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第三章 直流电机的稳态分析 直流电机是电机的主要类型之一，与交流电机相比，较复杂，成本较高，维修不便，特别是换向问题使其应用受到了限制，近年来，由于电力电子技术的发展，有被取代的趋势；但在过载要求较高，调速范围大，调速性能较好的场合仍在使用，同时在目前无刷电机的研究是一个热点。 由此可以得到气隙 磁场分布曲线及导体 和线圈中的电动势波 形. 上图：输出前 下图：输出后 为了使电刷端电动势的脉动程度降低，实际电机中的电枢上就不只是敷设一个线圈，而是合理设计的多个线圈均匀分布，并按一定规律连接起来组成电枢绕组。两窜联线圈换向后的电动势波形如下图所示 某多线圈电枢 绕组的电动势 波形 直流发电机 直流电机 直流电机 直流电机 小型直流电机 ZQ-76 直流牵引电机 ZQ-76 直流牵引电机 直流牵引电机 二、直流电机的基本结构 直流电机的结构 （一）直流电机的静止部分 4、电刷装置 直流电机的定子装配图 直流电机的定子铁心和绕组 1、电枢铁芯 直流电机的转子 小型直流电机的定转子 换向器 三、励磁方式 ●他励 ●自励（并励、串励、复励） 二、直流电枢绕组的节距 第一节距y1 ：元件中两个有效边之间的距离 对单叠绕组：y =y1 –y2 对波绕组： y =y1 + y2换向器节距yc： yc = y 三、单叠绕组 以2p=4,s=k=Qu=16,u=1,右行为例： 步骤： 1、首先计算相关数据：因是叠绕组： y = yc=1 设为整距绕组：y1=τ=Qu/2p=16/4=4 y2=y1-y = 4-1 =3 2、画16条线设为16个槽 3、按以上计算出的规律放置绕组 4、放置磁极 5、放置电刷 6、求并联支路对数 1、交轴磁动势 当不考虑其他因素，且电刷放在几何中心线上时，电枢磁动势 所在的位置即为交轴磁动势。 此时的电机气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生 的。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。 · · 2、并励直流电机 二、转矩方程 根据发电机和 电动机的工作 状况可知： 在发电机中电 磁转矩是一个 制动转矩。 而在电动机中，电磁转矩是一个驱动转矩。 三、电磁功率和功率方程 1、电磁功率 即： 对并励发电机 考虑到 四、直流电机的可逆性 从原理上讲，一台直流电机既可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用，这就是它的可逆性。 但考虑到效率问题，一般情况下，直流电机只运行在某一种情况下。 §3.6直流发电机的运行特性 1、他励发电机的负载运行 按规定的转向，用原动机将发电机拖动到规定的转速， 给励磁并调整到额定励磁。 Q打开时，为空载运行， 原动机只需克服发电机自 身的空载转矩T0即可。 Q闭合后，由于产生电 流，电枢将产生制动性的 电磁转矩Te，使原动 机的转速下降，此时原动机必须输入更大的转 矩T1，使T1与T0+Te平衡，使机组重新恢复额定 转速。 电磁方面，当电枢有电流后，便产生了电 磁功率EaIa，它是由机械功率转换而来，欲保 持电功率的输出，就应不断地向发电机输入机 械功率。 二、他励发电机的运行特性 是指发电机的端电压U、 负载电流I、和励磁电 流If这三个主要量之间 的关系. 1、外特性 当n=nN=常数，If=常数时， 为衡量下降的大小，引入电压调整率 . 这是因为当If增大时，使Ea增大，以抵消IaRa的下降，才能保持U不变。 3、效率特性 当n=nN=常数，U=UN=常数时， 自励电压的建立有三个条件： . 外特性出现“拐弯”可从 来解释，当RL减小时，I增大； Ia也增大，由上面分析可知U减小，当 U减小到一定程度时，磁路将退出饱和，此时若RL 再减小，端电压的下降程度要大于Ra的减小程度， 从而造成I不但不增大，反而减小。拐点的电枢电流 约为（2～3）IN由于并励发电机的短路电流较小， 因此允许短路。 三、复励发电机的运行特性 根据励磁方式可分为过复励、平复励、欠复励，其接线图和外特性如下图 §3.7 直流电动机的运行特性 一、并励电动机的负载运行 见课本P100 . . · 2、机械特性 2、工作特性 1、转速特性 U=UN时，n=f(Ia) 或n=f(P2)的曲线 二、直流电机的速度调节 由 可知： 1）电枢回路串电阻调速 由上式可知：Ra越大，n越低。 2）改变电源电压调速 3）改变磁场调速 因励磁电流变化时，磁场也要发生变化，故可将机械特性变形为 对串励电动机 由公式 三、直流电机的制动 1、能