直流电机工作特性.
直流电动机的工作特性
Tem
n
T2
转矩表达式 Tem CTΦN Ia
ห้องสมุดไป่ตู้
T0
考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度 0
Ia
比电流上升的慢。
3、效率特性
定义：当 U 、U N I f时，I fN
η f(I a )
由方程式可得 η P1
P
1
P0
Ra
I
2 a
P1
UN Ia η
空载损耗为不变损耗，不随负载电流
η
变化，当负载电流较小时效率较低，输入
η
n UN RaIa UN Ra Rf
CEΦ CEΦ kf CEIa
kf CE
Tem
当负载电流为零时，电机转速趋于无穷
n
大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行。
转矩特性
Tem
CTΦIa
k
f
CT
I
2 a
0
Ia
当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动机的工作特性与 他励电动机相同。
功率大部分消耗在空载损耗上；负载电流
增大，效率也增大，输入的功率大部分消
耗在机械负载上；但当负载电流增大到一
定程度时铜损快速增大此时效率又变小。 0
Ia
二、串励直流电动机的工作特性
当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励
磁电流呈线性关系。即：
转速特性
Φ k f I f k f Ia
η n Tem
直流电动机的工作特性
一、他励（并励）直流电动机的工作特性
1、转速特性
定义：当 U 、U N I f时，I fN n f(I a )
由方程式可得
n
UN CEΦ
直流电机的工作原理及特性
直流电机的工作原理及特性直流电机是一种电动机，以其结构简单、控制精度高、效率高、输出功率大等优点而受到广泛应用。
本文将从工作原理、特性两个方面对直流电机进行详细介绍。
一、工作原理直流电机的工作原理是靠用直流电产生的磁场作用在转子上，使转子旋转。
直流电机实际上是一个能把电动机和发电机互相转换的机器，因为直流电是双向运动的，所以他可以既做发电机又可以做电动机。
（一）机械结构直流电机机械结构分为定子和转子两部分。
定子包括机座、磁极、绕组等。
转子是电动机旋转的部分，包括转子铁心、绕组和电刷等。
当电机接入电源并加上磁通，就会在转子上产生一个磁场。
由于转子上产生的磁队是与磁通方向相反的，因此磁力会推动旋转电机，从而使转子开始转动。
（二）电磁学原理直流电机的转速与线圈导体上通过电流的方向、大小，磁极和线圈位置等因素有关。
当直流电通过定子绕组时，就会产生磁极磁通，因此在转子上的绕组中就会感应出电磁力和转矩。
电机转子的移动速度主要取决于该转矩。
转矩越大，电机就能承受更多的外力，提供更高的机械输出；反之，转矩越小，电机就需要承受更小的外力。
二、特性（一）功率和效率直流电机的输出功率和效率都很高。
在电机运行时，电梯将能量输出到外部驱动机器，其能量转化效率约为88%~96%，具有一定的经济性和高性价比的特点。
（二）输出特性直流电机存在强大的输出特性，这意味着它可以在不同的工作负载下产生不同的扭矩和速度。
直流电机的特性也非常稳定，当负载发生变化时，电机的输出也能及时发生相应地变化，从而实现更高的精度。
（三）寿命和维护直流电机的寿命较长，使用寿命通常可达到15000小时。
它还具备一定的可靠性和稳定性，使用稳态电源能有效促进电机使用寿命。
通常情况下，直流电机不需要经常维护，只需要清洗和润滑，更换磨损和损坏的部件即可。
（四）控制精度直流电机的速度控制精度非常高，控制范围广，在高低转速下都能实现同样高的控制精度。
这也让它在工业控制领域中得到了广泛应用，如分步马达、电动升降平台、电动梯等等。
003-直流电机的工作原理及特性
“换 向”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换
向 器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是 一个方向，就可以使电动机能连续的旋转这就是 直流电动机的工作原理。
电机的可逆运行原理
(三) 电机的可逆运行原理 从上述基本电磁情况来看： 一台直流电机原则上既可以作为电动机运
主 磁 极（静止部分）
1.主磁极 （图3-4） 主磁极一般是电磁铁 用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固
而成的铁心。（励磁绕组套在上面）
换 向 极（静止部分）
2.换向极（又称附加极或间极）
换向极图片（图3-5） 主磁极和换向极示意图（图3-6） 作用为改善直流电机的换向性能，一般
用整块钢板加工而成，并在其外面套上 换向极绕组。
题解
解：两个已知条件： 负载转矩TL＝常数； 减弱励磁时系统是一个从稳态到另一个稳态（不涉
及瞬态过程），电枢反电势是稳态值。 ∵稳态运行时TL＝T＝KtΦIa＝常数，当减弱励磁时 Φ减少， Ia增加； 又∵ E＝U-IaRa ，U与Ra不变，则电枢反电势E减少 ∴到新的稳态值后，电枢反电势E<E1。
3.2.2 电压平衡方程式（电枢回路）
U＝E＋IaRa （3.3）
（3.1～3.3为三个基本公式） U:电动机外加电枢电压； E:电枢的反电压； IaRa:电动机电阻压降。 注意：电动机在运行时，它的转速、电动势、电 枢电流、电磁转矩能自动调整，以适应负载 的变化，保持新的转矩平衡。
例题分析
课本题3.4： 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电 枢反电势E＝E1，如负载转矩TL＝常数，外 加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减 弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢 反电势将如何变化？是大于、小于还是等 于E1？
直流电机的工作原理及调速特性
直流电机的磁场
直流电机通过磁场来传递能量， 磁场由励磁绕组通电产生。
磁场的方向与电流方向有关， 改变电流方向可以改变磁场方 向，从而实现电机的旋转。
磁场强度和电流大小成正比， 改变电流大小可以改变磁场强 度，从而影响电机的转矩和转 速。
电源引入。
02
直流电机的调速特性
调速方式与特性
调速方式
直流电机可以通过改变输入电压 、电流或电枢回路电阻等方式进 行调速。
调速特性
调速过程中，电机的转速与输入 电压、电流或电枢回路电阻成正 比，因此可以通过改变这些参数 来调节电机的转速。
调速电路与控制
调速电路
调速电路主要由电源、控制器、电机和反馈装置等组成，控制器根据输入信号 和反馈信号来调节电机的输入电压或电流，从而实现对电机转速的控制。
直流电机的工作原理
当直流电流通过电枢绕组时，产生磁 场，该磁场与主磁极相互作用，产生 转矩，从而使转子转动。
直流电机具有恒定磁场和可变电枢反 应两种工作状态，其工作特性与电枢 电流的大小和方向有关。
直流电机的应用场景
直流电机广泛应用于工业自动化、交通运输、医疗器械等领域，如电动工具、电 动汽车、电梯等。
VS
智能控制技术
智能控制技术如模糊控制、神经网络控制 等在直流电机控制中得到广泛应用。这些 技术能够实现自适应控制和自主学习，提 高直流电机的智能化水平和适应性。
直流电机在新能源领域的应用
风力发电
直流电机在风力发电领域的应用逐渐增多， 特别是在直驱式风力发电机组中，直流电机 作为发电机和驱动电机得到广泛应用。其优 点在于结构简单、维护方便和可靠性高等。
直流电机的工作原理及特性
电刷盒
转子结构图
电枢绕组
电枢铁心
换向器 转轴
（二） 转子(电枢)部分
1、电枢铁心 作为主磁通磁路的主要部分 嵌放电枢绕组 2、电枢绕组 能量转换的关键部件，
产生电磁转矩和感应电动势以实现能量转换 3、换向器 ：与电刷配合使用 直流电动机中：将外加直流电源转换为电枢线圈中的
交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变； 直流发电机中：将电枢线圈中感应产生的交变电动势
KeN U N I N Ra / nN
3.16
（3）求理想空载转速 n0 U N /KeN
（4）求额定转矩
TN
PN
9.55 PN nN
3.17
TN KtN I N 9.55KeN I N
2、人为机械特性
n
U
Ke
Ra
KeKt 2
T
n0
n
人为机械特性就是指供电电压U或磁通Φ不 是额定值、电枢电路内接有外加电阻Rad时 的机械特性，亦称人为特性。
机械特性是分析研究电机启动、调速和制动的 重要依据。
机械特性分固有机械特性和人为机械特性。
一、他励电动机的机械特性
机械特性方程的推导
U E Ia Ra
3.11
E Ken
n
U
K e
Ra
K e
Ia
3.12
T KtIa Ia T /Kt
n
U
K e
Ra
KeKt 2
T
n0
KT
n0 n
n0---理想空载转速（T=0）
具有一段启动电阻的他励电动机 Ist U N /Ra Rst 1.5～2I N
具有三段启动电阻的他励电动机
原则 1. T1(I1)≤2TN 2. T2(I2)基本相
直流电机的工作原理及特性
直流电机的工作原理及特性直流电机是一种将电能转化为机械能的装置，它的工作原理和特性主要包括：电动力原理、结构特点、性能特点和应用范围。
一、工作原理：直流电机的工作原理基于安培力和洛伦兹力的相互作用。
当电流通过电机的线圈时，电流会产生磁场。
根据安培力的原理，电流会受到磁场的力作用，使得电流所在的导线在磁场中受到力的作用。
而洛伦兹力的原理则指出，当有导体在磁场中运动时，导体内的电荷会受到磁场的力的作用。
由此可知，当电流通过电机的线圈时，线圈会在磁场的作用下受到力，并因此产生旋转运动。
具体来说，直流电机由定子和转子两部分组成。
定子由绕组组成，绕组将通电产生的磁场产生在空间中。
转子是电机的旋转部分，它由磁场通过的线圈和电刷组成。
当电流通过绕组时，线圈产生磁场，并与定子磁场相互作用，使得转子发生旋转运动。
电刷则负责将电流引入转子的线圈中，使得线圈能够保持旋转。
二、特性：1.转速可调性：直流电机的转速可以通过调节电压或改变转子绕组的连接方式来实现。
这使得直流电机具有广泛的应用场景，可以应对不同转速需求的工作环境。
2.启动性好：由于直流电机的转子线圈本身具有自感性，当通电时产生的感应电动势可以帮助电机启动。
因此，直流电机的启动过程相对较容易。
3.负载适应性强：直流电机对负载的适应能力较强，即使在大负载情况下，电机的转速和车速相对稳定，不易受到负载的干扰。
4.转矩密度高：与其他类型的电机相比，直流电机的转矩密度较高，能够在相同体积和重量的情况下提供更大的转矩输出。
5.快速动态响应：直流电机具有快速动态响应的特点，可以在瞬间从静止状态加速到工作状态，并且变速过程平稳。
6.易于控制：直流电机可以通过斩波调速、串联调速、分级调速等方式进行控制，实现精确的速度和转矩调节。
三、应用范围：直流电机广泛应用于各个领域，包括工业生产、交通运输、家用电器等。
1.工业生产：直流电机在机床、起重设备、工作台、输送机和机器人等工业设备中得到广泛应用，用于提供驱动力和转矩。
直流电机的工作原理及特性
Ia
3.12
T KtIa Ia T /Kt
n
U
K e
Ra
KeKt 2
3.7
Ia I f I I
3.10
并励发电机工作的条件：
1.要有剩磁（起始电流）； 2.励磁电流产生的磁场方向 和剩磁方向相同；
3.Rf’不能太大。
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.2.2 并励发电机
并励发电机自励和外特性 U f I
U0
tg
U0 If
Rf
If
U
U0
n=nN,调节If以获得所需的 空载电压U0 ,然后接上负载
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.3 直流电动机的机械特性
3.3.1 他励电动机的机械特性
电压平衡方程
U E Ia Ra
3.11
Ia
U E Ra
Ia IN I f
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.3.1 他励电动机的机械特性
U E Ia Ra
3.11
E Ken
n
U
K e
Ra
K e
定子 换向器
转子
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和 工作原理
3.1.1 直流电机的基本结构 (定子剖面图)
换向 极
主磁极
磁极数－主 磁极的个数
磁极对数= 磁极数/2
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和 工作原理
3.1.1 直流电机的基本结构 (转子结构图）
第三章 直流电机的 工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和工作原理 3.2 直流发电机 3.3 直流电动机的机械特性 3.4 直流他励电动机的启动特性 3.5 直流他励电动机的调速特性 3.6 直流他励电动机的制动特性
直流电机的工作原理及特性
2）改变电压
n
U
Ke
-
Ra
KeKt 2
T
n0
-
KT
n0 - n
3.13
1. n0随着U的变化而改变 2. 平行于固有特性曲线的一
簇曲线
24
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.3.1 他励电动机的机械特性
2. 人为机械特性（改变U、φ、 Rad）
3）改变磁通
1. n0增加
2. 随着φ的降低，斜率变大， T减小，n>nN，电动机工作在 交点左侧区语
U＜UN→n↑、E↑→↑U→U=UN、 2.电枢n=回n路N 内串接外加电阻启动
满足启动要求：Ist=UN/（Ra+Rst） Rst（3-4级） T1、T2的数值按照电动机的具体启动条件决定： T1=（1.6-2）TN T2=（1.1-1.2）TN
28
么么么么方面
Sds绝对是假的
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.5 直流他励电动机的调速特性
改变电压调速
特点
1.在在nN以下调速，可实现平滑无级调速； 2.机械特性硬度不变，调速稳定性高，范围大； 3.调速时电枢电流不变，转矩不变，恒转矩调速； 4.可以利用调压方法启动电动机。
39
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.5 直流他励电动机的调速特性
改变主磁通φ调速
20
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.3.1 他励电动机的机械特性
估算Ra Ra
0.5(1- PN ) U N UNIN IN
0.71W
计算KeФN
画出机械特性曲线
n0
UN KeN
KeN
UN
- IN Ra nN
直流电机工作原理及特性
直流电机工作原理及特性一、工作原理直流电机是一种将直流电能转化为机械能的电动机。
其工作原理基于洛伦兹力和电磁感应原理。
直流电机由电枢和磁极组成。
电枢由导电线圈绕制而成，磁极则由永磁体或电磁铁构成。
当电流通过电枢时，电枢会产生磁场。
与此同时，磁极的磁场也存在。
根据洛伦兹力原理，当电枢的磁场与磁极的磁场相互作用时，电枢会受到一个力的作用，使其开始旋转。
电枢旋转的方向与电流的方向有关。
为了保持电枢的持续旋转，需要通过电刷和换向器来改变电流的方向。
电刷和换向器的作用是在电枢旋转到一定角度时，改变电流的方向，使电枢继续受到力的作用，保持旋转。
二、特性1. 转速特性：直流电机的转速与电压成正比，转速随着电压的增加而增加。
当负载增加时，转速会下降，这是由于负载对电机的机械阻力增加所致。
2. 转矩特性：直流电机的转矩与电流成正比，转矩随着电流的增加而增加。
当负载增加时，电机需要提供更大的转矩来克服负载的阻力。
3. 效率特性：直流电机的效率是指输出功率与输入功率之比。
在额定负载下，直流电机的效率通常在80%到90%之间。
效率越高，电机的能源利用率就越高。
4. 起动特性：直流电机具有较高的起动转矩，即在启动瞬间能够提供较大的转矩。
这使得直流电机在需要快速启动或对起动转矩要求较高的应用中具有优势。
5. 调速特性：直流电机的转速可以通过调节电压或改变电枢电流来实现调速。
通过改变电压或电流的大小，可以控制电机的转速，使其适应不同的工作要求。
6. 可逆性：直流电机具有可逆性，即可以正转和反转。
通过改变电流的方向，可以改变电机的旋转方向。
7. 稳定性：直流电机具有较好的稳定性，即在负载变化较大的情况下，仍能保持较稳定的转速和转矩输出。
总结：直流电机是一种将直流电能转化为机械能的电动机。
其工作原理基于洛伦兹力和电磁感应原理。
直流电机具有转速特性、转矩特性、效率特性、起动特性、调速特性、可逆性和稳定性等特点。
这些特性使得直流电机在许多应用领域中得到广泛应用，如工业生产线、交通运输、家用电器等。
第3章 直流电机的工作原理及特性
直流电机的磁路
二、直流电机的工作原理
1.直流电机具有可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以 作为发电机运行，只是外界条件不同而已。
发电机——若用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从
电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电； 电动机——若在电刷端外加直流电压，电机就可以带 动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。 这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
(1) 转矩方程式 T ＝ KtΦIa (2) 电势方程式 E ＝ KeΦ n (3) 电压平衡方程式 U＝E＋IaRa
他励电动机的 机械特性
一、直流他励电动机的机械特性表达式
Ra U n T 2 K eΦ K e K tΦ n 0 n
其中：n0 为理想空载转速 n0′为实际空载转速 △n 为转速降
概述
直流电机的铭牌数据
额定功率PN
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出 额定条件下电机 的机械功率 的额定电功率 所能提供的功率 额定电压U N 额定电流I N 在额定工况下，电机 在额定电压下，运行于 出线端的平均电压 额定转速n 额定功率时对应的电流
N
发电机:是指输出额定电压； 电动机:是指输入额定电压。
④学会用机械特性的四个象限分析直流电动机运行状态；
⑤学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动 机启动等运行特性。
重点
由于机械特性是根据转矩、电势、电压平衡方程式推
导出来的，而机械特性又是分析启动、调速和制动特 性的依据，所以机械特性是电动机内容的重中之重；
他励直流电动机的启动特性；
他励直流电动机的调压调速特性。
直流发电机工作原理图
直流电机原理及其转动特性分析
直流电机原理及其转动特性分析直流电机是一种常见而重要的电动机类型，广泛应用于工业生产、家庭设备以及交通工具等领域。
本文将从直流电机的工作原理和转动特性两个方面进行详细的分析。
一、直流电机的工作原理直流电机是利用电磁感应原理和洛伦兹力原理来实现电能转换为机械能的装置。
它由定子和转子两部分组成。
定子是由一组定子绕组和磁极组成，绕组通电产生磁场。
转子是由永磁体或可电磁激磁体组成，受到磁场力作用而旋转。
在工作时，施加在直流电机的电源上直流电流，经过定子绕组产生一个旋转的磁场。
根据洛伦兹力原理，当转子处于磁场中时，由于磁场和电流方向的交叉作用，转子上会受到一个力矩的作用。
这个力矩使得转子开始旋转。
同时，转子上产生的感应电动势作用于绕组，产生感应电流，这个感应电流也会在磁场中产生一个力矩，使得转子继续旋转。
直流电机通过定子绕组的电流和转子上的磁场之间的相互作用，实现了电能到机械能的有效转换。
这一工作原理为直流电机的转动特性奠定了基础。
二、直流电机的转动特性分析1. 转速特性直流电机的转速与供电电压和负载有关，根据直流电机的特性曲线可以得知，当负载较小时，转速与供电电压成正比。
而当负载增加时，转速则会下降。
这是因为，在负载增大时，电机内部的反电动势增加，抵消了供电电压的作用，导致转速下降。
2. 转矩特性直流电机的转矩与电流成正比，转矩与转速成反比。
当电机负载增大时，为了保持一定的转速，电机需要输出更大的转矩。
因此，调节电机的电流可以实现对转矩的控制。
3. 效率特性直流电机的效率是指电能转换为机械能的比例，即功率输出与功率输入比值。
根据直流电机的特性曲线可以得知，当电机负载较小时，电机的效率较高。
而当电机负载增加时，电机的效率会下降，因为更多的能量被转化为热量。
4. 起动特性直流电机在启动前需要克服静摩擦力和动摩擦力的阻力。
根据电机的起动曲线可以得知，当启动电流较大时，电机能够迅速克服阻力实现起动。
而当启动电流较小时，电机的起动时间会延长。
直流电机工作特性
与I
f
关系曲线
0
即为空载特性曲线 U0 f (I f ) 。
分析：A、空载特性表明电机磁路的性质。即：当 n
一定时，电机绕组感应电势与其对应磁势的关系。
B、改变励磁电流 I f 0 的方向，可测出反方向的 空载特性曲线。
C、改变电机转速 n ，可得不同的空载特性曲线。
D、并励、复励直流发电机的空载特性都以
Ea Ua Ra Ia
U f Rf I f
Ea
Ia If
发电机的 Ea大于U a 。
2、转矩平衡方程式：
A、电动机：
空载转矩 惯性转矩
M (t)
M 2 (t)
M 0 (t)
J
d dt
（电磁转矩 负载转矩
瞬态方程
M M2 M0
稳态方程
B、发电机：
d M1(t) M (t) M0 (t) J dt
M M2 M0
I f Ia
不计饱和时：
EMa
Cen C e'I f n Ce' Ian CM Ia CM' Ia I f CM'
I
2 a
Ce' Ce K f CM' CM K f
A、转速特性：
U Ea Ia Ra I f Rf Ea Cen Ce' Ian
瞬态方程
原动机拖动转矩
M1 M M 0 稳态方程
3、功率方程式：
A、直流电机中的损耗、效率：
损耗有三类 消耗于导体电阻中。
消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。
消耗于铁心中的损耗。
铁耗：pFe 由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内
3.3.7直流电动机的工作特性与机械特性11
2
直流电动机的机械特性
③减弱励磁磁通时的人为特性
改变励磁回路调节电阻Rsf，就可以改变励磁电流，进而改变励磁磁通。由于电动机额定运行时，磁路已经 开始饱和，即使再成倍增加励磁电流，磁通也不会有明显增加，何况由于励磁绕组发热条件的限制，励磁电
流也不允许大幅度地增加，因此，只能在额定值以下调节励磁电流，即只能减弱励磁磁通。
的去磁效应，则转速与负载电流按线性关系变化，
当负载电பைடு நூலகம்增加时，转速有所下降。他励直流电 图3-23 他励电动机的工作特性
动机的工作特性如图3-23所示。
1
直流电动机的工作特性
（2）转矩特性 当U=UN，If=IfN时，Tem f (I a ) 的关系称为转矩特性。根据直流电
机电磁转矩公式可得电动机转矩特性表达如下：
保持R=R a（Rs =0）、U= UN不变，只减弱磁通时的人为机械特性为
n=
(3-29)
对应的转速特性为 n=
（3-30）
在电枢串电阻和降低电压的人为特性中，因为 不变，T ∝I ，所以他们的机械特性n=f(T )曲线也代表了转速 特性n=f(I )曲线。
2
直流电动机的机械特性
但是在讨论减弱磁通的人为特性时，因为磁通 是个变量，所以n=f(I )与n=f(T )两条曲线是不同 的，如图3-29所示
3
机械特性的求取
根据计算所得 (0,n0)和（TN，Nn)两点就可以在 Tem-n平面内画出电动机的固有机械特性。通过式 求出β 后，便可求得他励电动机的固有机械特性方程式n=n0- 。
(2). 人为特性的求取
在固有特性方程式 n=n0-
(n0、β为已知 基础上，根据人为机械特性对应的参数 （U、Rs或Φ）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n
0
Ia
B、转矩特性： ' 2 M CM I a CM I a 当 I a 增大，n 很快减小，使 M 升很快。即，随 M 将以高于 I a 的一次方比例增大。 着 I a 增大， 在同样大小的起动电流 I st 下， 串励电动机的 M st 大于并励电动机的 M st 。
第七节 直流电机的运行原理
直流电机的基本方程式 直流电动机的工作特性 直流发电机的特性
一、直流电机的基本方程式：
（电系统的电势平衡方程式，机械系统的转矩平 衡方程式，能量系统的功率平衡方程式。） 1、电势平衡方程式： A、不计磁路饱和效应，并励电动机电枢回路和 励磁回路的电势方程式：
Ea
1、并励直流电动机的工作特性： A、转速特性：
Ea Ce n U Ea Ra I a
Ra U ' n I a n0 I a Ce Ce
U 其中， n0 为理想空载转速。 Ce Ra ' 转速特性为一斜率为 Ce 的直线。 M n M 当电机磁路饱和时，随着 P2 的增大， I a 增大， n0 n 电枢反应的去磁作用使 n 增大，直线上翘。 Ia 为保证电机稳定运行， 0 采取措施使特性略为下降。 B、转矩特性： ' M CM I a 不计去磁 M CM Ia 特性为一过原点的直线。当考虑电枢反应时，实 ' I a ，仍接近于一条直线。 际曲线偏离直线 CM
max
0
Ia
2、串励直流电动机的工作特性： 基本方程式：
U Ea R f I f Ra I a Ea ( Ra R f ) I a M M M I I 2 0 f a
不计饱和时：
Ea Ce n C e I f n C I n ' ' 2 M C I C I I C I M a M a f M a
PM 电磁功率
P2 电功率
p Fe
p
pcuf
pcua
ps
PM Ea I a (U I a r a 2 U s ) I a pcuf pcua ps P2 P 1 M 1 ( M M 0 ) P M p0 P M p pFe
二、直流电动机的工作特性：
C、效率特性： p P2 100% (1 ) 100% P P 1 1
2 pFe p pcuf I a ra 2 U s I s [1 ] 100% U (Ia I f ) 是 I a 的二次曲线。
max 取得最大。 当不变损耗＝可变损耗时，
2 Us
为一对电刷总接触电压降。
机械损耗： p 包括轴承摩擦损耗、电刷摩擦 损耗、定转子和空气的摩擦损耗。 附加损耗： p 电枢齿、槽存在，使气隙磁通产 生脉动，电枢反应使磁场畸变引起的铁耗。换向 电流引起的损耗。 按额定容量的１% 计算 ， 无补偿绕组 按额定容量的 0.5% 计算 ， 有补偿绕组 在以上损耗中， pcua ，ps 随负载变化而变化，称 为可变损耗；pcuf ， p ， p 为不变损耗。 电机的效率 P p
' ' e a
C Ce K f ' CM CM K f
' e
A、转速特性：
U Ea I a Ra I f R f Ea Ce n C I n
' e a
' U I a Ra U 1 ' n Ra ' ' Ce Ce I a Ce
' Ra Ra R f
当端电压为额电压，电枢回路无外串电阻，励磁 电流为额定励磁电流时，电机转速 n ，电磁转矩 M ， 和效率 与输出功率 P2 之间的关系。
即：
n, M , f ( P2 )
实际运行中，I a 可测，且 I a 随 P2 增大而增大，所以，
工作特性可表示为：
n, M , f ( I a )
分析：a、转速 n 随着 I a 的增大而迅速减小。 （因为 I a I f ）。 ' I R b、空载时， I a 很小， 及 a a 很小，电机必须 产生反电势 Ea Ce n 与电源电压相平衡， 因此, n 很高。 理论上，I a 0 时， 0 ，n 。 故串励电动机不允许空载或轻负载运行。 M n M
U U a Gaf I f Ra I a Ea Ra I a U U f Rf I f
Ia
If
B、并励发电机电势方程式：
Ea U a Ra I a U R I f f f
If
Ea Ia
发电机的
Ea大于 U a 。
2、转矩平衡方程式： A、电动机： 空载转矩
2
P 1
100% (1
P 1
) 100%
[1
2 pFe p pcuf I a ra 2 U s I s
U (Ia I f )
] 100%
max 取得最大， 当不变损耗＝可变损耗时， 是 I a 的二次曲线。 B、并励电动机的功率方程式：
电功率 P 1
PM 电磁功率
P2
机械功率
pcua
pcuf ps
p p Fe
P 1 UI U ( I f I a ) pcuf pcua ps P M PM M Ea I a (M 2 M 0 ) P2 pFe p
C、并励发电机的功率方程式：
P 1
机械功率
惯性转矩 瞬态方程
d M (t ) M 2 (t ) M 0 (t ) J dt
（电磁转矩 负载转矩
M M2 M0
稳态方程
B、发电机：
d 瞬态方程 M 1 (t ) M (t ) M 0 (t ) J dt
原动机拖动转矩
M1 M M 0 稳态方程
3、功率方程式： A、直流电机中的损耗、效率： 损耗有三类 消耗于导体电阻中。 消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。 消耗于铁心中的损耗。 铁耗：p Fe 由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内 交变而引起的。 铜耗：pcu1 2 p I a ra 电枢回路铜耗 cua 2 p I f rf 励磁回路铜耗 cuf 电刷接触铜耗 p s 2 I a U s