《电机学》课件第二章直流电机

直流发电机与直流电动机的区别
能量关系: 机械能转变成电能
电枢电势: Ea Cen
电源电势
电能转变成机械能
Ea Cen
反电势
电磁转矩: Tem CT I a
制动
Tem CT I a
驱动
电势平衡 方程:
直流发电机与直流电动机的区别
转矩平衡 方程： 功率平衡 方程： 特性：
T1 Tem T0
（2）能耗制动 — 电枢断电后立即接入一个电阻。
– U +
If
K
M
运行 制动
R
Uf
停车时，电枢从 电源断开,接到电 阻上，这时：由 于惯性电枢仍保 持原方向运动， 感应电动势方向 也不变，电动机
变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相 同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。
1、直接起动（连接图见图2.64) 由 U = Ce Φn + IaRa Ist = U/Ra = (10—20)IN ； 所以直接起动适宜微型和小型直流电机。起动过程 中的电流与转速曲线见 图2.65。 其过程分析如下：
开始时：ia ea Tst ia Tst >TL+T0 Tst n
n 增涨放缓，直到 Tst = TL +T0 时 n . ia稳 定.
进一步引起转速略上升，
所以并励电动机的转速随 负载变化很小，其转速特 性如右图。 注：运行时励磁绕组决不能开路，因为：
If = 0 Φ = Φr Ea 很小(Ce Φr n) Ia 很大((U-E)/Ra)
Te 上升，若轻载则转速高；若重载转速 约等于零，Ia = U/Ra , 易烧毁电机。

（2）转矩特性 Te = f(P2) Te =T2 + T0 = P2/ Ω +T0 P2

直流电机绕组的归纳
• 所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路. • 电枢绕组的支路数（2a）永远是成对出现，这是由于磁
极数(2p)是一个偶数.
注：a－支路对数 p－极对数
• 为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何中线上 的导体相接触。
单迭绕组和单波绕组的区别
单迭绕组：串联所有上元件边在同一极下的元件， 形成 一条支路。 每增加一对主极就增加一对支路。 2a＝2p。
单波绕组电路图
单波绕组把相同极性下的全部元件串联起来组成一条支路。 由 于磁极只有N、S之分， 所以单波绕组的支路对数a与极对数多 少无关， 永远为1，即a＝1。
单波绕组的特点
•同极性下各元件串联起来组成一条支路， 支路对数a＝1， 与磁极对数p无关。 •当元件的几何尺寸对称时， 电刷在换向 器表面上的位置对准主磁极中心线， 支 路电动势最大。 •电刷组数应等于极数（采用全额电刷）; •电枢电流 Ia＝2ia 。
Ad
b
a
B
直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
致； 3. 从空间看， 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不
变的磁场； 4. 产生的电磁转矩Tem与转子转向相反， 是制动性质；
2 直流电动机的工作原d
气隙磁场
在一个磁极的范围内，励磁磁
势大小一样，Bδ大小完全与气 隙长度成反比。
讨论开槽的影响 B,
在主极直轴附近的气隙较小， 并且气隙均匀，磁阻小，即 此位置的主磁场较强，在此 位置以外，气隙逐渐增大， 主磁场也逐渐减弱，到两极 之间的几何中线处时，磁密 等于0。
对于叠绕组来说，相邻的两个元件处于同一极面下，为了 使绕组能分布开，y2的绝对值不能等于y1。显然，叠绕组的合 成节距y与场移m相等，

Electrical Machinery
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
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硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
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电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；

2.5.1 电枢绕组的感应电动势
单根导体的电动势：
bδ
e bd lv
bδ Bav
电枢总导体数为： Z 2SN K 0
ia Tav
.
. . . . . .
. . . . . . .
x
a为并联支路对数，绕组由2a个支路组成，每一
支路串联的导体数为Z / 2a 。
绕组的电动势为一条支路电动势，故电枢绕组的
影响饱和 程度
2.4.1直流电机的空载磁场
（2）气隙磁密分布
在主极直轴附近的气隙较小， 并且气隙均匀，磁阻小，即此 位置的主磁场较强，在此位置 以外，气隙逐渐增大，主磁场 也逐渐减弱，到两极之间的几 何中线处时，磁密等于0。
N
d
bd
B
a't δ
τ
主磁场磁密的分布
2.4.2直流电机的电枢磁动势和磁场 （电刷在几何中性线上）
零处称为物理中性线）。 （3）对主磁场起去磁作用（考虑饱和）。
2）当电刷不在几何中性线上时的电枢反应
若电刷从几何中性线移过β角，则电枢磁动势的轴 线也将随之移动β角，如图：
电刷
几何 中性线
Fa
2）当电刷不在几何中性线上时的电枢反应
此时电枢磁动势可分成两个分量：一个分量是由 τ-2β范围内的电枢载流导体所产生的的交轴电枢磁动势 Faq，如图：
2.4.3 电枢反应（合成气隙磁场）
1）当电刷放在几何中性线上时的交轴电枢反应。 将主极礼帽形磁场B0x与电枢马鞍形磁场Bax叠加后 得到畸变的合成磁场Bδx。
1）当电刷放在几何中性线上时的交轴电枢反应
如图可见交轴电枢反应作用如下： （1）使气隙磁场发生畸变。 （2）使物理中性线位移（电机气隙中磁场为

电机学ppt课件-直 流发电机
contents
目录
• 直流发电机的概述 • 直流发电机的结构 • 直流发电机的工作特性 • 直流发电机的应用和维护
01
CATALOGUE
直流发电机的概述
直流发电机的定义
总结词
直流发电机是一种将机械能转换 为直流电能的装置。
详细描述
直流发电机是一种将机械能转换 为直流电能的旋转电机，其输出 电流方向保持不变。
03
在电信、数据中心、医院等重要设施中，直流发电机作为备用电源， 确保设备在停电时仍能正常运行。
04
在野外或偏远地区，直流发电机可作为便携式电源，为电子设备和照 明提供电力。
直流发电机的维护
01
定期检查发电机的运行 状态，确保无异常声音 和振动。
02
清洁发电机表面，保持 整洁，防止灰尘和杂物 影响散热。
03
检查润滑系统，确保轴 承和齿轮得到充分润滑 。
04
定期更换磨损的零件， 如碳刷、轴承等，以延 长发电机使用寿命。
常见故障及排除方法
01
02
03
04
电压不稳定
检查发电机转速和励磁电流是 否正常，调整或更换励磁绕组
。
发电机过热
检查冷却系统是否正常工作， 清除通风障碍物，增加通风量
。
碳刷磨损严重
更换碳刷，调整碳刷压力至合 适值。
。
当励磁电流If恒定时，输出电压 Ua随转速n的增加而增加。
外特性
外特性是指直流发电机的输出 电压Ua与输出电流Ia的关系。
当发电机转速n和励磁电流If恒 定时，输出电压Ua随输出电流 Ia的增加而减小。
外特性是直流发电机的输出特 性，反映了发电机的带负载能 力。

电机学 Electric Machinery
（第2章 直流电机－电动机）
2006.3
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
直流电动机的基本特性和直流电力传动
➢ 直流电动机的基本方程 ➢ 直流电动机的工作特性 ➢ 直流电动机的机械特性 ➢ 直流电动机的启动 ➢ 电力传动系统稳定运行条件 ➢ 直流电动机的调速 ➢ 直流电动机的制动
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
5
二、工作特性
➢ 直流电动机 n、Tem、η＝f（P2）的关系曲线称为工作特性。 ➢ 直流电动机的工作特性因励磁方式而异，可用计算法求得，
但大多用实验方法确定。
1. 并励电动机的工作特性
并励电动机 试验接线图
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
Rj n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
15
2. 改变励磁电流调速
3. 改变端电压调速
If n
U n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
16
四、直流电动机的制动 1. 能耗制动
并励电动 机能耗制 动接线图
U CEΦn Ia Ra Ia RL
Ia
CEΦn Ra RL
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
9
三、机械特性 n=f(Tem)
n
U
Ia (Ra CEΦ
Rj)
U CEΦ
Ra Rj CECTΦ2
Tem
Rj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。 Rj =0时为自然机械特性，Rj≠0为人工机械特性。
1. 并励电动机
n n0 k jTem

3
机电一体化设计
结合机械、电子、信息等多学科知识，进行直流 电动机的优化设计，实现高效、紧凑、可靠的设 计目标。
THANKS
感谢观看
电动车与新能源汽车
随着电动车和新能源汽车的普及，直流电动机作为动力源将得到 更广泛的应用。
智能家居与家电
直流电动机在智能家居和家电领域的应用将不断拓展，如智能吸 尘器、电动窗帘等。
直流电动机的创新研究
1 2
新材料与新工艺
研究新型材料和制造工艺，提高直流电动机的性 能和可靠性。
控制策略优化
研究先进的控制算法和策略，提高直流电动机的 响应速度和稳定性。
电机学ppt课件-直 流电动机
目录
• 直流电动机简介 • 直流电动机的特性 • 直流电动机的控制 • 直流电动机的常见故障与维护 • 直流电动机的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
直流电动机简介
直流电动机的基本结构
定子
固定部分，包括主磁极和换向器。
转子
旋转部分，由导电的电枢绕组和铁芯组成。
换向器
大。
转矩与磁通关系
02
在一定范围内，转矩与磁通成正比。但当磁通增加到一定程度
时，转矩增加趋缓。
转矩与转速关系
03
在一定转速范围内，转矩与转速成反比。转速越高，转矩越小
。
直流电动机的机械特性
机械特性方程
直流电动机的机械特性方 程表示了电动机的转速、 转矩和电源电压之间的关 系。
固有机械特性
固有机械特性是指在一定 励磁电流和电枢电压下的 机械特性。
当电机发生缺相故障时，自动切断电源，防 止电机因缺相而损坏。
04
CATALOGUE

n f (I a )
n
当电动机端电压 U U N =常值，励磁电流
的函数关系 n f ( I a ) 称速率特性。
n
n0 与负载（通常用负载时电枢电流I a来表征）
I f 为常值时，
n' 0
nN
U I a Ra n C e
Ia
Tem Ia 0 CT
Tem Tc 0时
态的过程。 起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为
Tst CT I st
I st
Ea 0 ，而且电枢电阻 起动时由于转速 n 0 ， 将达很大值。
UN Ra
Ra
很小，所以起动电流
过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电； 同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。 一般直流电动机不允许直接起动。 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电 枢电压起动。
并励电动机运行时，励磁绕组不能断路。
若在重负载下发生励磁绕组断开，将导致 Tem CT I a 减小，电动机停转，反电势为零，电枢电流非常大， 电机过热以致烧毁； 若在轻负载下发生励磁绕组断开， 0 将导致电动机“飞速”，可能损坏电机。
n
U I a Ra C e
2、转矩特性他励并励
n C1
U Tem
C2 ( Ra R j )
、
3、串励电动机的机械特性
当电机磁路线性时， C I a
n C1
U Tem
C2 ( Ra R j )
这是一条双曲线。可见，当负载转矩增大时，转速下降很快。 故串励电动机的机械特性很软 当电机磁路饱和时，
C I a Ra R j Tem U n Ce Ce CT

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