1、(1)電刷是電流的分界線電刷是電流的分界線;每條支路即正、負電刷之間的感應電勢為：aeEC n總電磁轉矩為：總電磁轉矩為： aTaavemICIaNppTT22001( )22( ) 22602( )60aaoaNEe x dxaDNpnbx ldxaDNpnbx ldxa微元dx上的導體所產生的電磁轉矩為： ldxxbaNIdxDNDlaIxbdxDNxTdaaaaaemem)(422)()(每極下的電磁轉矩為： aNIldxbaNITdTaxaemav4400電磁功率為：aaaaaTememIEInaNpInaNpICTP606022a、電壓平衡方程式、電壓平衡方程式aaa afffUER

2、 IUR Ib b、轉矩平衡方程式、轉矩平衡方程式20emTTT( )( )( )( )( )aaaa aafff ffditUetR itLdtditUR itLdtdttdJTTTem)(02( )( )( )( )( )( )aaaaaafff ffditUtetRitLdtditUR itLdt直流發電機的暫（動）態電壓平衡方程式變為：)(1111faIIUIUPemscuacufasaaafaaaaafaPpppEUIrIIUEIRIIUP)2()(1ema aemPE ITmecFeememppPpPTTTP2020211PT2122 2222 222FemecfaaFemecfa

3、 a asFemeccufcuasPppU IU IR IppU II r IU IU IpppppP 22 22emema aaafPTE IU IR IU I 1100emememFemecPTTTPpPpp (1)電刷是電流的分界線電刷是電流的分界線;A、1 1、空載特性、空載特性定義： 在 、 條件下，正負電刷之間的空載端電壓與勵磁電流之間的關系曲線 ，即為空載特性。Nnn 0aI)(00fIfU mmBllFNiHlRS 2、外特性、外特性定義： 在 、 條件下，端部輸出電壓與輸出電流之間的關系曲線 ，即為外特性。Nnn fNfII)(22IfU 對于他勵直流發電機，外特性可通過電壓

4、方程式（3-37）獲得： aaeaaaaIRnCIREUU1（3-37）結論結論: : 對他勵直流電動機，影響端部電壓隨負載增加而下降對他勵直流電動機，影響端部電壓隨負載增加而下降的因素：的因素：u 負載電流增加，電阻壓降增加；負載電流增加，電阻壓降增加；u 電樞反應的去磁作用造成每極磁通減小，引起感應電電樞反應的去磁作用造成每極磁通減小，引起感應電勢下降。勢下降。 aaeaaaaIRnCIREUU1定義定義:電壓變化率電壓變化率 ： 在 ， 的條件下，%1000NNUUUU（2-38）Nnn fNfII式中， 為直流發電機的空載端電壓。 0U圖2.33 中，顯然，并勵直流發電機的電壓變化率大

5、于他勵直流發電機。主要原因為： 負載電流增加，電阻壓降增加；負載電流增加，電阻壓降增加； 電樞反應的去磁作用造成每極磁通減小，引起感應電電樞反應的去磁作用造成每極磁通減小，引起感應電勢下降；勢下降； 隨著電樞電壓下降，勵磁電流減少，引起每極磁通和隨著電樞電壓下降，勵磁電流減少，引起每極磁通和相應感應電勢的進一步下降；相應感應電勢的進一步下降；aaeaaaaIRnCIREUU11)串勵繞組的勵磁磁勢補償負載時電樞反應去磁作用2)使電樞電勢升高，抵消了電樞回路的電阻壓降。3 3、調節特性、調節特性定義： 在 、 條件下，負載輸出電流與勵磁電流之間的關系曲線 ,即為調節特性。Nnn NUU 2)(2

6、IfIf4 4、效率特性、效率特性定義： 電機的效率定義為輸出功率 與輸入功率 之比，即：1P2P%100)1 (%100)(%10011112PpPpPPP（2-39）式中，總損耗為：mecFeascuappIUpp2（2-40）其中，不變損耗即不變損耗即空載損耗為： 00TpppmecFeasaaIUrIp22可變損耗可變損耗為： 典型直流發電機的效率曲線如圖2.35所示?？蛰d特性空載特性外特性外特性調節特性調節特性效率特性效率特性B、定義： 并勵或復勵直流發電機空載電壓的建立過程又稱為發發電機的自勵過程電機的自勵過程。 圖2.36a為并勵直流發電機的接線圖。圖2.36b給出了并勵直流發電

7、機建壓過程的曲線解釋。 圖2.36b中，曲線1代表直流發電機的空載曲線： ；曲線2為勵磁回路的伏-安特性 ，又稱為磁場電阻線磁場電阻線，其表達式為： ；曲線3為臨界磁場電阻線，其對應的臨界電阻臨界電阻為： 。)(0fIfU0fUR IcrR并勵（或復勵）直流發電機自勵建壓需滿足下列三個條件：并勵（或復勵）直流發電機自勵建壓需滿足下列三個條件： 電機主磁路須有剩磁。 勵磁回路與電樞回路的接線須正確配合。 勵磁回路的總電阻不能超過臨界電阻值。2.8.1 他勵直流電動機的工作特性定義： 直流電動機的工作特性定義為： ， ，且電樞回路無外接電阻條件下， 或 的關系曲線。 NUU 1fNfII)(2Pf

8、Tnem，)(aemIfTn，A、轉速特性、轉速特性 定義： 在 ， 條件下，轉速與電樞電流之間的關系曲線： 定義為轉速特性轉速特性。NUU 1fNfII)(aIfn aaNeaNeNNeaaNeaInICRCUCIRUCEn01（2-41）其中， 為理想空載轉速理想空載轉速； 為轉速特性的斜率。 NeNCUn0NeaCR根據上式繪出轉速特性曲線如圖2.37所示。結論：結論： 隨著負載的增加，轉子轉速下降。影響轉子轉速的因隨著負載的增加，轉子轉速下降。影響轉子轉速的因素有兩個：素有兩個：（1 1）電樞的電阻壓降；）電樞的電阻壓降；（2 2）電樞反應的去磁作用。）電樞反應的去磁作用。 通常，直流

9、電動機的轉速變化用轉速變化率轉速變化率來描述。轉速變化率定義為：空載轉速與額定轉速的差值占額定轉速的百分比，即：（2-42）結論：結論： 在運行過程中，他勵直流電動機不能失磁亦即勵磁繞在運行過程中，他勵直流電動機不能失磁亦即勵磁繞組不能開路，否則轉子轉速將迅速上升，造成所謂的組不能開路，否則轉子轉速將迅速上升，造成所謂的“飛飛車車” ” 現象?，F象。 B B、轉矩特性、轉矩特性定義： 在 ， 條件下，電磁轉矩與電樞電流之間的關系曲線： 即為轉矩特性。 NUU 1fNfII)(aemIfT由轉矩表達式（2-16）得轉矩特性為：aaNTemKIICT（2-43）式中， NTCK%1000NNNnn

10、nn根據上式繪出轉矩特性如圖2.37所示（見前面）。 C C、效率特性、效率特性其定義和計算過程與直流發電機基本相同，見圖2.37。2.8.2 他勵直流電動機的機械特性定義： 在 ， ，且電樞回路未串任何電阻條件下， 的關系曲線定義為機械特性機械特性。 NUU 1fNfII)(emTfn 根據直流電動機的基本關系式： ， ，以及 得他勵直流電動機的機械特性為：nCEeaaTemICTaaaIREU1ememNTeaNeNeaTnTCCRCUCEn02（2-44）根據上式繪出他勵直流電動機的機械特性曲線如圖2.38所示。圖2.38 他勵直流電動機的機械特性由圖2.38可見，隨著轉矩的增大，電機轉

11、速有所下降。故此，機械特性可進一步表示為：nnTnnem00（2-45） 其中，轉速降 。 越小，轉速變化越小，稱電動機具有較硬硬的機械特性的機械特性；反之，稱電動機具有較軟的機械特性軟的機械特性。ememNTeaTTCCRn2圖圖2.382.38中，需注意：中，需注意： 電機的理想空載轉速電機的理想空載轉速 與實際空載轉速與實際空載轉速 的區別；的區別； 重載時由于電樞反應的去磁作用造成機械特性的上翹。重載時由于電樞反應的去磁作用造成機械特性的上翹。 0n0n2.8.3 他勵直流電動機的人工機械特性定義: 在額定電壓、額定勵磁且電樞回路未串任何電阻條件下的機械特性又稱為固有（或自然）機械特性

12、固有（或自然）機械特性。而把通過人工改變控制量或參數所獲得的機械特性稱為人工機械特性人工機械特性。A、電樞回路外串電阻的人工機械特性、電樞回路外串電阻的人工機械特性 當 ， 時，電樞回路的總電阻為 （即電樞回路的外串電阻為 ）時，利用類似于式（2-44）的推導，得他勵直流電動機的人工機械特性為： NUU 1fNfIIRRRaemNTeaNeNTCCRRCUn2）（2-46）上式可用圖2.39所示曲線表示之。R圖2.39 他勵直流電動機電樞回路串電阻時的人工機械特性B、改變外加電樞電壓的人工機械特性、改變外加電樞電壓的人工機械特性當 ， 時，僅改變電樞電壓時的人工機械特性由下式給出： fNfII

13、0RemNTeaNeTCCRCUn21（2-47）式（2-47）可用圖2.40所示的曲線表示之。emNTeaNeNTCCRRCUn2）（圖2.40 他勵直流電動機改變電樞電壓的人工機械特性C、弱磁時的人工機械特性、弱磁時的人工機械特性當 ， 時，僅改變勵磁時的人工機械特性為： NUU 10RemTeaeNTCCRCUn2（2-48） 為了方便于起見，先繪出弱磁時的轉速特性 ，然后在再繪出相應的人工機械特性。)(aIfn 于是有：aeaeNICRCUn（2-49）根據上式，繪出弱磁條件下的轉速特性如圖2.41a所示。圖中， 為起動電流（對應于 ）。又根據 ，得弱磁條件下的人工機械特性如圖2.41

14、b所示。 stTstICTaNstRUI/0noaIscI12NN120n01n02nn(a) 轉速特性 (b) 機械特性圖2.41 他勵直流電動機弱磁時的人工機械特性D、機械特性的人工繪制、機械特性的人工繪制根據銘牌數據，便可以繪制他勵直流電動機的固有機械特性。具體方法是：（1）求出理想空載點 ；（2）求出額定運行點 。通過上述兩點繪制直線即可獲得固有機械特性。)0 ,(0n),(NNTn對于理想空載轉速： ，其中，NeNCUn0NNaNNNNenIRUnEC0（2-50）式中，電樞回路的總電阻可根據下式估算：2)()3221(NNNNaIPIUR（2-51）對于額定運行點處的額定轉矩，可由

15、下式給出：9.55NTN NeN NTCICI同樣的方法可求出控制參數改變后的人工機械特性。aaNeaNeNNeaaNeaInICRCUCIRUCEn01aaNTemKIICTememNTeaNeNeaTnTCCRCUCEn02忽略T0，電動機帶動額定負載時，要求把轉速降到1000r/min，計算：（1）采用電樞串電阻調速需要串入的電阻值？（2）采用降低電源電壓調速需把電源電壓降到多少？（3）上述兩種調速情況下，電動機的輸入功率與輸出功率（輸入功率不計勵磁回路之功率)某臺他勵直流電動機額定參數：22,220 ,115 ,1500 / min,0.1NNNNaPkW UV IA nrR并勵（或復

16、勵）直流發電機自勵建壓需滿足下列三個條件：并勵（或復勵）直流發電機自勵建壓需滿足下列三個條件： 電機主磁路須有剩磁。 勵磁回路與電樞回路的接線須正確配合。 勵磁回路的總電阻不能超過臨界電阻值。emNTeaNeNTCCRRCUn2）（2.9.1 串勵直流電動機的固有機械特性圖2.43 串勵直流電動機的接線圖 串勵直流電動機的電路接線如圖2.43 所示，其特點是： 。機械特性的表達式如他勵直流電動機基本相同，即： 1IIIsaemTesaeNTCCRRCUn2當負載較輕、磁路未飽和時，由式（2-18）得： 。于是： ffIK2aTaffTaTemICIIKCICT（2-54）則機械特性變為： es

17、aemfesaafeemTesaeCRRTKUKCRRIKCUTCCRRCUn1121)(（2-56）圖2.44 串勵直流電動機的機械特性值得一提的是：當負載較輕時，由式（2-56）可見，隨著 ，轉速 。 0emTn結論：串勵直流電動機不允許輕載或空載運行結論：串勵直流電動機不允許輕載或空載運行。 當負載較重、磁路飽和時，近似不變。此時，轉速隨轉矩的增加當負載較重、磁路飽和時，近似不變。此時，轉速隨轉矩的增加線性下降。線性下降。2.9.1 串勵直流電動機的人工機械特性通過改變下列控制參數和控制量便可獲得各種情況下的人工機械特性： 電樞回路串電阻；電樞回路串電阻； 降低電源電壓；降低電源電壓；

18、在串勵繞組兩端并聯電阻實現弱磁；在串勵繞組兩端并聯電阻實現弱磁； 在電樞兩端并聯電阻實現增磁；在電樞兩端并聯電阻實現增磁；下圖給出了各種情況下串勵直流電動機的人工機械特性。圖2.45 串勵直流電動機的人工機械特性。1-固有機械特性 2-電樞回路串電阻時的人工機械特性3-勵磁繞組并聯電阻時的人工機械特性 4-電樞回路并聯電阻時的人工機械特性 emTesaeTCCRRCUn21圖2.46 復勵直流電動機的接線圖 積復勵直流電動機的機械特性介于并勵（或他勵）和串勵直流電動機之間，如圖2.47所示。為便于比較，圖2.47還同時繪出了并勵和串勵電動機的機械特性曲線。圖2.47 復勵直流電動機的機械特性1并勵 2串勵 3復勵定義定義: 換向換向是指：電樞元件在經過電刷前后其中的電流方向的改變。理想的換向被稱為線性（或直線）換向線性（或直線）換向，如圖2.49所示。但由于電磁和機械等方面的原因，實際直流電機很難達到線性換向。換向不良會帶來換向問題，嚴重時會引起電位差火花電位差火花，甚至環火環火。圖2.49 理想換向時電樞元件中的電流波形為解決換向問題，主要采取如下兩種方法