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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。
作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能直流测速发电机将机械信号转换为电信信号传递-直流伺服电动机将控制电信号转换为机械信号1-1 直流电机工作原理一、原理图(物理模型图)磁极对N、S不动, 线圈（绕组）abcd 旋转, 换向片1、2旋转, 电刷及出线A、B不动二、直流发电机原理（机械能--->直流电能）( Principles of DC Generator)1.原动机拖动电枢以转速n(r/min)旋转；2.电机内部有磁场存在；或定子（不动部件）上的励磁绕组通过直流电流(称为励磁电流I f)时产生恒定磁场（励磁磁场，主磁场） (magnetic field, field pole)3.电枢线圈的导体中将产生感应电势 e = B l v ，但导体电势为交流电，而经过换向器与电刷的作用可以引出直流电势E AB，以便输出直流电能。
（看原理图1，看原理图2）(commutator and brush)1.问题1-1：直流电机电枢单个导体中感应电势的性质？2.问题1-2：直流电机通过电刷引出的感应电势的性质？3.看直流发电机原理动画4.问题1-3：直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势？5.为了得到稳定的直流电势，直流电机的电枢圆周上一般有多个线圈分布在不同的位置，并通过多个换向片联接成电枢绕组。
以前曾使用环形绕组.6.问题1-4：环形绕组的缺点是什么？三. 直流电动机的原理 ( Principies of DC Motor)1.将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组，使电枢导体有电流i a通过。
2.电机内部有磁场存在。
3.载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 f = B l i a（左手定则）4.所有导体产生的电磁力作用于转子可产生电磁转矩，以便拖动机械负载以n(r/min)旋转。
5.结论：直流电机的可逆性原理：同一台电机，结构上不作任何改变，可以作发电机运行，也可以作电动机运行。
第三章直流电机的工作原理及特性3.1、为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？答：直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗。
3.2、并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？答：不能，因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩与磁场方向相反，这样磁场被消除，所以不能自励。
3.3、一台他励直流电动机所拖动的负载转矩T L=常数，当电枢电压或电枢附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小？为什么？这时拖动系统中那些量必然要发生变化？答：T=K tφI a u=E+I a R a当电枢电压或电枢附加电阻改变时，电枢电流大小不变。
转速n与电动机的电动势都发生改变。
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T L=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？答：T=I a K tφ，φ减弱，T是常数，I a增大。
根据E N=U N-I a R a ，所以E N减小，小于E1。
3.5、一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：P N=180kW，U N=230V，n N=1450r/min，η=89.5%，试求：N①该发电机的额定电流；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）解：①因为P N=U N I N，所以I N= P N/U N=180*1000/230=782.6A②因为η=IU/P，所以P= IU/ηN=782.6*100/89.5=87441W=87.44KW3.6、已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：P N=7.5KW，U N=220V，n N=1500r/min，η=88.5%，试求该电机的额定电流和额定转矩。
N解：对于电动机：P N=U N I NηN所以I N= P N/( U NηN)=7500/(220*0.885)=38.52A输出转矩：T N=9.55P N/n N=9.55*7500/1500=47.75N·m3.7、一台他励直流发电机：P N=15KW，U N=230V，I N=65.3A，n N=2850r/min，R a =0.25Ω，其空载特性为：U 0/ V 115 184 230 253 265I f/A 0.442 0.802 1.2 1.686 2.10今需在额定电流下得到150V 和220 V的端电压，问其励磁电流分别应为多少？解：由空载特性得到其空载特性曲线为：E2652532302201841501150.4420.710.802 1.21.08 1.6862.10f I当U=150V 时 I f =0.71A当U=220V 时 I f =1.08A 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。
实验报告实验课程名称电机原理与拖动基础实验开课学院电信学院指导老师姓名学生姓名学生学号学生专业班级2014 —2015 学年第一学期实验课程名称：电机原理与拖动基础实验一、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．学会直流电机电枢电阻的测量方法。
4．掌握直流他励电动机的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。
5．掌握用实验方法测定直流发电机的空载特性。
二、实验仪器及设备1．实验台主控制屏2．转速、转矩、功率显示（NMEL-13C）3．电机导轨（NMEL-14C）4．直流电机仪表、电源（NMEL-18A）（位于实验台主控制屏的下部）5．电机起动箱（NMEL-09）6．直流电压、毫安、安培表（NMCL-001）7．旋转指示灯及开关板（NMEL-05C）8．三相可调电阻1800Ω（NMEL-03）9．直流电动机M03 (采用他励)10．直流发电机M01（采用他励，作校正直流测功机）三、实验内容及电路五．实验内容图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图1．用伏安法测电枢的直流电阻接线原理图见图1-1。
U：可调直流稳压电源（NMEL-18A）R：3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09）V：直流电压表（MCL-001）A：直流安培表（MCL-001）M：直流电动机M03电枢(1)经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。
直流电压表量程选为20V档，注意直流电压表先不要接入电路或选择最大量程；；直流安培表量程选为2A档。
(2)在电机转子圆周上按120°标上记号。
按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至220V输出，可将电压表接入电路。
(3)缓慢调节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 M 和电流I a 。
将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U M 、I a ，填入表1-1。
(4)增大R （逆时针旋转）使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。
注意：以上读数一定要快。
(5)断开线路电流之前，必须先将电压表断开。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值R a =(R a1+R a2+R a3)/3。
(6)计算基准工作温度时的电枢电阻由实验测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温。
按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值：R aref =R a (a ref θθ++235235)式中R aref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。
（Ω） R a ——电枢绕组的实际冷态电阻。
（Ω）θref ——基准工作温度，对于E 级绝缘为750C 。
θa ——实际冷态时电枢绕组的温度。
（0C ） 2．直流电动机的起动按图1-2接线，并连接转速线到转速表。
R ：电枢调节电阻(NMEL-09上100Ω/1.22A ) R f ：磁场调节电阻(NMEL-09上3000Ω/200mA ) M ：直流电动机M03(采用他励)可调直流稳压电源(用于电枢电源)、直流电机励磁电源： 位于NMEL-18V ：可调直流稳压电源自带电压表 A ：可调直流稳压电源自带电流表mA ：毫安表，位于直流电机励磁电源部分。
1)检查电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程， 极性是否选择正确。
2)将电机电枢调节电阻R 调至最大，磁场调节电阻R f 调至最小。
3)合上控制屏的断路器，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船形开关和可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出220V 电压。
4)减小R 电阻至最小，观察转速、电枢电流及励磁电流，与额定数据对比。
3．调节他励电动机的转速。
分别改变串入电动机M 电枢回路的调节电阻R 和励磁回路的调节电阻R f ，定性观察转速变化情况，填表1-2。
4．改变电动机的转向将电枢回路调节电阻R 调至最大值，先断开可调直流电源的船形开关，再断开励磁电源的开关，使他励电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向，填表1-3。
5．直流发电机空载特性测量图1-2 直流他励电动机接线图图1-3 直流发电机空载特性测量实验图实验线路如图1-3所示，并连接转速线到转速表。
(1)直流电机、测量仪表和电阻的选择G：直流发电机M01，P N=100W，U N=200V，I N=0.5A，n N=1600r/minM：直流电动机M03，按他励接法，P N=185W，U N=220V，I N=1.1A，I fN＜0.16A，n N=1600r/minS1：双刀双掷开关，位于NMEL-05CR：电枢调节电阻100Ω/1.22A，位于NMEL-09R f1：磁场调节电阻3000Ω/200mA，位于NMEL-09R f2：磁场调节变阻器，采用NMEL-03最上端900Ω变阻器，并采用分压器接法。
(见P5页图7)mA1、A1：分别为毫安表和电流表，位于直流电源(MMEL-18)上。
V1：为可调直流稳压电源自带电压表。
V2、mA2：分别为直流电压表（量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA档）(2)实验步骤a．合上励磁电源开关S1，接通直流电机励磁电源，调节R f2，使直流发电机励磁电压最小，mA2读数最小。
此时，注意选择各仪表的量程。
b．调节电动机电枢调节电阻R至最大，磁场调节电阻R f1至最小，起动可调直流稳压电源（先合上对应的船形开关，再按下复位按钮，此时，绿色工作发光二极管亮，表明直流电压已正常建立），使电机旋转。
c．从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将电枢或励磁两端接线对调，重新起动，使电机转向符合正向旋转的要求。
d．调节电动机电枢电阻R至最小值，可调直流稳压电源调至220V，再调节电动机磁场电阻R f1，使电动机（发电机）转速达到1600r/min（额定值），并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。
e．调节发电机磁场电阻R f2，使发电机空载电压达U0=1.2U N（240V）为止。
f．在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从U0=1.2U N开始，单方向调节分压器电阻R f2，使发电机励磁电流逐次减小，直至I f2=o。
每次测取发电机的空载电压U0和励磁电流I f2,只取7-8组数据，填入表1-4中，其中U0=U N和I f2=0两点必测，并在U0=U N附近测点应较密。
四、预习思考题1.写出实验电机的主要铭牌数据。
答：直流发电机M01，P N=100W，U N=220V，I N=0.5A，n N=1600r/min2.如何正确选择实验中电压表、电流表的量程？答：电压表量程选择：如测电动机两端220V电压，选用直流电压表300V量程，电流量程的选择：因为直流并励电动机的额定电流 1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的2A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程3.直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？起动变阻器应调到最大还是最小？答：防止回路电流过大而烧坏实验电路。
起动变阻器应调到最大4.直流电动机起动时，励磁回路连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？答：应调至最小，因为Rf越小，If越大，产生的磁通越大，电动机起动动力越大。
励磁回路断开造成失磁，由于直流电动机的转速与磁场成反比，一旦磁场小于最低允许值。
电机的速度将超过最大允许值。
所以直流电动机磁场回路的接线要可靠，并且有检测励磁电流大小的弱磁保护。
运转中的并励电动机，励磁绕组断开，电机超速，非常危险，严重时整流子和绕组都会散开。
就是所说的飞车事故。
五、实验记录1.用伏安法测电枢的直流电阻2.直流电动机的起动起动开始前电枢调节电阻调节位置：电阻最大位置起动开始前磁场调节电阻调节位置：电阻最小位置励磁电源、电枢电源接入顺序：先开励磁电源后接点枢电源3.调节他励电动机的转速4.改变电动机的转向5. 直流发电机空载特性测量六、实验总结和分析1.计算电动机M03的电枢电阻Raref=20.78*（235+75)/(235+25)=25.262. 根据空载实验数据，作出空载特性曲线，由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩磁电压的百分数。
饱和系数k=ac/ab=98.5/68.5=1.365剩磁电压的百分数180/220*100%=81.8%3. 增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？。
答：增大电枢回路电阻时电机转速减小；增大励磁回路的调节电阻时转速增大。
4.用什么方法可以改变直流电动机的转向？答：仅电枢两端接线对调或者仅励磁绕组两端接线对调。
5.作空载实验时，如何保证n=n N不变？6.实验小结、心得和体会。
(对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行小结、分析和讨论，提出对实验的进一步想法或改进意见)实验原始记录粘贴处(原始数据是指在实验过程中按照实验要求进行测量的、未经任何处理的数据。
要求将实验指导中的记录原始数据的各表格拍照做成图片，粘贴在此处。
)。
