导图社区 电机学-直流电机
电机学-直流电机的思维导图，其工作原理，电动机：外加直流电源通过换向器和电刷逆变为电枢线圈中交流电路；发电机：电枢线圈中交变电势通过换向器和电刷整流输出直流电势。
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思维导图
直流电机
工作原理 结构
工作原理
电动机
外加直流电源通过换向器和电刷逆变为电枢线圈中交流电路
发电机
电枢线圈中交变电势通过换向器和电刷整流输出直流电势
电机的可逆原理
同一台电机，即可作电动机运行，又可作发电机运行
主要结构
定子
作用
建立磁场
组成
主磁极，换向磁极，机座，端盖，电刷装置等
转子
感应电动势通过电流产生电磁转矩（磁动势），进行能量交换
电枢铁芯，电枢绕组，换向器，转轴与风扇
额定值
额定功率PN（kW）：输出功率
额定电压UN（V）：额定状态下出线端电压
额定电流IN（A）：额定状态下出线端电流
额定转速nN（r/min）：额定状态下电机的旋转速度
励磁方式和额定励磁电流IfN（A）
励磁方式
励磁绕组和电枢绕组的连接方式
额定励磁电流
运行状态下励磁绕组的电流额定值还有额定效率、额定温升、额定转矩等
电枢绕组
基础知识
概念
极对数p
极轴线：磁极的中心线
几何中心线：磁极之间的平分线
极距
元件
元件数S=换向片数K=槽数Z
节距
电枢绕组分类
子主题
单叠绕组
节距计算
yk=y
y1=Z/2p±ε
y2=y1-y y=1
绕组展开图
电刷的中心线对着磁极的中心线，所有元件串联成一个闭合回路
特点
并联支数a=磁极数p
元件对称时，电刷对准磁极中心线，电刷间e最大，被短路元件e最小
每条支路由不相同的电刷引出，电刷数等于磁极数
磁场
他励
自励
并励
串励
复励
空载磁场
空载：电枢电流为0或近似等于0
发电机：无电能输出，ia为0
电动机：不带机械负载，ia很小
空载磁场：主磁极励磁磁动势单独产生的励磁磁场，亦称主磁场
主磁通：交链励磁、电枢绕组，在电枢绕组上产生Ea或T
漏磁通：仅交链励磁绕组，浪费磁势，大约为主磁通的20%
电枢磁场
电枢磁动势Fa产生的磁场
空间分布：马鞍形
合成磁场
电枢反应：电枢磁动势对空载气隙磁密分布的影响
电动机：物理中性线逆电机旋转方向移过一个角度，交轴电枢反应，直轴助磁
发电机：物理中性线顺电机旋转方向移过一个角度，交轴电枢反应，直轴助磁
感应电动势和电磁转矩
感应电动势
一根导体电动势
支路电动势
电枢电动势
Ea方向：由phi和n共同决定
Ea性质：发电机为电源电动势，电动机为反电动势
电动势常数：Ce=pN/60a
电磁转矩
一根导体受力
一根导体平均电磁转矩
合成总转矩
T方向：由phi和Ia共同决定
T性质：T与n方向相反为制动转矩，相同为拖动转矩
转矩常数Ct=pN/2pia
直流电动机
直流电动机稳态运行
电压平衡
U=Ea+IaRa
转矩平衡
T=T2+T0
功率平衡
P1=P2+P
Pm=EaIa=Tw
并励直流电动机工作特性
转速特性n=U/Cephi-RIa/Cephi
转矩特性T=CtphiIa
效率特性：不变损耗和可变损耗相等时，效率最高
串励直流电动机工作特性
转速特性：双曲线性质，Ia大n小
转矩特性：电磁转矩与电枢电流的平方成正比
效率特性：不变损耗等于可变损耗，效率最高
他励直流电动机的机械特性
机械特性方程式
n=U/Cephi-RT/CeCtphi^2
固有机械特性
人为机械特性
电枢电阻的人为机械特性
降压的人为机械特性
弱磁的人为机械特性
电力拖动
电力拖动系统的动力学基础
运动方程式
T-Tl=GD^2dn/375dt
生产机械的负载转矩特性
恒转矩负载特性——Tl大小不变
反抗性恒转矩负载特性
转矩总是阻碍运动
位能性恒转矩负载特性
绝对值大小恒定
作用方向与n无关
恒功率负载特性——Pl大小不变
负载转矩与转速成反比
泵和风机类负载转矩特性——变转矩类
负载转矩基本上与转速成平方关系
电力拖动系统静态稳定运行的条件
T=Tl，在两条机械特性的交点处才能实现转矩平衡，该点称为工作点
交点对应转速之上T<Tl，该转速之下T>Tl，电机能稳定运行
起动
他励直流电动机的启动问题
先通励磁电流，再加电枢电压
若直接启动，易引起电网电压下降，烧毁换向器，损坏传动结构
他励电动机的启动方法
降压启动
电枢回路串电阻启动
调速
调速与转速变化
调速：改变电动机参数，使电动机在不同的机械特性上，从而在相同负载上得到不同运行速度
转速变化：由于负载的变化使电动机在相同机械特性上发生转速变化
调速指标
技术指标
调速范围（大）
电动机低速时，机械特性越硬，调速范围越大
静差率（小）
n0不变时，静差率和机械特性硬度统一；n0变化时不统一
平滑性
越接近1，平滑性越好
=1时，转速连续可调，成为无级调速
调速时的转矩与功率
经济指标
调速方法
串电阻调速
调速范围小，静差率大，有级调速
属于恒转矩调速
降压调速
调速范围大，静差率小，无级调速
弱磁调速
调速范围小，静差率小，无级调速
属于恒功率调速
制动
直流电动机的运行状态
电动运行状态（一、三象限），T与n同向
制动运行状态（二、四象限），T与n反向
他励直流电动机的制动方法
制动目的：减速、快速停车、匀速放下重物、反转
制动方法
机械制动
电气制动
能耗制动
反接制动
回馈制动
