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第三章 直流电机的工作原理及特性 本章基本要求 了解直流电机的基本结构及工作原理； 掌握直流电动机的机械特性； 掌握实现直流电动机启动、调速和制动的各种方法优缺点以及它们的使用场所。 电机理论中常用的基本电磁定律 定义：电机就是一种将机电能量进行转换的电磁 装置。 包括机械能→电能；电能→机械能；电能→电能。 特点： （1）它依赖于电磁感应定律和电磁力定律。 变压器 单相变压器 三相变压器 直流发电机 电机 直流电机 直流电动机 感应电动机 旋转电机 感应电机 感应发电机 交流电机 同步电机 同步发电机 同步电动机 同步补偿机 直线同步（永磁）电动机 直线电机 直线异步电动机 导磁材料：亦称铁磁材料，它是指电机专用的高磁导率材料-----硅钢片，亦称电工钢片。 导电材料：采用电阻率小的紫铜线（棒） 此外，还有结构材料：机座、机壳采用的铸铁、铸钢或钢板（大电机）以及电气绝缘材料。 3.1 直流电机的基本结构和工作原理 直流电机的结构包括定子和转子两部分 定子：产生主磁场和在机械上支撑电机 　　　　主磁极、换向极、机座、端盖和轴承，电刷固定在定子上 转子：产生感应电势或产生机械转矩以实现能量的转换 　 电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴、风扇 直流电机的工作原理图 3.2 直流电动机的机械特性 3.2.1 直流他励电动机的机械特性 直流电机的给定参数 3.3.2 串励电动机的机械特性 3.2.3 复励电动机的机械特性 具有他励和串励电动机的性质 电动机的机械特性例题 例3-1 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TL=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? 例3-2 一台他励直流电动机， 功率PN=5.5KW,UN=220V,IN=31A,nN=1500r/min,忽略损耗，认为额定运行时的电磁转矩近似等于输出转矩，试绘制电机近似的固有机械特性。 代入（3.13）得 软特性 他励磁通φes=70%总磁通 串励磁通φs=30%总磁通 他励 复励 串励 解 两个已知条件，一个是负载转矩TL＝常数；一个是从一个稳态到另一个稳态(而不涉及瞬态过程)，电枢反电势是稳态值。 注意：从 不能判断E是如何变化的 (1)估算Ra 解：n=f(TL)是一条直线，故只要两点，理想空载点（0，n0）(TN,,nN) * （2）导磁材料构成磁路；导电材料构成电路 电磁感应定律：变化的磁场产生感应电动势，即磁生电 (1) 称为变压器电动势；（2）运动电动势 假设 ，则感应电动势有效值为： （ω=2πf） *判断方向：右手定则 电磁力定律：载流导体在磁场中受力， 电机中，通电导体（转子上）在磁场中会受到切向方向的力，当转子半径为R时，就会在转子上产生转矩，即电磁转矩 Tem=F*R *判断方向：左手定则（主要用于分析旋转电机的电磁转矩） 电机按功能用途分类: 电机的材料 3.1.1 直流电机的基本结构 3.1.2 直流电机的基本工作原理 n 图3.5 直流发电机的工作原理图 + 图3.6 直流电动机的工作原理图 U n - 1．发电机原理：将机械能转换为电能。 电枢由原动机驱动而在磁场中旋转，在电枢线圈的两根有效边ab和cd（切割磁力线的导体部分）中便感应出电动势e。 显然，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方向，当它转到S极下时是另一个方向。但是，由于电刷A总是同与N极下的有效边相联的换向片接触，而电刷B总是同与S极下的有效边相联的换向片接触，因此，在电刷间就出现一个极性不变的电动势或电压，当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生一定方