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（换向器式直流电机）直流电动势换向器配合电刷电枢绕组感应电动势−−−−−−→−第二章直流电机2.1概述一、直流电机的工作原理电枢铁心气隙换向片换向器电枢电刷●增加线圈个数并按一定规律串联起来减少导体中感应电动势的脉动●电刷和磁极的位置相对静止●从电机的端口看，电机作发电机或电动机运行的区别在于电流方向发生变化发电机惯例电动机惯例二、直流电机的主要结构部件⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧换向器电枢绕组电枢铁心转子（电枢）机座电刷装置换向极主磁极定子三、直流电机的额定值1、额定功率P N （额定输出功率）6、额定转速n N 2、额定电压U N7、额定效率ηN 3、额定电流I N8、额定转矩T N 4、额定励磁电压U fN 9、额定温升τM5、额定励磁电流I fN2.2直流电机的电枢绕组一、基本特点绕组元件（元件）元件边端接虚槽S=K=Z i1、第一节距y 1（长距、短距、整距）2、第二节距y 23、合成节距y4、换向器节距y k（左行绕组、右行绕组）二、单叠绕组（1）节距计算（2）绕组连接表（3）绕组展开图每个主极下的串联元件总是构成一条电动势方向相同的支路几何中性线——电机空载时此处的径向磁场为零)(00F f =Φ)(0δF f =Φ（4）电刷放置电刷放置的一般原则：确保空载时通过正、负电刷引出的电动势最大，被短路的元件中的电动势为零。
换向器上的几何中性线对应于一个主极，换向器上便有一条几何中性线●电刷应固定放置在换向器上的几何中性线上（5）绕组并联支路并联支路数等于主极数2a=2p三、单波绕组)2(2ττ≠≈y y 同极下的所有元件总是串联成一条支路，即两条并联支路的电路结构始终保持不变2a=2●换向器上的几何中性线：当元件轴线与主极轴线重合时，该元件所接两换向片之间的中性线。
●仍然放置2p 组电刷→降低电刷上的电流密度四、电枢绕组的均压线●将直流电枢绕组中理论上电位相等的点用均压线连接起来，保证电流在各支路均匀分配均压节距2.3直流电机的磁场一、直流电机按励磁方式分类1、他励直流电机2、并励直流电机3、串励直流电机4、复励直流电机二、直流电机的空载磁场主磁场1、磁通与磁动势主磁通漏磁通主极漏磁系数五段式主磁路结构2、主磁场分布气隙磁密为一平顶波3、磁化曲线∙直流电机的磁化曲线：电机的主磁通与励磁磁动势的关系曲线∙气隙磁化曲线（气隙线）∙饱和系数个三、直流电机的电枢磁场1、电刷在几何中性线上∙电刷正规的放置方法——“在几何中性线上”∙忽略铁磁材料磁压降，电枢磁动势Ax x aD ai a N a D a i a xN x a F ===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ππ221)(三角形)()(00x F x B δμδ'=)(0)()(a 0)(a 0)(a x Axx x H x H x B δμδμμ===∙电刷在几何中性线上时，电枢磁动势的轴线也在几何中性线上，恰与主极轴线正交∙交轴电枢磁动势2τA a F aq F ==∙磁通密度沿气隙的分布马鞍形2、电刷偏离几何中性线交轴磁动势最大值)2(aq βτb A F -=直轴磁动势最大值βAb F =ad 四、电枢反应电枢磁场对励磁磁场的作用称为电枢反应1、交轴电枢反应物理中性线∙交轴电枢反应不但使气隙磁场畸变，而且还有去磁作用3、直轴电枢反应直轴电枢磁场轴线与主极轴线重合→影响每极磁通的大小（发电机顺去逆助）五、感应电动势和电磁转矩1、感应电动势电动势常数ΦΩ=Φ=Φ=T C n E C n apN E 60a 2、电磁转矩转矩常数a a 2a T em I C I apN T Φ=Φ=π3、电动势常数与转矩常数的关系302/60/ππ==aa pN a a pN C C TE 2.4直流发电机的基本特性一、基本方程1、电动势平衡方程2、功率平衡方程电磁功率电功率平衡方程（可变损耗）总的功率平衡方程（不变损耗）发电机的效率3、转矩平衡方程)()()(a 0x B x B x B δ合成气隙磁密波形密分布电枢磁场产生的气隙磁空载气隙磁密分布→+⎪⎩⎪⎨⎧+==+=+=f a f f j f f a a )(I I I R I r r I U R I U E 电流方程励磁回路电枢回路ΩT EI P em a em ==cu 2cua cuf 2em p P p p P P +=++=0em ad Fe mec em 1p P p p p P P +=+++=100%-1100%112⨯∑=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛P p P P η0em 10em 1T T T ΩP ΩP ΩP +=+=二、他励发电机的运行特性可测得物理量：端电压U ，负载电流I ，励磁电流I f 和转速n 等1、空载特性当n=常值、I=0时，的关系曲线空载特性曲线是电机最基本的特性曲线，是电机设计制造情况（即材料利用率和磁路饱和度）的综合反映无论是何种励磁方式的直流电机，其空载特性曲线均由他励接线方式测定2、负载特性当n=常值、I=常值时，的关系曲线相同励磁电流作用下，不同负载电流的端电压不同①电枢电阻上的压降②电枢反应的去磁作用特性三角形3、外特性当n=常值、I f =常值时，的关系曲线随负载电流增大而下垂的曲线电枢回路上的压降和电枢反应的去磁效应都随电流增加而增加电压变化率4、调节特性当n=常值、U=常值时，的关系曲线调节特性随负载电流增大而上翘要保持端电压不变，励磁电流必须随负载电流的增加而增加，以补偿电枢反应的去磁作用，并且由于铁磁材料的饱和影响，励磁电流增加的速率还要高于负载电流。
