直流电机课件

第二章第二章 直流电机直流电机1第一节 直流电机的工作原理及结构一、直流电机的工作原理一、直流电机的工作原理直流电机直流电动机(电能机械能)直流发电机(机械能电能)(一一)直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理直流电动机的理论基础理论基础：安培定律(左手定则)F=Bil(N)B-磁场的磁感应强度(Wb/m2)i-导体中的电流(A)l-导体的有效长度(m)2左手定则左手定则3电流不换向时的电磁转矩电流不换向时的电磁转矩线圈边中电流不改变方向，则平均 Tem=04有换向刷时的情况5电动机运行时特点：通过换向片的作用,使线圈中通过的电流在某一磁电流在某一磁极下方向总是固定极下方向总是固定的,因此在该磁极下受力方向总该磁极下受力方向总是固定的是固定的,线圈沿一个方向旋转。1)外施电压,电流是直流,电枢线圈内电流为交流；2)线圈中感应电势与电流方向相反；3)线圈是旋转的，电枢电流是交变的；4)产生的电磁转矩T与转子转向相同,是驱动性质。6电动机的电磁关系电动机的电磁关系7直流发电机的工作原理(二)直流发电机的工作原理8直流发电机工作原理直流发电机工作原理：把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势。在直流发电机中,换向器和电刷的共同作用：将线圈中的交流电动势整流成刷间的直流电动势把转动的电路与外面不转的电路联接。9发电机的电磁关系10一台直流电机作为电动机作为电动机在直流电机的两电刷端上加上直流电压,电枢旋转,拖动生产机械旋转,输出机械能；作为发动机作为发动机用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源直流电源，输出电能。11二、直流电机的结构 实现能量交换的条件:电路和磁场之间必须有相对运动。组成：直流电机结构定子:主磁极,换向极,机座,电刷(产生磁场)转子:电枢铁心和绕组,换向器,轴,风扇(产生电磁转矩和感应电动势)121换向器2电刷装置3机座4主磁极5换向极6端盖7风扇8电枢绕组9电枢铁心直流电机的剖面图13直流电机横向剖面图直流电机横向剖面图14(一)直流电机的静止部分直流电机的静止部分1.主磁极主磁极 在大中型直流电机中,主磁极为电磁铁。铁心厚的钢板冲片叠压紧固而成 绕组套在铁心外边 相邻磁极的极性呈N极和S极交替排列2.换向极换向极(附加极或间极附加极或间极)装在两主磁极之间,作用是改善换向 由铁心和绕组构成 换向极绕组和电枢绕组串联15主磁极主磁极 换向极换向极 163.机座机座 由铸钢或厚钢板焊成 用处:固定主磁极,换向极和端盖;作为磁路的一部分磁轭:机座中有磁通经过的部分 174.电刷装置电刷装置 作用:把直流电压、直流电流引入或引出 组成:电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫 电刷由石墨制成1刷握 2电刷 3压紧弹簧 4铜丝辫 18(二二)直流电机的转动部分直流电机的转动部分1.电枢铁心 用处:主磁路的主要部分嵌放电枢绕组 为减少铁耗,铁心用厚的硅钢片的冲片叠压而成192.电枢绕组电枢绕组 直流电机的主要电路部分,是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换的关键部件。3.换向器换向器 作用：直流电动机中,将电刷上的直流电流换为绕组内直流发电机中,将绕组内的交变电动势转换为电枢端上的直流电动势。的交变电流；换向器由许多换向片组成;换向片间用云母绝缘20换向器换向器 1换向片2连接片21第二节第二节 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据 额定值额定值:铭牌上的数据是额定值额定值是电机制造厂按国家标准要求,对电机的一些电量或机械量规定的数值.额定工况额定工况:电机运行时,电量和机械量符合额定值,则电机运行情况为额定工况;在额定工况下,可以保证电机可靠地正常工作,并具有优良的性能。22直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据 23 额定值包括：额定电压额定电压UN(V)发电机的UN：指输出电压的额定值。电动机的UN：指输入电压的额定值。额定电流额定电流IN(A)发电机的IN：指输出电流的额定值。电动机的IN：指输入电流的额定值。24额定功率额定功率PN(kW)发电机的PN:指输出电功率的额定值。PN=UNIN 电动机的PN:指输出机械功率的额定值。PN=UNIN额定转速额定转速nN(r/min)额定励磁电压UfN(V)额定励磁电流IfN(A)电动机轴上输出的额定转矩T2N 额定状态：指 U、I、P、n 均为额定值的状态。25例例一台一台Z2型直流发电机，型直流发电机，UN=230V，nN=1450r/min，PN=145kW,N90,求该发电机的额定电流和额定输入功率求该发电机的额定电流和额定输入功率26第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组 对绕组的要求对绕组的要求:在能够通过规定的电流和产生足够的电动势的前提下,尽可能节省铜和绝缘材料,并且结构简单、运行可靠。一、简单的绕组结构结构:1-2、3-4、5-6、7-8分别构成4个线圈.(均匀分布，每两个相邻线圈隔45)缺点缺点:随着电枢的转动,始终只有一个线圈有电流.材料没有充分利用,产生的总转矩或电势均 很小。27各线圈互不连接的多线圈装置各线圈互不连接的多线圈装置28解决方法解决方法:用换向片将4个线圈都连接起来，成为一个闭合绕组。连接方法连接方法:线圈边嵌放在均匀分布的电枢槽内,每个线圈的两个边连在两个相邻的换向片上,相邻线圈的首端和末端焊在同一个换向片上,使所有线圈通过换向片连成一个整体。293031FF32转过转过9090度度后展开图后展开图 FF33转过转过4545度度后展开图后展开图 34规律：同一磁极下的线圈电流方向总是一样的流向一个线圈中的两边电流方向相反任一线圈的两个有效边距离相等35绕组的基本概念绕组的基本概念(1)元件元件：是构成电枢绕组的基本单元,其两端是分别与两片换向片相连的单匝或多匝线圈。(2)有效边有效边：切割磁场的边。(3)极距极距：每个主磁极在电枢圆周上所分得的弧长.相邻两个主磁极轴线之间的距离称作极距,记作,一般用槽数表示,即有：=Q/2pQ-电枢总槽数p-主磁极极对数363738(4)节距节距元件跨距y1(第一节距第一节距):指同一元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离,用槽数表示.其表达式为:式中为把y1凑整的小于1的分数。当=0,y1=:整距元件；当0:长距元件；当画绕组展开图画绕组展开图-安放电刷和电机安放电刷和电机槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷y1=3yc=7换向片间距:561 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 114 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14槽号槽号换向换向片号片号571 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1y1=3yc=7114 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14槽号槽号换向换向片号片号NS29NSNS581 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 113 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1214 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14591 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1 84 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 2 4 11+-+-601815 714 613512411310 2914113102918157146135 12上层边上层边下层边下层边61单波绕组的特点：单波绕组把相同磁极下的全部元件串联起来组成一条支路。单波绕组把相同磁极下的全部元件串联起来组成一条支路。由于磁极只有由于磁极只有N、S之分，之分，所以所以单波绕组的支路对数单波绕组的支路对数a与极对与极对数多少无关，永远为数多少无关，永远为1，即，即a1。同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对数同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对数a1，与磁极对数与磁极对数p无关。无关。当元件的几何尺寸对称时，电刷在换向器表面上的位置对当元件的几何尺寸对称时，电刷在换向器表面上的位置对 准主磁极中心线，支路电动势最大。准主磁极中心线，支路电动势最大。电刷组数应等于极数电刷组数应等于极数(采用全额电刷采用全额电刷);电枢电流电枢电流 Ia2ia。62叠绕组、波绕组的使用场合叠绕组、波绕组的使用场合串联所有上元件边在同一极下的元件串联所有上元件边在同一极下的元件,形成一条支路形成一条支路.每增加每增加一对磁极就增加一对支路，一对磁极就增加一对支路，2a2p。叠绕组并联的支路数多，每条支路中串联元件数少，适应于叠绕组并联的支路数多，每条支路中串联元件数少，适应于较较大电流、较低电压的电机大电流、较低电压的电机。叠绕组叠绕组波绕组波绕组把全部的元件边在相同极性下的元件相连把全部的元件边在相同极性下的元件相连,形成一条支路形成一条支路.整整个绕组只有一对支路，磁极数的增减与支路数无关个绕组只有一对支路，磁极数的增减与支路数无关,2a2。波绕组并联的支路数少，每条支路中串联元件数多，适用于波绕组并联的支路数少，每条支路中串联元件数多，适用于较较高电压、较小电流的电机高电压、较小电流的电机。63所有的直流电机的电枢绕组总是连成闭路;电枢绕组的支路数(2a)永远是成对出现，这是由 于磁极数(2p)是一个偶数.为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何 中线上的导体相接触。直流电机绕组的归纳直流电机绕组的归纳：64第四节第四节 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场 一、直流电机的励磁方式一、直流电机的励磁方式1.他励他励直流电机励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而是 由其他直流电源对励磁绕组供电。永磁直流电机可看做是 他励直流电机。2.并励并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联。3.串励串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联。4.复励复励直流电机两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，另一个与电枢绕组串联。电动机：电动机：4种方式均可采用种方式均可采用发电机：主要的励磁方式是他励式、并励式和复励式发电机：主要的励磁方式是他励式、并励式和复励式6566二、直流电机的空载磁场二、直流电机的空载磁场(定子磁场定子磁场)直流电机空载:电枢电流等于0或很小,且可以不计其影响的一种运行状态.此时电机无负载，无功率输出P输出=0;电流关系电流关系:If0,电动机Ia很小可忽略,发电机Ia=0,电 机的磁场由励磁电流If单独建立。6768主磁通主磁通0:通过主磁极铁心、气隙、电枢齿、电枢轭和定子磁 轭。与励磁绕组和电枢绕组交链。运用磁路欧姆定律有：0=2Ff/(2Rm+2Rmt+Rma+Rmm+Rmj)，式中 Rm-气隙磁阻，Rmt-电枢齿磁阻，Rma-电枢磁轭磁阻，Rmm-主磁极磁阻，Rmj-定子磁轭磁阻02Ff/2RmFf/Rm气隙磁阻起主导作用，则有气隙磁阻起主导作用，则有当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于取决于气隙的大小和形状气隙的大小和形状。B=0Ff/漏磁通漏磁通:不进入电枢铁心不进入电枢铁心,只与只与励磁绕组励磁绕组交链交链.漏磁通漏磁通,主磁通产生感应电动势和电磁转矩主磁通产生感应电动势和电磁转矩NS70气隙中主磁场磁通密度的分布气隙中主磁场磁通密度的分布主磁极波形主磁极波形(不计齿槽影响，电机空载)：在极靴下,气隙较小,各点磁通密度较大,为B,在极靴范围以外,磁回路中气隙长度增加很多,磁通密度显著减小,至两极之间的几何几何中性线中性线处磁通密度为0。物理中性线物理中性线：气隙中各点磁通密度为零的点的连线称为物理中性线。7172极对数为极对数为1时气隙中主磁场磁通密度的分布时气隙中主磁场磁通密度的分布几何中性线与物理中性线重合几何中性线与物理中性线重合73磁化曲线磁化曲线逼近曲线逼近曲线:0=aIf02+bIf0+c磁化曲线磁化曲线:主磁通0和励磁电流If0之间的关系磁通数值不大时,磁动势随磁 通成正比例增加；磁通达到一定数值后,磁动势 的增加比磁通增加快,磁化曲 线呈饱和特性；7475三、直流电机负载时的磁场及电枢反应三、直流电机负载时的磁场及电枢反应(转子磁场的影响)电枢磁动势电枢磁动势:当直流电机带上负载以后，在电机磁路中又形成一个磁动势，这个磁动势称为电枢磁动势。电枢反应电枢反应:电机气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。分析方法分析方法:定性分析，不考虑非线性因素，先分析励磁磁场和电枢磁场，然后叠加。76 在一个磁极下元件边中电流方向都是相同的,不同极性的 磁极下元件边中电流方向相反;电刷为电枢表面各元件中电流分布的分界线;绕组特点绕组特点：电枢磁动势和电枢磁场的磁密的分布电枢磁动势和电枢磁场的磁密的分布 一个元件时为 77一个元件所产生的电枢磁动势一个元件所产生的电枢磁动势磁场分布磁动势分布78四个元件时电枢磁动势四个元件时电枢磁动势Fax波形波形电枢磁动势为各个元件的叠加，形成多级阶梯，元件较多时，可以看做是三角形波。79负载时磁场为空载时磁场和电枢磁动势形成磁场的叠加。而且由于各磁极下电流方向不变，故主磁场的分布波是静止的。忽略铁心中磁压降，电枢磁场的磁密沿电枢表面的曲线为:为气隙长度。(极靴下气隙较小，极间气隙较大)Bax=0Fax/80Bax=0Fax/81（a）主极磁场 （b）电枢磁场 （c）合成磁场+-+-82电枢反应电枢反应电枢反应的作用：将空载主磁场和电枢磁场合成，得到负载时的主磁场.加强削弱83电刷在几何中性线时的电枢反应的特点电刷在几何中性线时的电枢反应的特点使气隙磁场发生畸变使气隙磁场发生畸变 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线一个角度，磁通密度的曲线与空载时不同。物理中性线与几何中性线不再重合物理中性线与几何中性线不再重合.电动机：逆电枢旋转方向转过角度电动机：逆电枢旋转方向转过角度发电机：顺电枢旋转方向转过角度发电机：顺电枢旋转方向转过角度对主磁场起去磁作用对主磁场起去磁作用84电枢反应对直流电机的工作影响电枢反应对直流电机的工作影响:使磁极半边的磁场加强；另半边的磁场减弱,负载越大,电枢反应引起的磁场畸变越强烈，其结果将破坏电枢绕组元件的正常换向，易引起火花，使电机工作条件恶化。同时电枢反应将使极靴尖处磁通密集，造成换向片间的最大电压过高，也易引起火花甚至造成电机环火(电弧)。削弱电枢反应影响的方法削弱电枢反应影响的方法:加装附加磁极以便使畸变的磁通得以补偿。对大型电机，在主磁极的顶部加装补偿绕组可使磁通分布畸变得以修正。85感应电动势的计算感应电动势的计算第五节第五节 感应电动势和电磁转矩的计算感应电动势和电磁转矩的计算 已知条件:电机转速n(r/min),电机极对数p,每极有效磁通,总有效导体数Z一、感应电动势的计算一、感应电动势的计算Ea=CenCe-电动势常数，电动势常数，Ce=pZ/60a86电枢转速n磁场exexEa每根导体的感应电动势为而87电枢电动势总有效导体数为Z,则每个支路导体数为m=Z/2a;88直流电机感应电动势直流电机感应电动势Ea=Cen（Ce=pZ/60a）对已制成的电机,Ce是一个常数,称为电动势常数电动势常数.如果不计饱和影响,磁通与励磁电流If的关系可表示为:Wbr/minV=KfIf则感应电动势的计算公式可表示为：式中 -机械角速度89直流电机的感应电动势公式是直流电机重要的基本公式之一,它表明感应电动势Ea的大小与每极有效磁通和电枢转速n的乘积成正比.不计饱和影响时,与励磁电流If和电枢机械角速度的乘积成正比。感应电动势的方向和性质：方向：由和n共同决定。性质：发电机为电源电动势；电动机为反电动势。90二、电磁转矩的计算二、电磁转矩的计算电磁转矩的计算电磁转矩的计算Te=CTIaCT-转矩常数，转矩常数，CT=pZ/2a91每极下每根导体电磁力Fx=NyBxlia 电磁力Fx产生的电磁转矩 若元件数为S,则电枢表面dx段上共有元件边数(一个元件2个边)为(2S/Da)dx,dx段导体所产生的电磁转矩为，绕组的全部有效导体数为Z=2SNy,电枢总电流为Ia=2aia,a为支路数。则上式可表示为92一个极距内导体电流所产生的电磁转矩 电机的电枢和磁极是对称的,则每极下产生的电磁转矩相同,所以直流电机电磁转矩的计算公式为：CT-转矩常数转矩常数,对已经制成电机为常数,CT=pZ/2a电机总的电磁转矩 93直流电机的电磁转矩直流电机的电磁转矩Te=CTIa单位：电流Ia-A,磁通-Wb，电磁转矩-Nm若不计饱和的影响,电磁转矩的计算公式为：式中 公式表明:电磁转矩Te的大小与每极有效磁通和电枢电流Ia的乘积成正比.如不计饱和影响,它与励磁电流If和电枢电流Ia的乘积成正比。94电磁转矩的方向和性质：方向：由和Ia共同决定性质：发电机为制动转矩，Te与n方向相反。电动机为拖动转矩，Te与n方向相同。电动势常数和转矩常数的关系:因为 Ce=pZ/60a,CT=pZ/2a,则CT=60Ce/2=e 95电机中电枢能量关系电机中电枢能量关系 EaIa=Te 电枢消耗(产生)电能产生(消耗)机械能能量不灭能量不灭,电磁功率等于机械功率电磁功率等于机械功率96第六节第六节 直流电机的运行原理直流电机的运行原理 一、直流电机的基本方程式一、直流电机的基本方程式电气系统:电动势平衡方程式电动势平衡方程式机械系统:转矩平衡方程式转矩平衡方程式直流电机的运动方程式包括:机电能量转换关系:功率方程式功率方程式 97(一一)电动势平衡方程式电动势平衡方程式直流电机是一种定子和转子双边励磁的机电系统直流电机是一种定子和转子双边励磁的机电系统.由于电刷由于电刷和换向器的作用和换向器的作用,电枢磁动势和励磁磁动势方向始终垂直电枢磁动势和励磁磁动势方向始终垂直.电枢绕组的轴线与励磁绕组的轴线互相垂直电枢绕组的轴线与励磁绕组的轴线互相垂直,两个磁回路之两个磁回路之间不存在互感作用间不存在互感作用。1.电枢回路电压电枢回路电压电动机电动机若电磁力和机械量均为时间函数,对于电动机则有M+-Ua+-EaIaRa982.励磁回路电压励磁回路电压 若是并励电机则有 ua=uf=u若电机稳态运行,则电路中的电磁量和机械量可认为是常量,有 Ua=Ea+RaIa=Cen+IaRaM+-Ua+-EaIa电动机电枢电路图电动机电枢电路图RaUf=RfIf99发电机发电机Ua=Ea-IaRa=Cen-IaRaUf=RfIfM+-Ua+-EaIa发电机电枢电路图发电机电枢电路图Ra电动机电动机:提供提供Ua,电压落在在电阻电压落在在电阻Ra和和Ea上上发电机发电机:产生产生Ea,部分消耗在部分消耗在Ra上上,并向外提供并向外提供Ua100Ua=Ea IaRaEa=Ce n nTe=CTIaCTeEaIa=TeM+-Ua+-EaIaRa常用方程式常用方程式+电动机;-发电机101(二二)转矩平衡方程式转矩平衡方程式1.电动机电动机直流电动机TeT0T2 输入 电功率直流电动机转矩关系直流电动机转矩关系机械负载机械负载输出机械功率电磁转矩Te是拖动性质,与轴上的机械负载转矩(等于负载制动转矩T2和空载损耗转矩T0之和)及惯性转矩TJ=Jd/dt相平衡.电动机的转矩平衡方程式为：Te=CTIa若电机以恒定角速度转动,则转矩平衡方程式为：Te=T2+T01输入;2输出1022.发电机发电机直流电动机TeT0T1 输出 电功率直流发电机转矩关系直流发电机转矩关系原动机转矩原动机转矩输入机械功率发电机中,原动机拖动转矩为T1,转矩平衡方程为:T1=Te+T0 103(三三)功率关系功率关系1.电动机电动机(并励并励)输入电动机的电功率P1除去励磁绕组铜耗Pcuf,电枢绕组铜耗Pcua 及电刷接触损耗Pc,即为电动机转换为机械功率的电磁功率Pe(1)输入电功率P1104(2)电磁功率Pe PFe-铁心损耗Pmech-机械损耗P0=PFe+Pmech-空载损耗 P2=T2-电动机输出的机械功率当忽略空载损耗不计,Tem=TL,电动机的电枢电流由负载转矩TL和磁通决定。Ia=Te/CTTL/CT105(3)总损耗 P1-P2=Pcuf+Pcua +Pc+PFe+Pmech(4)效率=P2/P1*1001062.发电机发电机P1=T1=(Te+T0)=Pe+P0=Pe+PFe+PmechPe=EaIa=(U+IaRa+2Uc)Ia=UIa+Ia2Ra+2UcIa=P2+PCuf+PCua+P0=UI+UIf+Ia2Ra+2UcIa107直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性:电动机端电压U=UN,电枢回路无外加电阻,励磁电流If=IfN 时,电动机的转速n,电磁转矩Te和效率三者与输出功率P2之间的关系。用函数表示为：n=f(P2)Te=f(P2)=f(P2)Ia可直接测量,随P2的增大而增大,并且增大的趋势相似,所以常将工作特性表示为Ia的函数,即为n=f(Ia)Te=f(Ia)=f(Ia)二、直流电动机的工作特性二、直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性因励磁方式不同因励磁方式不同,差别差别很大。很大。1081.并励直流电动机的工作特性并励直流电动机的工作特性(1)转速特性转速特性 n=f(Ia)研究条件:U=UN,If=IfN数学表达式U=Ea+IaRa 且Ea=Cen 则有 当Ia=0时,即理想空载时,则转速为n0(n0=UN/Ce),上式为109若不考虑电枢反应的去磁作用,可认为是与Ia无关的常量,转速特性可表示为:n=n0 Ian0理想空载转速,n0=UN/(Ce)斜率,=Ra/(Ce)实际上实际上,直流电动机的磁路总是设计得比较饱和直流电动机的磁路总是设计得比较饱和,当当Ia增大增大时时,电枢反应呈去磁作用电枢反应呈去磁作用,减小减小,由由转速特性知转速特性知:当磁通当磁通随电枢电流增加而减小时随电枢电流增加而减小时,使转速趋向上升使转速趋向上升.为保证电机为保证电机的稳定运行的稳定运行,应加装补偿绕组使电机具有略微下降的特性应加装补偿绕组使电机具有略微下降的特性110励磁电路断电的后果励磁电路断电的后果：当 If=0,=r很小,n不能突变Ea很小IaTe=CTrIa仍有一定数值 i)TeTLn(飞车)ii)TeTLnn=0(闷车)n0n0nIa111(2)转矩特性转矩特性 Te=f(Ia)研究条件：U=UN,If=IfN数学表达式：Te=CTIa若不计磁路饱和,则 TeIa；若考虑磁路饱和,则Te随着Ia的增加略有下降。112(3)效率特性效率特性 =f(Ia)研究条件：U=UN,If=IfN数学表达式电机损耗包括:铜耗,铁耗,机械损耗以及附加损耗.113铜耗铜耗:电流流过导体,消耗在电阻上的损耗.直流电机的铜耗包括电枢回路铜耗,励磁回路铜耗以及电刷接触损耗。PCu=PCua+PCuf+Pc=Ia2Ra+If2Rf+2UcIa特点:随Ia变化,是变化的损耗。机械损耗机械损耗：组成组成:冷却风扇损耗，转子摩擦损耗 特点特点:电机转速变化不大时,可认为机械损耗不变114铁耗铁耗:指电动机的主磁通在磁路的铁磁材料中交 变时所产生的损耗。引起原因引起原因:电枢铁心在气隙磁场中旋转而切割磁场 所引起的。组成组成:涡流损耗和磁滞损耗 特点特点:在转速和气隙磁密变化不大时,可以认为铁 耗是不变的。附加损耗附加损耗（杂散损耗）115不计附加损耗时,并励电动机的效率为:该式有最大值,即电动机在某一负载时,效率达到最高.令d/dIa=0,可求出效率最高时的条件为:上式表明:当电动机的不变损耗等于不变损耗等于随电流平方而变化的可变损耗时可变损耗时,电动机的效率达到最高。1162.串励电动机的工作特性串励电动机的工作特性特点:I=If=Ia,主磁通随负载电流Ia的变化而变化。U=Uf+Ua(1)转速特性 n=f(Ia)电机空载或轻载运行时,Te0If=Ia0r很小n=n0=U/Cer(56)nN 串励直流电动机绝对不允许空载或轻载运行串励直流电动机绝对不允许空载或轻载运行117串励电动机If=Ia,与Ia符合磁化曲线关系.轻载时Ia较小,Ia,=kIa转速与电枢电流是非线性关系重载时Ia较大,近似不变转速与电枢电流是线性关系 118(2)转矩特性Te=f(Ia)根据Te=CTIa,则有:轻载时,=kIa,Te=CTkIa2,抛物线重载时,为常数,Te=CTIa,直线串励直流电动机适用于负载负载转矩在较大范围内变化转矩在较大范围内变化和要求要求有较大起动转矩及过载能力有较大起动转矩及过载能力的生产机械上。1193.复励电动机的工作特性复励电动机的工作特性120例一台他励直流电动机的额定数据为:PN=1325kW,UN=750V,IN=1930A,nN=200r/min,电枢绕组的电阻Ra,电刷接触压降 2Uc=2V。设电动机原来在转速200r/min和额定负载下运行,在负载总制动转矩(包括损耗转矩)保持不变的情况下,求：(1)在电枢回路中突然串入电阻R,在串入电阻的最初瞬间和达到稳定时的电枢电流和转速分别是多少？(2)减少电动机的励磁电流,使磁通减少10%,达到稳定时的电枢电流和转速各是多少？121三、直流发电机的特性三、直流发电机的特性 直流发电机中,物理量U(端电压)、Ia(电枢电流)、If(励磁电流)两两间的关系称为发电机运行特性发电机运行特性。1.他励发电机他励发电机(1)空载特性空载特性U0=f(If)直流发电机的空载特性直流发电机空载运行时,空载空载端电压端电压U0与励磁电流励磁电流If之间的关系.测试方法：测试方法：原动机以n=nN拖动发电机,励磁电压为Uf,调节励磁电流If0,使发电机空载电压U0(1.3)UN,然后使If0逐步降回0,逐点测取U0与If0。U0=E0=Cen=Cen(If)122直流发电机的空载特性直流发电机的空载特性剩磁感应电动势测试转速固定时,发电机空载特性为其电枢感应电动势与其对应磁动势的关系.具体特性曲线为主磁极磁化曲线的倍数。123(2)外特性外特性U=f(Ia)当If=IfN,n=nN时,U与Ia的关系曲线下降原因:U=Ce(If)nN-IaRa内阻Ra有压降电枢反应去磁,使Ea减小电压变化的程度用U表示,称为电压变化率电压变化率他励电机U=(510)%直流发电机的外特性124(3)调节特性调节特性 If=f(Ia)直流发电机的调节特性 当 n=nN,U=UN时,If与 Ia的关系 当Ia较小时,电枢反应不明显,改变Ia不需要同步改变If即可使上式不变。当Ia较大时,去磁效果明显,要保持上升不变,必须增大励磁电流If调节特性表示当电机输出电流增加时,端电压要下降,此时可通过增加励磁电流来补偿下降的电压1252.自励自励(并励和复励并励和复励)直流发电机空载电压的建立直流发电机空载电压的建立 发电机发电机他励他励:需要外部直流电源进行励磁需要外部直流电源进行励磁自励自励:不需要外部直流电源进行励磁不需要外部直流电源进行励磁(1)并励直流发电机电压的建立并励直流发电机电压的建立(自励自励)条件条件主磁极必须有剩磁r励磁电路的电阻必须小于临界电阻励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向126 主磁极必须有剩磁主磁极必须有剩磁r127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rErIfr(=r+f)Ea,UIf空载电压建立能否稳定？空载电压建立能否稳定？128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Uf=If RfU0E0=Cen=Cen(If)励磁绕组端电压U0与励磁电流If在磁路上满足空载特性空载特性在电路上满足伏安特性伏安特性当Uf=U0时,达稳定点A,即两曲线的交点。U0=E0=Cen=Cen(If)U0=IfRf129130例例 一台并励直流发电机一台并励直流发电机UN=220V，IN=76A,nN=1500r/min,电枢电阻电枢电阻Ra，励磁电阻，励磁电阻Rf100，效率，效率=86%.试求额定状态下的输入功率、电磁功率和电磁转矩。试求额定状态下的输入功率、电磁功率和电磁转矩。131作业作业:2-18,2-191.抄写题目；2.有必要的文字说明；3.计算过程要详细:公式代入数值结果；4.独立完成。132