第2章_直流电动机传动基础综述

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《直流电机基础》PPT课件

2
Bxldx
2
Ia 2aai
重要结论： TemCMIa
CM
pZ
2a
〔CM为转矩系数、转矩常数〕
特点： ·增加电机磁极对数p或总导体数 Z可增大电磁转矩。 TemCTIa，CT＝CM＝常数
·对他励DCCM －M60，9不.55考虑电枢反响影响时、Ce励磁2电流恒定时，有
七、直流电机的换向
1、换向的电磁现象
〔3〕dx区间内导体所建d立 T 的T x(转D Z a矩d：)x B xlai2 Z dx
〔4T 〕主 2 2d 极 T 下Z 2 a 导i 2 2 体B xl产d 生其Z 2 x a 的中i转磁矩通：
T e m 2 p 2 T p 2 Z 2 2 a a a 2 i p a I a Z C M I a
Z 直流 F 发电机 D 电动机 W 卧式 L 立式
直流电机
O 封闭 C 船用 K 高速 Q 牵引 Y 冶金
2、直流电机的额定值：
〔1〕额定功率 PN 指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输
出功率，单位为 “W〞。当功率大于1kW或1MW时, 那么用“kW〞或“MW〞表示。
注意：
对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。PN＝UNIN
〔1〕电抗电动势 exeL eM L xd d ai tL x2 T iK a 〔2〕电枢反响电动势 e a ea2NyBalv
2、改善换向的方法
3、补偿绕组
B a x 0H a x 0F a(xT)
Fa xy
1
2iaNy(A),2x2
Faxy 12iaNy(A),2x32
N
N
N
几何
中性线

直流电动机工作原理

直流电动机工作原理1. 概述直流电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种电动设备中。

它的工作原理是利用直流电流在电磁场中的相互作用，使得电动机产生旋转运动。

直流电动机通常由定子、转子和电刷组成。

2. 定子定子是直流电动机的固定部分，通常由铁芯和绕组组成。

绕组由导线缠绕在铁芯上，形成多个线圈，每个线圈都经过一段定子绕组。

当电流通过绕组时，会在定子中产生一个磁场。

3. 转子转子是直流电动机的旋转部分，通常由铁芯、电枢和电刷组成。

电枢由导线缠绕在铁芯上，形成多个线圈，每个线圈都经过一段转子绕组。

当电通入电枢时，电枢会在转子上产生一个磁场。

4. 电刷电刷是直流电动机中非常重要的组件，它通常由碳材料制成。

电刷与定子和转子的绕组相连，用于供应电流到转子的绕组上。

电刷通过与转子绕组接触，将电流传递到转子上，同时也负责转子绕组中电流的引导。

5. 工作原理直流电动机的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：•步骤 1: 电流通过定子绕组，产生一个磁场。

•步骤 2: 电流通过电刷传递到转子绕组上，形成转子的磁场。

•步骤 3: 转子的磁场和定子的磁场相互作用，使得转子受到一个力的作用。

•步骤 4: 受到的力使得转子旋转。

•步骤 5: 转子旋转带动机械负载运动。

6. 工作原理详解在直流电动机中，电流在定子和转子的绕组之间形成一个相互作用的环路。

当电通入定子的绕组时，会在定子中产生一个磁场。

这个磁场通过定子的铁芯传导到外部。

同时，电刷将电流传递到转子的绕组上，形成了一个磁场。

由于转子上的磁场受到定子磁场的影响，两者之间形成了相互作用的力。

这个力被称为洛伦兹力，是由电流在磁场中的相互作用引起的。

洛伦兹力使得转子受到一个力的作用，从而产生旋转运动。

转子旋转的动力来自外部施加在转子上的机械负载。

通过调整电流的大小和方向，可以控制直流电动机的转速和转向。

电刷的设计和布局也对电机性能有一定影响。

7. 应用领域直流电动机由于其简单、可靠且易于控制的特点，在工业和家庭中得到广泛应用。

《电机与拖动基础》第2章直流电动机的基本理论及运行特性

P为极对数；N为电枢导体总数；a为并联支路对数
性质: 发电机:电源电势(与电枢电流同方向); 电动机:反电势(与电枢电流反方向).
7
2.2 直流电机电枢电动势和电磁转矩
2.2.2 直流电机的电磁转矩产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,
该力与电枢铁芯半径之积称为电磁转矩。
大小:
（3）换向绕组的连接方式：换向绕组与电枢绕组串联。
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2.3 直流电机的换向
2.选择合适的电刷电机用电刷的型号规格很多，其中炭—石墨电刷的接触电阻最大，石墨电刷和电化石墨电刷次之，铜—石墨电刷的接触电阻最小。直流电机如果选用接触电阻大的电刷，有利于换向。在使用维修中，欲更换电刷时，必须选用与原来同一牌号的电刷，如果实在配不到相同牌号的电刷，应尽量选择特性与原来接近的电刷，并全部更换。
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2.3 直流电机的换向
2.3.1 直流电机的换向过程
换向前元件1属于右边支路，流过其中的电流i=ia（图a）；换向后元件1转入左边支路，元件中的电流i由ia变为-ia（图c）流经换向片1的电流i1由2ia减小至零，流经换向片2的电流i2由零增至2ia，在换向过程中，i1+i2=2ia不变。
直流电机的励磁方式
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2.4 直流电机的基本方程式
并励电机，励磁绕组与电枢绕组并联。他励和并励的励磁电流通常仅为电机额定电流的1%—3%。串励电机，励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流即是电枢电流。复励电机，既有并励绕组又有串励绕组，并励绕组流过的电流小，导线细，匝数多；串励绕组流过的电流大，导线粗，匝数少。
11
2.3 直流电机的换向
2.3.2 影响换向的电磁原因
1.电抗电动势 ex 换向时换向元件中换向电流的大小、方向发生急剧变化，因而会产生自感电动势。由于同时换向的线圈不止一个，除了各自产生自感电动势外，个线圈之间还会产生互感电动势。自感电动势和互感电动势的综合称为电抗电动势。 2.切割电动势 ev 直流电机负载运行时，电枢反应使主极磁场畸变，几何中性线处的磁密度不为零，换向元件恰好处在几何中性线上，就要切割电枢磁场的磁力线，产生一种电动势，称为切割电动势。

第2章直流电动机的调速

2.4 他励直流电动机的调速
调速与因负载变化而引起的转速变化的区别：
前者：用改变电动机参数的方法，使电力拖动系统运行于不同的人为机械特性上，从而在相同的负载下，得到不同的运行速度。后者：由于负载的变化，使电动机在同一条机械特性上发生的转速变化。
A A
B C
属于调速；属于负载变化引起的转速变化。
由右图(b)推出D与δ之间的关系式为
机械特性的硬度与静差率的关系
转速 n0不变，则静差率和机械特 nmax nmax nmax nmax max D 性硬度是统一的； n0变化时，静 nN nmin n0 'nN n ( 1 max ) N n 差率和机械特性硬度就不统一 N
1．调速的技术指标（1）调速范围D 大
在额定负载下，电机可能运行的最高转速nmax与最低转速nmin之比称为调速范围。用D表示，即
受换向及机械强度的限制受低速运行时相对稳定性的限制
n max D n min
T TN
相对稳定性是指负载转矩变化时转速变化的程度，转速变化越小，（2）静差率δ 小相对稳定性越好，能得到的nmin越小，D也就越大。在同一条机械特性上，额定负载时的转速降 Δ nN与理想空载转速 n 0之比称为静差率，用δ 表示，即电动机低速时，机械特性越硬，调速范围越大。
区别
恒转矩调速与恒功率负载的配合恒功率调速与恒转矩负载的配合
2.4.1 他励直流电动机的调速指标
2．调速的经济指标
调速的经济指标指调速装置的初投资、运行维修费
用以及调速过程中的电能损耗等。
2.4.2 他励直流电动机的调速方法
根据他励直流电动机的机械特性
U Ra R n T 2 Ce CeCT

《电机与拖动基础》直流电机的工作原理和基本结构 ppt课件

例1-2 电动机拖动的生产设备常需要作正转或反转运动，如电力机车的前行和倒退，就要求牵引电动机能正、反转。分析前图中的直流电动机如何能反转(顺时针旋转)?
解：图中的电动机模型要顺时针旋转需获得一个顺时针方向的电磁转矩，由左手定则可知：电磁力的方向取决于磁场极性或导体中电流的方向，所以直流电动机获得反转的方法有两个：一是改变磁场极性，二是改变电源电压极性使流过导体的电流方向改变。
T 2N9
5P N 59 051 53 08.7 2N 7•m
nN
1500
《电机及拖动基础》直流电机
1、电机型号
Z 2—7 2
1号为短铁心，2 号为长铁心
一第般二用次途改直型流设电计机
电枢铁心长度机座号
1号最小，12 号最大
型号表明电机所属的系列及主要特性。知道了型号，可从相关手册中查出电机的许多技术数据。
注意：两者只能改变其一，否则，直流电动机的转向不变。
改变电源极性（导体电流方向）而反转示意图
f
-
n
f+
三、电机的可逆原理（补充）
任何一台电机既可作发电机运行，也可作电动机运行，这一性质称为电机的可逆原理。电机的实际运行方式由外施条件决定：
如果电机转子输入机械能，而电枢绕组输出电能，电机作为发电机运行；如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。
1-刷握 2-铜丝辫 3-压紧弹簧 4-电刷块（石墨材料）
二、转子
1.电枢铁心
作用：通过磁通和嵌放电枢绕组。
铁心冲片
材料：为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，表面有绝缘层。

大二电机知识点总结

大二电机知识点总结电机作为电气工程专业中一门重要的课程，是培养学生掌握电机原理和运行特性的基础。

大二的电机课程主要包括直流电动机和交流电动机两部分，下面将对这些知识点进行总结和概述。

一、直流电动机1. 直流电动机的基本原理和构造直流电动机是利用电流的方向和大小变换来改变转子和磁场之间的相对运动关系，实现电能转换为机械能。

它由一个定子和一个转子组成，通过电流的反向改变磁场的极性，制动力矩随着电流变化。

2. 直流电动机的工作原理和拖动特性直流电动机的工作原理是电流在电枢线圈中产生磁场，与电枢和磁极之间的磁场相互作用产生转矩。

它的拖动特性是指电动机运行时承受的负载对电动机运行状态的影响，包括启动特性、空载运行特性和负载运行特性。

3. 直流电动机的速度控制方法直流电动机的速度控制方法主要有电压调制控制、电流调制控制和伺服控制三种。

通过改变通电电压、电流和控制反馈信号，实现电动机速度的调节。

二、交流电动机1. 交流电动机的基本原理和分类交流电动机是利用交流电的频率和相位差来改变电机的运转状态。

按照转子类型可分为异步电动机和同步电动机两种。

异步电动机根据转子结构又分为鼠笼型和涡流型。

2. 三相异步电动机的工作原理和起动方法三相异步电动机是应用最广泛的交流电动机，它由定子和转子两部分组成。

在工作原理上，通过定子上的三相交流电流产生旋转磁场，使转子跟随而转动。

起动方法包括直接起动、自动起动和起动转子内嵌电阻三种。

3. 交流电动机的调速和控制方法交流电动机的调速方法主要有定子电压调制、转子电压调制和变频调速三种。

定子电压调制是通过改变定子电源电压的大小来实现速度调节。

转子电压调制是通过改变转子电枢电压的大小来实现控制。

变频调速则是通过改变电源频率来实现控制。

除了上述的知识点，电机课程还包括电机的损耗和效率计算、特性曲线绘制和电机保护等内容。

这些内容都需要在学习中做到理论联系实际，通过实验和实际操作来加深对电机的理解。

电机学

产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,
该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。
pN ΦI a CT ΦI a 大小: Tem 2 πa pN 其中C T 为电机的转矩常数，有 CT 9.55Ce 2 πa
可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电流成正比
性质: 发电机——制动(与转速方向相反)；
Ce为电势的结构常数，由绕组结构决定。可见感应电势正比于每极磁通量和转子转速。这一感应电势公式把电量Ea、机械量n、磁场量Φ联系起来了。
第2章直流电机的基本理论一、电枢绕组的感应电动势
设气隙磁场的分布所示，则每根导体的感应电动势为式中，
— 导体所在处的气隙磁密；
v
l
— 导体的有效长度； — 导体相对气隙磁场的速度。
第2章直流电机的基本理论二、发电机功率平衡方程
功率流程图（永磁式时）
第2章直流电机的基本理论
功率平衡方程 P1=PM+pm+pFe+pΔ=P2+pa+pb+pf+pm+pFe+pΔ =P2+Σp 电磁功率PM：从机械功率转化为电功率的那一部分功率,它是能量形态变化的基础。 PM= TΩ=CTΦIaΩ=pN/(2πa)ΦIa*(2πn/60) =pN/(60a)ΦnIa= EaIa
第2章直流电机的基本理论 2.4电枢绕组中的感应电势
• 当电枢以一定的转速n向一个方向转动时，电枢绕组的导体便会切割磁力线，产生感应电势。 • 由电刷引出的感应电势Ea也就是每条支路的感应电势，即一条支路中所有串联导体的感应电势之和。 • 本节将推导感应电势的计算公式。

电机与电力拖动基础教程第2章(4)

发电机输出的电功率
第2章章
能量传递过程中总损耗
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直流发电机功率流程图
P1=PM+p0=P2+pcuf+pcua+pFe+pm+ps=P2+∑p
第2章章
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4.效率效率
直流发电机的总损耗为Σp=pFe+pm+ps+pCua+pCuf，即： Σp=p0+pCu 效率为：
他励：他励：I=Ia，与If无关
第2章章
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空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。
他励直流发电机空载特性
实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据，在测取的实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据数据中应包含额定点，电压可测取到U0=±（1.1~1.3）UN为止，线性部分测取的数据可稀疏一些，非线性部分测取的数据可密集一些，这样得到的曲线较准确。实验可测取上、下两个分支曲线，一般取平均值作为空载特性曲线一般取平均值作为空载特性曲线，如图中虚线所示。另一般取平均值作为空载特性曲线外，特性曲线与转速有关，实验时一定要保持额定转速实验时一定要保持额定转速。实验时一定要保持额定转速
第2章章
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曲线1为空载特性曲线，曲线 2、3、4为励磁回路特性曲线，称场阻线场阻线。场阻线
U f = I f Rf
增大 Rf ，场阻线变为曲3(与空载曲线相切)时， Rf 称为临界电阻 R 。 cr 再增加励磁回路电阻，发再增加励磁回路电阻，电机将不能自励，电机将不能自励，如B点。点

直流传动工作原理

直流传动工作原理直流传动是一种通过直流电源驱动实现机械设备运动的工作原理。

一般情况下，直流传动系统由直流电源、直流电动机和传动装置组成。

直流传动系统在工业生产中得到广泛应用，其工作原理和结构非常重要，下面我将详细介绍直流传动的工作原理。

直流传动的工作原理核心是通过电动机来实现机械设备的驱动。

直流电动机是直流传动系统的关键部件，通过电磁感应原理实现能电能转换，将电能转化为机械能，驱动机械设备正常运转。

在直流电动机内，有一个由绕组组成的转子，外部有一个固定的磁场。

当外加电流通过电动机的绕组时，会在固定磁场内产生一个转矩，从而带动转子转动，达到驱动机械设备的目的。

直流传动系统的工作原理还在于传动装置。

传动装置一般由齿轮、皮带和联轴器等组成，通过传动装置将电动机的转速和扭矩传递给要驱动的机械设备，实现机械设备的运动。

不同的传动装置适用于不同的场景，能够实现不同的传动比和传动方式，从而满足各种工作要求。

直流传动系统的工作原理还和直流电源的供电方式密切相关。

直流传动系统通常由稳定的直流电源供电，以保证电动机能够稳定可靠地运行。

直流电源可以通过各种方式获得，包括电池、电力网等，通过合适的控制电路和电气设备，将电能有效地传递给电动机，从而实现对机械设备的驱动。

直流传动系统的工作原理主要是通过电动机、传动装置和直流电源相互配合，将电能转化为机械能，驱动机械设备实现运动。

通过理解直流传动的工作原理，能够更好地应用于实际生产中，提高工作效率，满足生产需要。

在实际应用中，工程师们需要根据具体的机械设备特点和工作要求，选择合适的直流传动系统，并合理设计传动装置和电源供应系统，以确保设备的正常运行。

随着科技的发展，直流传动系统得到了不断的优化和改进，其应用范围和效率也得到了提高。

通过不断学习和研究，可以更好地理解直流传动系统的工作原理，为工程技术的进步和生产效率的提高做出贡献。

第2章直流电动机的原理及特性

工作原理——直流发电机的工作原理 2.1.4 工作原理直流发电机的工作原理
1.直流发电机的工作原理 1.直流发电机的工作原理 • 结论：结论： ①在电枢线圈内的感应电动势及电流都是交流交流的，通过换向交流片及电刷的整流整流作用才变成从外部看的两电刷间的直流电整流动势。 ②虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，但从空间上看，N极与S极下的电枢电流的方向是不变的。因此，由电枢电流所产生的磁场从空间上看也是一个恒定不变的磁场。 ③电枢线圈中的感应电动势与其电流的方向始终一致。 ④当接上负载时，电枢绕组中就有电流，此电流与磁场相互作用产生电磁力，该电磁力使转轴受到一个力矩，称之为电磁转矩，其方向是与转子的转向相反的，是制动性质制动性质的。电磁转矩制动性质
第2章直流电动机的原理及特性
2.1 直流电动机的基本结构和工作原理 2.2 直流电机的电枢绕组 2.3 直流电机空载和负载时的磁场 2.4 感应电动势和电磁转矩 2.5 直流电动机稳态运行时的基本方程式和功率关系 2.6 直流电动机的机械特性 2.7 电力拖动系统稳定运行条件
第2章直流电动机的原理及特性
• 知识点：直流电动机与交流电动机的比较直流电动机比交流电动机结构复杂、价格高、维修繁琐；但起动转矩大，起动和制动性能优良、可平滑调速。
2.1
直流电动机的基本结构和工作原理
2.1.1 基本结构组成：定子+转子+气隙
图2.1 小型直流电机的结构图
基本机构——1.定子部分 1.定子部分 2.1.1 基本机构 1.
定子部分=机座+主磁极+换向极+ 定子部分=机座+主磁极+换向极+电刷装置（1）机座：一是作为电机磁路系统中的一部分（定子磁机座：轭），二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚度。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。。。主磁极：（2）主磁极：主磁极：在大多数直流电机中，主磁极是电磁铁，为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用 1～1.2mm厚的低碳钢板叠压而成。整个磁极用螺钉固定在机座上。（装配图）

第2章直流电动机的电力拖动

UN n = C eΦ
N
Ra − C eC tΦ
2 N
T
由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。当改变 U 或 Ra 或 Φ 得到的机械特性称为人为机械特性。得到的机械特性称为人为机械特性人为机械特性。
1、电枢串电阻时的人为机械特性
I sc
Ia
Tsc 2 Tsc 1 Tsc
φ
不同时的 n = f (T ) 曲线
β n 特点：1）弱磁，0增大； 2）弱磁，增大弱磁，特点：弱磁，增大；
三、机械特性的绘制
1.固有特性的绘制 1.固有特性的绘制
求两点: 已知 PN , U N , I N , n N，求两点:理想空载点
2.人为特性的绘制 2.人为特性的绘制
不变,只在电枢回路中串入电阻保持U = U N , Φ = Φ N 不变只在电枢回路中串入电阻R Ω的人为特性
Ra + RΩ UN n = − T 2 C eΦ N C eC tΦ N
n0
β 特点：不变，变大；特点：1）n0 不变，变大；
越大，特性越软。 2） β 越大，特性越软。
n
Ra
制动的目的是使电力拖动系统停车，制动的目的是使电力拖动系统停车，转速降低或获得稳定的下降速度（位能性负载）稳定的下降速度（位能性负载）。
自由停车法电磁制动器能耗制动电气制动法反接制动回馈制动 (再生制动再生制动) 再生制动
一、能耗制动
1．实现能耗制动的方法
RΩ
＋
Ra
＋
K3
电动状态
φ
U N Ra n = − C eΦ C eΦ

直流电机工作原理

I U
If Ia M
并励
I U
Ia If M
串励
复励
第2章直流电机
2. 直流发电机按励磁方式分类分为他励和自励。
If Ia
I
Uf
G
Ua
If Ia
I
G
U
他励
Ia If G
I U
并励（自励）
If Ia G
I U
串励（自励）
复励（自励）
第2章直流电机
2.3 直流电机的磁场和电枢反应
一、直流电机的空载磁场
(1) 同一极下每根导体受到的平均电磁力为
fav = Bavlia ※ ia —— 导体中的电流。
每根导体受到的平均电磁转矩为
D
D
Tav = 2 fav = 2 Bav lia
第2章直流电机
电枢直径为：
2p
D=
电枢电流与支路电流的关系为：
ia =
Ia 2a
则
D Te = NTav = N 2 Bav lia
CT n Ia
= Te
第2章直流电机
结论：
电动机将电枢吸收的电功率 EIa 转换成了机械
功率 Te ，故称 EIa 和 Te 为电磁功率。
(4) 空载损耗 P0
附加损耗
P0 = PFe＋Pfw＋Pad
铁损耗
机械损耗
(5) 输出功率 P2
Te = T0 ＋T2
P2 = T2
= Pe－ P0
=
2 60
2. 单叠绕组
1
2
8
3
AB
7
4
6 81 A 76
5 23
B 54
1

电机与电力拖动基础教程第2章(1)

机电能量关系
直流电机（dc machines）是将机械能转换为直流电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。
把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机
(dc generators )。
把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机
(dc motor )。
第2章
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2.1.1 直流发电机的基本工作原理
第2章
下页
本章重点
直流电机工作原理，直流电机的组成及各部件的作用，铭牌数据意义电枢反应、换向的概念，电枢电势、电磁转矩物理意义及计算方法。
直流发电机电势、功率和转矩平衡方程式及计算，运行特性分析。
直流电动机电势、功率和转矩平衡方程式及计算，工作特性。
第2章
下页
2.1 直流电机的基本工作原理
第2章
直流电机主磁极（a）主磁极铁芯；（b）主磁极装配图
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换向极
作用是改善直流电机的换向，位于相邻主磁极间的几何中心线上，其几何尺寸明显比主磁极小。换向磁极由铁芯和套在铁芯上的换向极绕组组成，铁芯常用整块钢或厚钢板制成，其绕组一般用扁铜线绕成，绕组匝数不多，与电枢绕组串联。换向极的极数一般与主磁极的极数相同。
直流电机运行时，若各个物理量都与它的额定值一样，就称为额定运行状态或额定工况。在额定状态下，电机能可靠地工作，并具有良好的性能。
但实际应用中，电机不总是运行在额定状态。如果流过电机的电流小于额定电流，称为欠载运行，长期欠载，电机没有得到充分利用，效率降低，不经济。超过额定电流，称为过载运行。长期过载有可能因过热而损坏电机。
直流发电机的工作原理是建立在电磁感应定律基础上的。（下面用简单直流电机模型来说明工作原理）

电机学第二章PPT课件

功用：是磁路的一部分；转
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

电机学华科电气

串励电动机绝对不允许空载运行，以避免发生“飞速”现象。串励电动机绝对不允许空载运行，以避免发生“飞速”现象。
Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第2章直流电机——直流电动机特性与传动 8
3. 复励电动机的工作特性
复励电动机试验接线图
速率特性比较
1－并励电动机 2－并励为主的复励电动机 3－串励为主的复励电动机 4－串励电动机 5－差复励电动机
2 = EIa + Ia Ra +UI f = P + pCua + pCuf em
电磁功率 Pem 电枢铜耗 pCua 励磁铜耗 pCuf 电机铁耗 pFe 机械损耗 pmec 附加损耗 pad 输出机械功率 P2
P = Ea Ia em
2 pCua = Ia R a
pCuf =U f = I 2 Rf I f
1. 并励电动机 n = n0 + kjTem
n0 = U 称为理想 CEΦ 空载转速
并励电动机的自然机械特性接近于一水平称为硬特性。线，称为硬特性。
Y.Q.Xiong 2006-6 10
《电机学》第2章直流电机——直流电动机特性与传动
2.串励电动机串励电动机
设磁路不饱和
Φ ∝ If = Ia ⇒Tem = CTΦ a ∝Φ2 ⇒Φ ∝ Tem I
Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第2章直流电机——直流电动机特性与传动 7
2. 串励电动机的工作特性 n1/4 − nN ∆n = ×100% nN
串励电动机试验接线图
(U − Ia Ra ) ↓ P ↑⇒P ↑⇒Ia ↑⇒ ⇒n ↓↓ 2 1 If = Ia ⇒ If ↑⇒Φ ↑
U −E U Ist = Ia = = Ra Ra U Ist = Ra + Rst

动车组电机电器-直流电机基础

3. 直流发电机产生的电磁转矩
• 当直流发电机电刷两端获得直流电动势后，若接上负载，便有一电流流过线圈，电流i与电动势e的方向相同。
• 载流导体在磁场中必然产生一电磁力f，其方向用左手定则确定。 • 阻转矩：电磁力对转轴形成一电磁转矩T，T与电枢旋转的方向相
反，起到了阻碍作用。
三、直流电动机工作原理
直流电机结构图
1—直流电机总成； 2—后端盖； 3—通风器； 4—定子总成； 5—转子（电枢）总成； 6—电刷装置； 7—前端盖
1. 定子
• 直流电机定子的作用是产生磁场和作为电机的机械支撑，主要由机座、主磁极、换向极和电刷装置等组成。
1 机座 • 机座兼起机械支撑和导磁磁路两个作用。 • 它既用来作为安装电机所有零件的外壳，又是联系各磁极的导磁铁轭。机座通常为铸钢件，也有采用钢板焊接而成的。
➢ 发电机 ➢ 电动机
2. 额定电压UN
• 它指在额定输出时电机接线端子间的电压，单位为伏（V）。
3. 额定电流NI
• 它指电机按照规定的工作方式运行时，电机绕组允许流过的最大安全电流，单位为安（A）。
4. 额定转速Nn
• 它指电机在额定电压、额定电流和额定输出功率时，电机的旋转速度，单位为转/分（r/min）。
3. 气隙磁密分布曲线
• 在电机中，电枢导体切割气隙磁通而产生感应电势 e=BxLv ，当转速恒定时，e∝Bx。
• 根据磁路欧姆定律，气隙某处磁通或磁密的大小，取决于该处的磁势和磁路磁阻的大小。
• 磁密Bx曲线所包围的面积，即为主极磁通Φ。
三、电枢磁场
1. 电刷在几何中心线上
• 两极电机的电枢磁场 • 电枢磁势在空间的分布情况，可应用全电流定律进行分

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电气传动自动控制系统
Chp2，P3
机械特性的重要性
• 电动机的机械特性是电动机性能的主要表现，只有掌握好电动机的机械特性，才能正确选择和使用电动机。
• 电动机的机械特性在很大程度上决定了电力拖动系统的稳态运行和过渡过程的性质和特点。 • 电动机机械特性的研究是“电气传动”课程的核心内容。
电气传动自动控制系统
直流电动机固有机械特性曲线
II n n0 nN N I
0 III
TN IV
Tst
T
电气传动自动控制系统
Chp2，P12
直流电动机固有机械特性具有以下几个特点 1. 其电磁转矩 T 越大，转速 n越低，机械特性是一条下斜直线。
原因是：T增大，电枢电流I与T成正比，I也增大，电枢电势 E=CenN=UN-Ira，E则减小，转速n则降低。
UN Ra n T 2 Ce N CeCT N
n n0
ra Ra1=ra+Rad1 Ra2=ra+Rad2
0
Rad1<Rad2 T
电气传动自动控制系统
Chp2，P15
2.改变电源电压时的人工机械特性电枢不串接附加电阻，即 Rad=0 。磁通为额定磁通，即=N。只改变电源电压U。
机械特性分为固有机械特性
• 定义：当电动机电枢接额定电压，正常接线，磁通为额定磁通，电枢回路无附加电阻时，电动机的机械特性称为固有机械特性。
U=UN ，=N ，Rad=0 ，Ra=ra代入机械特性，即得固有机械特性方程式为：
UN ra n T 2 Ce N Ce CT N
电气传动自动控制系统 Chp2，P11
ra U n T 2 Ce N Ce CT N
U 改变时，理想空载转速随之成正比变化；而特性斜率b 不变，都与固有机械特性的相同。
n n0 UN U1 U2 UN>U1>U2 0 能耗制动 U=0 T
电枢反接制动 -n 0 U=-UN
电气传动自动控制系统
Chp2，P16
3.减弱电动机磁通时的人工机械特性
改变励磁回路的附加电阻 Rfad ，即可改变励磁电流 If ，从而使磁通改变。一般，电机在额定磁通下工作时，磁路已接近饱和，所以只能是减弱磁通。
UN ra n T 2 Ce Ce CT
2. 当T=0时，为固有机械特性的理想空载转速。此时I=0，E=UN。 ra 3. 固有机械特性的斜率为： b 2 C C e T N 转速降为：
ra n bT T 2 Ce CT N
电气传动自动控制系统 Chp2，P13
• 当n=0，即电动机起动时，E=CenN=0，此时电枢电流，称为起动电流； • 电磁转矩T=CTNIst=Tst，称为起动转矩。
• 电枢回路的电压平衡方程式为： U = E + I Ra
U——电动机的电枢电压(V)；
E——电动机电枢绕组的感应电势(电枢电势)(V)；
I—— 电枢电流(A)；
Ra——电枢回路总电阻()， Ra=ra+Rad。
电气传动自动控制系统 Chp2，P6
电机电动势
• 直流电机的电枢电势公式为： E=Cen Ce——电势常数; p——电机极对数； N——电枢绕组的有效导体数； a——电枢绕组的并联支路对数； ——每极磁通(Wb)； n——电动机转速(r/min)。
电气传动自动控制系统 Chp2，P7
电机的转矩
• 直流电机的电磁转矩公式为： T=CTI 式中： CT——转矩常数；则有： T——电磁转矩(Nm)。
电气传动自动控制系统
Chp2，P8
直流他励电动机的机械特性方程式
U= Cen+Ira
Ra U n I Ce Ce
Ra U n T 2 Ce Ce CT
Chp2，P4
直流他励电动机的机械特性方程式
假设： • 电源电压为恒值 • 磁通为恒值，即励磁电流不变，认为无电枢反应， • 电枢回路电阻为恒值。
电枢回路
+ I U E M
ra

Rad
励磁回路
+
rf
Rfad
If Uf
电气传动自动控制系统
Chp2，P5
电压平衡方程（基尔霍夫定律）
n n0 n' 0
I
T CT
0
T0
T
Chp2，P9
电气传动自动控制系统
直流电动机的机械特性的特点
• 直流他励电动机的机械特性是一条向下倾斜的直线； • 斜率愈大，速度降落愈大，特性向下倾斜就愈明显，即称为机械特性愈“软”； • 特性愈平坦，机械特性愈“硬”。
电气传动自动控制系统
Chp2，P10
• 直流他励电动机的固有机械特性是一条向下倾斜的直线，横跨I、II、IV三个象限，特性较硬。
• 机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的函数关系，是电动机本身的能力，至于电动机具体运行状态，还要看拖动什么
人工机械特性
1. 电枢串接电阻时的人工机械特性电枢串接电阻时，Rad0，电枢回路总电阻 Ra=ra+Rad。电源电压U=UN，磁通=N，此时的人工机械特性方程式为：
电气传动自动控制系统
Electrical Drive and Control System
哈尔滨工业大学电气工程系
武健 E-mail:wujianhit@ 2019年3月29日
电气传动自动控制系统 Chp2，P1
第二章直流电动机传动基础
• • • • • • • • 本章主要内容直流电动机机械特性固有机械特性与人工机械特性直流他励电动机机械特性的计算和绘制直流他励电动机的起动直流他励电动机的工作状态调速的基本指标直流他励电动机的调速方法直流他励电动机调速时与负载性质的配合
电气传动自动控制系统
Chp2，P2
2.1 直流电动机机械特性
• “ 电机学”中，注重电机的结构与原理，主要研究的是电机在进行能量转换时其内部的电磁过程；而“电力拖动”，则注重的是电动机的使用，主要研究的是电机的外特性。在电动机的各类工作特性中首要的是机械特性。 • 电动机的机械特性(Speed-Torque Characteristics)，是电动机产生的转矩(电磁转矩) T 与其转速 n 之间的关系，即 n=f(T)。