并励发电机的电压建立的条件
1、发电机的磁极要有剩磁。 2、起始励磁电流所产生的磁场的方向与 剩磁磁场的方向相同，这样，磁场才能 加强。 3、合适的电阻Rf，当Rf过大时，电压就 建立不起来。
并励发电机的外特性
四、复励发电机

优点：在正常运行范围内，其端电压变化不 大。
3· 3 直流电动机的机械特性
3.13
T0
（一）他励电动机的机械特性表达式

直流电动机的机械特性的一般表达式
Ra U n T n n 0 2 K e K e K t
机械特性曲线及其方程
Ra U n T n0 n 2 K e K e K t
（二）机械特性硬度
dT T 100 % 1、定义 dn n
e
四指方向
v
母指方向
4、电磁力定律

载流导体在磁场中受到力的作用，由于这种 力是由于磁场和电流的相互作用产生的，故 称之为电磁力。若磁场与导体互相垂直，则 作用在导体上的电磁力为：
f
母指方 向
i
四指方 向
左手定则
f Bli
5、电路定律

在电路里，对任何一个回路，若沿某一方 向环绕回路一周，则回路内所有电势的代 数和等于所有电压降的代数和。

电枢回路串接附加电阻时的人为特性
UN Ra Rad n T n0 KT 2 K eN K e KtN
改变电枢电压U时的人为特性
n
Ra U T n0 KT 2 K eN K e K tN
改变磁通Φ时的人为特性
应避免的现象
1、过载 2、飞车现象
n
UN Ra T n0 KT 2 K e K e Kt
2．电磁转矩TM
电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩。 大小：
T Kt I a
Φ——对磁极的磁通（Wb）；
Ia——电枢电流（A）； Kt——与电机结构有关的常数，Kt=9.55 Ke
式中：T ——电磁转矩（N· m）；
作用
发电机：阻转矩，它与电枢转动的方向或原动 机的驱动转矩的方向相反。 在等速转动时，原动机的转矩T1必须与发电机 的电磁转矩T及空载损耗转矩T0相平衡。 电动机：驱动转矩，它与电枢转动的方向相同， 使电枢转动。 在等速转动时，电动机的电磁转矩T必须与机 械负载转矩TL及空载损耗转矩T0相平衡。
电枢铁心钢片、换向器
二．直流电机的基本工作原理来自建立在电磁力和电磁感应的基础上
1、电机的能量转换
电机是转换能量形态的一种机械。 1、发电机将机械能转换成电能。 2、电动机将电能转换成机械能。 3、变压器将一种电压等级的电能转变成 另一种电压等级的电能。 电机的工作原理是建立在电磁感应定律、 电磁力定律、电路定律等基本理论之上。
（3）求理想空载转速 （4）求额定转矩
n0 U N / KeN
PN PN TN 9.55 nN
3.17
TN K t N I N 9.55K e N I N
2、人为机械特性
Ra U n T n0 n 2 K e K e K t
人为机械特性就是指供电电压U或磁通Φ不 是额定值、电枢电路内接有外加电阻Rad时 的机械特性，亦称人为特性。 电动机有三种人为机械特性。 1）电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 2）改变电枢电压U时的人为特性 3）改变磁通Φ时的人为特性
解：两个已知条件，一个是负载转矩TL＝常数；一个是从一 个稳态到另一个稳态(而不涉及瞬态过程)，电枢反电势是 稳态值。
TL T KtI a C I a E U I a Ra U C Ra C
I a E
E E1
注意：从
E K en
不能判断E是如何变化的
二、串励电动机的机械特性
第一段 软特性
T K t I a K t 2 / C
CI a
CT / K t
代入 n U
K e
3.19
Ra T n0 n 2 K e K t
UN Ra n K e CT / K t K e C UN Ra C1 T C 2 C1 K e C / K t
1、固有机械特性
一般就用理想空载点（0，n0） 和额定运行点（TN，nN） 近似地来作出直线。
固有机械特性曲线的绘制步骤
（1）估算电枢电阻Ra
PN U N I N PN
U N I N NU N I N 1 N U N I N
2 Ia Ra 0.50～0.751 N U N I N
5.5 103 PN U N Ra 0.51 0.51 0.71 UN IN IN 220 31 K e N U N I aN Ra / nN 220 31 0.71 / 1500

（二）直流电动机的工作原理
直流电动机基本工作原理
电枢线圈通电后在磁场中成为 载流导体 载流导体在磁场中受到电磁力 作用产生电磁转矩T 电枢在电磁转矩T作用下旋转 旋转的电枢线圈又切割磁力线，从而产生感 应电势E 由于换向器的作用，感应电势E总是与外加电 压的方向相反，称为反电势
3.20
C2 K eC
第二段 Φ ＝C
Ra U n T n0 n 2 K e K e K t
串励电动机的机械特性相关分析
1． 硬度 2． 优点
1）串励电动机负载的大小对电动机的转速影响较大 2）起动时的励磁电流大
3、注意事项
（1）不容许空载运行。 （2）反转运行不能用改变电源极性的方式。

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，但作用正好相反。
电机运行 方式 转矩之间的 关系
E与I的方 向
E的作用
T的性质
发电机 电动机
相同 相反
电源电动 势 反电动势
阻转矩 驱动转 矩
T1=T+ T0 T= TL+ T0
电路方程
发电机
E U I a Ra U E I a Ra
Ra U n T n0 n 2 K e K e K t
机械特性是直流电动机最重要的运行特性。 机械特性反映了电机转速与转矩之间的关系。 机械特性是分析研究电机启动、调速和制动的 重要依据。 机械特性分固有机械特性和人为机械特性。

一、他励电动机的机械特性
机械特性方程的推导
U E I a Ra
E K en Ra U n Ia K e K e
3.11
3.12
n=f(T)
T K tI a I a T / K t Ra U n T n0 KT 2 K e K e K t
n0 n
n0---理想空载转速（T=0） △n—速度降

2、法拉第电磁感应定律

设有一个匝数为ω的线圈放在磁场中，不论什 么原因，例如线圈的移动、转动或磁场强度 发生变化等，造成与线圈相交链的磁通Φ随时 间发生变化，这时线圈内部会感应出电势， 这种现象叫电磁感应。
3、右手定则

e Blv
如果磁场是恒定的，但线圈与磁场之间有相 对运动，引起与线圈相交链的磁通发生变化， 因而在线圈中感应出电势，则称这种电势为 运动电势。
PN Ra 0.50～0.75 1 U I N N
UN I N
固有机械特性曲线的绘制步骤 （2）计算K e N 额定条件下反电势 E K n U I R N e N N N N a 3.16 K e N U N I N Ra / n N
（一） 定子部分
换向 极
主磁极
1．主磁极：产生主磁场。 主磁极铁心 励磁绕组 2、换向极：改善换向 3、机座 固定 主磁路的一部分 4、电刷装置 引入或引出直流电压和直流电流
电刷盒
转子结构图
电枢绕组 换向器
电枢铁心 转轴
（二） 转子(电枢)部分
1、电枢铁心 作为主磁通磁路的主要部分 嵌放电枢绕组 2、电枢绕组 能量转换的关键部件， 产生电磁转矩和感应电动势以实现能量转换 3、换向器 ：与电刷配合使用 直流电动机中：将外加直流电源转换为电枢线圈中的 交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变； 直流发电机中：将电枢线圈中感应产生的交变电动势 转换为对外引出的方向不变的直流电动势。
e u
（一）直流发电机的工作原理
直流发电机基本工作原理
原动机驱动电枢在磁场中旋转 电枢线圈的有效边切割磁力线 电枢线圈中产生感应电势 e 交变的感应电势在换向器的作用下变换成电 刷之间的直流电势E 接负载后，电枢中产生电流 i 载流导体在磁场中受到电磁力作用产生电磁 转矩T 原动机克服T的作用将机械能转变成电能

三、电动势和电磁转矩
1. 电动势E 根据电磁学原理，两电刷间有感应电动势。
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
E K e n
方向: 直流发电机——总是与电流的方向相同，常称为 电源电动势。 直流电动机——总是与电流的方向相反，常称为 反电动势。
空载特性 E f ( I f )
外特性U=f(I)
U0 U N U 100% UN
大约为5%～10%
3.6
三、并励发电机
U E I a Ra
，

I a (E U ) / Ra
I f U / Rf
I U /R
Ia I I f I
并励发电机的工作原理
机电传动控制
直流电机的工作原理及特性