，提供了更好的用户体验和能源利用效率。
4. 新能源领域：直流电动机在新能源领域中具有重要地位。
它们被应用于风力发电机组、太阳能跟踪器、电动车充电桩等设备中，带来高效的能源转换和利用效率。
综上所述，直流电动机是一种具有独特特点和广泛应用的电动机类型。
直流电动机的工作原理与性能
直流电动机的工作原理与性能直流电动机是一种常见的电动机类型，它被广泛应用于各种电气设备中。
它的工作原理和性能对于了解电动机的工作机制和设计相当重要。
本文将从工作原理和性能两个方面进行阐述。
工作原理是理解直流电动机的关键。
直流电动机的工作原理基于电磁感应和洛伦兹力原理。
在直流电动机中，有一个由通电绕组组成的转子，也称为电枢。
当通电绕组受到外部电源的直流电流供应时，形成一个磁场。
这个磁场与绕组中的电流方向相反。
同时，定子上有一组永久磁体或者励磁绕组产生的磁场也存在。
当电枢绕组的磁场与永磁场或励磁磁场相互作用时，就会产生一个力矩，使得电枢转动。
这就是直流电动机转动的基本原理。
直流电动机的性能也是我们需要关注的。
性能包括转速、转矩、效率等。
转速是指电动机转动的速度，通常以转/分钟（rpm）为单位。
它可以由电源电压和电枢绕组的电阻决定。
转矩是指电动机输出的力矩，它与电流和磁场强度有关。
电动机的效率是指输出功率与输入功率的比率。
高效率的电动机能够节省能源和减少能源浪费。
直流电动机的性能也与其结构有关。
直流电动机通常采用不同的结构形式，如分为永磁型和励磁型。
永磁型直流电动机使用永久磁体产生磁场，它具有简单、可靠和功率密度高等特点。
励磁型直流电动机则需要外部励磁设备提供磁场，它的结构相对复杂，但在一些特殊应用中更具优势，如需大功率输出或需要频繁变速的场合。
除了结构形式，电枢绕组的设计也会对性能产生影响。
绕组的设计关系到电动机的输出功率、效率和可靠性。
例如，将电枢绕组分为多个线圈可以增加电流密度和输出功率，但也会增加电阻损耗和可能的焦耳热问题。
因此，在设计中需要权衡这些因素，并做出合适的选择，以满足特定应用要求。
最后，直流电动机还具有一些特殊的性能特点，如启动特性和速度控制能力。
启动特性是指电动机启动时所需的电流和转矩。
由于直流电动机的转矩与电流密切相关，因此启动时可能需要较高的电流来产生足够的转矩。
而速度控制能力是指通过调整电源电压或者调整电枢绕组的电阻来实现转速的调整。
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
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
第4章 直流电动机
概述：
直流电动机
电动机与我们的生活密不可分。电动机是 一种旋转式机器，它将电能转变为机械能。 电动机按使用电源不同分为直流电动机 和交流电动机，其中交流电动机中常用的是 三相异步电动机和单相异步电动机。
直流电机是指通入直流电流而产生机械运动的电 动机，或能输出直流电流的发电机。具有可逆性。
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这样外加于电枢上的电压U1 , ，一部分消耗在电 枢电阻Ra上，一部分则用来平衡电动机的反电动势 Ef 。即： U1 = Ef + RaIa 上式是在电动机运转时，必须满足的一个基本条 件，称为电压平衡方程式。由此式可知，电枢电流 I 。为：
பைடு நூலகம்
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分析上式可知：当电动机的负载增加时，电枢轴 上的阻力转矩增加，电枢转速降低，而使反电动势 E 随之减小，电枢电流 I 。增大，因此电磁转矩也将随 之增大，直至电磁转矩增加到与阻力矩相等时为止， 这时电动机将在新的负载下以较低的转速平稳运转。 反之，当电动机的负载减小时，电枢转速升高，反电 动势增大，电枢电流减小，电磁转矩则随之减小，直 至电动机的电磁转矩减小到与阻力矩相等时为止，电 动机将在较高的转速下平稳运转。
换向器的作用是把通入电刷的直流电流转变为电枢绕组中 导体所需的交变电流。
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电刷与电刷架 ：
电刷与电刷架的作用是将电流引入电动机。 4 个电 刷架均固定在前端盖上，其中两个电刷架与端盖绝缘 ，称为绝缘电刷架；另外两个电刷架与端盖直接铆合 而搭铁，称为搭铁电刷架．电刷由铜与石墨粉压制而 成，加人铜是为了减小电阻并增加耐磨性。电刷装在 电刷架中，借弹簧压力将它压紧在换向器上，电刷弹 簧的压力一般为 11 . 7N ~ 14 . 7N 。
第一章直流电机
《电机及拖动基础》直流电机
例1-3 一台直流发电机， PN=10KW，UN=230V， nN=2850r/min，N=85%。求其额定电流和额定负 载时的输入功率。 。
解
IN PN U
N
10 10 230
3
A 43 . 48 A
P1
PN
N
10 10 0 . 85
3
W 11760 W 11 . 76 kW
势的单位为V。 可见：对已制成的电机, Ea正比于每极磁通和转速n；
另：转矩常数CT与电势常数Ce之间有固定的比值关系：
CT／Ce＝(N· p/2a)/(N· p/60a)=9.55
《电机及拖动基础》直流电机
例1-6 一台直流发电机，2p=4，电枢绕组为单叠绕组， 电枢总导体数N=216，额定转速nN=1469r/min，每极磁 通Φ =2.2× 10-2Wb，求： 1）此发电机电枢绕组的感应电动势。 2）此发电机若作为电动机使用，当电枢电流为800A 时，能产生多大电磁转矩？ 解
《电机及拖动基础》直流电机
例1-4 一台直流电动机，PN=17KW，UN=220V， nN=1500r/min，N=83%。求其额定电流和额定负 载时的输入功率。 解
IN PN U N N 17 10
3
220 0 . 83
3
A 93 . 1 A
P1
PN
N
17 10 0 . 83
《电机及拖动基础》直流电机
二、直流电机的基本结构
直流电机的径向剖面示意图
直流电机的结构图
1-电枢铁心 2-主磁极 3-励磁绕组 4电枢齿 5-换向极绕组 6-换向极铁心 7-电枢槽 8-底座 9-电枢绕组 10-极 掌(极靴） 11-磁轭（机座）
直流发电机的工作特性实验报告范文
直流发电机的工作特性实验报告范文篇一：直流发电机实验报告一、实验目的1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。
2、通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。
二、预习要点1、什么是发电机的运行特性？在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。
2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？3、并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？三、实验项目1、他励发电机实验（1）测空载特性保持n=nN使IL=0，测取U0=f（If）。
（2）测外特性保持n=nN使If=IfN ，测取U=f（IL）。
（3）测调节特性保持n=nN使U=UN，测取If=f（IL）。
2、并励发电机实验（1）观察自励过程（2）测外特性保持n=nN使Rf2=常数，测取U=f（IL）。
3、复励发电机实验积复励发电机外特性保持n=nN使Rf2＝常数，测取U＝f（IL）。
四、实验设备及挂件排列顺序1、实验设备2、屏上挂件排列顺序D31、D44、D31、D42、D51 五、实验方法1、他励直流发电机励磁电源图2－3直流他励发电机接线图按图2-3接线。
图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。
校正直流测功机MG 作为G的原动机（按他励电动机接线）。
MG与G由联轴器直接连接。
开关S选用D51组件。
Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2 选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。
R1选用D44的180Ω变阻器。
R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。
当负载电流大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。
直流电流表和电压表选用D31，并根据需要选择合适的量程。
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。
第3章 直流电机的工作原理及特性
直流电机的磁路
二、直流电机的工作原理
1.直流电机具有可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以 作为发电机运行，只是外界条件不同而已。
发电机——若用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从
电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电； 电动机——若在电刷端外加直流电压，电机就可以带 动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。 这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
(1) 转矩方程式 T ＝ KtΦIa (2) 电势方程式 E ＝ KeΦ n (3) 电压平衡方程式 U＝E＋IaRa
他励电动机的 机械特性
一、直流他励电动机的机械特性表达式
Ra U n T 2 K eΦ K e K tΦ n 0 n
其中：n0 为理想空载转速 n0′为实际空载转速 △n 为转速降
概述
直流电机的铭牌数据
额定功率PN
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出 额定条件下电机 的机械功率 的额定电功率 所能提供的功率 额定电压U N 额定电流I N 在额定工况下，电机 在额定电压下，运行于 出线端的平均电压 额定转速n 额定功率时对应的电流
N
发电机:是指输出额定电压； 电动机:是指输入额定电压。
④学会用机械特性的四个象限分析直流电动机运行状态；
⑤学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动 机启动等运行特性。
重点
由于机械特性是根据转矩、电势、电压平衡方程式推
导出来的，而机械特性又是分析启动、调速和制动特 性的依据，所以机械特性是电动机内容的重中之重；
他励直流电动机的启动特性；
他励直流电动机的调压调速特性。
直流发电机工作原理图
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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端盖 电枢铁心
转子
电枢绕组 换向器
转轴
轴承
.
8
第二节 直流电机的铭牌数据
直流电机的额定值有： 1、额定功率PN(kW) 2、额定电压UN(V) 3、额定电流IN(A) 4、额定转速nN(r/min) 5、额定励磁电压UfN(V)
.
9
指轴上输出 的机械功率
电动机
额定功率 PN
指电刷间输出的
额定条件下电机 发电机 额定电功率
一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于每极 磁通φ（韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分布无关。
.
21
(2)直流电机的电磁转矩
一根导体的平均电磁力：
favBavli ia
ia
Ia 2a
电磁转矩：
Tem fD 2BavliiaND 2
D 2P
T em lili2 Ia aN 2 2 P 2 P aN Ia K T Ia
=1019N.m
.
17
第三节 直流电机的励磁方式及磁场
一、直流电机的励磁方式
1、他励直流电机——励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而是由 其他直流电源对励磁绕组供电。
2、并励直流电机——励磁绕组与电枢绕组并联。
3、串励直流电机——励磁绕组与电枢绕组串联。
4、复励直流电机——两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，
定转速及额定功率时的励磁电流
指直流电机的励磁线圈与电枢线
圈的连接方式
此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、 出厂编号等。
.
11
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行 于额定状态。
电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；
运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载运行 将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。
转起来。由于换向器配合电刷对电流的换向作用，使得线圈边只要
处在N极下，其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向；而在S
极下时，总是从电刷B流出的方向，就使电动机能够连续地旋转。
.
3
（二）直流发电机的工作原理
用原动机拖动电枢逆时针方向恒速 转动，线圈边ab和cd就分别切割不同 极性磁极下的磁场，线圈中产生了交 变的电动势。由于换向器配合电刷对 电流的换向作用，在电刷A、B端的 电动势确是直流电动势。
另一个与电枢绕组串.联。
18
第四节 感应电动势和电磁转矩的计算
(1)直流电机的感应电势
一、直流电机的电枢电势
电枢电势：直流机正、负电刷之间的感应电势， 即每个支路里的感应电势。
计算：求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁 密的平均感应电势，乘上一个支路里总的导体数。
.
19
(1)直流电机的感应电势
第三章 直流电动机的工作特性
直流电机的工作原理和基本结构 直流他励电机的机械特性 直流他励电机的启动特性 直流他励电机的调速特性 直流他励电机的制动特性 直流他励电机传动系统过渡过程分析
.
1
第一节 直流电机的工作原理及结构
一、直流电机的工作原理 （一）直流电动机的工作原理
载流导体在磁场中受到的力
f Bil
②电流保持为额定值而电压下降为100V时， 原动机的输出功率（设此时η=ηN）
.
14
解：
（1）PN=UNIN IN= PN/UN=180KW/230 IN=782.6A
该发电机的额定电流为782.6A
(2) P= IN*100/ηN P=87.4KW
.
15
一台直流电动机的额定值为： PN=180kW,
B — 磁场的磁感应强度(Wb/m2) i — 导体中的电流(A) l — 导体的有效长度(m)
当线圈ax中通入直流电流时，线圈边a和x上均受到电磁力，根据 左手定则确定力的方向。这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电 磁转矩。
当安装换向器以后，将直流电压加于电刷端，直流电流经电刷流
过电枢上的线圈，则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋
电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机 的运行效率、工作性能等比较好。
.
12
上节复习
1、动力学 2、电磁定律 3、直流电机工作原理 4、电机铭牌数据
.
13
一台直流发电机，其部分铭牌数据如下： PN=180kW, U N=230V, n N=1450r/min,ηN=89.5%，
试求：
①该发电机的额定电流；
U N=220V,n N=1500r/min,ηN=90%，求 该电机的额定输入功率P1N、额定电流IN和额 定输出转矩T2N
.
16
解：额定电流为 IN= P1N/UN=177.8*103/220 =808.2A
额定输出转矩为
T2N=PN/wN=PN/(2*pi*nN/60) =160*103/（2*3.14*1500/60)
具体计算：
一根导体： eavBavli v
v 2P n
60
Bav：平均磁密；li：导体长度； v：电枢旋转线速度
n：电枢旋转速度（r/min)
Bavli
：每极磁通
支路电势：
Ea
N 2aeav
N
2a li
li
2P
n 60
6P0aNnKe n
N：总导体数 Ke：电势常数
.
20
Ea6P0 aN nKen
所能提供的功率
额定电流 IN
额定电U压N 在额定工况下，电机
在额定电压下，运行于 额定功率时对应的电流
出线端的平均电压
额定转速 nN
发电机：是指输出额定电压； 电动机：是指输入额定电压。
在额定电压、额定电流下，运 行于额定功率时对应的转速
.
10
额定励磁电流IfN
励磁方式
对应于额定电压、额定电流、额
KT: 转矩常数
.Leabharlann 22电磁转矩的认识Tem 2 P aN IaKTIa
一台制造好的电机， 它的电磁转矩正比于每极 磁通和电枢电流， 与磁密分布无关。
电势常数Ke和转矩常数KT决定于结构常数。它们 的关系为：
K T 60
K e 2
.
23
(3) 电磁功率
电枢电功率
PemEa Ia Ke nIa 260KT nIa Tem
一台直流电机
作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢 旋转，拖动生产机械旋转 ，输出机械能；
作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直 流电动势，作为直流电源，输出电能。
.
4
直流电机的物理模型
.
5
.
6
二、直流电机的结构
.
7
主磁极
定子
换向磁极 电刷装置
机座
直流电机
机械功率
直流电动机：从电源吸收的电功率， 通过电磁感应 作用， 转换成轴上的机械功率；
直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的 机械功率等于通过电磁感应作用在电枢回路所得到的 电功率。