二、 转矩平衡关系
电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外 加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
TTL T0
TL： 负载转矩 T0 ：空载转矩
转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时， 通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁
转矩自动调整，以实现新的平衡。
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例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，这时， 若TL突然增加，则调整过程为：
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电刷
FE
+
N IE
U
F
I
–
S
换向片
根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反， 其大小为：
EKEn
KE：与电机结构有关的常数
：磁通
n：电动机转速
2021/3/8 单位： （韦伯），n（转/每分），E（伏）
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二、 电枢绕组中电压的平衡关系
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
UEIaRa
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，
2021使/3/8线圈逆时针旋转。
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电刷
FE
+
N IE
U
F
I
–
S
换向片
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中 产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的 方向相反。
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直流发电机
用右手定则判 感应电动势Ea的方向
E
+ Ia N
E
电枢绕组
U
电阻Ra
U：外加电压 Ra:绕组电阻
+
Ra
+
Ia
U
ME
–
–
以上两公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想
改变E，只能改变 或 n。 (2)若忽略绕组中的电阻Ra，则
U EEK EK E nΦ，n
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反
202比1/3/8，通过改变 可调速。
Hale Waihona Puke 137.2.4 电磁转矩 一、电磁转矩 TKTΦIa
KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿•米）
由转矩公式可知：
(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。
(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者
改变磁通的方向。
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TL
n
E
T
Ia
最后达到新的平衡点。
UEIaRa
T KTΦIa
与原平衡点相比，新的平衡点：Ia 、 P入
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7.2.5 机械特性
机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，
下边以他励和串励电机为例说明。
If
Ia
一、 他励电动机的机械特性
Uf M U
他励电动机和并励电动机的特性一样。
If
Ia
If
Uf M U U
MU
MU
M
他励
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并励
串励
复励 10
7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系
一、 电枢中的感应电动势
电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁 场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线 圈中产生感应电动势（用E表示）。
电刷
FE
+
N IE
U
F
I
–
S
换向片
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–
S
感应电动势
EKEn
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输出电压
UE IaRa 7
二、 直流电机的构成
直流电机由定子、转子和机座等部分构成。 机座
磁极
转子
励磁 绕组
励磁式直流电动机结构
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1. 转子（又称电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。
2. 定子 定子的分类：
永磁式：由永久磁铁做成。
励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。
U E IaRa
E
K
Φn
E
T K T ΦI a
他励
nKUEΦKTK RaEΦ2T
即：nn0n 其中
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n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
Φ K 2 E 17
T
nn0n 其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
T
n0： 理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作 时,由于有空载损耗，电机的T不会为0。）
（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。
（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
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7.2.2 工作原理
一、 工作原理
电刷
+ U
N I
I
–
S
换向片
直流电源
电刷
换向器
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线圈
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电刷
+ U
F N
I
F I
–
S
换向片
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转 动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。 电刷压在换向片上。
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7.2.1 概述
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使 用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
应用：
（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等 调速范围大的大型设备。
U E IaRa
U Ia M
串励
n KTU Ra
T
KE KΦT KEKΦ
据此公式做出 T-n 曲线
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串励特性： (1) T=0时，在理想情况下，n。但实际上负
载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态，
但空载时 T 很小，n 很高。串励不允许空载
运行，以防转速过高。 (2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属
第七章
直流电动机 单相异步电动机
步进电机
清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉编
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海南风1 光
第七章 电动机
§7.2 直流电动机
7.2.1 概述
7.2.2 工作原理 7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系 7.2.4 电磁转矩 7.2.5 机械特性 7.2.6 直流电动机的调速 7.2.7 直流电动机的使用和额定值 §7.3单相异步电动机 §7.4步进电机
励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电
产生磁通，称为励磁。
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根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。 并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。 串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
n
根据 n-T 公式 画出特性曲线
nnN0
n
TN
T
当 T时n ，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小， 所以在负载变化时， 转速 n 的变化不大，属硬机械
特性。 2021/3/8
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二、 串励电动机的机械特性
串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。
设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则
E KEΦn KE KΦIan T KTΦIa KT KΦIa2 n