直流电机结构
工作原理
机械结构
绕组理论
额定值
直流电机工作原理
发电机
电动机
机械结构
绕组初步
额定值
额定值会卸载电机外壳的铭牌上，或者买电机的时候都给给出来。
直流电机的额定参数与符号及单位
| 符号 | 单位 | |
|---|---|---|
| 额定功率 | \(P_N\) | \(\text{kW}\) |
| 额定电压 | \(U_N\) | \(\text{V}\) |
| 额定电流 | \(I_N\) | \(\text{A}\) |
| 额定转速 | \(n_N\) | \(\text{r/min}\) |
| 额定励磁电压 | \(U_{fN}\) | \(\text{V}\) |
要注意的是，额定功率指的是输出功率。对于直流发电机有\(P_N = U_N I_N\)，对于电动机指的是转轴上输出的机械功率\(P_N = \eta_N U_N I_N = T_N \omega\)
电机运行时各个量都达到额定值，此时就是额定运行状态；超过额定值，就是过载运行状态；远小于额定值，是轻载运行状态，此时效率较低。
直流电机基本理论
励磁方式
流经电枢回路的电流为电枢电流\(I_a\)，流经励磁回路的电流为励磁电流\(I_f\)，当然小型直流电机也有直接用永磁体的。
励磁方式有这几种
从左到右依次为他励、并励、串励、复励。
在直流电机控制系统里面，使用他励方式。或者直接用永磁体电机，这样两个量之间就是独立的，方便控制。
电枢反应
空载气隙磁场
空载时，电枢电流很小，可以忽略不计，认为电机内磁场完全由励磁电流的磁势产生。
空载时主磁极磁势产生主磁通和漏磁通，主磁通经过气隙。按照磁路的分析思路，除了气隙的磁路各段都是铁磁材料（电路中的导线），磁阻很小，认为总磁势大部分消耗在气隙中。磁路不太饱和时，忽略铁心磁阻，认为磁势全部降落在气隙里。
认为电枢表面时光滑的，则气隙大小决定了磁通密度，那么空载时气隙磁场分布情况如下图
漏磁通不经过电枢，通过其他地方闭合，漏磁通不会再电枢绕组里产生感应电势。
负载磁场
有负载以后，电枢电流不为0了，电枢电流也会产生电枢磁势，这时候气隙磁场又励磁磁势和电枢磁势共同决定。电枢磁势使气隙磁场与空载相比发生变化，这个现象叫电枢反应。
分析电枢反应时，可以把电枢电流产生的磁场和励磁电流产生的磁场分开来讨论，然后叠加。
电枢反应对电机运行时不利的，有些电机为了克服电枢反应的影响，采用了补偿绕组。
电枢绕组感应电势
电枢绕组是在切割磁感线运动的，因此会产生感应电势。反电势的来源，其表达式为
\[E_a = C_e \Phi n\]其中\(C_e = \frac{pN}{60a}\)，这个表达式很符合直觉。
电势平衡
- 直流发电机
这个考虑的比较细致了，电刷的接触压降也考虑进去了，一般取\(2\Delta U_s = 2\text{V}\)
- 直流电动机
电磁转矩
\[T = C_T \Phi I_a\]其中\(C_T = \frac{pN}{2\pi a}\)
功率平衡
功率平衡需要取考虑损耗，主要有：机械损耗、铁心损耗、励磁损耗、负载损耗、附加损耗。
本质上是能量守恒问题，涉及到一个输出效率，理解上并不困难，就是输入功率-所有损耗=输出功率。
直流电动机
起动
大容量的直流电动机是不允许直接启动的，启动一瞬间，转速为0，反电势为0，直接启动电流为
\[I_{st} = \frac{U}{R_a}\]这时候启动电流将达到额定电流的\(10 \sim 20\)倍，因此需要一些适当的方法限制一下。主要有电枢回路串电阻启动、降压启动。
