C、并励发电机的功率方程式：
P1机械功率 PM 电磁功率
p pFe
pcuf pcua ps
P2 电功率
PM Ea Ia (U Iar a2 Us )Ia pcuf pcua ps P2 P1 M1 (M M0 ) PM p0 PM p pFe
二、直流电动机的工作特性：
周期 TK ，一般为千分之几秒。 若换向元件中电势为零，则元件中电流变化
为线性的变化。实际换向元件中会出现两种电势：
电抗电势 er ，电枢反应电势 ea 。 (一)、电抗电势 er ：
换向元件中在电流变化时，必然出现由自感和互感
作用引起的感应电势，称为电抗电势 er 。
er
Lr
dia (t) dt
B、转矩特性：
M CM Ia 不计去磁 M CM' Ia 特性为一过原点的直线。当考虑电枢反应时，实
际曲线偏离直线
C
' M
I
a
，仍接近于一条直线。
C、效率特性：
P2
100%
(1
p ) 100%
P1
P1
[1 pFe p pcuf Ia2ra 2 U s Is ]100% U(Ia I f )
电机有剩磁，极性正确
气隙磁场得到加强
电枢绕组电势增加
励磁电流增加
电枢端电压建立起来
如何稳定呢？
空载电压建立能否稳定？
励磁绕组端电压 U 0 与励磁电流 I f ： 在磁路上满足空载特性 U0 f (I f ) ， 在电路上满足伏安特性 U f rf I f 0 。 当 U f U 0 时 ，达稳定点A。即两曲线的交点。
铜耗：pcu1
电枢回路铜耗
pcua
I
2 a
ra
励磁回路铜耗
pcuf
I
2 f
rf
电刷接触铜耗 ps 2Ia Us
2 Us 为一对电刷总接触电压降。
机械损耗： p 包括轴承摩擦损耗、电刷摩擦
损耗、定转子和空气的摩擦损耗。 附加损耗： p 电枢齿、槽存在，使气隙磁通产
生脉动，电枢反应使磁场畸变引起的铁耗。换向
绕组。 补偿绕组与电枢绕组串联。磁势与电枢磁势 方向相反，其作用是减小电枢反应引起磁场畸变， 防止环火。 结构复杂，成本较高，一般不采用。 环火产生原因：
电枢反应磁场畸变，元件切割极尖下增磁区的 B 时感应出很大的电势，使处于该处换向片间的电 位差很大，当此电位差值超过一定限制，就发生换 向片间电位差火花。该火花延伸到片间电压较大处， 在正负电刷间形成电弧连通，使换向器周围发生环 火。
并励电动机与串励电动机工作特性比较：
A、串励电机的 n 随 I a 增大而迅速下降。
B、串励电动机不允许空载或轻负载运行。
C、在同样大小的起动电流 I st 下，
串励电动机的 M st 大于并励电动机的 M st 。
M
串励
M st串
并励
M st并 Ia
0 I st
3、复励直流电动机的工作特性： 它介于并励和串励电动机特性之间。 当并励绕组磁势起主要作用，特性接近于
减小；
串励电机I f＝I a 随 0
I
负载变化，使 U 不稳定，可安自动装置。
Ie
第八节 直流电机的换向
换向的电磁现象 改善换向的方法 补偿绕组
直流电机电枢绕组中的电势和电流是交变的。 借助于换向器和电刷，在电刷间获得直流电压和电 流。当旋转的电枢绕组元件从一条支路经电刷底而 进入另一条支路时，该元件中的电流从一方向变换 成另一方向，这种电流方向的变换称为换向。
剩余部分产生附加磁场 BK ，抵消 er 。
2、移动电刷位置。电刷移开几何中性线一角度。 一般不常用。
3、选用合适电刷：减小接触电阻。 石墨电刷－－－换向不困难的中小型电机，
碳－－石墨电刷－－－换向困难的中小型电机，
青铜－－石墨电刷－－－低压大电流电机，
紫铜－－石墨电刷－－－低压大电流电机。
三、补偿绕组： 在主极极靴上冲出一些均匀分布的槽，放置补偿
U U f Rf If
Ea Ia
If
B、并励发电机电势方程式：
Ea Ua Ra Ia
U f Rf I f
Ea
Ia If
发电机的 Ea大于U a 。
2、转矩平衡方程式：
A、电动机：
空载转矩 惯性转矩
M
(t)
M 2 (t)
M 0 (t)
J
d dt
（电磁转矩 负载转矩
瞬态方程
M M2 M0
b、空载时，I a 很小， 及 Ia Ra' 很小，电机必须 产生反电势 Ea Cen 与电源电压相平衡，
因此, n 很高。 理论上，Ia 0 时， 0 ，n 。 故串励电动机不允许空载或轻负载运行。
nM
M
0
n Ia
B、转矩特性：
M
CM Ia
CM'
I
2 a
当 I a 增大，n 很快减小，使 M 升很快。即，随
着 I a 增大，M 将以高于 I a 的一次方比例增大。
在同样大小的起动电流 I st 下，
串励电动机的 M st 大于并励电动机的 M st 。
C、效率特性：
与并励电动机类似。
P2
100%
(1
p ) 100%
P1
P1
[1
pFe
p
pcuf
I
2 a
ra
2UsIs
]100%
U(Ia I f )
是 I a 的二次曲线。
当不变损耗＝可变损耗时，max 取得最大。
max
Ia 0
2、串励直流电动机的工作特性： 基本方程式：
U Ea Rf I f Ra Ia Ea (Ra RБайду номын сангаас )Ia
M M2 M0
I f Ia
不计饱和时：
EMa
Cen C e'I f n Ce' Ian CM Ia CM' Ia I f CM'
额定负载时效率 N 85 ％ 求： 额定输入功率；额定输出功率；总损耗；
U Ue
积复励 他励 并励
o
I
Ie
4、调节特性： 当 n＝C ，U C 时，端电压I f f (Ia ) 曲线。 当电枢电流增大时，曲线往上翘。
If
I fe
If0
Ia
Ie
(二)、并励直流发电机空载电压的建立： 并励和复励直流发电机均为自励发电机，首先应 在空载时建立电压，然后再带负载。 自励电压建立的三个条件： 必须有剩磁；励磁绕组与电枢并联的极性正确； 励磁回路中电阻小于临界电阻。
稳态方程
B、发电机：
M 1 (t )
M
(t)
M 0 (t)
J
d dt
瞬态方程
原动机拖动转矩
M1 M M 0 稳态方程
3、功率方程式：
A、直流电机中的损耗、效率：
损耗有三类 消耗于导体电阻中。
消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。
消耗于铁心中的损耗。
铁耗：pFe 由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内
交变而引起的。
他励形式测取。
空载特性曲线： U0
If
o
If U0
o
n1 n2 n1 n2
If
2、负载特性： 当 n＝C ，Ia C 时，端电压 U f (I f ) 曲线。 与空载特性比较： 当 I f 上升时，两曲线都上升。
当 I f 一定时，两特性的电压不同。
U
空载
负载
If o
3、外特性：
当 n＝C ，I f C 时，端电压 U f (Ia ) 曲线。 当负载电流及电枢电流增大时，曲线略为下垂。
作业：9月29日
1、一台P对极的直流电机，电枢绕组为单迭绕组， 其电枢绕组电阻为 ra ，电枢电流为 Ia 。若改接为 单波绕组，并保持支路电流不变，问电枢绕组电阻和
电枢电流将为多少？ 2、一台并励直流电动机在 U N 220伏，I N 80安
的条件下运行，电枢绕组电阻为 ra 0.08 欧 ， 2 U s 2 伏， 励磁绕组电阻为 rf 88.8 欧
I
2 a
Ce' Ce K f CM' CM K f
A、转速特性：
U Ea Ia Ra I f Rf Ea Cen Ce' Ian
n
U
IaRa' Ce
U Ce' Ia
1 Ce'
Ra'
Ra' Ra R f
分析：a、转速 n 随着 I a 的增大而迅速减小。 （因为 Ia I f ）。
换向不良：电刷火花，烧坏电刷和换向器，电 机不能运行。
换向过程复杂：电磁、机械、电化学等各方面 因素。 现仅就电磁现象及改善换向的方法作介绍：
一、换向的电磁现象：
12
12
12
vk
vk
vk
2ia
2ia
2ia
(a)
(b)
(c)
在上述过程中，元件1 中的电流改变了方向。 经过了一个换向过程。换向过程经历时间为换向
U(Ia I f )
当不变损耗＝可变损耗时，max 取得最大，
是 I a 的二次曲线。
B、并励电动机的功率方程式：
P1电功率
PM 电磁功率 P2 机械功率
pcua pcuf ps
p pFe
P1 UI U (I f Ia ) pcuf pcua ps PM
PM M EaIa (M 2 M0 ) P2 pFe p
电流引起的损耗。
按额定容量的１% 计算 ， 无补偿绕组
按额定容量的 0.5% 计算 ， 有补偿绕组