1、第三章第三章直流電機的工作原理及特性直流電機的工作原理及特性重點掌握：重點掌握：了解直流電機的基本結構及工作原理；了解直流電機的基本結構及工作原理；掌握直流電動機的機械特性；掌握直流電動機的機械特性；掌握直流電動機啟動、調速和制動等各種特性；掌握直流電動機啟動、調速和制動等各種特性；掌握實現直流電動機啟動、調速和制動的各種方法以及掌握實現直流電動機啟動、調速和制動的各種方法以及它們的使用場所。它們的使用場所。電機分交流和直流兩種。電機分交流和直流兩種。直流電機直流電機工作電壓或輸出的電壓為直流；工作電壓或輸出的電壓為直流；交流電機交流電機工作電壓為交流。工作電壓為交流。直流電機分直流電動機和直

2、流發電機兩種。直流電機分直流電動機和直流發電機兩種。直流電動機直流電動機將電能轉換為機械能；將電能轉換為機械能；直流發電機直流發電機將機械能轉換為電能。將機械能轉換為電能。為了討論直流電機的工作原理，可把復雜的直流電機結構簡化為了討論直流電機的工作原理，可把復雜的直流電機結構簡化為電機具有一對主磁極，電樞繞組只是一個線圈，線圈兩端分別聯為電機具有一對主磁極，電樞繞組只是一個線圈，線圈兩端分別聯在兩個換向片上，換向片上壓著電刷在兩個換向片上，換向片上壓著電刷A和和B。如圖所示：如圖所示：t3-2.swf1主磁極主磁極：勵磁繞組上加上直：勵磁繞組上加上直流電壓，勵磁繞組上有勵磁電流流電壓，勵磁繞組

3、上有勵磁電流通過，使定子鐵心產生固定磁場，通過，使定子鐵心產生固定磁場，即定子的主要作用是產生主磁場。即定子的主要作用是產生主磁場。N Seabcde+AB-電電刷刷換換向向片片n發電機模型n原動機2電樞繞組電樞繞組：在固定的磁場中：在固定的磁場中旋轉，主要作用是產生感應電動旋轉，主要作用是產生感應電動勢或產生機械轉矩，實現能量的勢或產生機械轉矩，實現能量的轉換。轉換。3、4換向器換向器：電刷固定不動，換向片與電樞繞組一起旋轉，：電刷固定不動，換向片與電樞繞組一起旋轉，主要作用主要作用:-將電樞繞組內感應的交流電勢轉換成電刷間的直流電勢。將電樞繞組內感應的交流電勢轉換成電刷間的直流電勢。-將外

4、加的直流電流轉換為電樞繞組交變電流將外加的直流電流轉換為電樞繞組交變電流,并保證每并保證每一磁極下，電樞導體電流的方向不變，以產生恒定的電磁轉矩。一磁極下，電樞導體電流的方向不變，以產生恒定的電磁轉矩。3電刷電刷4換向片換向片N Seabcde+AB-電電刷刷換換向向片片n發電機模型n電樞繞組電樞繞組 主磁極建立磁場 外加機械轉矩(原動機) 線圈在磁場中旋轉 運動導體在磁場中產生感應電勢 帶電負載 對外輸出電能aIE 線圈在磁場中運動感應電勢：用線圈在磁場中運動感應電勢：用右手定則，右手定則，N Seabcde+AB-電刷電刷換換向向片片n發電機模型n原動機EIEIaIaI注意：注意：線圈轉向

5、不變，總是上半邊的電壓（線圈轉向不變，總是上半邊的電壓（+），下），下半邊電壓（半邊電壓（-），），(導線中電勢改變方向導線中電勢改變方向)。2. 2. 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理 一、工作原理一、工作原理 U+NS電刷電刷換向片換向片直流電源直流電源電刷電刷換向器換向器線圈線圈IIaIaI注意：注意：線圈無論怎樣轉動，總是上半邊的電流向線圈無論怎樣轉動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外里，下半邊的電流向外(導線中電流改變方向導線中電流改變方向)。電刷壓在換向片上。電刷壓在換向片上。通電線圈在磁場的作用產生力旋轉。通電線圈在磁場的作用產生力旋轉。由由左手定則定方向左手定則定

6、方向：FFU+NS電刷電刷換向片換向片II2 2、直流電動機的工作原理、直流電動機的工作原理E由右手定則：由右手定則：nTIMa aIaIE反對電流反對電流2電動機原理電動機原理：將電能轉換為機械能。直流電動機工作原理圖：將電能轉換為機械能。直流電動機工作原理圖如圖所示：如圖所示：C3-2.swf直流電源接在電刷之間而使電流通入電樞線圈。電流方向應該直流電源接在電刷之間而使電流通入電樞線圈。電流方向應該是這樣的：是這樣的：N極下的有效邊中的電流總是一個方向，而極下的有效邊中的電流總是一個方向，而S極下的有效極下的有效邊中的電流總是另一個方向，這樣才能使兩個邊上受到的電磁力的邊中的電流總是另一個

7、方向，這樣才能使兩個邊上受到的電磁力的方向一致，電樞因而轉動。因此，當線圈的有效邊從方向一致，電樞因而轉動。因此，當線圈的有效邊從N（S）極下轉）極下轉到到S（N）極下時，其中電流的方向必須同時改變，使電磁力的方向）極下時，其中電流的方向必須同時改變，使電磁力的方向不變，即電磁轉矩的方向不變而使轉子以不變，即電磁轉矩的方向不變而使轉子以n的轉速旋轉。的轉速旋轉。根據電機的工作原理，直流電機的組成可分為根據電機的工作原理，直流電機的組成可分為定子定子、轉子轉子和和換換向器向器三大部分。三大部分。定子部分定子部分主要由定子鐵心和繞在上面的勵磁繞組兩部分組成。主要由定子鐵心和繞在上面的勵磁繞組兩部分

8、組成。轉子部分轉子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。主要由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。換向器換向器由換向片和電刷組成，電刷固定在定子上，換向片與由換向片和電刷組成，電刷固定在定子上，換向片與電樞繞組相連，換向片與電刷保持滑動接觸。電樞繞組相連，換向片與電刷保持滑動接觸。直流電機的結構圖如圖所示：直流電機的結構圖如圖所示：直流電機結構圖直流電機結構圖直流電機轉子結構直流電機轉子結構直流電機剖面圖直流電機剖面圖直流電機由定子、轉子和機座等部分構成。直流電機由定子、轉子和機座等部分構成。機座機座磁極磁極勵磁勵磁繞組繞組轉子轉子勵磁式直流電動機結構勵磁式直流電動機結構1.電動勢電動勢E根據電磁

9、學原理，兩電刷間的感應電動勢為根據電磁學原理，兩電刷間的感應電動勢為:nKEe 式中：式中：E感應電動勢（感應電動勢（V）；）；對磁極的磁通（對磁極的磁通（Wb）；）；n電樞轉速（電樞轉速（r/min）；）；Ke與電機結構有關的常數。與電機結構有關的常數。直流直流發電機發電機中，中，電動勢的方向總是與電流的方向相同電動勢的方向總是與電流的方向相同，被稱為，被稱為電源電動勢電源電動勢。直流直流電動機電動機中，中，電動勢的方向總是與電流的方向相反電動勢的方向總是與電流的方向相反，被稱為，被稱為反電動勢反電動勢。N Seabcde+AB-電電刷刷換換向向片片n發電機模型n原動機EIEIN Seabc

10、de+AB-電電刷刷換換向向片片n發電機模型nEIEI電動機模型電動機模型U+-nKEe 驅動電流驅動電流nKEe 阻止電流阻止電流2電磁轉矩電磁轉矩TM電樞繞組中的電流和磁通相互作用，產生電磁力和電磁轉矩，電樞繞組中的電流和磁通相互作用，產生電磁力和電磁轉矩，其大小可用如下公式表示：其大小可用如下公式表示：amMIKT 式中：式中：TM電磁轉矩（電磁轉矩（Nm）；）；對磁極的磁通（對磁極的磁通（Wb）；）；Ia電樞電流（電樞電流（A）；）；Km與電機結構有關的常數，與電機結構有關的常數，Km=9.55 KeU+EIEITLN Sabcd+AB-n電動機模型nTM-TM為驅動轉矩為驅動轉矩TL

11、TM=+T0cuPEIEIT1N Sabcd+AB-n發電機模型n原動機TMT1=TM+T0TM為阻轉矩為阻轉矩從以上分析可知，直流電機作發電機運行和作電動機運行時，從以上分析可知，直流電機作發電機運行和作電動機運行時，雖然都產生電動勢雖然都產生電動勢E和電磁轉矩和電磁轉矩T，但二者的作用正好相反，見表，但二者的作用正好相反，見表：電機運行電機運行方式方式E與與I的方的方向向E的作用的作用TM的性質的性質轉矩之間的轉矩之間的關系關系發電機發電機相同相同電源電動勢電源電動勢阻轉矩阻轉矩T1=TM+T0電動機電動機相反相反反電動勢反電動勢驅動轉矩驅動轉矩TM=TL+T0直流電動機按定子勵磁繞組的勵

12、磁方式不同可分為四類：直流電動機按定子勵磁繞組的勵磁方式不同可分為四類：1他勵電動機：勵磁繞組由外加電源單獨供電，勵磁電流的他勵電動機：勵磁繞組由外加電源單獨供電，勵磁電流的大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小無關。如圖（大小與電樞兩端電壓或電樞電流的大小無關。如圖（a）所示。）所示。t3-5-1.swf2.并勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯連接，由外部電源一并勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯連接，由外部電源一起供電。如圖（起供電。如圖（b）所示。）所示。t3-5-2.swf3串勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯連接，由外部電源串勵電動機：勵磁繞組與電樞繞組并聯連接，由外部電源一起供電。如圖（一起

13、供電。如圖（c）所示：）所示：t3-5-3.swf4復勵電動機：勵磁繞組分為兩部分，一部分與電樞繞組并復勵電動機：勵磁繞組分為兩部分，一部分與電樞繞組并聯連接，另一部分與電樞繞組并聯連接。如圖（聯連接，另一部分與電樞繞組并聯連接。如圖（d）所示）所示:t3-5-4.swf根據勵磁線圈和轉子繞組的聯接關系，勵磁式的根據勵磁線圈和轉子繞組的聯接關系，勵磁式的直流電機又可細分為直流電機又可細分為他勵電動機：他勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的電源分開勵磁線圈與轉子電樞的電源分開并勵電動機：并勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞并聯到同一電源上勵磁線圈與轉子電樞并聯到同一電源上串勵電動機：串勵電動機：勵磁線圈與轉

14、子電樞串聯接到同一電源上勵磁線圈與轉子電樞串聯接到同一電源上復勵電動機：復勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的聯接有串有并，接在勵磁線圈與轉子電樞的聯接有串有并，接在同一電源上同一電源上M他勵他勵UfIfIaUM并勵并勵UIfM串勵串勵UM復勵復勵U1發電機原理：發電機原理：將機械能轉換為電能。直流發電機工作原理將機械能轉換為電能。直流發電機工作原理圖圖如圖所示如圖所示：c3-1.swf電樞由原動機驅動而在磁場中旋轉，在電樞線圈的兩根有效邊電樞由原動機驅動而在磁場中旋轉，在電樞線圈的兩根有效邊ab和和cd（切割磁力線的導體部分）中便感應出電動勢（切割磁力線的導體部分）中便感應出電動勢e。顯然，每一有

15、效邊中的電動勢是交變的，即在顯然，每一有效邊中的電動勢是交變的，即在N極下是一個方極下是一個方向，當它轉到向，當它轉到S極下時是另一個方向。但是，由于電刷極下時是另一個方向。但是，由于電刷A總是同與總是同與N極下的有效邊相聯的換向片接觸，而電刷極下的有效邊相聯的換向片接觸，而電刷B總是同與總是同與S極下的有效邊極下的有效邊相聯的換向片接觸，因此，在電刷間就出現一個極性不變的電動勢相聯的換向片接觸，因此，在電刷間就出現一個極性不變的電動勢或電壓，當電刷之間接有負載時，在電動勢的作用下就在電路中產或電壓，當電刷之間接有負載時，在電動勢的作用下就在電路中產生一定方向的電流。生一定方向的電流。直流發電機和直流電動機的電磁轉矩的作用是不同的。直流發電機和直流電動機的電磁轉矩的作用是不同的。發電機的電磁轉矩發電機的電磁轉矩是阻轉矩，它與電樞轉