直流电机工作特性

p pFe
P1 UI U (I f Ia ) pcuf pcua ps PM
PM M EaIa (M 2 M0 ) P2 pFe p
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C、并励发电机的功率方程式：
P1 机械功率 PM 电磁功率 P2
p pFe
pcuf pcua ps
电功率
PM Ea Ia (U Iar a2 Us )Ia pcuf pcua ps P2 P1 M1 (M M0 ) PM p0 PM p pFe
C、效率特性：
与并励电动机类似。
P2
100%
(1
p ) 100%
P1
P1
[1
pFe
p
pcuf
I
2 a
ra
2UsIs
]100%
U(Ia I f )
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并励电动机与串励电动机工作特性比较：
A、串励电机的 n 随 I a 增大而迅速下降。
B、串励电动机不允许空载或轻负载运行。
C、在同样大小的起动电流 I st 下，
n
电枢反应的去磁作用使 n
增大，直线上翘。
为保证电机稳定运行，
0
Ia
采取措施使特性略为下降。
B、转矩特性：
M CM Ia 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
际曲线偏离直线
C
' M
I
a
，仍接近于一条直线。
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C、效率特性：
P2
100%
(1
p ) 100%
n, M , f (Ia )
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1、并励直流电动机的工作特性： A、转速特性：
Ea Cen U Ea Ra Ia
n
U Ce
Ra Ce
Ia
n0
'Ia
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其转中速， 特性n0为一CUe斜率为为理想' 空C载Rea转速的。直线。
当电机磁路饱和时，随着 n M
M
P2 的增大， I a 增大， n0
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
交变而引起的。
铜耗：pcu1
电枢回路铜耗
pcua
I
2 a
ra
励磁回路铜耗
pcuf
I
2 f
rf
电刷接触铜耗 ps 2Ia Us
2 Us
为一对电刷总接触电压降。
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机械损耗： p 包括轴承摩擦损耗、电刷摩擦
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二、直流电动机的工作特性：
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：
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
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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：
串励电动机的 M st 大于并励电动机的 M st 。
M
串励
M st串
并励
M st并 0
Ia
I st
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3、复励直流电动机的工作特性： 它介于并励和串励电动机特性之间。 当并励绕组磁势起主要作用，特性接近于
。
故串励电动机不允许空载或轻负载运行。
nM
M
0
n Ia
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B、转矩特性：
M
CM Ia
CM'
I
2 a
当 I a 增大，n 很快减小，使M 升很快。即，随
着 I a 增大，M 将以高于I a 的一次方比例增大。
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 。
n
U
IaRa' Ce
U Ce' Ia
1 Ce'
Ra'
Ra' Ra R f
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分析：a、转速 n 随着I a 的增大而迅速减小。
（因为 Ia I f
）。
b、空载时，I a 很小， 及Ia Ra' 很小，电机必须 产生反电势 Ea Cen 与电源电压相平衡，
因此, n 很高。
理论上，Ia 0 时， 0 ，n
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。
U Ua Gaf I f RaIa Ea RaIa
U U f Rf If
Ea Ia
If
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B、并励发电机电势方程式：
Ea Ua Ra Ia
U f Rf I f
Ea
Ia If
发电机的 Ea 大于U a 。
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2、转矩平衡方程式：
A、电动机：
空载转矩 惯性转矩
P1
P1
[1 pFe p pcuf Ia2ra 2 U s Is ]100% U(Ia I f )
是 I a 的二次曲线。
当不变损耗＝可变损耗时，max 取得最大。
max
Ia 0
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2、串励直流电动机的工作特性： 基本方程式：
U Ea Rf I f Ra Ia Ea (Ra Rf )Ia
电机的效率
P2
100%
(1
p
)
100%
P1
P1
[1
pFe
p
pcuf
I
2 a
ra
2UsIs
]100%
U(Ia I f )
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当不变损耗＝可变损耗时，max 取得最大，
是 I a 的二次曲线。
B、并励电动机的功率方程式：
电功率
P1
电磁功率
PM
机P2械功率
pcua pcuf ps
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：
M 1 (t )
M
(t)
M 0 (t)
J
d dt
瞬态方程
原动机拖动转矩
M M M BREAD PPT
1
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。
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
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A、转速特性：
U Ea Ia Ra I f Rf Ea Cen Ce' Ian