转 子： 主要由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。
由换向片和电刷组成，电刷固定在定子上，换向片与电 换向器： 枢绕组相连，换向片与电刷保持滑动接触。
3.1.2 直流电机基本结构 1换向器2电刷装置3机座4主磁极5换向极6端盖7风扇8电枢绕组9电枢铁芯
3.1.2 直流电机基本机构结构
3.2直流电机的基本方程 3.2.1励磁方式
n
U
Ke
Ra
Ke
Ia
n
U
Ke
Ra
Ke
Ia
他励电动机的励磁电流If的大小 与电枢电流 Ia的大小无关，它的大小
只取决于 Rf、 Uf的大小，当 Rf、 Uf的
大小一定时, If为定值，即磁通为定
值。 ∵ E Ke n、 T Km Ia
∴U Ke n Ia Ra
1. 理想空载转速：
理想空载点
T=0时的转速称为理想空载转速， 用n0表示。
式中：E — 感应电动势（V）； Φ — 一对磁极的磁通（Wb）； n — 电枢转速（r/min）； Ke — 与电机结构有关的常数。
式中：TM—电磁转矩（N·m）； Φ—对磁极的磁通（Wb）； Ia—电枢电流（A）； Km—与电机结构有关的常数
E Ke n
TM Km Ia
发电机：
如图3-9所示,他励发电机中的电压与 电流间的关系遵循回路电压定律: 电压平衡方程：
转矩平衡方程：当原动机与发电机 电磁转矩和空载损耗转矩之和相等 时，转子稳速运行
电动机：
电压平衡方程：
当电磁转矩T 与负载转矩TL和空载 损耗转矩T0之和相等时，电动机稳 定运行。
图3-11 他励直流电动机电路原理
直流电机作为发电机运行和电动机运行时，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。
直流他励电动机原理电路图。
U E Ia Ra
式中:
U ——外加电枢电压（V）
E ——感应电势（V） Ia ——电枢电流（A）
Ra ——电枢回路内阻（Ω）
U E Ia Ra
∵ E Ke n、 T Km Ia
即：
……转速特性
∴U Ke n Ia Ra
n
U
Ke
Ra
K e K m
2
T
……机械特性
电机运行方式 E与I的方向
E的作用
TM的性质
发电机
相同
电源电动势 阻转矩
电动机
相反
反电动势 驱动转矩
3．3 直流他励电动机的机械特性
3.3.1固有机械特性
电动机的机械特性指的是转速与电磁转矩之间的关系。
不同励磁方式的电动机，其运行特性也不尽相同，下面主要介绍在 调速系统中应用的较广泛的他励电动机的机械特性。
电机是电动机和发电机之总称，分交流和直流两种。
直流电机—工作电压或输出的电压为直流；
直流电机分直流电动机和直流发电机两种。 直流电动机—将电能转换为机械能； 直流发电机—将机械能转换为电能。
直流电机从原理上既可以作电动机也可以作发电机。但受额定参 数和经济指标限制,通常直流电动机以电动工作方式为主。工程上实际 应用的直流电动机要求控制简单,具有良好的启动性能和调速性能。
1. 电枢回路中串接附加电阻时的人为特性
U UN , N
电压平衡方程式为：
UN E Ia (Ra Rad )
得到的人为机械特性方程式为：
n
UN
K e N
Ra Rad
Ke KmN2
T
把n
UN
K e N
Ke
Ra
Km
2 N
T
与n
UN
K e N
Ra Rad
Ke KmN2
T
固有机械特性
人为机械特性
➢空载速度不变
➢随着电阻的增加，转速降落增加 特性变软
2. 改变电枢电压U时的人为特性
把n
UN
K e N
Ra
K
e
Km
2 N
T
固有机械特性
N , Rad 0
与n
n0
U
Ke
2. 转速降落
Δ
n
n0
n
Ra
K e K m
2
T
3. 机械特性硬度
为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性硬度的概念，其
定义为：
dT Δ T 100%
dn Δ n
n0
U
Ke
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。
根据值的不同，可将电动机
机械特性分为三类。
（1）绝对硬特性 （2）硬特性>10 （3）软特性<10
3.2.2直流电机的基本方程 电枢转动切割磁力线两电刷间的有
感应电动势: E Ke n
发电机为电源电动势与电流方向相同 电动机为反电动势与电流的方向相反
电枢绕组的电流和磁通相互作用产生
电磁转矩: TM Km Ia
发电机为阻转矩:与电枢转动的方向 或原动机的驱动转矩的方向相反。 电动机为驱动转矩:与电枢转动的方 向相同，使电枢转动。
发电机：将转动的电枢绕组内感应的 交流电势转换成电刷间的直流电势。 电动机：将外加的直流电流转换为电 枢绕组的交变电流，保证每一磁极下， 电枢导体的电流的方向不变，以产生 恒定的电磁转矩。
3.1.2 直流电机基本结构
根据电机的工作原理，直流电机的组成可分三个部分：
定 子：
主要由定子铁心和绕在上面的励磁绕组两部 分组成。
3.1.1直流电机基本工作原理
可把复杂的直流电机结构简 化为电机具有一对主磁极，电枢 绕组只是一个线圈，线圈两端分 别联在两个换向片上，换向片上 压着电刷A和B。
定子主磁极(1)：励磁绕组上加上直 流电压，就有励磁电流通过，使定
子铁心产生固定磁场，即定子的主
要作用是产生主磁场。
转子电枢绕组(2)：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。 换 向 器 (3 、 4) ： 电 刷 固 定 不 动 ， 换 向片与电枢绕组一起旋转。作用：
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:
n
UN
K e N
Ra
KmN2
T
是一条直线。
3.3.2人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变电动机的参数所得到的机械特性： ◆电动机电枢外加电压U ◆励磁磁通Φ的大小 ◆电枢回路串接附加电阻Rad
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和工作原理 3.2 直流电机的基本方程 3.3 直流他励电动机的机械特性 3.4 直流他励电动机的启动特性 3.5 直流他励电动机的调速特性 3.6 直流他励电动机的制动特性
• 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； • 熟悉直流电动机启动、调速和制动特点； • 学会直流电动机启动、调速和制动的方法。