直流电机的电枢电动势与电磁转矩

直流电机工作时，无论是发电机还是电动机，其电枢中都会产生感应电动势和电磁转矩。发电机产生电枢电动势，对外输出直流电能；电动机的电枢电动势为反电动势，它和外加电压及电阻压降相平衡。电磁转矩指的是电枢绕组中的载流导体在磁场中所受的电磁力对电枢轴心形成的转矩。下面分别对感应电动势和电磁转矩进行简单介绍。

图5.14　直流发电机的励磁方式

（a）他励直流发电机；（b）并励直流发电机；（c）串励直流发电机；（d）复励直流发电机

1.直流电机的电枢电动势

直流电机的电枢电动势的表达式为

式中：为电动势常数；Φ为每极磁通；n为转子的转速；p为电机的磁极对数；N为总导体数；a为并联支路的对数。

在成品电机中，p、N和a都是常量，如Φ的单位是Wb，则Ea的单位是V。

2.直流电机的电磁转矩

通过前面对直流电机的基本工作原理的分析可以知道，当电枢绕组中有电流流过时，载流导体在气隙磁场中将受到电磁力的作用，该力对电枢轴心所形成的转矩称为电磁转矩。

直流电机的电磁转矩的表达式为

式中：为转矩常数；Φ为每极磁通；Ia为电枢电流；p为电机的磁极对数；N为总导体数；a为并联支路的对数。

在成品电机中，p、N和a都是常量，如果Φ的单位为Wb，Ia的单位为A，T的单位为N·m。

小　结

直流电机是一种能使直流电能和机械能相互转换的机械，直流发电机可将机械能转换成电能，直流电动机可将电能转换成机械能。

直流电机的结构是由定子和转子两大部分组成，定子与转子之间留有一定的空气隙。定子的作用主要是形成磁场、作为机械支撑并起防护作用。转子上用来感应电动势而实现能量转换的部分称为电枢，它是由电枢绕组和电枢铁芯组成。转子的作用是产生感应电动势、形成电流、实现机械能和电能的相互转换。

直流电机的铭牌是正确使用电机的依据，铭牌上标注的数据主要有：电机的型号、额定值、绝缘等级、励磁电流及励磁方式，另外还有生产厂商和出厂数据。直流电机的电枢电动势的表达式为

直流电机的电磁转矩的表达式为(www.xing528.com)

直流发电机的励磁方式是指直流发电机的电枢绕组和励磁绕组的连接方式。按励磁绕组和电枢绕组的供电关系，直流发电动机的励磁方式可分为他励、并励、串励和复励四种方式。

习　题

（1）简述直流电机的基本结构，并说明各部分的作用。

（2）分别说出下面两种情况下，电刷两端电压的性质。

1）磁极固定，电枢和电刷同时旋转。

2）电枢固定，电刷和磁极同时旋转。

（3）简述直流电机的铭牌主要显示了哪些内容。

（4）直流电机中，换向器起了什么作用？

（5）如果直流电动机的电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，那么换向器和电刷应安装在什么位置？

（6）一台直流发电机的额定功率PN=200kW，额定电压UN=220V，额定转速nN=1500r/min，额定效率ηN=85%，求该发电机的额定电流IN和额定输入功率P1。

（7）一台直流电动机的额定功率PN=7.5kW，额定电压UN=220V，额定转速nN=1450r/min，额定效率ηN=90%，求电动机的额定电流IN及额定负载时的输入功率P1。

综合实训

1.实训目标

（1）掌握直流电动机正确使用方法。

（2）掌握直流电动机的绕组结构和连接方式。

（3）熟悉直流电机的结构。

2.实训要求

（1）能够正确安装和使用常用的直流电动机。

（2）测量直流电动机电枢绕组的直流电阻。

（3）掌握电机常用仪表、工具的性能和使用方法。