1、1.5.1 1.5.1 直流電機的電樞電動勢直流電機的電樞電動勢產生產生: :電樞旋轉時電樞旋轉時, ,主磁場在電樞繞組中感應的電動勢主磁場在電樞繞組中感應的電動勢簡稱為電樞電動勢。簡稱為電樞電動勢。大小大小: :nCnapNEea60 性質性質: : 發電機發電機電源電勢電源電勢( (與電樞電流同方向與電樞電流同方向);); 電動機電動機反電勢反電勢( (與電樞電流反方向與電樞電流反方向).).)(電動勢常數電動勢常數為電機的結構常數為電機的結構常數其中其中apNCe60可見，直流電機的感應電動勢與電機結構、氣隙磁通及可見，直流電機的感應電動勢與電機結構、氣隙磁通及轉速有關。轉速有關。產生產

2、生: :電樞繞組中有電樞電流流過時電樞繞組中有電樞電流流過時, ,在磁場內受電磁力在磁場內受電磁力的作用的作用, ,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉矩。該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉矩。大小大小: :aTaemICIapNT2可見，制造好的直流電機其電磁轉矩與氣隙磁通及電樞電可見，制造好的直流電機其電磁轉矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。流成正比。為電機的轉矩常數，有為電機的轉矩常數，有其中其中apNCT2eTCC55. 91.5.2 1.5.2 直流電機的電磁轉矩直流電機的電磁轉矩性質：性質： 發電機發電機制動制動( (與轉速方向相反與轉速方向相反) )；輸入的機械拖動轉矩輸入的機械拖動轉矩

3、= = 電磁轉矩電磁轉矩 + + 空載轉矩空載轉矩 電動機電動機驅動驅動( (與轉速方向相同與轉速方向相同) )；輸入的電磁轉矩輸入的電磁轉矩 = = 空載轉矩空載轉矩 + + 負載轉矩負載轉矩電樞電動勢電樞電動勢 和電磁轉矩和電磁轉矩 是直流電機兩個重要的公式。對于同一臺直流電機，電是直流電機兩個重要的公式。對于同一臺直流電機，電動勢常數動勢常數EaEa和轉矩常數和轉矩常數CTCT之間具有確定的關系：之間具有確定的關系：eeEC nTaTC ITee609.552aCCCaeTT20.10560aCCCa1.6 直流發電機直流發電機 1.6.1 直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式 主磁極上

4、勵磁繞組獲得電源的方式叫勵磁主磁極上勵磁繞組獲得電源的方式叫勵磁方式，也指勵磁電流的供給方式。方式，也指勵磁電流的供給方式。自勵自勵他勵他勵并勵并勵串勵串勵復勵復勵 （1他勵式他勵式 其勵磁繞組由其他電源供其勵磁繞組由其他電源供電，勵磁繞組與電樞繞組電，勵磁繞組與電樞繞組不相連。不相連。 電樞電流電樞電流Ia=負載電流負載電流I （b并勵：并勵：Ia=I+If （c串勵：串勵：Ia=I=If （d復勵：磁場相加：積復勵復勵：磁場相加：積復勵 磁場相減：差復勵磁場相減：差復勵（2自勵自勵1.6.2 直流電機的基本方程式直流電機的基本方程式 一、基本方程式一、基本方程式 1.電動勢平衡方程式電動勢

5、平衡方程式 按發電機慣例參考方向，電樞回路按發電機慣例參考方向，電樞回路的電動勢方程式為的電動勢方程式為 并勵發電機的電樞電流為并勵發電機的電樞電流為 直流發電機的直流發電機的EU，這是判斷直流，這是判斷直流電機運行在發電機狀態的依據。電機運行在發電機狀態的依據。 aaaIRUEfaIII 2.功率平衡方程式功率平衡方程式 aaMMcuaMadFeMIETPPPPpPPPPPP2011)( 3.轉矩平衡方程式轉矩平衡方程式 當發電機轉速當發電機轉速n為常數時，原動機輸入的驅動為常數時，原動機輸入的驅動轉矩轉矩T1的一部分用來克服空載轉矩的一部分用來克服空載轉矩T0，剩下的，剩下的轉換為發電機的

6、電磁轉矩轉換為發電機的電磁轉矩T。 01pPPM01TTTM 實驗過程：實驗過程：If由由0開始增大，開始增大，U0將逐漸增大。將逐漸增大。If減小，減小，U0將逐漸減小，但將逐漸減小，但If=0， U0 不不等于等于0，存在剩磁電動勢。，存在剩磁電動勢。1.6.3 直流發電機他勵的運行特性直流發電機他勵的運行特性空載特性曲線上升分支空載特性曲線下降分支平均空載特性曲線UfI 空載時，空載時， 。由于。由于 ，因此空載特性實質上就是因此空載特性實質上就是 。由。由于于 正比于正比于 ，所以空載特性曲線的形，所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。狀與空載磁化特性曲線相同。aEUnCEea

7、)(faIfE aE1Cn0I)(fIfU 定義：當定義：當 、 時，時， 1. 空載特性空載特性 2. 外特性外特性100%UUUUNN0Nnn fNfII )(IfU 定義：當定義：當 、 時，時， 外特性曲線如圖所示外特性曲線如圖所示由曲線可見，負載電流增大時，端電壓由曲線可見，負載電流增大時，端電壓有所下降。有所下降。aaeRInCU 根據根據 可知，端電壓下降有兩個原因：一是可知，端電壓下降有兩個原因：一是在勵磁電流一定情況下，負載電流增大，電樞反應的去磁作用使在勵磁電流一定情況下，負載電流增大，電樞反應的去磁作用使每極磁通量減少，使電動勢減少；另一個原因是電樞回路上的電每極磁通量減

8、少，使電動勢減少；另一個原因是電樞回路上的電阻壓降隨負載電流增大而增加，使端電壓下降。阻壓降隨負載電流增大而增加，使端電壓下降。 比如：當負載電流增大時，必須比如：當負載電流增大時，必須增加勵磁電流去補償電樞反應的增加勵磁電流去補償電樞反應的去磁作用和內部的電壓降，才能去磁作用和內部的電壓降，才能保持端電壓不變。保持端電壓不變。 1Cn2CU )(IfIf定義：當定義：當 、 時，時， 調節特性曲線如圖所示調節特性曲線如圖所示3. 調節特性調節特性 由曲線可見，在負載電流變化時，由曲線可見，在負載電流變化時，若保持端電壓不變，必須改變勵磁電若保持端電壓不變，必須改變勵磁電流，補償電樞反應及電樞

9、回路電阻壓流，補償電樞反應及電樞回路電阻壓降對對輸出端電壓的影響。降對對輸出端電壓的影響。1.7 直流電動機1.7.1 直流電動機并勵的基本方程式直流電動機并勵的基本方程式 1.電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式 電樞回路的電動勢方程式為電樞回路的電動勢方程式為 并勵電動機的電樞電流為并勵電動機的電樞電流為 直流電動機的直流電動機的UE，這是判斷直流，這是判斷直流電機運行在電動機狀態的依據。電機運行在電動機狀態的依據。 aaaIREUfafaIIIIII 2.功率平衡方程式功率平衡方程式 pPPPPPPPPpPPPPPPPPPPadFecufcuaMadFeMcufcuaM211021)()()

10、( 3.轉矩平衡方程式轉矩平衡方程式 電動機轉速恒定時，輸入的電磁轉矩電動機轉速恒定時，輸入的電磁轉矩Tm驅動驅動的一部分用來克服空載轉矩的一部分用來克服空載轉矩T0，剩下的轉換為，剩下的轉換為電動機的機械負載轉矩電動機的機械負載轉矩T2。 02pPPM02TTTM1.7.2 直流電動機的工作特性直流電動機的工作特性一、轉速特性一、轉速特性 轉速特性是指在轉速特性是指在 ，電樞回路不串附，電樞回路不串附加電阻時，電動機的轉速加電阻時，電動機的轉速n隨輸出功率隨輸出功率P2而變化的關系，而變化的關系，即即 曲線。曲線。NffNUUII，2()nf Paa aaeCUEI rEn和NaaeeCCU

11、rnI 當輸出功率增加時，電樞電流增加，電樞壓降增加，使轉速下當輸出功率增加時，電樞電流增加，電樞壓降增加，使轉速下降，同時由于電樞反應的去磁作用使轉速上升。上述兩者相互作用的降，同時由于電樞反應的去磁作用使轉速上升。上述兩者相互作用的結果，使轉速的變化呈略微下降。結果，使轉速的變化呈略微下降。二、轉矩特性二、轉矩特性 轉矩特性是指在轉矩特性是指在 ，電樞回路不串附，電樞回路不串附加電阻時，電動機的電磁轉矩加電阻時，電動機的電磁轉矩T隨輸出功率隨輸出功率P2而變化的關而變化的關系，即系，即 曲線。曲線。NffNUUII，2()Tf P222/60PPTn當轉速不變時，特性曲線為一通過原點的當轉

12、速不變時，特性曲線為一通過原點的直線。實際上，當直線。實際上，當P2增加時轉速增加時轉速n略微有所略微有所下降，因此曲線將稍微向上彎曲。而電磁下降，因此曲線將稍微向上彎曲。而電磁轉矩轉矩 ,因此只要在的關系曲因此只要在的關系曲線上加上空載轉矩線上加上空載轉矩T0，便可得到，便可得到 的關系曲線，如下圖。的關系曲線，如下圖。 L0TTTL2()Tf P三、效率特性三、效率特性 效率特性是指在效率特性是指在 ，電樞回路不串附，電樞回路不串附加電阻時，電動機的效率加電阻時，電動機的效率 隨輸出功率隨輸出功率P2而變化的關系，而變化的關系，即即 曲線。曲線。 NffNUUII，2()f P121111PppPPPP 電動機的損耗主要是可變的銅損和固定的鐵損。電動機的損耗主要是可變的銅損和固定的鐵損。當負載當負載P2較小時，鐵損不變，效率低；隨著負載較小時，鐵損不變，效率低；隨著負載P2的增加，鐵損不的增加，鐵損不變，銅損增加，