电机与拖动基础3概论课件

第第3章章直流电机原理直流电机原理第3章直流电机原理1NSU3.1 直流电机的用途和基本工作原理直流电机的用途和基本工作原理1.直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理NS第第3 章章 直流电机的基本原理直流电机的基本原理UNSU3.1 直流电机的用途和基本工作原理1.直流电动2NS1.直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理第第3 章章 直流电机的基本原理直流电机的基本原理NSUU电刷电刷线圈边切割磁感线会产生什么线圈边切割磁感线会产生什么？换向片换向片3.1 直流电机的用途和基本工作原理直流电机的用途和基本工作原理NS1.直流电动机的工作原理第3 章 直流电机的基本3直流直流电流电流交流交流电流电流电磁转矩电磁转矩(拖动转矩拖动转矩)换向换向机械机械负载负载旋转旋转克克 服服反电反电动势动势做功做功7.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理 电磁关系电磁关系直流电流交流电流电磁转矩换向机械负载旋转克 服反电动势做功4NS2.直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理NSE7.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理E输出输出直流电直流电换向换向原动机原动机感应电动感应电动势、电流势、电流电磁转矩电磁转矩（阻转矩）（阻转矩）做功做功 电磁电磁 关系关系NS2.直流发电机的工作原理NS7.1 直流电机的53.2 直流电机的主要结构直流电机的主要结构1.主要部件主要部件(1)定子定子主磁极主磁极换向磁极换向磁极机座机座端盖等端盖等第第3 章章 直流电机的基本原理直流电机的基本原理 直流电机的定子直流电机的定子 (a)主磁极主磁极 (b)机座机座 3.2 直流电机的主要结构1.主要部件第3 章 6 直流电机的定子直流电机的定子3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电机的定子3.2 直流电机的基本结构7(2)转子（电枢）转子（电枢）电枢铁心电枢铁心 电枢绕组电枢绕组3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 换向器换向器 转轴与风扇转轴与风扇 直流电机的转子直流电机的转子 (a)转子主体转子主体 (b)电枢钢片电枢钢片(2)转子（电枢）电枢铁心3.2 直流电机的基本8 直流电枢绕组直流电枢绕组A B12345678A B1 2 3 48 7 6 57 6 5 48 1 2 3AB结论：结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构A B12345678 直流电枢绕组A B12345678A 9e e e ee e e e1 2 3 48 7 6 5AB 直流电枢绕组直流电枢绕组电动机电动机E发电机发电机Iae e e ee e e eE两匝元件两匝元件3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构A1 2 3 48 7 6 5BIae e e e1 10NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12A1 B1 A2 B2 单叠绕组的展开图单叠绕组的展开图 并联支路对数：并联支路对数：a=2。电刷的中心线对着磁极的中心线。电刷的中心线对着磁极的中心线。A1A2B1B2n3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构3 6 4 7 5 811 8 10 7 9 69 12 10 1 11 25 2 4 1 3 12NSNS1234567891011121 2 3 11 单叠绕组的展开图单叠绕组的展开图NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12A1 B1 A2 B2n 电刷的中心线对电刷的中心线对 着磁极的中心线：着磁极的中心线：电刷之间的电动电刷之间的电动 势最大。势最大。被电刷短接的元被电刷短接的元 件电动势为零。件电动势为零。习惯称习惯称“电刷放在电刷放在 几何中心线位置几何中心线位置”。磁极中心线磁极中心线几何中心线几何中心线3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 单叠绕组的展开图NSNS1234567891011121123.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电机的结构直流电机的结构电枢电枢3.2 直流电机的基本结构 直流电机的结构电枢133.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 电机装配图电机装配图3.2 直流电机的基本结构 电机装配图143.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电机直流电机3.2 直流电机的基本结构 直流电机15M2.励磁方式励磁方式If+UaIa+Uf他他励励并并励励串串励励复复励励(1)直流电动机按励磁方式分类直流电动机按励磁方式分类3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UIM2.励磁方式If+Ia+他并串复(1)直流电动机按励磁16G(2)直流发电机按励磁方式分类直流发电机按励磁方式分类自自励励3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构GIa+Ua他他励励串串励励复复励励并并励励Ia+UIfIGGIfIa+UI+UIfIIaIf+UfG(2)直流发电机按励磁方式分类自3.2 直流电机的17(1)额定电压额定电压 UN 发电机的发电机的 UN：指输出电压的额定值。：指输出电压的额定值。电动机的电动机的 UN：指输入电压的额定值。：指输入电压的额定值。(2)额定电流额定电流 IN 发电机的发电机的 IN：指输出电流的额定值。：指输出电流的额定值。电动机的电动机的 IN：指输入电流的额定值。：指输入电流的额定值。(3)额定功率额定功率 PN 发电机的发电机的 PN：指输出电功率的额定值：指输出电功率的额定值(UN IN)。电动机的电动机的 PN：指输出机械功率的额定值：指输出机械功率的额定值 (UN INN)。3.额定值额定值3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构(1)额定电压 UN3.额定值3.2 直流电机的基18(4)额定转速额定转速 nN(5)额定励磁电压额定励磁电压 UfN(6)额定励磁电流额定励磁电流 IfN 额定状态额定状态：指指 U、I、P、n 均为额定值的状态。均为额定值的状态。满载状态满载状态：指指 I=IN 的状态。的状态。3.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构(4)额定转速 nN3.2 直流电机的基本结构19NS3.3 直流电机的磁路与电枢反应直流电机的磁路与电枢反应几何几何中心线中心线 N S励磁磁场励磁磁场（空载磁场）（空载磁场）物理物理中心线中心线电枢磁场电枢磁场合成磁场合成磁场（负载时的磁场）（负载时的磁场）物理物理中性线中性线 电枢反应：电枢反应：电枢磁通势对主极磁场的影响。电枢磁通势对主极磁场的影响。第第3 章章 直流电机的基本原理直流电机的基本原理NS3.3 直流电机的磁路与电枢反应几何 N S励磁磁场20 电枢反应的影响电枢反应的影响 总磁场被扭歪了总磁场被扭歪了 几何中心线与物理中心线分开了几何中心线与物理中心线分开了,电刷位置处的元件的电刷位置处的元件的 e0，增加换向困难。，增加换向困难。一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通减少，一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通减少，磁路不饱和时，每极磁通不变；磁路不饱和时，每极磁通不变；磁路饱和时，磁路饱和时，每极磁通减少，每极磁通减少，e 和和T 相应减少。相应减少。3.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应 电枢反应的影响 总磁场被扭歪了每极磁通减少，e 和T 213.5 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势1.电磁转矩电磁转矩(1)产生产生 电枢电流电枢电流 i 磁磁 场场 F T(2)大小大小 电磁力：电磁力：F=B l i 平均磁密：平均磁密：第第3 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论BlB=l极距极距3.5 直流电机的电磁转矩和电动势1.电磁转矩F T223.5 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势1.电磁转矩电磁转矩(1)产生产生 电枢电流电枢电流 i 磁磁 场场 F T(2)大小大小l 电磁力：电磁力：F=B l i l 平均磁密：平均磁密：l 每根导线上电磁力所每根导线上电磁力所 形成的电磁转矩：形成的电磁转矩：FR第第3 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论B=lBl极距极距R3.5 直流电机的电磁转矩和电动势1.电磁转矩F T23 Rl 电枢绕组串联总匝数：电枢绕组串联总匝数：Nl 电枢绕组并联支路数：电枢绕组并联支路数：2al 总导体数：总导体数：2N 2a=4aNl 电枢的周长：电枢的周长：2 R=2p l 电磁转矩：电磁转矩：T=4aN FR=4aN B l i p =4aN l i p l=4aN i p =2ai 2pN 电枢电流电枢电流 Ia直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势R 电枢绕组串联总匝数：N=4aN 24(2)大小大小 T=CT IaCT 转矩常数：转矩常数：(3)方向方向 由由 和和 Ia 共同决定。共同决定。(4)性质性质 发电机：发电机：电动机：电动机：T 与与 n 方向相反，为制动转矩。方向相反，为制动转矩。T 与与 n 方向相同，为拖动转矩。方向相同，为拖动转矩。直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势CT=2pN 单位：单位：Wb单位：单位：A(Nm)(2)大小T 与 n 方向相反，为制动转矩。直流电机的电磁25(1)产生产生 电枢旋转电枢旋转 n 磁磁 场场 (2)大小大小l 每个导体：每个导体：e=B l vl 导体切割磁场线的线速度：导体切割磁场线的线速度：l 电动势：电动势：E=2N e 2.电动势电动势 ee E 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势v=n2 R60=2N B l v=2N l n 2p 60 l=n2p 60=n 4pN 60(1)产生2.电动势 ee E 直流电机的电磁转26CTCE=602=9.55 CT=9.55 CE直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势CT=2pN CE=4pN60 E=CE n CE 电动势常数：电动势常数：CE=4 pN60单位：单位：Wb单位：单位：r/min(V)(3)方向：方向：由由 和和 n 共同决定。共同决定。(4)性质性质 发电机为电源电动势；电动机为反电动势。发电机为电源电动势；电动机为反电动势。CT=60=9.55 CT=9.55 CE直流电机的27GIa+UaIf+Uf3.6 直流发电机直流发电机1.他励发电机他励发电机第第3 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论外电源外电源Uf If E n原动机原动机电枢电枢Ua(1)空载运行空载运行励磁电路：励磁电路：If=UfRf励磁电路励磁电路总电阻总电阻电枢电路：电枢电路：Ia=0，Ua=U0=E调节调节RfIf 可变可变 可变可变 E 可变可变 Ua可变。可变。EGIa+If+3.6 直流发电机1.他励发电机第3 章28 U0=E=f(If)空载特性空载特性OIfU0Er剩磁感应剩磁感应电动势电动势(2)负载运行负载运行 输出电压输出电压:U=Ua 输出电流输出电流:I=Ia 电压平衡方程式电压平衡方程式 U=Ua=ERa Ia当当 Ia Ra Ia E (电枢反应电枢反应)Ua 外特性外特性 U=f(I)n=nNIa=0OIUn=nNIf=IfNINUNU0n=nNIf=常数常数直流发电机直流发电机空载特性空载特性外特性外特性 U0=E=f(If)空载特性OIfU0Er29 电压调整率电压调整率VR=U0UNUN100%(5%10%)调整特性调整特性 当当 n=nN，U=UN 时：时：If=f(I)OI If IfNIN直流发电机直流发电机调整特性调整特性 电压调整率VR=U0UN100%(5%1030 【例例3.6.1】一他励直流发电机，一他励直流发电机，PN=10 kW，UN=230 V，nN=1 000 r/min，Ra=0.4。如果磁通如果磁通 保保持不变，求持不变，求 1 000 r/min 时的空载电压时的空载电压 U0 和和 900 r/min 时时的满载电压的满载电压 U。解：解：在在 nN 和和 UN 时的电枢电流时的电枢电流9001 000E=E U0=E =UaRa IaN =(2300.443.5)V=247 V 在在 保持不变时，保持不变时，E n10103230=A=43.5 A PNUaIaN=9001 000=247 V=222 V 直流发电机直流发电机U=ERa IaN=(222 0.443.5)V=205 V 【例3.6.1】一他励直流发电机，312.并励发电机并励发电机EUaGIfIaI E?E?(1)自励条件自励条件 主磁极必须有剩磁主磁极必须有剩磁r：rErIfrEEr与与r 方向相同方向相同EEr与与r 方向相反方向相反 励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向：励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向：rErIfrEEr IfIfr E E 与与 If 既应满足空载特性又应满足欧姆定律。既应满足空载特性又应满足欧姆定律。直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析2.并励发电机EGIfIaI E 32当当 Rf Rk 时，时，E Er，能够自励。能够自励。当当 Rf =Rk 时，时，E不确定，不能自励。不确定，不能自励。当当 Rf Rk 时，时，EEr，不能自励。，不能自励。励磁电路的电阻必须小于临界电阻。励磁电路的电阻必须小于临界电阻。If=ERaRfOIfEErQIfrIf1If2If场阻线：场阻线：场阻线的斜率：场阻线的斜率：=RaRftan =EIfOIfEErRf=RkRf RkRfRk直流发电机直流发电机当 Rf Rk 时，If=EOIfEErQIfrIf33(2)运行分析运行分析I=Ia IfU=Ua=UfUa=E RaIaI Ia RaIa E (电枢反应电枢反应)Uf Ua 外特性外特性 U=f(I )EUaGIfIaIn=nNRf=常数常数OIUU0他励他励并励并励 负载增加时，负载增加时，U 下降较快。下降较快。VR 20%直流发电机直流发电机(2)运行分析I=Ia IfI Ia Ra34 外特性有拐弯现象。外特性有拐弯现象。OI UU0他励他励并励并励INUNRL I(Ia)U 低饱和磁路低饱和磁路RL U If E (较大幅度较大幅度)U 的下降比的下降比 RL的减少得更快的减少得更快 I=U/RLRL U I RL=0，U=0，If=0 =r，E=Er ISC 较小。较小。稳态短路电流不大。稳态短路电流不大。直流发电机直流发电机 外特性有拐弯现象。OI UU0他励并励INUNRL 35 【例例3.6.2】例例3.6.1 中的他励发电机，励磁绕组的中的他励发电机，励磁绕组的电阻为电阻为 100。转速为转速为 1 000 r/min 时的空载特性如图所示。时的空载特性如图所示。今将它改作并励发电机运行。问励磁电路内应串联多大的今将它改作并励发电机运行。问励磁电路内应串联多大的电阻才能获得电阻才能获得 230 V 的空载电压和满载电压？的空载电压和满载电压？解：解：空载运行时空载运行时EIfRf=U0=ERa If E 查空载特性得：查空载特性得：If=1.5 A 时时 E=230 V 根据根据 E=(RaRf)If可得可得2301.5=153.3 直流发电机直流发电机01 2 3 4 If/AE/V300200100 【例3.6.2】例3.6.1 中的他励发36应串联的电阻为：应串联的电阻为：R=Rf100=(153.3 100)=53.3 若要满载电压为若要满载电压为230 V，则需则需 E=247 V。再查空载特性得：再查空载特性得：If=2 A 时时 E=247 V 根据根据 UN=Rf If可得可得2302=(100)=15 01 2 3 4 If/AE/V300200100UNIfR=100 直流发电机直流发电机应串联的电阻为：230=(100)37*3.串励发电机串励发电机(1)基本关系基本关系 I=Ia=If U=Ua Uf =E(RaRf)I(2)外特性外特性空载时，空载时，I=Ia=If=0 =r，E=Er 负载时，负载时，I(If)U I(If)直流发电机直流发电机G+UIfIIaOIUEr外特性外特性 磁路饱和磁路饱和E不再增加不再增加电阻压降电阻压降 U 。*3.串励发电机(1)基本关系直流发电机G+IfIIa384.复励发电机复励发电机(1)分为积复励和差复励分为积复励和差复励(2)对于积复励发电机对于积复励发电机 平复励发电机平复励发电机 当当 I=IN 时的时的 UN=U0。过复励发电机过复励发电机 当当 I=IN 时的时的 UNU0。欠复励发电机欠复励发电机 当当 I=IN 时的时的 UN U0。他励他励并励并励过复励过复励IN平复励平复励欠复励欠复励差复励差复励直流发电机直流发电机GIIaIf+UOIUUN4.复励发电机(1)分为积复励和差复励他励并励过复励IN39直流发电机的功率和转矩直流发电机的功率和转矩1.直流发电机的功率（并励）直流发电机的功率（并励）(1)输入功率输入功率 P P1 1:(2)空载损耗空载损耗 p p0 0:(3)电磁功率电磁功率 p pe e:(4)铜损耗铜损耗 p pCuCu:(5)输出功率输出功率 P P2 2:P1=T1p0=pFepmepadPe=P1 p0=T=E Ia pCu=Ra Ia2Rf If2P2=U I =Pe pCu2 60=T1n第第3章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论直流发电机的功率和转矩1.直流发电机的功率（并励）P1=40P1Pme+PadPFePePCuP2功率流程图功率流程图(6)效率效率 =100%P2P1 小型发电机：小型发电机：N=70%90%中大型发电机：中大型发电机：N=91%96%直流发电机的功率和转矩直流发电机的功率和转矩P1Pme+PadPFePePCuP2功率流程图(6)效412.直流发电机的转矩直流发电机的转矩T1=T0+T转矩平衡方程：转矩平衡方程：输入转矩输入转矩 T1：空载转矩空载转矩 T0：电磁转矩电磁转矩 T：P1 T1=直流发电机的功率和转矩直流发电机的功率和转矩60 2 P1n=P0 T0=60 2 P0n=Pe T=60 2 Pen=2.直流发电机的转矩T1=T0+T转矩平衡方程：42 P2=UI =230100 W=23 000 WIa=IIf=(1002)A=102 APCu=Ra Ia2 Rf If2 =(0.2102211522)W =2 540.8 W Pe=P2PCu=25 540.8 W 【例例3.6.3】一并励直流发电机，输出电压一并励直流发电机，输出电压 U=230 V，输出电流，输出电流 I=100 A，Ra=0.2，Rf=115，n=1 500 r/min，T0=17.32 Nm。求发电机的输出功率求发电机的输出功率P2、电磁转矩、电磁转矩 T、输入功率、输入功率 P1 和效率和效率 。解：解：230115=A=2 A URfIf=直流发电机的功率和转矩直流发电机的功率和转矩 P2=UI 【例3.6.3】一43直流发电机的功率和转矩直流发电机的功率和转矩P0=T0n2 60=17.321 500 W 2 60 =2 719.24 W P1=PeP0 =(25 540.82 719.24)W=28 260 W =100%P2P1=100%=81.39%23 00028 260直流发电机的功率和转矩P0=T0n2=44M3.7 直流电动机运行原理直流电动机运行原理1.他励电动机他励电动机励磁电压励磁电压 Uf If 电枢电压电枢电压 Ua Ia T n E E(1)电压平衡方程式电压平衡方程式励磁电路：励磁电路：Uf=Rf If电枢电路：电枢电路：Ua=E+Ra Ia第第3 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论+UaIaIf+UfM3.7 直流电动机运行原理1.他励电动机励磁电压 U45 稳态电枢电流稳态电枢电流 Ia 由谁确定由谁确定？T=CT Ia，Ua=E+Ra Ia例如：例如：负载不变负载不变(T 不变不变)，Ua(Ra)变化时，变化时，Ia 变化否（设变化否（设 不变）？不变）？Ua (或或Ra)瞬间瞬间 n 不变不变 E 不变不变Ia T TTLE n Ia T T =TLIa不变不变 结论：结论：Ia 的大小取决于负载的大小。的大小取决于负载的大小。当当 Ia=IaN 时为满载，当时为满载，当 IaIaN 时为过载。时为过载。规定短时过载的最大电枢电流：规定短时过载的最大电枢电流：Iamax=(1.5 2)IaN=K KI I IaN直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析 稳态电枢电流 Ia 由谁确定？46机械特性机械特性E CE n=UaRa IaCE=UaCE=RaCECT2T(2)转速转速O nTn0当当T 时，时，n 下降不多下降不多 硬特性硬特性。励磁电路断电的后果励磁电路断电的后果 当当 If=0，=r 很小，很小，n 不能突变，不能突变，E 很小很小T=CTr Ia 仍有一定数值。仍有一定数值。Ia 若若 T TL n 飞车！飞车！T TL n n=0 闷车！闷车！直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析机械特性En=UaRa Ia=Ua=RaT(2)47直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析(3)转向转向取决于电磁转矩取决于电磁转矩 T 的方向。的方向。T 的方向取决于的方向取决于 和和 Ia 的方向。的方向。M+UaIaIf+UfM+UaIaIfUf+MUa+IaIf+Uf磁磁场场反反向向电电枢枢反反向向直流电动机的运行分析(3)转向取决于电磁转矩 T 的方向。482.并励电动机并励电动机 并励与他励的区别并励与他励的区别:(1)输入电压输入电压 U=Ua=Uf(2)输入电流输入电流 I=Ia+If(3)输入功率输入功率 P1=UI=UIa+UIf直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析MIa+UIIf2.并励电动机 并励与他励的区别:直流电动机的运行分49 【例例3.7.1】某并励直流电动机，某并励直流电动机，UN=220 V，IN=12.5 A，nN=3 000 r/min，Rf=628，Ra=0.41。求该电机在额定状态下运行时的：。求该电机在额定状态下运行时的：(1)If；(2)Ia；(3)E；(4)T。解：解：(1)励磁电流励磁电流 If 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析UfRfIf=220628=A=0.35A(2)电枢电流电枢电流 Ia Ia=IN If =(12.50.35)A=12.15 A(2)电动势电动势 E E=UN Ra Ia =(2200.4112.15)V=215 V 【例3.7.1】某并励直流电动机，U50CT=9.55 CE=0.685T=CT Ia =0.68512.15 Nm=8.32 Nm (4)电磁转矩电磁转矩直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析CE=EnN2153 000=0.071 7 CT=9.55 CE=0.685(4)电磁转矩51E3.串励电动机串励电动机 Ua Uf 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析M+UIIfIa(1)电压电压 U=Ua+Uf =E+(Ra+Rf)I(2)电流电流 I=Ia=IfRa+RfUE=CT T=(3)转矩转矩 T=CT Ia当当 Ia 较小、磁路未饱和时，较小、磁路未饱和时，Ia，T Ia2。当当 Ia 较大、磁路已饱和时，较大、磁路已饱和时，常数，常数，T Ia。E3.串励电动机 Uf 直流电动机的运行分析M+I52 即即 T Iam (1m2)与并励电动机比较，有如下特点与并励电动机比较，有如下特点 对应于相同的对应于相同的T，Ia 小。小。对应于允许的对应于允许的 Iamax，能够产生的，能够产生的 T 大，大，Tst 和和 Tmax 较大。较大。(4)转速转速直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析ECEn=U(Ra+Rf)IaCE=UCE=Ra+RfCECT2T 当当T=0 时，时，Ia=If=0，=r，n0=(5 6)nN。即 T 53 当当T 很小时，很小时，Ia 很小，很小，磁路未饱和，磁路未饱和，T Ia n 迅速下降。迅速下降。当当T 很大时，很大时，Ia 很大，很大，磁路已饱和，磁路已饱和，T Ia 基本不变基本不变 n下降较少。下降较少。直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析(5)应用应用 特别适用于起重机特别适用于起重机 和电气机车等运输机械。和电气机车等运输机械。不能在轻载或空载下运行。不能在轻载或空载下运行。不能用皮带轮传动。不能用皮带轮传动。串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性软特性软特性O nT 当T 很小时，Ia 很小，磁路未饱和，T Ia 544.复励电动机复励电动机(1)积复励、差复励。积复励、差复励。(2)机械特性机械特性 有较大的有较大的Tst。可以空载运行。可以空载运行。并励并励复励复励直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析MIaIf+UI串励串励O nT4.复励电动机(1)积复励、差复励。并励复励直流电动机的55直流电动机的功率关系直流电动机的功率关系功率平衡方程式（并励）功率平衡方程式（并励）(1)输入功率输入功率 P1 P1=U I(2)铜损耗铜损耗 pCu pCu=Ra Ia2Rf If2(3)电磁功率电磁功率 Pe =P1 pCu 推导：推导：U I=U(IaIf)=UaIaUfIf =(ERa Ia)IaRf If2 =E IaRa Ia2Rf If2 第第3 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论Pe =E Ia 直流电动机的功率关系功率平衡方程式（并励）第3 章 直56直流电动机的功率直流电动机的功率Pe=E Ia=CE n Ia=T 2 60=CT n Ia 功率流程图功率流程图P1PCuPeP0P22.转矩平衡方程式转矩平衡方程式 空载：空载：T=T0 负载负载:T=T0+T2 2 60T2n=(4)空载损耗空载损耗 p0 p0=pFepmepad(5)输出功率输出功率P2 P2=Pe p0 =T2直流电动机的功率Pe=E Ia=CE n Ia=57 【例例3.7.2】一并励电动机，一并励电动机，UN=110 V，IN=12.5 A，nN=1 500 r/min，TL=6.8 Nm，T0=0.9 Nm。求该电机的求该电机的 P2、Pe、P1、Pal 和和 。解：解：P2P1 =100%6.2860=6.81 500 W=1 067.6 W Pe=P2P0 =(1 067.6143.3)W=1 208.9 W P1=UN IN=11012.5 W=1 375 WPal=P1P2=(1 3751 067.6)W=307.4 W直流电动机的功率直流电动机的功率2 60P2=TLn 6.2860=0.91 500 W=143.3 W 2 60P0=T0n 1 067.61 375=100%=77.64%【例3.7.2】一并励电动机，UN 583.8 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性n=Ua CE Ra CECT2 T 当当 Ua、Ra、If=常数时：常数时：n=f(T)机械特性机械特性=n0 T=n0n理想空理想空载转速载转速=dndTRaCECT2=1 机械特性的硬度机械特性的硬度第第3 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论3.8 他励直流电动机的机械特性n=UaRaT 当591.固有特性固有特性 OTnn0Nn=f(T)UaN,IfN,Ra他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性nNTNMnMTM N 点：额定状态。点：额定状态。M 点：临界状态。点：临界状态。2.人为特性人为特性(1)增加电枢电路电阻增加电枢电路电阻 时的人为特性时的人为特性 n=TUNCENRaRr CECTN2 OTnn0RaRa(RaRr)即机械特性变软。即机械特性变软。1.固有特性 OTnn0Nn=f(T)UaN,I60(2)降低电枢电压时的人为特性降低电枢电压时的人为特性n=Ua CEN Ra CECTN2 T n0n0Uan0 但但、不变不变机械特性的硬度不变。机械特性的硬度不变。他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性OTnUaUa(3)减小励磁电流时的人为特性减小励磁电流时的人为特性n=UN CE Ra CECT2 T OTnn0n0IfIfIf n0 、机械特性变软。机械特性变软。(2)降低电枢电压时的人为特性n=UaRaT n061他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 【例例3.8.1】一台他励直流电动机，一台他励直流电动机，PN=10 kW，UaN=220 V，IaN=210 A，nN=750 r/min，求，求(1)固有特固有特性；性；(2)固有特性的斜率和硬度固有特性的斜率和硬度。解：解：(1)固有特性固有特性忽略忽略 T0，则，则509.55210=2.426 TNIaNCT=2200.254=r/min=866.25 r/min 602 PNnNTN=606.2840103750=Nm=509.55 Nm 2 60CE=CT 6.2860=2.426=0.254 UaNCE n0=他励直流电动机的机械特性 【例3.8.1】62连接连接 n0 和和 N(TN，nN)两点即可得到固有特性。两点即可得到固有特性。(2)固有特性的斜率和硬度固有特性的斜率和硬度 E=CE nN 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性 UaNE IaNRa=0.254750 V=190.5 V =1 RaCECT2 =220190.5 210=0.14 0.14 2.4260.254=0.228 10.228=4.39 连接 n0 和 N(TN，nN)两点即可得到固有特性63