第三章直流电机的工作原理及特性2一切电机都是以电磁感应定律作为主要依据设计而成的。直流电机直流电机外形直流电机的用途及优缺点一、用途作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能；二、优缺点直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。由于存在换向器，其制造复杂，触点之间会产生火花腐蚀，制造成本高。3．1直流电机的基本结构和工作原理直流电机的主要结构部件直流电机的结构图直流电机的结构部件根据电机的工作原理，直流电机的组成可分为定子、转子和换向器三大部分。15二、基本的工作原理2—电枢绕组：在固定的磁场中旋转，主要作用是产生感应电动势或产生机械转矩，实现能量的转换。1．发电机原理：将机械能转换为电能。直流发电机工作原理图如图所示：注意：电刷固定在空间不动，而半圆铜片与导体一起旋转。直流发电机原理示意图（1）直流发电机原理示意图（2）线圈电动势波形结论：2．电动机原理：将电能转换为机械能。直流电动机工作原理图如图所示：2526结论：对于同一台电机，在不同的外部条件下，即可作发电机运行，也可作电动机运行原理，称为电机的可逆原理。三、电动势和电磁转矩2．电磁转矩TM直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的。从以上分析可知，直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电动势E和电磁转矩T，但二者的作用正好相反，见表四、直流电动机的分类描述直流发电机运行特性的物理量3.2.1他励发电机2.空载特性当发电机空载（Ia=0）及转速（n）不变时，输出电势与励磁电流的关系曲线当If小时直线（不饱和）If大时，弯曲（开始饱和）If更大，平直（饱和，Φ不变）3.外特性曲线当发电机转速（n）和励磁（Φ）不变时，输出电压（U）与负载电流(I)之间的关系曲线注：当Ia↑RaIa↑U=E-IaRa↓调节RL使负载电流达IN值，同时调节Rf（分压器）使端电压达UN此时的Rf不能再改变。曲线随电流增加下降的原因：（1）电枢电阻压降的存在；（2）电枢反应去磁作用。3.2.2并励发电机2.电压建立过程由于事先没有励磁电压U，所以If＝0当电枢转动时，没有磁场，所以不会产生E。并励发电应满足以下几个条件3.工作特点并励直流发电机的自激条件：3．3直流他励电动机的机械特性式中:∵1.理想空载转速：即转矩变化与所引起的转速变化的比值，称为机械特性的硬度。机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和并励电机为例说明。直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件（额定电压UN和额定磁通N)下和电枢电路内不外接任何电阻时的n=f(T)即：(1)估算电枢电阻Ra(2)求三、人为机械特性特性变软2.改变电枢电压U时的人为特性3．改变磁通时的人为特性由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流和它对应的磁通只能在低于其额定值的范围内调节；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。解：n=f(TL)是一条直线，故只要两点，理想空载点（0，n0）(TN,,nN)(2)求n0对起动的基本要求：1、足够大的起动转矩Tst；2、起动电流限制在允许范围内；3、起动时间短；4、起动设备简单、经济、可靠。常用的起动方法：1、直接起动；－－适用于小容量电机。2、电枢串电阻器起动；－－损耗大。3、降压起动；－－须有专用电源。损耗小，起动平稳。一、启动特性（2）对机械系统的影响：二、启动方法电枢回路串电阻启动时电动机电枢电路和启动特性如图所示：电枢回路接入电网时，KM断开，电动机工作在特性1上，在动态转矩的作用下，电动机速度上升。当速度上升到a点时，KM闭合，电动机的机械特性变为2。由于在切换电阻的瞬间，机械惯性的作用使电动机的转速不能突变，在此瞬间速度维持不变，即电动机的工作点从a点切换到b点，在动态转矩的作用下，电动机的速度继续上升直到稳定点c。演示从图中不难看出：当电动机的工作点从a点切换到b点时，冲击电流仍很大，为了解决这种现象，通常采用逐级切除启动电阻的方法来实现。图所示为具有三段启动电阻的原理电路和启动特性。(1)电枢接入电网时，KM1、KM2和KM3均断开，电枢回路串接外加电阻Rad3=R1+R2+R3，此时，电动机工作在特性曲线a，在转矩