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直流电机习题答案
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以前做模型，见过两极和三极的模型电机，二极的不怎么容易启动，但是速度较快，三极的启动容易但是与二极的比较而言，转速低一些，但是较平稳。
不知道哪位有这方面的资料（包括串励电机），谢谢了。
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直流电机的极数不是以转子极数为准,是以定子电极数为准,转子上有三个极,它还是二极电机,直流电机如果转子是两极,就有一个致命的缺陷,当定子和转子的磁场成直角时,就是不能转动的死点.直流电机转子上的极数越多,电机起动性能越好,但和转数没直接关系,这也是直流电机的特点,它的转数和接法有很大关系,以串激电机为例,当无负载空转时,它的转数很高,能达到上万转,甚至失控飞车,有了负荷它的转数就会下降,扭拒却在增强,所以串激整流式电机不可空转,这一点不同于交流电机,这一特性称为软特性.并接的直流电机,转数和定子的极数有关,定子的极数越多,转数越低,并极直流电机的特性,比较串极直流电机就硬的多了,不会随负荷变动而变动.
[ 本帖最后由 塞外老客 于
23:01 编辑 ]
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如果是永磁电机的话，特性相当于串励还是并励？
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回复 3# zichenxz 的帖子
如果是永磁特性相当并厉,因为串厉定子的磁力是变动的,还有一种直流电机是复厉的就是说串,并都有,这种电机一般做牵引电机,电力机车就是这种电机,刚起动时串激电机的软特性起较大作用,起动后要求运行平稳,并厉电机起主要作用.
[ 本帖最后由 塞外老客 于
09:24 编辑 ]
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永磁属于他励。并励的机械特性比他励还要略微硬些，串联最软。复励介于他们之间。串复励串励作用占主要，特性比较接近串励，并复励磁并励作用占主要，特性比较接近并励。
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感谢各位的帮助。
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所有简单的东西研究起来都不简单的噢
毕业于 中国中央人民社科大学 家里蹲理工学院 综合机电工程专业
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进来充电的。谢谢分享。
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分析这个问题要先弄清楚直流电机的工作原理。
因为直流电机在运转时其转子也工作在发电机状态，其转子同样也能感应出与工作在发电机状态时同样高的感应电压（转速相同时）。
空载时当感应电压等于供电电压时，转速稳定在最大值，此时理想状态下转子线圈内的电流接近零。
带载时，转子中有较大电流，转子的直流电阻上就有压降。此压降加上感应电压等于供电电压时转速达到最大值。而这个压降越小就是通常说的电机特性越硬（也即线圈直流电阻小）。
因此并激的直流电机空载时的转速与转子级数关系不是很大，只与供电电压成对应关系。但是级数多的话，由于转子的感应电压波形原因（级数越多越接近纯直流），其感应电压平均值越高，故在相同供电电压下转速能稍低一点。
转子级数多的话，电机的启动没有死点，启动时的转矩相对能稍大一点。
定子是永磁体的直流电机与并激电机相同，磁场强度越高转速就越低。
对于串激的直流电机来说，其转速、转矩与级数的关系与上述没什么不同。
但由于定子、转子是串联的，他们之间会互相影响。比如空载时转子的转速越高，其感应电压就越大-这直接导致串联回路的电流减少-则定子磁场强度降低，-感应电压降低-转速继续升高，一直到可能达到的极限，也叫飞车（也叫噱XUE车）。
其它方面可据此推论。
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直流电机的试验项目实例说明
时间: 16:40
来源:电工之家
作者:编辑部
【摘要】直流电机的试验项目实例说明 直流电机可分为直流发电机和直流电动机两类。通常是作为直流电源(发电机)和调速拖动(电动机)用。在发电厂里，同步发电机的励磁机，蓄电池的充电机，给粉机用电动机，事故油泵电动机都是直流电机。 一、测量方法 按《预规》要求，......
直流电机的试验项目实例说明
直流电机可分为直流发电机和直流电动机两类。通常是作为直流电源(发电机)和调速拖动(电动机)用。在发电厂里，同步发电机的励磁机，蓄电池的充电机，给粉机用电动机，事故油泵电动机都是直流电机。
& & 一、测量方法
& & 按《预规》要求，直流电机的测量项目有：①绕组的绝缘电阻；②绕组的直流电阻；③电枢绕组片间的直流电阻；④绕组的交流耐压；⑤磁场可变电阻器的直流电阻和绝缘电阻；⑥调整碳刷中心位置；⑦检查绕组极性及其连接正确性；⑧直流发电机特性试验。
& & 1、绕组的绝缘电阻。绕组是指励磁绕组、换向极绕组、补偿绕组及电枢绕组。按《预规》要求用1000V绝缘电阻测试仪，绝缘电阻不低于0.5M&O，对励磁机应测电枢绕组对轴和金属绑线的绝缘电阻。
& & 2、绕组的直流电阻。测量绕组的直流电阻是检查各焊接部分是否有虚焊、开焊及绕组有无匝间短路或断线等缺陷。可用电桥法或压降法进行。应注意下列事项。
& & (1)并励励磁绕组直流电阻较大，可用YZC-X直流电阻测试仪测量。串激励磁绕组，换向极绕组，补偿绕组直流电阻小，用YZC-X直流电阻测试仪测量。
& & (2)对直流电阻小的绕组，测量后必须在报告上注明测量位置，以便以后作比较。
& & (3)测量值应换算到同一温度进行比较(相差不大于2%)。
& & (4)当怀疑有匝闾短路，而直流电阻又无明显反映时，可以测电枢绕组和各磁极绕组的交流阻抗来判断。
& & 3、测量电枢绕组片间的直流电阻。测量目的是为了检查电枢绕组与换向片的焊接是否开焊，虚焊及换向片间有无金属性短路等缺陷。测量方法可用高灵敏、多位数的双臂电桥(如QJ44型电桥)也可用压降法，一般加5%～10%的，N(约5～10A)用R＝U／I&103计算直流电阻(U一mV、I一A、R一&&O)，如图1-1所示。
图1-1 压降法测换向片间直流电阻
(a)电源接于相隔接近一个极距的两换向片上；
(b)电源接于相邻两换向片上
&4、绕组的交流耐压。《预规》要求试验电压为1kV，对100kW以下不重要的直流电机，电枢绕组对轴可用2500V绝缘电阻测试仪代替。
& & 5、直流发电机特性试验。直流发电机特性试验包括空载、负载、外特性试验。
& & (1)空载特性试验。空载特性是指在额定转速下空载运行，测电枢绕组电压与励磁电流的关系曲线。试验接线如图1-2所示。试验时，对励磁机应断开灭磁开关，切除灭磁电阻，磁场变阻器置于最大位置，电机达额定转速时保持稳定。先断开励磁机励磁回路，读取剩磁电压，然后接通励磁机励磁回路，逐步升高电压，直至磁场变阻器全部切除。完成上升曲线后按相反次序完成下降曲线。注意励磁电流应不大于1.5～2.5IN。调节应单一方向增减，不能回复调节，若无剩磁感应电压，可用外电源恢复剩磁。
& & (2)负载特性是指直流电机带负载运行，测录励磁机励磁电流和电枢绕组的电压关系曲线，对励磁机而言，可以用同步发电机的转子绕组作为负载，和发电机空载试验同步进行。
& & 6、其他试验。
& & 其余的项目由于方法较简单故不一一说明了。
图1-2 直流发电机空载试验接线
G一直流发电机电枢；KM一灭磁开关；
Wf一直流发电机励磁绕组；Rm一灭磁电阻；RL一磁场可变电阻
&二、实例说明
& & 1、实例1-1 绝缘电阻下降& &
& & 某厂有一台直流电动机Z2-92型，75kW，220V，385A。采用滑动轴承。由于周围环境较潮湿，加上轴承漏油及电刷炭粉的积储，测电枢绕组的绝缘电阻过低，(＜0.3M&O)，通过清扫后，绝缘电阻升至20M&O，但运行一段时间后绝缘电阻又降至＜0.3M&O；再清扫升至10M&O，如此反复，以致不能靠清扫来解决，决定进行彻底处理。先用汽油清洗，主要部位是换向器侧支架绝缘表面和电枢绕组引线表面，然后用干净压缩空气吹净残存汽油，并进行干燥浸漆处理。干燥温度为110～120℃，时间为5～15h；浸漆时分数段浸于漆槽中，每浸一段为15min，温度为60～70℃。然后进行滴漆，不少于30min。同时用甲苯擦净各部分附着的清漆。浸漆后再进行干燥，初期80℃，后期120℃。直至绝缘电阻稳定结束。最后在外表面喷灰磁漆防油。
& & 此外，对周围环境加通风装置，对滑动轴承进行改造加装了防油装置。
& & 经过彻底处理后，该电机的绝缘电阻就一直良好。
& & 2、实例1-2 测电枢的换向片间直流电阻
& & 某电厂一台励磁机，100kW，250V，400A。单波绕组。在预试中测换向片间直流电阻时发现有一片为0.00092&O；而常值为0.008249&O，(根据单波绕组特点测鱼相隔两个极距的两换向片间的直流电阻)从外观检查看该片表面有发黑的痕迹。从直流电阻看互差为11.5%，已超标(10%)。为此进行了进一步检查。通过测量升高片连接线头间电阻确定了升高片开焊缺陷，进行重焊后问题解决。
& & 3、实例1-3 无火花换向试验
& & 按《预规》要求，大修时先调整碳刷中心位置，必要时可做无火花换向试验。所谓必要时是指在正常化检查合格条件下，尚未解决换向火花问题时。
& & 有一台BT-75-3000励磁机，经多次大修后，换向火花日益严重，经正常化检查基本合格，仅极距偏差稍有超过，为此进行无火花换向试验。试验接线如图1-3所示。
& & 在图1-3中，刀开关的额定电流为30A，蓄电池为12V，附加电流调整电阻为0～4&O，30A，补充馈入电流表量程0～50A(用毫伏表配分流器)换向极绕组电压表7.5V，以同步发电机转子绕组作负载，可以继续对外供电。
& & 当励磁机带负载后，使负载电流为200A，此时换向火花为1(1／2)级。馈入反向附加电流，换向极绕组电压表指示减小，当反向附加电流从3A变化至25A时，火花变化是有的刷下减小，有的刷下增大。作正向调整也是如此。经分析，该机大修时为了满足换向极气隙偏差不超过&5%，对极下垫片，作了不适当的调整。使磁性和非磁性垫片混乱，造成有的超前，有的延滞换向。
图1-3 无火花试验接线图
S一双掷双极刀开关；GB一蓄电池；Rpf一磁场调整电阻；Rt一附加电流调整电阻；
BQ一并激绕组；ZQ一同步发电机转子线圈；HXQ一换向极绕组
& & 停机后，对各垫片进行测量，并将所有非磁性垫片在各换向极下均调至2.7mm，用磁性垫片调整使各换向极下气隙均为5mm。
& & 调整后做试验，电流为200A，馈入附加电流前，换向火花为1(1／2)级。正向馈入附加电流，6.5A对火花减小，9A时无火花，19A时出现初次火花。
& & 当负载电流为240A时，正向附加电流为12～22.5A时，无火花。在负载200A时，无火花换向区域平均线偏离横坐标轴为△I200＝(9＋19)／2＝14A，气隙改变值△&k／&k＝△I／I＝14／200＝7%；在负载电流240A时，△I240＝(12＋22.5)／2＝17.25A，△&k／&k＝17.25／240＝7.19%。取240A为基准，调整垫片。
& & 该励磁机的换向极气隙由二部分组成，其中&k1为换向极铁芯与电枢表面间空气隙，&k2为换向极铁芯与机座间的非磁性垫片厚度，故&k＝&k1＋&k2＝5＋2.7＝7.7mm，而△&k＝7.19&7.7=0.55mm，为此，将各极下抽取0.5mm非磁性垫片(△I为正向时，气隙减小)并换上0.5mm磁性垫片。经调整后，全部电刷火花已完全消灭。
& & 4、实例1-4 直流发电机特性试验
& & 某厂一台励磁机(直流发电机)型号为BT-120-kW，3000r/min，额定电压230V，额定电流520A)在某年因运行中电刷振动冒火，为此做了各种电气试验，包括空载、负载和外特性试验等。
& & 空载特性试验数据见表1-1。
表1-1 空载试验数据
空载电压U(V)
空载电流(上升)I(A)
空载电流(下升)I(A)
&根据上述数据绘制的特性曲线如图1-4所示。
& & 负载特性试验数据见表1-2。
表1-2 负载试验数据
图1-4 空载特性曲线
&励磁电压变化率为△U%＝(196－180)／196&100%＝8.16%。
& & 外特性试验数据见表1-3。
表1-3 外特性试验数据
负载电流(A)
励磁电压(V)
&电压下降率为△U%＝(196－176)／196＝10.2%。
& & 以上试验与历次试验比较合格。
& & 同时，又做了定、转子直流电阻，整流片间电阻；定子绕组的交流阻抗和电压降(分转子抽出前后)，都未发现问题，最后在拆对轮时发现间隙变大(0.16mm)而松动，镶套处理。
& & 5、实例1-5 测量蛙式绕组的直流电阻
图1-5 蛙式绕组接线图
&有一台直流电机，其电枢绕组由蛙式绕组构成，其参数为：槽数Z＝46；换向片数K＝92，叠绕组部分的换向片节距yk＝1；第一节距Y1＝22，第二节距y2＝21；波绕组部分的换向片节距yk＝45，第一节距为y'1＝24，第二节距y'2＝21，具体接线如图1-5所示。
& & 分别测量叠绕组和波绕组的直流电阻。测量结果如下：
& & (1)叠绕组部分从1～92号的直流电阻为0..000909&O。
& & (2)波绕组部分从1～46号的直流电阻为0..000913&O。
& & 由上述数据计算得互差
& & & & △R1＝(0..000898)／0..2%
& & & & △R2＝(0..000909)／0..44%
& & 由《预规》要求，相互间差值不应超过最小值的10%，合格。直流电机原理、结构
直流电机原理、结构
第一篇&& 直流电机
一. 直流电机(DC Machines)概述直流电机是电机的主要类型之一。直流电机可作为发电机使用，也可作为电动机使用。 用作发电机可以获得直流电源，用作电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。直流电机的用途:作电源用:发电机；作动力用:电动机；信号的传递:测速发电机,伺服电机
作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能
作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能
信号传递:直流测速发电机将机械信号转换为电信号
信号传递-直流伺服电动机将控制电信号转换为机械信号
二. 直流电机的优缺点
直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。
直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。
直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。
由于存在换向器，其制造复杂，成本较高。
第1章& 直流电机的工作原理和结构
1-1&& 直流电机工作原理一、原理图(物理模型图)
&&& 磁极对N、S不动, 线圈（绕组）abcd 旋转, 换向片1、2旋转, 电刷及出线A、B不动
二、直流发电机原理（机械能---&直流电能）( Principles of& DC Generator)
原动机拖动电枢以转速n(r/min)旋转；
电机内部有磁场存在；或定子（不动部件）上的励磁绕组通过直流电流(称为励磁电流If)时产生恒定磁场（励磁磁场，主磁场） (magnetic field, field pole)
电枢线圈的导体中将产生感应电势&&e = B l v ，但导体电势为交流电，而经过换向器与电刷的作用可以引出直流电势EAB，以便输出直流电能。（看原理图1，看原理图2）(commutator and brush)
问题1-1：直流电机电枢单个导体中感应电势的性质？
问题1-2：直流电机通过电刷引出的感应电势的性质？
问题1-3：直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势？
为了得到稳定的直流电势，直流电机的电枢圆周上一般有多个线圈分布在不同的位置，并通过多个换向片联接成电枢绕组。以前曾使用环形绕组.
问题1-4：环形绕组的缺点是什么？
三. 直流电动机的原理& ( Principies of& DC Motor)
将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组，使电枢导体有电流ia 通过。
电机内部有磁场存在。
载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 f = B l ia （左手定则）
所有导体产生的电磁力作用于转子可产生电磁转矩，以便拖动机械负载以n(r/min)旋转。
结论：直流电机的可逆性原理：同一台电机，结构上不作任何改变，可以作发电机运行，也可以作电动机运行。
问题1-5：讨论电刷的位置。
结论：为了得到最大的直流电势，电刷的位置必须与位于几何中线上的导体相接触。
1-2&& 直流电机的结构 (Structure)
主磁极---主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心采用1～1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按 N，S 极交替出现。
机座——机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。 机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者用铸钢件（小型机座用铸铁件）制成。机座的两端装有端盖。
换向极——换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的火花。换向极结构和主磁极类似，是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成，并用螺杆固定在机座上。换向极的个数一般与主磁极的极数相等，在功率很小的直流电机中，也有不装换向极的。换向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的，要流过较大的电流，因此和主磁极的串励绕组一样，导线有较大的截面。
端盖——端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。
电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。
电枢铁心——电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的型号为DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成，如左图所示。小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上，大型电机的电枢铁心先压装在转子支架上，然后再将支架固定在轴上。为改善通风，冲片可沿轴向分成几段，以构成径向通风道。
电枢绕组——电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘（右图），并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。
换向器—-在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形环夹紧而构成，如图所示。每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升高片内。小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒，再用塑料通过热压制成。
1-3&& 电枢绕组
&&&&电枢绕组是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。电枢绕组的构成，应能产生足够的感应电动势，并允许通过一定多电枢电流，从而产生所需的电磁转矩和电磁功率。此外，还要节省有色金属和绝缘材料，结构简单，运行可靠。
一.主要分类
&&& 宏观分类为环形和鼓形；环形绕组只曾在原始电机用过，由于容易理解故讲原理时也用此类绕组；鼓形绕组比环形绕组制造容易，又节省导线，运行较可靠，经济性好，故现在均用鼓形绕组。鼓形绕组又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。
环形电枢绕组（展开图）
鼓形电枢绕组（展开图）
鼓形绕组有许多个形状相同的线圈组成，每个线圈有两个有效边，分别位于电枢圆周相距约一个极距的两个槽中。
一个边在上层时，另一个边一般在下层。
每个换向片接两个不同的线圈端头。
将所有的电枢线圈按照一定的规律联接起来，就构成电枢绕组。
在实际电机中，电枢绕组有多种形式。
每个换向片接两个不同的线圈端头。
将所有的电枢线圈按照一定的规律联接起来，就构成电枢绕组。
在实际电机中，电枢绕组有多种形式。
叠绕组示意图
波绕组示意图
二、单叠绕组的联接方法
强调概念：极数2p，极对数p，极距，绕组元件，元件边，上层边，下层边,第1节距，第2节距，合成节距等。
单叠绕组的展开图举例&一台4极16槽直流电机，已知换向片数K=16；电枢绕组的线圈数S=16；试画出整距右行单叠绕组展开图。
【析】每槽两个边，每个线圈两个边，所以槽数z=线圈数S=16, 极距τ＝z/2p＝4槽。 因为要求整距线圈即第一节距 y1＝τ＝4(槽),又因为单叠右行，则合成节距 y＝1；则第二节距y2＝y1-y＝3(槽),也就是说一个线圈的一个有效边若放在1号槽内，另一个有效边必须放在5号槽内。即一个线圈跨过4个槽的位置。元件联接图如图绕组展开图。其等效电路图如下图所示：
【画出展开图的具体部骤】
画出均匀分布的平行竖线代表电机各槽的元件边，下层边用虚线，上层用实线画；
标出槽号：画出第一个元件，跨1~5。展开图中可以把一个元件画成一匝。〖注意元件的端部要画对称。〗
在第一个元件的引出线端画出换向器的两根横平行线，并标出换向片号；换向片号与所连的上层边槽号要相同。
依次串联16个元件。
再画出各磁极N、S、N、S。
鼓形绕组的电刷中心线在每个磁极的中心线上。〖即保证电刷必须与位于几何中线处的导体相接触。〗
画出电枢转向和电刷连线。
常用直流电机绕组型式的支路数2a：
单叠绕组：2a=2p， 单波绕组：2a=2
双叠绕组：2a=4p， 双波绕组：2a=4
1-4 & 直流电机的额定值
额定值---是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机）在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。
直流电机的额定值(Rating)主要有：
额定功率 PN：指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以 "W" 为量纲单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。
额定电压 UN：&指额定状态下电枢出线端的电压，以 "V" 为量纲单位。
额定电流 IN：&指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 "A" 为量纲单位。
额定转速 nN：&指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。
额定励磁电流 If：&指电机在额定状态时的励磁电流值。 注意:
对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积，即PN＝UNIN
对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率ηN存在,即PN＝UNINηN
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