第三章直流电机原理PPT讲稿.ppt

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1、第三章直流电机原理第1页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.1.2、直流电机的基本工作原理、直流电机的基本工作原理：（一）最简单的交流发电机模型：（一）最简单的交流发电机模型：其大小为：其大小为：eB l l v v 方向方向 ：右手定则：右手定则 图图31为交流发电机原理为交流发电机原理感应的交变电势从感应的交变电势从A、B两两点引出点引出如果将上述交变电势进行如果将上述交变电势进行整流，便可得到直流电整流，便可得到直流电 整流方式主要有：整流方式主要有：电子式电子式 机械式（换向器）机械式（换向器）第2页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第

2、三章 直流电机原理直流电机原理（二）直流发电机模型：（二）直流发电机模型：图图3 2 为一个简单的直流发电机物理模型：为一个简单的直流发电机物理模型：换向器 在这种结构下，导体在磁场在这种结构下，导体在磁场中旋转所产生的感应电势在电中旋转所产生的感应电势在电刷刷A上总呈正极性，而在上总呈正极性，而在B上总上总呈负极性呈负极性这仅仅是是一个物理模型，实这仅仅是是一个物理模型，实际的直流发电机电枢是许多线际的直流发电机电枢是许多线圈分布在电枢铁心上，按照一圈分布在电枢铁心上，按照一定的规律连接起来，构成电枢定的规律连接起来，构成电枢绕组。绕组。第3页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章

3、 直流电机原理直流电机原理（三）直流电动机模型：（三）直流电动机模型：与发电机不同的是：与发电机不同的是：、线圈不由原动机拖动、线圈不由原动机拖动、电刷、电刷A、B接在直流电源上接在直流电源上 于是线圈于是线圈abcd中有电流流过中有电流流过如图所示，根据安培定律，载流如图所示，根据安培定律，载流导体导体ab,cd上受到电磁力，上受到电磁力，其大小其大小 f f B l l i i (N)(N)方向用左手定则确定方向用左手定则确定 电磁转距电磁转距 T f f R R 电磁转距的方向图中为逆时针电磁转距的方向图中为逆时针 只要只要T阻力转距，电枢就能阻力转距，电枢就能按逆时针方向旋转起来。按逆

4、时针方向旋转起来。实际的电动机结构与发电机实际的电动机结构与发电机差不多。差不多。第4页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.2、直流电机的主要结构与型号：、直流电机的主要结构与型号：3.2 1、主要结构、主要结构：定子定子机座机座电刷装置电刷装置主磁极主磁极换向极换向极转子转子电枢铁芯电枢铁芯电枢绕组电枢绕组换向器换向器风扇风扇转轴与转子转轴与转子端盖端盖直流电机直流电机第5页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.2 2、电机的名牌数据：、电机的名牌数据：根据国家标准，直流电机的额定数据有：根据国家标准，直流电机

5、的额定数据有：、额定容量（功率）：、额定容量（功率）：PN ；(KW)、额定电压：、额定电压：UN ；(V)、额定电流：、额定电流：IN ；(A)、额定转速：、额定转速：nN ；(r/min)、励磁方式和额定励磁电流：、励磁方式和额定励磁电流：IfN .(A)除此以外，还有额定转距、额定效率等，但未标在名牌上。除此以外，还有额定转距、额定效率等，但未标在名牌上。直流发电机的额定功率：直流发电机的额定功率：PN UN IN直流电动机的额定功率：直流电动机的额定功率：PN UN INN电动机轴上输出的额定转距：电动机轴上输出的额定转距：PN PN PN (W)PN(KW)T2N 9.55 9 55

6、0 N 2nN nN nN 60 额定运行状态额定运行状态直流电机的运行状态：欠载运行状态直流电机的运行状态：欠载运行状态 过载运行状态过载运行状态第6页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.2 3、国产直流电机的主要系列产品：、国产直流电机的主要系列产品：1、产品型号的含义：、产品型号的含义：Z231一般用途的防护式中小型直流电机表示第二次设计表示机座号表示铁心长度顺序号2、产品：请看、产品：请看P31的内容的内容第7页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.3 直流电机的磁路、空载时的气隙磁密与空载磁化曲线：直流

7、电机的磁路、空载时的气隙磁密与空载磁化曲线：3.3.1、直流电机的磁路：、直流电机的磁路：磁场可由永久磁铁或直流励磁绕组产生，由于永久磁铁的磁场磁场可由永久磁铁或直流励磁绕组产生，由于永久磁铁的磁场比较弱，故绝大多数直流电机的主磁场都由励磁绕组产生。比较弱，故绝大多数直流电机的主磁场都由励磁绕组产生。（1）电机空载运行（无载运行）时的磁路：）电机空载运行（无载运行）时的磁路：如图如图3.8 当绕组流过当绕组流过I f f 时时,每极磁通势为：每极磁通势为：Ff f I f f WW f f 其磁路为：其磁路为：N极极气隙气隙电枢电枢气隙气隙S极极定子定子N极极第8页，共48页，编辑于2022年

8、，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理主磁通：主磁通：主磁路：主磁路：漏磁通：漏磁通：漏磁路：漏磁路：直流电机的磁路可分为五个部分：气隙、电枢齿、电枢磁轭、直流电机的磁路可分为五个部分：气隙、电枢齿、电枢磁轭、主磁极、定子磁轭。主磁极、定子磁轭。第9页，共48页，编辑于2022年，星期二3.3.2、空载时气隙磁通密度的分布波形：、空载时气隙磁通密度的分布波形：图图3.9为主磁路的简化图为主磁路的简化图磁管所包围的导体总电流为：磁管所包围的导体总电流为：2 I f f WW f f 2 Ff f 为了分析方便，可忽略铁磁材料的磁阻，为了分析方便，可忽略铁磁材料的磁阻，2Ff f Ff f

9、 Ff f 0 0 l l i i于是于是 2 R m m R mm 运用磁路欧姆定律，该磁管里的磁通运用磁路欧姆定律，该磁管里的磁通为：为：2Ff f 2 R mm2 R mtmt R m am a2 R m mm m R m j m j 气隙磁阻气隙磁阻 齿磁阻齿磁阻 电枢磁轭电枢磁轭 主磁极主磁极 定子磁轭定子磁轭 磁阻磁阻 l l 而而 R m m S S R m m 0 0 l l i i(0 0 1.25106 H/m)第三章第三章 直流电机原理直流电机原理第10页，共48页，编辑于2022年，星期二从上式可知从上式可知 Bx与与 成反比成反比(Ff f 在一个磁极范围内大小都一样

10、在一个磁极范围内大小都一样.第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 Ff f 0 0 Ff f设设Bx为气隙处磁密为气隙处磁密,则则Bx (Wb/m(Wb/m2 2)l l i i l l i i 0 0 l l i i第11页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.3.3、空载磁化特性：、空载磁化特性：空载磁化特性即空载磁化特性即 f f(Ff f)或或 f f(If f)特点特点:具有饱和的特点具有饱和的特点 0 0I f f2 21 1NI f Nf N图图3.11 空载磁化特性空载磁化特性气隙线气隙线A A饱和的特点可以这样理解饱和的特点可以这样理

11、解:当气隙每极磁通当气隙每极磁通 较小时较小时,铁磁材料的磁位降铁磁材料的磁位降较小较小,总磁位降主要是气隙磁位降总磁位降主要是气隙磁位降,或者说励磁磁或者说励磁磁通势主要消耗在气隙里通势主要消耗在气隙里.0 0为常数为常数,空载磁空载磁化特性呈直线关系化特性呈直线关系.当每极磁通当每极磁通 较大时较大时,铁磁材料出现饱和铁磁材料出现饱和,磁位磁位降剧增降剧增,消耗的磁通势剧增消耗的磁通势剧增.使使空载磁化特性呈饱和空载磁化特性呈饱和的特点的特点.为了经济地利用材料为了经济地利用材料,电机额定运行的磁通额定电机额定运行的磁通额定值取在空载特性开始弯曲的地方值取在空载特性开始弯曲的地方(A点点)

12、.第12页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.3.4、直流电机的励磁方式：、直流电机的励磁方式：他励方式他励方式自励方式自励方式并励并励串励串励复励复励第13页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.4、直流电机的电枢绕组：、直流电机的电枢绕组：电枢绕组是由许多形状完全一样的单匝绕组元件（或多匝元件）以一定电枢绕组是由许多形状完全一样的单匝绕组元件（或多匝元件）以一定的规律联接起来。元件的个数用的规律联接起来。元件的个数用S表示。表示。同一元件的首端和尾端分别接到不同的换向片上，各元件通过换向片彼此同一元件的首端和

13、尾端分别接到不同的换向片上，各元件通过换向片彼此联接起来。同一换向片上既联有一个元件的首端，又联有另一元件的尾端。联接起来。同一换向片上既联有一个元件的首端，又联有另一元件的尾端。如换向片数用如换向片数用K 表示，则表示，则S K实槽实槽 即电枢上实际的槽即电枢上实际的槽虚槽虚槽 即一个上层元件边与一即一个上层元件边与一个下层元件边称为一个虚槽个下层元件边称为一个虚槽 一个实槽中的虚槽数等于该实槽里上层元件（或下层）并列的元件边数，用一个实槽中的虚槽数等于该实槽里上层元件（或下层）并列的元件边数，用u表示。表示。则电机的总虚槽数则电机的总虚槽数 Ze uZ S K电枢绕组全部导体数电枢绕组全部

14、导体数 N 2 uWyZ 2WyZe概述：概述：绕组元件、绕组元件、单匝元件、单匝元件、多匝元件多匝元件第14页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理直流电机电枢绕组最基本的形式有两种单叠绕组，单波绕组 除此，还有复叠绕组、复波绕组和混合绕组。下面重点介绍最基本的两种3.4.1 单叠绕组单叠绕组图图3.143.14 1、节距（1）第一节距 y1 Z Ze ey y1 1 整数整数 2P （长距绕组）（长距绕组）当当 0 （等距绕组）（等距绕组）（短距绕组）（短距绕组）（2）合成节距y 和换向片节距yK对单叠绕组 y yK 1（3）第二节距 y2对单叠绕组 y

15、2 y1 y第15页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理2、单叠绕组 的展开图 绕组展开图就是把放在电枢铁心槽里的各元件构成的电枢绕组单独取出来画成一张图，以表示槽里各元件彼此在电路上的联接关系。因此，绕组因此，绕组展开图是一个原理图，不是实际的绕组结构图展开图是一个原理图，不是实际的绕组结构图。第16页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3 3、单叠绕组元件的联接次序、单叠绕组元件的联接次序：从从3.153.15图可知：图可知：第17页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理4 4、

16、单叠绕组的并联支路图、单叠绕组的并联支路图：并联支路图可按图并联支路图可按图3.153.15各元件联接的顺序画出来各元件联接的顺序画出来第18页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 单叠绕组的特点单叠绕组的特点：、支路对数等于极对数，、支路对数等于极对数，a P；、当元件几何形状对称，电刷放在主磁极中心线时，正、当元件几何形状对称，电刷放在主磁极中心线时，正、负电刷间负电刷间e为最大，被电刷所短路的元件里感应电势最小；为最大，被电刷所短路的元件里感应电势最小；、电刷杆数等于极数。、电刷杆数等于极数。第19页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章

17、直流电机原理直流电机原理3.4.2 单波绕组单波绕组1、节距（1）第一节距y1（同单叠）（2）合成节距y 和换向片节距yK（3）第二节距 y2对单波绕组 y2 yy1对单波绕组 y yK K 1yK P单波绕组单波绕组 联接后形状犹如波浪，故此得名联接后形状犹如波浪，故此得名第20页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理2、单波绕组 的展开图 图3.19 是通过计算已知y1 4，yK 7，y 7，y2 3，画出来的一张展开图。第21页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3 3、单波绕组的并联支路图、单波绕组的并联支路图：

18、与单叠不同从图从图3.193.19中可知，单波绕组是把所有中可知，单波绕组是把所有N N极下的元件串联起来组成极下的元件串联起来组成一个支路，而把所有一个支路，而把所有S S极下的元件串联起来组成另一个支路，故极下的元件串联起来组成另一个支路，故得出得出a a永远等于永远等于1 1，与极对数无关。，与极对数无关。第22页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 单波绕组的特点单波绕组的特点：、支路对数、支路对数a 1，与极对数，与极对数P 无关；无关；、当元件形状对称，电刷对准磁极中心线时，则支路感应、当元件形状对称，电刷对准磁极中心线时，则支路感应 电势电势

19、e为最大；为最大；、电刷杆数等于极数。、电刷杆数等于极数。单叠绕组与单波绕组的适用范围单叠绕组与单波绕组的适用范围：单叠绕组：适用于较低电压、较大电流的电机（单叠绕组：适用于较低电压、较大电流的电机（a a 大，且大，且 每一支路的元件数少）每一支路的元件数少）单波绕组：适用于高电压、小电流的电机（单波绕组：适用于高电压、小电流的电机（a a 1，每一，每一 支路的元件数多）支路的元件数多）第23页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.5、电枢电动势与电磁转距：、电枢电动势与电磁转距：3.5.1、电枢电动势、电枢电动势：是指电刷之间的感应电动势，即电枢绕

20、组每是指电刷之间的感应电动势，即电枢绕组每 个支路里的感应电动势。个支路里的感应电动势。一根导体的平均电动势为一根导体的平均电动势为：eavBav l li v v n其中其中：Bav v v 2 P2 P l li 60 n将将v v、Bav代入得代入得：eav2 P 60说明说明 eav 的大小只与导的大小只与导体每秒切割的总磁通量体每秒切割的总磁通量 2 P 有关，而与气隙有关，而与气隙磁密的分布波形无关磁密的分布波形无关 N P N于是，于是，Ea eav nCe n 2a 60a P N式中：Ce （常数）（常数）称为电动势常数称为电动势常数 60a 支路总导体数支路总导体数从此式可

21、知：已制造好的电机，其从此式可知：已制造好的电机，其 Ea n第24页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.5.2、电磁转距：、电磁转距：一根导体所受的平均电磁力为一根导体所受的平均电磁力为：f favBav l li i i a 式中式中：i i a I Ia/2a 是导体里流过的电流是导体里流过的电流一根导体所受的平均转距为一根导体所受的平均转距为：T1 f fav D/2 D/2 （D D为电枢直径）为电枢直径）则总的电磁转距为则总的电磁转距为：T T1N C CT I Ia 式中式中：C CT PNPN/2a 为转距常数为转距常数C CT 9.5

22、5 C Ce已制造好的电机，其已制造好的电机，其 T I Ia 小结：前面分析了电枢电动势和电磁转距的大小，小结：前面分析了电枢电动势和电磁转距的大小，而方向分别而方向分别 用右手定则和左手定则来决定。用右手定则和左手定则来决定。第25页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.5.3、直流电机的电枢反应：、直流电机的电枢反应：电枢反应：电枢反应：电机在负载运行时，电枢绕组中有电流，此电流也产电机在负载运行时，电枢绕组中有电流，此电流也产 生磁通势，生磁通势，叫电枢磁通势。电枢磁通势必然会影响空叫电枢磁通势。电枢磁通势必然会影响空 载时只有励磁磁通势单独作用

23、载时只有励磁磁通势单独作用 的磁场，有可能改变气的磁场，有可能改变气 隙磁密的分布及每极磁通量的大小，这种现象叫。隙磁密的分布及每极磁通量的大小，这种现象叫。电枢反应磁场如图电枢反应磁场如图3.20 电枢绕组中的电流电枢绕组中的电流 在在N 极下流出，极下流出，在在S 极下流入，用右手定则可确定极下流入，用右手定则可确定电枢磁通势的方向，其轴线与电刷电枢磁通势的方向，其轴线与电刷轴线重合。与主磁通轴线重合。与主磁通直流机负载运行时，合成磁势直流机负载运行时，合成磁势是主磁场与电枢磁势之和（矢量和）是主磁场与电枢磁势之和（矢量和）与空载的主磁场相比，电枢反应使与空载的主磁场相比，电枢反应使合成磁

24、场每极总磁通减小。这就是合成磁场每极总磁通减小。这就是电枢反应的去磁效应。电枢反应的去磁效应。第26页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.7、直流电动机运行原理、直流电动机运行原理：电机的可逆原理：同一台电机，无论是交流还是直流，既可作为电机的可逆原理：同一台电机，无论是交流还是直流，既可作为 发电机运行，又可作为电动机运行。只要满足运行条件，这发电机运行，又可作为电动机运行。只要满足运行条件，这 两种状态可以相互转换。两种状态可以相互转换。3.7.1、他励直流电动机稳定运行的基本方程式：、他励直流电动机稳定运行的基本方程式：图中：图中：TL T2 T

25、0 T2为轴上输出的转距，为轴上输出的转距，T0为电动机的空载转距为电动机的空载转距TL为负载转距为负载转距T 与与n 同方向同方向，为拖动性转距为拖动性转距其余各物理量的正方向如图。其余各物理量的正方向如图。第27页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理他励直流电动机稳定运行时的基本方程式：他励直流电动机稳定运行时的基本方程式：电枢电势：Ea Ce n 电枢回路方程式：U Ea Ia Ra 电磁转距：T C CT I Ia 稳态运行时转距关系：T T2 T0 TL 励磁电流：I If U Uf /R Rf 每极磁通：f f (I If I Ia)(由空载磁

26、化特性和电枢反应而定由空载磁化特性和电枢反应而定)以上我们是采用电动机惯例来规定正方向的。后面我们分析以上我们是采用电动机惯例来规定正方向的。后面我们分析电力拖动系统运行状态及功率关系时，均采用电动机惯例。电力拖动系统运行状态及功率关系时，均采用电动机惯例。应特别指出：采用哪一种惯例，都不影响对电机运行状态的应特别指出：采用哪一种惯例，都不影响对电机运行状态的 分析。分析。第28页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.7.2、他励直流电动机的功率关系：、他励直流电动机的功率关系：电源输入的电功率：电源输入的电功率：P1 PM Pcua电磁功率：电磁功率：

27、PM P2 P0 其中其中：P0 Pm PFe总损耗：总损耗：P Pcua Pcu f P0 PS P效率：效率：1 P2 P 其功率流程图如图其功率流程图如图3.24 PS称为杂散损耗，它是由电枢反应造成的铁损增加和电枢齿槽称为杂散损耗，它是由电枢反应造成的铁损增加和电枢齿槽影响电枢铁心损耗增大所致。一般不易计算，采用估算的办法：影响电枢铁心损耗增大所致。一般不易计算，采用估算的办法：对无补偿绕组的电机：对无补偿绕组的电机：PS PN 1%对有补偿绕组的电机：对有补偿绕组的电机：PS PN 0.5%第29页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.7.3、

28、直流电动机的工作特性：、直流电动机的工作特性：转速特性转速特性工作特性：工作特性：转距特性转距特性 效率特性效率特性1、转速特性：、转速特性：当当UUN 。If IfN时，时，nf f(Ia a)的关系曲线的关系曲线转速特性公式为：转速特性公式为：UN Ran Ia a Ce N Ce N Ia a n 0 公式中忽略电枢反应的影响公式中忽略电枢反应的影响，Ia a n.n.Ra 较小，较小，n n 下降得不多。下降得不多。但若考虑电枢反应的去磁效应，但若考虑电枢反应的去磁效应，n n 设计时应注意此问题。设计时应注意此问题。第30页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原

29、理直流电机原理2、转距特性：、转距特性：当当UUN 。If IfN时，时，Tf f(Ia a)的关系曲线的关系曲线转距特性公式为：转距特性公式为：T C CT I Ia 但若考虑电枢反应的去磁效应，但若考虑电枢反应的去磁效应，I Ia T T要略微减小。如右图。要略微减小。如右图。Ia a T 0当当N时，时，T I Ia 3、效率特性：、效率特性：当当UUN 。If IfN时，时，f f(Ia a)的关系曲线的关系曲线P 中，中，P0 Pm PFe 不随不随 I Ia 而变而变 曲线如图，曲线如图，I Ia 从零开始从零开始 时，时，当当I Ia 到一定程度后，到一定程度后，反而下降了反而下

30、降了 。Pcua Ia2 Ra I Ia2 Ia a 0第31页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.8、他励直流电动机的机械特性：、他励直流电动机的机械特性：3.8.1、机械特性的一般表达式：即、机械特性的一般表达式：即 n f f(T)由由Ea Ce n 得 Ea U Ia a（Ra R）U Ra Rn T n0 T Ce Ce Ce CT Ce 2他励直流电动机的机械特性一般表达式他励直流电动机的机械特性一般表达式n0 机械特性的斜率机械特性的斜率第32页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.8.2、固有机械

31、特性：、固有机械特性：当电枢当电枢UUN 。N，R0 时的机械特性，称为固有机械特性，时的机械特性，称为固有机械特性，其表达式为：其表达式为：UN Ran T Ce N Ce CT N2 TN n0 0 N T n nN TS第33页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 固有机械特性具有以下固有机械特性具有以下 7 个特点：个特点：T T越大，越大，n n越低，其特性是一条下斜直线；越低，其特性是一条下斜直线；UN 当当T0时，时，n n0 为理想空载转速为理想空载转速 Ce N 此时，此时，Ia a 0，Ea UN Ra 其值很小其值很小 ，特性较平，称

32、为硬特，特性较平，称为硬特性。性。Ce CT N2 T TN 时，时，n nN，转速降转速降 nN n0 nN TN 为为 额定转速降，一般额定转速降，一般nN 0.95 n0,nN 0.05 n0 n 0 即起动时，即起动时，Ea Ce n 0，此时此时Ia a UN/Ra Ia a 称为起动电流。电磁转距称为起动电流。电磁转距T C CT N I IS T TS 称为起动转距。称为起动转距。由于由于Ra 很小，很小，I IS和和T TS都比额定植大很多，若都比额定植大很多，若 nN 0.05 n0时时 I IS 20IN，T TS 2020 TN。这样大的起动电流和起动转距会烧毁这样大的起

33、动电流和起动转距会烧毁 换向器。换向器。第34页，共48页，编辑于2022年，星期二 T 0，n n0 ,这种情况是电磁转距实际方向与转速相这种情况是电磁转距实际方向与转速相 反了，反了，由拖动性变为制动性，这时，由拖动性变为制动性，这时，Ia 0 0 ，因此，因此 Ea UN Ia a Ra UN，n n0 ，机械特性在第二象限，机械特性在第二象限，实际上这时他励直流电动机的实际上这时他励直流电动机的 PM EaI Ia T 0 0 。输入功率输入功率P1 UNI Ia 0 0 ，变成了发电机，变成了发电机 T TS，n 0 0,当当T TS则则I Ia IS UN Ea UN 即即I Ia

34、 IS 则则UN Ea UN 成立的条件成立的条件 Ra Ra 只能是只能是Ea 0 0,即即n n 0 0,机械特性在第四象限机械特性在第四象限第三章第三章 直流电机原理直流电机原理第35页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.8.3、人为机械特性：、人为机械特性：人为机械特性人为机械特性：即人为地改变电机的参数，如励磁电流、电枢回路即人为地改变电机的参数，如励磁电流、电枢回路 电阻或电感、电压等所得到的机械特性。电阻或电感、电压等所得到的机械特性。（1）电枢回路串电阻的人为机械特性）电枢回路串电阻的人为机械特性：n0 0 n 0 R0 0R1 1 R

35、0 0 R0 0R2 2 R1 1 R2 2 T图图3.27电枢串电阻的人为机械特性电枢串电阻的人为机械特性其表达式为：其表达式为：UN Ra Rn T Ce N Ce CT N2 第36页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理（2）改变电枢电压的人为机械特性）改变电枢电压的人为机械特性：n0 0 n 0 U1 1 UN N U 0 U1 1 UN N T图图3.28改变电枢电压人为机械特性改变电枢电压人为机械特性 UN N n0 0n0 01 1 U Ran T Ce N Ce CT N2 其表达式为：其表达式为：注意：注意：（1）U的大小不能比额定值大；

36、的大小不能比额定值大；（2）U不同，理想空载转速变化，并不同，理想空载转速变化，并 成正比关系，斜率与固有机械特成正比关系，斜率与固有机械特 性斜率相同。性斜率相同。第37页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理（3）减少气隙磁通量的人为机械特性）减少气隙磁通量的人为机械特性：UN Ran T Ce Ce CT 2 其表达式为：其表达式为：从图可见：从图可见：（1）n0 0 1/（2）1/2图图3.29 减少每极磁通人为机械特性减少每极磁通人为机械特性 n0 0 n 0 Nn0 01 1 T 1以上三种机械特性都忽略了电枢反应的影响。以上三种机械特性都忽略了

37、电枢反应的影响。第38页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 电枢反应对机械特性的影响：电枢反应对机械特性的影响：电枢反应表现为去磁效应，使机械特性出现上翘现象。电枢反应表现为去磁效应，使机械特性出现上翘现象。如图如图3.30 n0 0 n 0 T图图3.30 电枢反应有去磁效应时的机械特性电枢反应有去磁效应时的机械特性克服方法：克服方法：机械特性的上翘现象使电机运行机械特性的上翘现象使电机运行不稳定。为此，对容量大的电机采不稳定。为此，对容量大的电机采取在主磁极上加一个绕组（稳定绕取在主磁极上加一个绕组（稳定绕组），绕组电流是电枢电流，产生组），绕组电流

38、是电枢电流，产生的磁通补偿电枢反应的去磁效应，的磁通补偿电枢反应的去磁效应，使之不上翘。使之不上翘。第39页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.8.4、根据电机的名牌数据估算机械特性：、根据电机的名牌数据估算机械特性：估算机械特性的思路：估算机械特性的思路：他励直流电动机的固有机械特性是一条斜直线，如他励直流电动机的固有机械特性是一条斜直线，如 果事先知道这条直线上的两点，例如空载点（果事先知道这条直线上的两点，例如空载点（n0 0，0 0）和额定工作点（和额定工作点（nN N，TN N），就可将），就可将机械特性画出。机械特性画出。具体做法：具体做法

39、：上述两点，为两个特殊的工作点。上述两点，为两个特殊的工作点。nN N能在产品目录能在产品目录或名牌数据中找到，而或名牌数据中找到，而 n0 0 和和 TN N 却不知道，需要求解。却不知道，需要求解。1 1、求、求n0 0 UN EaN UN IN N Ra 已知已知 n0 其中其中 Ce N Ce N nN nN第40页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 故有两种方法求故有两种方法求n0 0：EaN 根据经验估算根据经验估算 EaN 然后然后Ce N nN UN n0 Ce N 根据所选直流电机，实测其根据所选直流电机，实测其 Ra我国目前设计的直流

40、机我国目前设计的直流机 EaN （0.930.97 ）UN 其中小容量取小的系数，大容量取大的。其中小容量取小的系数，大容量取大的。此法只适用于小容量此法只适用于小容量直流电机直流电机第41页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理额定转距为额定转距为：TN C CT N I IN9.55 C Ce N I IN注意注意：直流电机转轴上输出转距直流电机转轴上输出转距 T2N与与 T TN不相等，相差不相等，相差T T0 0 即即 TN T2N T T0 0 PN T2N 9550 nN2 2、求、求TN N:综上所述，根据名牌数据求电动机的固有机械特性步骤如下

41、：综上所述，根据名牌数据求电动机的固有机械特性步骤如下：估算估算EaN或实测或实测Ra 计算计算 C Ce N 求求n0 0 计算计算TN求出空载点（求出空载点（n0 0，0 0）和额定工和额定工作点（作点（nN N，TN N），过两点作直线），过两点作直线第42页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.9、串励和复励直流电动机：、串励和复励直流电动机：3.9.1、串励直流电动机的机械特性：、串励直流电动机的机械特性：串励直流电动机即励磁绕组串励直流电动机即励磁绕组串联在电枢回路中。串联在电枢回路中。其正方向仍采用电动机惯例其正方向仍采用电动机惯例如图。则

42、如图。则 Ia a If f Kf f If f Kf f I a a电机转速：电机转速：（333）U Ia a Ra U Ra n Ce Ce Ia a Ce （式中（式中 Ce Ce Kf f Ra Ra R Rf f R R ）M MEa aTL图图3 31 3 31 串励直流电动机线路串励直流电动机线路Ra anT RIa aU第43页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理电磁转距：电磁转距：T C CT I IaC CT If I Ia C CT I Ia2 （334）（式中：（式中：C CT C CT Kf f ）将式（将式（334）中的）中的I

43、 Ia代入（代入（333）得：）得：C CT T TC CT U Un nR Ra a c ce e（335）串励直流电动机的串励直流电动机的机械特性方程式机械特性方程式图图3.32 串励和复励直流电动机机械特性串励和复励直流电动机机械特性 n0 0 n 0 T 3 2 1其其机械特性曲线如图机械特性曲线如图3.35中的曲线中的曲线3说明：上式的导出是在磁路不饱和说明：上式的导出是在磁路不饱和的情况下得出的。若磁路饱和，的情况下得出的。若磁路饱和，接近常数，则（接近常数，则（335）关系不成立）关系不成立此时，此时，串励机的机械特性接近于他励机，串励机的机械特性接近于他励机，即开始变硬。即开始

44、变硬。第44页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理综上所述：串励机的机械特性具有如下综上所述：串励机的机械特性具有如下 3 个特点：个特点：当当TM很小时，很小时，n很高，理想情况下，当很高，理想情况下，当T 0时，时，实际运行时，当实际运行时，当 I Ia 为零时，电机尚有剩磁，理想空载转速不会为零时，电机尚有剩磁，理想空载转速不会 达到达到，但还是非常高的，因此串励机不允许空载运行。但还是非常高的，因此串励机不允许空载运行。C CT T TC CT U Un n0 0 TM与与I Ia的平方成正比，因此起动转距大，过载能力强。的平方成正比，因此起动转距

45、大，过载能力强。是一条非线性软特性是一条非线性软特性第45页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.9.2、复励直流电动机的机械特性：、复励直流电动机的机械特性：积复励：两励磁绕组的极性相同积复励：两励磁绕组的极性相同分类：分类：差复励：两励磁绕组的极性相反差复励：两励磁绕组的极性相反积复励的机械特性如图积复励的机械特性如图3.32 曲线曲线 2，介于他励和串励之间，具有串励机的介于他励和串励之间，具有串励机的起动转距大、过载能力强的优点，而起动转距大、过载能力强的优点，而没有空载转速高的缺点。所以用途很没有空载转速高的缺点。所以用途很广。如无轨电车就是采

46、用积复励拖动广。如无轨电车就是采用积复励拖动用途很广用途很广很少采用很少采用请看接线图请看接线图图图3.32 串励和复励直流电动机机械特性串励和复励直流电动机机械特性 n0 0 n 0 T 3 2 1第46页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理3.10、直流电机的换向：、直流电机的换向：1、换向会产生火花。、换向会产生火花。2、改善换向的办法：、改善换向的办法：装换向极。装换向极。请看图请看图3.37第47页，共48页，编辑于2022年，星期二第三章第三章 直流电机原理直流电机原理第三章第三章第三章第三章 结束结束结束结束第48页，共48页，编辑于2022年，星期二