电压平衡的计算方程式

图6-1所示为直流电动机工作原理的示意图。

直流电动机并联在电网上工作，由外接电源向电动机供电。设S极下的导体电枢电流为流出纸面，根据左手定则可知，电磁转矩为逆时针方向。在电磁转矩作用下，电枢将逆时针方向旋转。电枢导体切割主磁通而产生感应电动势，根据右手定则可知，S极下的感应电动势方向为流入纸面，与电枢电流方向相反。由于电动机中的感应电动势有阻止电流流入电枢绕组的作用，因此称它为反电动势。

为了使电流能够从电网流入电枢绕组，电动机的端电压应该大于反电动势Ea，即U＞Ea。根据基尔霍夫第二定律，可以写出电枢回路的电压平衡方程式为

式中：Ia为电枢电流；ra为电枢回路的电阻；2Δua为正负电刷的接触电压降。在额定负载时，一般情况下取2Δua=2V。

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图6-1　直流电动机中电势、电流和电磁转矩地方向

（a）电动机；（b）发电动机

在电动机运行状态下，由于U＞Ea，电流从电网流入电枢绕组，成为电动机运行的电能。同样，在电动机运行状态下，电枢会产生电磁转矩，电磁转矩的方向与转向相同，成为驱动转矩。

若电动机在原动机拖动下工作，电枢逆时针旋转，则电枢导体切割主磁通而产生感应电动势。根据右手定则可知，S极下的导体电动势为流出纸面。在感应电动势的作用下，电枢导体中会有电流产生，此时的电枢电流与感应电动势同方向。电枢电流与主磁通磁场相互作用而产生与电枢旋转方向相反的电磁转矩，为制动转矩，如图6-1（b）所示。电动机在原动机拖动转矩下作用，克服电磁转矩的制动作用向外输送电流，具体工作原理及电动势平衡关系请读者自行分析。

由此可见，同一台电动机既可作为电动机运行，又可作为发电机运行，只是各有异同。在两种运行状态下，电枢绕组中均产生感应电动势。如果端电压U大于感应电动势Ea，即U＞Ea，电流从电网流入电枢绕组，成为电动机运行；反之，如果U＜Ea，则电枢绕组向外输送电流，成为发电机运行。同样，在这两种运行状态下，电枢均产生电磁转矩。在电动机中，电磁转矩与转向相同，成为驱动转矩；而在发电动机中，电磁转矩与转向相反，使之成为制动转矩。