直流电机的基本方程word资料10页
直流电机的基本方程式
直流电机的基本方程式一．直流发电机的基本方程式以并励机为例：（一）.电压平衡方程直流发电机发出的电势E a产生电流I a，I a在电枢回路总电阻R a（包括电枢绕组电阻及两个电刷的接触电阻）上产生压降I a R a，则输出电压U＝E a－I a R a，可见发电机E a>U。
电路如图：（二）.转矩平衡方程式直流发电机是把机械能转变为电能，因此由原动机输入的机械转矩T1是驱动转矩；电磁转矩T是制动转矩；即使电机空转也存在的、对应电机机械摩擦、铁损耗等的空载转矩T0一定是阻转矩，当驱动＝制动时，电机恒速旋转。
因此发电机稳定运行时的转矩平衡方程为：T1=T+ T0（三）功率平衡方程式其功率流程图如图：从原动机输入机械功率P1，扣除了机械方面的损耗p机，就是机转变为电的部分称为电磁功率P M，再扣除了电方面的损耗p电，就是输出的电功率P2＝UI，对并励发电机I＝I a－I f。
额定时的P2就是P N=U N I N。
其中：p机是机械方面的损耗，它也是电机空载运行时就存在的损耗，故称空载损耗p，它包括了机械摩擦损耗mp、铁耗Fe p、附加损耗ad p（≈0.01~0.05P N），即:p 机＝0p ＝m p ＋Fe p ＋ad p ；p 电是电方面的损耗称为铜耗，它包括了电枢回路铜耗cua p ＝2a I R a 和励磁回路铜耗cuf p ＝UI 2fU R ＝2f I ＝f R ，即p 电＝cua p ＋cuf p 由功率流程图可列功率平衡方程：机械方面：10M P P p =+；电方面：2M cua P P p =-－cuf p ；把机械方面的功率平衡方程两边除以Ω，就得到了转矩平衡方程。
其中：T 1＝1P Ω；T 0＝0P Ω；T ＝M PΩ。
可见电磁功率M P ＝T Ω——这是用机械量表示的电磁功率。
把电压平衡方程U ＝E a －I a R a 的两边乘以I a ：UI a = E a I a －2a I R a ∵I a ＝I ＋I f ，则：UI a = U(I+I f )= E a I a －2a I R a ， ∴UI= E a I a －2a I R a －UI f ＝E a I a －cua p －cuf p其中：UI 就是P 2；对比电方面的功率平衡方程可知：E a I a 就是电磁功率P M 。
电机学直流电机的基本方程
电机学直流电机的基本方程第五节直流电机的基本方程直流电机的基本方程式包括电系统的电动势平衡方程式、能量系统的功率平衡方程式和机械系统的转矩平衡方程式。
一、直流发电机的基本方程式直流电机的基本方程式与励磁方式有关。
下面以并励直流发电机为例来分析直流发电机的基本方程式。
1.电动势平衡方程式当原动机拖动直流发电机旋转时，电枢绕组切割气隙磁场感应出电动势a E 。
当电机带上负载时，电枢绕组中将有电流a I 流过，取a I 与a E 的参考正方向相同。
根据基尔霍夫第二定律，则有电动势平衡方程式ff s a a a R I U U R I U E =?++=2式中，U 为并励发电机的端电压，也为加在励磁回路的电压；a R 为电枢绕组的电阻；s U ?2为一对电刷下的接触压降；f I 为励磁回路的电流；f R 励磁回路的电阻。
对并励直流发电机，根据基尔霍夫第一定律，有电流方程式 f a I I I +=式中，I 为发电机的输出电流，即负载电流。
2.功率平衡方程式并励直流发电机的功率流程图。
图中，1P 为原动机输入的机械功率，除去机械损耗Ωp 、铁耗Fe p 和附加损耗?p 后,余下的部分转化为电磁功率e P 。
因此有如下功率平衡方程式e e Fe P p P p p p P +=+++=?Ω01式中，0p 为空载损耗，它等于机械损耗Ωp 、铁耗Fe p 和附加损耗?p 之和。
其中铁耗Fe p 是由于电枢旋转时交变磁通在电枢铁心内引起的损耗；机械损耗Ωp 是指轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗和转子与空气的摩擦损耗(也称为通风损耗)等；附加损耗?p 也称为杂散损耗，主要包括结构部件在磁场内旋转而产生的损耗、电枢齿槽的影响使气隙磁通产生脉动而在主极铁心中和电枢铁心中产生的脉动损耗、电枢反应使气隙磁场畸变而在电枢铁心中产生的损耗、由于电流分布不均匀而增加的电刷接触损耗以及换向电流所产生的损耗等，这些损耗难于精确计算，一般进行估算，通常约占额定功率的0.5%～1%。
(完整版)直流电机的基本方程
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、电动势平衡方程式：
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：
B、并励发电机电势方程式：
发电机的大于。
2、转矩平衡方程式：
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：由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内交变而引起的。
铜耗：
电枢回路铜耗
励磁回路铜耗
电刷接触铜耗，为一对电刷总接触电压降。
机械损耗：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：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，，随负载变化而变化，称为可变损耗;，，为不变损耗。
电机的效率：
当不变损耗=可变损耗时，取得最大，是的二次曲线。
B、并励电动机的功率方程式：
C、并励发电机的功率方程式：。
6 直流电机的基本方程式
TΩ＝T2Ω＋T0Ω T＝T2＋T0 驱动性质的电磁转矩
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电机学教案， 太原工业学院自动化系
温志明，wasxty_99@
电机学
直流电机的可逆运行
Reversing Operation of D.C. Machines
旋转电机的运行是可逆的； 一台直流电机，既可以作发电机运行，也可以作 电动机运行。 判别直流电机运行 状态的条件是：
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电机学
自励发电机的电压建立
在比较高的励磁电压作用下，励磁电流又进一 步加大，导致磁通的进一步增加，继而电枢端电压 又进一步加大。如此反复作用下去，发电机的端电 压便自动建立起来。这就是发电机自励过程。
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1、该电机运行在发电机状态还是电动机状态？ 2、电磁转矩是多少？ 3、输入功率和效率各是多少？
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电机学
直流电动机
What is a D.C. Motor ?
输入直流电能
输出机械能
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即：
U 0 I f rf
U0 f (I f ) U i f rf
di f dt
dt
从图中可以看出：在a点以前
0，随
着 i f 的增加，端电压U继续增大，直到a点时，di f 0 端电 压达到稳定值。
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发电机
直流电动机稳态运行时的基本方程式和功率关系
n 0, Ea CeN n 0
UN Ia Ik Ra T CT N I k Tst
⑥ n>n0时为发电机状态，此时 Ea>U, T与n反向，Ia反向， Ea与Ia同向， 向电网送出电 功率。
n
n0 nN
n’0
nN
0
T0
TN
T
2. 人为机械特性分析
根据转速、转矩公式
n U R T 2 Ce CeCT
Ea CE n
T CT I a
可推知：
E a U I a Ra Ra U n T n0 T 2 C e C e C e C e C T
2.6 直流电动机的机械特性
转速与转矩之间的关系n=f(T)，直流电动机最重要的特性。
2.6.1 他励直流电动机的机械特性
E a U I a Ra Ra U n T n0 T 2 C e C e C e C e C T
理想空载转速
Ra 2 C e CT
机械特性的斜率
1. 他励直流电动机的固有机械特性
当U＝UN，＝ N，电枢回路无外接电阻时，转速与转 矩之间的关系,称为固有机械特性。
特性的斜率相等，因此各条特性彼此平行。
n
n0
UN U1
固有
U2 UN>U1>U2
0
人为
T
减弱电机主磁通的人为机械特性
保持端电压为额定值不变，电枢回路不串电阻 (Rc=0),只改变励磁电流的机械特性。
表达式：
n n0 N’ N 固有 N> N’ 0 人为
UN Ra n T 2 Ce CeCT n T
UN Ra n T 2 Ce N CeC M N
直流电机的的基本方程式和运行特性
+U -
电势方程: Ea U IaБайду номын сангаасa 2U
I
U
Ia
(ra
2U Ia
)
U
Ia Ra
U I f (rf r ) I f Rf
If
nT1
T T0
Ia Ea
式中: Ra －电枢电阻
Rf Φ
Rf rf r －励磁回路总电阻
rf －励磁绕组电阻
rΩ
并励发电机
r －励磁绕组调节电阻 注：发电机中必有 Ea>U
① 负载特性 n＝常数、I＝常数时，U=f(If)的关系。其中，当I＝0 时的特性U0=f(If)称为发电机的空载特性
② 外特性
n＝常数、If＝常数（并励时Rf＝常数）时，U=f(I) 的关系
③调节特性 n＝常数、U＝常数时，If=f(I)的关系
19.2.1 它励直流发电机的空载特性 + U
-
定义：n=常数，I=0时，U0=f(If)的关系
P2
其中 p pm pFe pad pCuf pCua
注：额定负载时，直流发电机的效率与容量有关。10kW以下的 小电机，效率为75％～88.5％；10～100kW的电机，效率为85 ％～90％；100～1000kW的电机效率为88％～93％
例 一台四极并励直流发电机的额定数据为：PN=6kW, UN=230V,
nN=1450r/min,电枢回路电阻ra=0.92Ω,励磁回路的电阻 Rf=177Ω,2ΔU=2V，损耗pFe＋pm＝295W。试求额定负载下的 电磁功率、电磁转矩及效率（杂散损耗取输出功率的1％）。
解：额定电流
IN
PN UN
直流电机的基本方程式
.直流电机的基本方程式一．直流发电机的基本方程式以并励机为例：（一）.电压平衡方程直流发电机发出的电势E产生电流I，I在电枢回路aaa总电阻R（包括电枢绕组电阻及两个电刷的接触电阻）上a产生压降IR，则输出电压U＝E－IR，可见发电机E>U。
aaaaaa电路如图：（二）.转矩平衡方程式直流发电机是把机械能转变为电能，因此由原动机输入的机械转矩T 是驱动转矩；1电磁转矩T是制动转矩；即使电机空转也存在的、对应电机机械摩擦、铁损耗等的空载转矩T一定是阻转矩，当驱动＝制动时，电机恒速旋转。
因此发电机稳定运行时的转矩0平衡方程为：T=T+ T 01（三）功率平衡方程式其功率流程图如图：从原动机输入机械功率P，扣除了机械方面的损耗，就是机转变为电的部分称为电磁p1机功率P，再扣除了电方面的损耗，就是输出的电功率P＝UI，对并励发电机p2M电I＝I－I。
额定时的P就是P=UI。
Na2fNN其中：是机械方面的损耗，它也是电机空载运行时就存在的损耗，故称空载损耗，pp0机它包括了机械摩擦损耗、铁耗、附加损耗（≈0.01~0.05P），即:ppp N adFem..＝＝＋＋；ppppp adFe0m机是电方面的损耗称为铜耗，它包括了电枢回路铜耗＝R和励磁回路铜耗2ppI a acua电2U＝UI，即＝＋pppp2R I＝＝cufcuacuf由功率流程图可列功率平衡方程：电ff R f机械方面：；电方面：－；pP?P?pP?P?p cuaM201Mcuf P；T＝把机械方面的功率平衡方程两边除以Ω，就得到了转矩平衡方程。
其中：11?PP TΩ——这是用机械量表示的电磁功率。
；T＝。
可见电磁功率＝＝T0M P0 M把电压平衡方程U＝E－IR的两边乘以I：UI= EI－R 2I aaaaaaaa a∵I ＝I＋I，则：UI = U(I+I)= EI－R，2I aaaaaff a∴UI= EI－R －UI＝EI－－其中：UI就是P；对比电方面的功率平衡方程可知：EI 2ppI afaaaa cuacufa就是电磁功率P。
直流电机的基本方程
U RL Ea I + Rf Ia If U Ea I + Ia Rf
发电机
If
电动机
重庆大学电气工程学院，电机学课程教案，©2005 by 韩力，hanli@，023- 65111229
电机学
电系统
Electric Machinery
电磁功率 Electromagnetic Power
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电机学
Electric Machinery
直流电机的可逆运行
Reversing Operation of D.C. Machines
旋转电机的运行是可逆的； 一台直流电机，既可以作发电机运行，也可以作 电动机运行。 判别直流电机运行 状态的条件是：
T1＝Te＋T0
制动性质的电磁转矩
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电机学
Electric Machinery
直流电动机的转矩方程式
Torque Equation of D.C. Motor
Pe＝P2＋p0
TeΩ＝T2Ω＋T0Ω Te＝T2＋T0 驱动性质的电磁转矩
电 功 率 电磁功率
机 械 功 率
机 械 功 率
电 功 率
电磁功率
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电机学
Electric Machinery
直流发电机的功率方程式
Power Equations of D.C. Generator P =T Ω P =UI
直流电机 基本方程式 戚
输出功率 PN 输入功率U N I a
使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称“转矩”。机械元件在转矩 作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为“扭矩”。
直流电机 基本方程式
电枢的电动势Ea与电枢电流I a(也即负载电流)的乘积为电磁功率 Pe 电磁功率 Pe Ea I a U I a R I a (W ) 有：e UI a I a 2 R P 即:电机的电磁功率=输入功率UI a 电枢铜耗I a 2 R 电磁转矩与电枢旋转机械角速度的乘积为机械功率PM 机械功率 PM Te ω (W) 60 UI a I a 2 R 2 因： Te ω n 2 n 60 60 UI a I a 2 R 2 得到：PM Te ω=( ) n UI a I a 2 R Pe 2 n 60 结论：电磁功率由电机转换为机械功率。 电机机械特性方程n=f (I a ) 在 恒定下的n=f (I a )机械特性方程：n 1 U I a R k k Ce
pN a p极对数,a电枢绕组支路对数,N a电枢绕组总导体数 60a 电枢绕组有电流I a时会产生电枢磁通势，它与气隙磁场相互作用会产生电磁转矩 Te 电磁转矩 Te CT I（Nm） a 转矩常数CT pN a 2a 60 60 U I a R Ce I a Ia 2 2 n
直流电机 基本方程式
直流电机稳态运行基本方程式
电枢绕组在电机磁场中以转速 n 旋转会产生感应电动势Ea 电枢电势Ea Ce n U I a R （V） U电枢电压,电机磁通,R电枢电阻，转/分, n 可导出：Ce 电动势常数Ce U Ia R 1 和 恒定下的机械特性方程：n U I a R n k
U Ia R 60 60 60 60 注：①电动势常数与转矩常数的关系： T ，或CT Ce 9.55Ce Ce 2 2 可导出：CT ②由基本运动方程 J dω Te TL dt 稳态下左侧为0，故 Te TL (负载转矩)
直流电机的基本方程
直流电机的基本方程
一、电动势平衡方程
b a a a U R I U E ∆±±=2
式中：a R ：电枢回路总电阻；
b U ∆2：正、负电刷电压降，一般为0.6～2伏；
发电机：取“+”；电动机：取“-”；
忽略电刷压降，则a a a R I U E ±=
**结论：发电机：U E a >；电动机：U E a <；即根据a E 与U 的大小判断直流电机的运行状态。
二、直流电机的功率平衡方程
以并励直流发电机为例 p Cua +p 0
P 1 Pem P 2
(机
转子
Cuf 发电机：01p P P em -=
∑-=---=p P p p p P P b Cuf Cua em 12 机械能→电能
电动机：b Cuf Cua em p p p P P ---=1
∑-=-=p P p P P em 102 电能→机械能
电机效率：%1001
2⨯=P P η
三、转矩平衡方程
1.发电机：01T T T em -=
2.电动机：02T T T em +=
四、直流电机的可逆性
改变电机的外界条件，可以改变其运行状态。
例：直流发电机由原动机拖动并入电网运行时，若去掉原动机，n ↓→Ea ↓当 Ea<U 时,Ia 反向,电动运行.。
4第二章直流电机_电动势及转矩方程(2.5)
Fx Bxlia
设电枢绕组总导体数为 N ， 一个极面下的导体数为 N/(2p)，并联支路数为2a（波绕组a=1），电枢总电流为 Ia，有：
ia I a /(2a)
N / 2a k 1
则一个极面下所有导体所受的电磁力为：
FP
N / 2a k 1
f
xk
B
xk a
li lia Bxk
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直流电机的感应电动势
》 • • • 直流电机电动势的性质： 直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关 发电机——是电源电势（与电枢电流同方向） 电动机——是反电势（与电枢电流反方向）
7
直流电机
二、电磁转矩
设嵌在电枢槽内导体的有效长度为 l，Bx表示任一导体 所在处的磁通密度，ia为导体中流过的电流，则该导体所受 的电磁力为：
直流电机
§2-4 直流电机的基本方程
一、感应电动势
设嵌在电枢槽内导体的有效长度为 l，切割磁通的相对 速度为 ν ，用 Bx 表示任一导体所在处的磁通密度，则该导 体的感应电动势为：
ex Bxl
设电枢绕组总导体数为 N ，并联支路数为 2a （波绕组 a=1），则电枢正负电刷引出的电动势为：
Ea
Ea Ce n
什么关系？？？
Tem CT I a
- n : r/min - Ω ：rad/s – 国际单位 - 关系：
Ω n 2 2 n
60 60
11
直流电机的电动势和电磁转矩公式的关系
1、Ce 和 CT 的关系
Ea
pN Ω CT Ω 2a
Tem CT I a
感应电动势的计算公式为：
Kf—比例常数。
直流电机的基本方程式
直流电机的基本方程式一．直流发电机的基本方程式以并励机为例：（一）.电压平衡方程直流发电机发出的电势E a产生电流I a，I a在电枢回路总电阻R a（包括电枢绕组电阻及两个电刷的接触电阻）上产生压降I a R a，则输出电压U＝E a－I a R a，可见发电机E a>U。
电路如图：（二）.转矩平衡方程式直流发电机是把机械能转变为电能，因此由原动机输入的机械转矩T1是驱动转矩；电磁转矩T是制动转矩；即使电机空转也存在的、对应电机机械摩擦、铁损耗等的空载转矩T0一定是阻转矩，当驱动＝制动时，电机恒速旋转。
因此发电机稳定运行时的转矩平衡方程为：T1=T+ T0（三）功率平衡方程式其功率流程图如图：从原动机输入机械功率P1，扣除了机械方面的损耗p机，就是机转变为电的部分称为电磁功率P M，再扣除了电方面的损耗p电，就是输出的电功率P2＝UI，对并励发电机I＝I a－I f。
额定时的P2就是P N=U N I N。
其中：p机是机械方面的损耗，它也是电机空载运行时就存在的损耗，故称空载损耗p，它包括了机械摩擦损耗mp、铁耗Fe p、附加损耗ad p（≈0.01~0.05P N），即:p 机＝0p ＝m p ＋Fe p ＋ad p ；p 电是电方面的损耗称为铜耗，它包括了电枢回路铜耗cua p ＝2aI R a 和励磁回路铜耗 cuf p ＝UI 2fU R ＝2f I ＝f R ，即p 电＝cua p ＋cuf p 由功率流程图可列功率平衡方程：机械方面：10M P P p =+；电方面：2M cua PP p =-－cuf p ； 把机械方面的功率平衡方程两边除以Ω，就得到了转矩平衡方程。
其中：T 1＝1P Ω；T 0＝0P Ω；T ＝M PΩ。
可见电磁功率M P ＝T Ω——这是用机械量表示的电磁功率。
把电压平衡方程U ＝E a －I a R a 的两边乘以I a ：UI a = E a I a －2a I R a ∵I a ＝I ＋I f ，则：UI a = U(I+I f )= E a I a －2a I R a ， ∴UI= E a I a －2a I R a －UI f ＝E a I a －cua p －cuf p其中：UI 就是P 2；对比电方面的功率平衡方程可知：E a I a 就是电磁功率P M 。
直流电 波动方程
直流电波动方程
直流电波动方程主要涉及到直流电动机和直流发电机的基本方程。
以下是他励直流电动机和直流发电机的基本方程：
1. 他励直流电动机：
电压平衡方程式：
U = Ea + IaRa + Ir
其中，U为电枢电压，Ea为电枢绕组感应电动势，Ia为电枢电流，Ra为电枢绕组电阻，Ir为电刷电阻压降。
转矩平衡方程式：
T = Tem - T0
其中，T为电磁转矩，Tem为电动机输出转矩，T0为空载转矩。
2. 直流发电机：
电压方程式（他励式）：
Uf = If * Rf
其中，Uf为励磁电压，If为励磁电流，Rf为励磁电阻。
电枢回路电压方程式：
Ea = UIa * Ra / 2Lambda Ub
其中，Ea为电枢绕组感应电动势，U为电枢电压，Ia为电枢电流，Ra为电枢绕组电阻，2Lambda Ub为电刷的电阻压降。
转矩方程式：
T1 = Tem = T0
其中，T1为电磁转矩，Tem为电动机输出转矩，T0为空载转矩。
这些方程描述了直流电动机和直流发电机在稳定运行时的电磁过程和机电过程。
在实际应用中，根据具体情况进行参数调整和控制，可以实现直流电的稳定输出。
第二十四章 直流电机的磁势、电势和基本方程式
0.91 1.45
2.38 2.74
试求当该机在额定运行情况下,电枢反应的等效去磁安匝Faqd
29
解: 已知 U N 230 V , I aN 84.8 A, Ra 0.147 在额定运行情况下电枢感应电势为
EaN U N I aN Ra 230 84.8 0.147 242.5(V )
F f Faqd F f 0 I f 0 I f I f
E0
E0
if
0 if0 if 0 Ff0 Ff
Faqd
if0
Ff0
结论：电机转速和励磁电流一定，由于交轴电枢反应去磁作 用，使负载时感应电势比空载略小。要保持感应电势不变， 27 需增加励磁电流，以补偿交轴电枢反应的去磁作用
18
一、电刷在几何中性线上 的电枢反应
空载磁场
电枢磁场
19
一、电刷在几何中性线上 的电枢反应
N S
发电机
B x
电动机 B0 x
S2
S1 Ba x
S3
S4
空载时几何中性 线与物理中性线
一、电刷在几何中性线上 的电枢反应
N ① 使磁场的零点偏移 ； S
② 不饱和时，每极磁 通量不变；
③ 饱和时，每极磁通 量会减少。 ④ 使气隙磁场畸变， 每一极下主磁场的 一半被加强，一半 被削弱。
第二十四章
直流电机的磁势、电势和
基本方程式
直流电机空载时电机内部电磁关系
直流电机负载时电机内部电磁关系
稳态运行时直流电机的基本方程式
直流电机的可逆性
1
24-1 直流电机空载时磁路及磁势
一、空载时的磁路 空载：发电机出线端没有电流输出，电动机轴 上不带机械负载，即电枢电流为零的状态
机车电机与电器PPT课件项目1任务7 直流电机的基本方程
任务七 直流电机的基本方程
交变磁通在铁心中产生的磁滞和涡流损耗称为铁耗。电枢铁心在静止的磁场 中旋转，通过铁心中的磁通为交变磁通，产生铁耗；电枢旋转时，电枢槽口 引起主极表面磁通脉动，在极靴表面产生铁耗。铁耗大小与电机的转速、磁 密及铁心冲片的厚度、材料有关。铁耗将引起铁心发热。
机械损耗是指电机旋转时，转动部分与静止部分以及周围空气摩擦所引起的 损耗，主要有轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗和电枢与周围空气的摩擦损耗等， 其大小和电机转速有关。机械损耗将引起轴承和换向器发热。
任务七 直流电机的基本方程
任务七 直流电机的基本方程
直流电机的基本方程包括电压平衡方程、电磁转矩平衡 方程和功率平衡方程。
直流电机的基本方程将直流电机中电、磁、机械等物理 量联系起来，符合电学、力学及能量守恒定律。
直流电机的基本方 直流电机的基本方程
电枢电动势 电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也 就是每个支路里的感应电动势。当电机的气隙中有磁场存在， 且电枢旋转使电枢导体切割磁力线时，在电枢绕组中会产生 感应电动势。 感应电动势的大小，可根据电磁感应定律求得，方向可用右 手定则判定。
任务七 直流电机的基本方程
电磁转矩 电枢绕组通过电流时，在磁场中将受到电磁力的作用，电磁力在电 枢轴上产生的转矩称电磁转矩。 电磁转矩的大小，可根据电磁力定律求得，方向可用左手定则判定。
制造好的直流电机其电磁转矩仅与电枢电流和气隙磁通成正比。 在电动机中电磁转矩是动力转矩，在发电机中电磁转矩是阻力转矩。
任务七 直流电机的基本方程
直流电机的损耗
电机是实现机电能量转换的装置，因而功率关系是电机运行中最基本的关系。 电机运行过程中，存在输入功率、输出功率和各种损耗，它们之间应满足能量 守恒定律。
17.1 直流电机的基本方程式
∑ p = pFe + pmec + pad + pcua + pcuf
第17章 直流电机的运行
三、转矩平衡方程式
发电机
P1 p0 Pem = + Ω Ω Ω
T1 = T0 + Tem
Tem = T0 + T2
Pem p0 P2 = + 电动机 Ω Ω Ω
发电机(Ea>U) 发电机
电动机(Ea<U) 电动机
第17章 直流电机的运行
改善换向一般采用以下方法： 改善换向一般采用以下方法： 选择合适的电刷， 选择合适的电刷，增加换向片与电刷之间的接触电阻 装设换向磁极 位于几何中性线处装换向磁 极。换向绕组与电枢绕组串 联，在换向元件处产生换向 磁动势抵消电枢反应磁动势
大型直流电机在主磁极 极靴内安装补偿绕组 补偿绕组与电枢绕组串联， 补偿绕组与电枢绕组串联，产生 的磁动势抵消电枢反应磁动势
讲[例17.1.1]
第17章 直流电机的运行
小结 Conclusions 教学重点： 教学重点：
1. 电动势平衡方程式 2. 功率平衡方程式 3. 转矩平衡方程式
教学难点： 教学难点：
功率流程图
作业： 作业：P290：17.12
输出功率 电磁功率
Pem 指电机内部的电功率和机械功率相互转换的功率。 指电机内部的电功率和机械功率相互转换的功率。
Tem Ω 机械功率 Pem = E a I a 电功率
角速度 Ω =
2πn rad/s 60
第17章 直流电机的运行
4．功率平衡方程式 ．
发电机
P1 = pFe + pmec + pad + Pem = p0 + Pem Pem = pcua + pcuf + P2
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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、电动势平衡方程式：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：B、并励发电机电势方程式：发电机的大于。
2、转矩平衡方程式：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：由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内交变而引起的。
铜耗：电枢回路铜耗励磁回路铜耗电刷接触铜耗，为一对电刷总接触电压降。
机械损耗：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：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，，随负载变化而变化，称为可变损耗;，，为不变损耗。
电机的效率：当不变损耗=可变损耗时，取得最大，是的二次曲线。
B、并励电动机的功率方程式：C、并励发电机的功率方程式：一、直流电动机的工作特性：直流电动机的运行特性有：工作特性，起动，调速。
工作特性是选用直流电动机的一个重要依据。
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，电磁转矩，和效率与输出功率之间的关系。
即：，实际运行中，可测，且随增大而增大，所以，工作特性可表示为：1、并励直流电动机的工作特性：A、转速特性：其中，为理想空载转速。
转速特性为一斜率为的直线。
当电机磁路饱和时，随着的增大，增大，电枢反应的去磁作用使增大，直线上翘。
为保证电机稳定运行,采取措施使特性略为下降。
B、转矩特性：，不计去磁，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，仍接近于一条直线。
C、效率特性：，是的二次曲线。
当不变损耗＝可变损耗时，取得最大。
2、串励直流电动机的工作特性：基本方程式：不计饱和时：A、转速特性：分析：a、转速随着的增大而迅速减小。
（因为）。
b、空载时，很小，及很小，电机必须产生反电势与电源电压相平衡，因此,很高。
理论上，时，，。
故串励电动机不允许空载或轻负载运行。
B、转矩特性：当增大，很快减小，使升很快。
即，随着增大，将以高于的一次方比例增大。
在同样大小的起动电流下，串励电动机的大于并励电动机的。
C、效率特性：与并励电动机类似。
并励电动机与串励电动机工作特性比较：A、串励电机的随增大而迅速下降。
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下，串励电动机的大于并励电动机的。
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。
当并励绕组磁动势起主要作用，特性接近于并励电动机特性。
当串励绕组磁动势起主要作用，特性接近于串励电动机特性。
在空载时无飞速现象。
一、直流发电机的工作特性：可测物理量有：发电机端电压，电枢电流，励磁电流，转速等。
有四种特性曲线：空载特性负载特性外特性调节特性(一)、他励发电机特性：1、他励发电机空载特性：当电机时，调节使发电机空载端电压，然后使逐渐回到零，测空载端电压与关系即为空载特性曲线。
分析：A、空载特性表明电机磁路的性质。
即当一定时，电机绕组感应电势与其对应磁动势的关系。
B、改变励磁电流的方向，可测出反方向的空载特性曲线。
C、改变电机转速，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他励形式测取。
空载特性曲线：2、负载特性：当，时，端电压曲线。
与空载特性比较：当上升时，两曲线都上升。
当一定时，两特性的电压不同。
3、外特性：当，时，端电压曲线。
当负载电流及电枢电流增大时，曲线略为下垂。
4、调节特性：当，时，端电压曲线。
当电枢电流增大时，曲线往上翘。
(二)、并励直流发电机空载电压的建立：并励和复励直流发电机均为自励发电机，首先应在空载时建立电压，然后再带负载。
自励电压建立的三个条件：必须有剩磁；励磁绕组与电枢并联的极性正确；励磁回路中电阻小于临界电阻。
电机有剩磁，极性正确气隙磁场得到加强电枢绕组电势增加励磁电流增加电枢端电压建立起来如何稳定呢？空载电压建立能否稳定？励磁绕组端电压与励磁电流：在磁路上满足空载特性，在电路上满足伏安特性。
当时，达稳定点A。
即两曲线的交点。
(三)、并励、复励直流发电机负载运行：当，建立自励电压后，保持，接入负载，逐渐减小，测取与的曲线。
下垂原因：电枢反应；电枢绕组压降；并励直流电机随的减小，电枢感应电势大大减小；串励电机随负载变化，使不稳定，可安自动装置。
一、他励直流电动机的起动起动--从静止到一个稳定态的过程。
先有磁场，再接入电枢电压。
电机刚起动时，n=0，E=0，电枢电流很大。
使绕组发热和受很大的电磁冲击力。
所以希望小于一定值。
但电磁转矩与成正比，希望大些。
--成为一对矛盾。
对起动的基本要求：1、足够大的起动转矩Tst ;2、起动电流限制在允许范围内;3、起动时间短;4、起动设备简单、经济、可靠。
常用的起动方法：1、直接起动;--适用于小容量电机。
2、电枢串电阻器起动;--损耗大。
3、降压起动;--须有专用电源。
损耗小，起动平稳。
电阻分级起动过程分析：选择最大转矩，电阻切换转矩二、他励直流电动机的制动电机有两种运转状态：电动运转与同向。
制动运转与反向。
制动的目的使系统停车或限速。
自由停车法，电气制动，机械制动。
能耗制动;反接制动;回馈制动。
分析每种制动过程产生的条件，机械特性，及特点等。
1、能耗制动：产生条件：电机顺时针方向旋转，与之同方向。
电机在电动状态下运行.各物理量正方向如图所示：电机在电动状态下运行,合上，断开,制动。
不变，U=0.制动瞬间：励磁不变，因惯性转速不变，不变，但电枢电流与同方向，而改变了方向，使反向，电机处于制动状态。
若带位能性负载最后将稳定在C点，等速下放。
越大，制动越快。
2、反接制动：1)、转速反向的反接制动：正接反转。
产生条件：起重机起吊重物，电机的起动转矩小于重物的负载转矩，电机被负载拖动反向起动，使电机的转速逆电磁转矩的方向旋转，n 与反向，电机处于制动状态。
功率全消耗于上。
2)、电枢反接的反接制动：正转反接。
产生条件：电机在电动状态下运行，突将电枢反接，即U为负，电枢电流改变方向，使改变方向，电机处于制动状态。
在 C 应即时断开电源，否则电机将反转。
3、回馈制动：再生制动。
1)、位能负载拖动电动机，电机运行在反向电动状态，某原因使电机的转速达到某一数值时，电机的，使电枢电流反向，即T 反向，电机进入发电机运行状态，而起制动作用。
电机将轴上输入的机械功率大部分回馈给电网，小部分消耗在电阻上。
2)、改变电枢电压：电机在正向电动状态运行，突降电枢电压,来不及变化，使,出现回馈制动,特性在第二象限。
同一电动机在相同电枢电阻时各种运行状态：三、他励直流电动机的调速调速的目的：改变生产机械的工作速度，提高生产率。
方法：机械方法、电气方法、机械电气配合。
机械方法：改变转动机构的速比实现，机构复杂。
电气方法：机械结构简单，但电气结构复杂，在一定负载下可获得多种速度。
本节只讨论他励直流电动机的调速方法及其优缺点。
他励直流电动机的转速特性：可见，要改变电动机的转速，有三种方法：(1)调节电枢端电压U;降压方向，从向下调(2)调节励磁磁通Φ;弱磁调速，从向上调(3)调节电枢外串电阻;从向下调注意：调速与因负载变化而引起的转速变化是不同的。
调速要人为的改变电气参数，机械特性变了，而改变负载时电气参数未变，机械特性也未变，在同一条特性上变化。
1、电枢串电阻：1)、物理过程：电枢串电阻后，电阻上流过电流产生压降，电枢端电压降低。
从图可知：电枢端电压的数值受负载影响很大，转速受负载的影响也很大，在空载时几乎没有调速作用。
在负载Tz下，串不同电阻得到不同转速，n1 > n2 > n3 > n4。
从n1将为n2过程：电机在 a 点稳定运行，电枢电阻突增至R2时,该瞬间 n、Ea不能突变，Ia 及M减小，由a→b，转矩 M 降为M’ < Mz ，系统减速。
随着 n 及 Ea 的下降，Ia 及M 不断增高，直到系统转速为 n2 时，M’ = Mz ，建立新的平衡，调速过程结束。
系统稳定运行于 c 点。
2)、特点调速指标不高，调速范围不大，有级调速。
2、降低电源电压：小容量直流电动机用晶闸管整流装置作为可调电源。
对容量大的直流电动机，用机组作为可调直流电源，用晶闸管装置调节发电机G的励磁电流，即调节其感应电势，即电动机 M 的电源电压。
降低电源电压的机械特性方程为：改变电源电压U0，可以得一组平行线。
U0—整流电压，R0—整流装置内阻，若是机组为发电机电枢电阻。
优点：特性硬度不变，D大，平滑性好。
但投资大。
3、弱磁调速1).物理过程：小容量可在励磁回路串接可调电阻，大容量用单独可控硅整流装置向励磁回路供电。
当φ↓，n0↑，特性的斜率调速过程：电机在 A 点稳定运行→ 突加RΩ调励磁→励磁未饱和，If,φ按指数规律减小，而 n 不突变→Ea 随φ减小而↓→ Ia=(U-Ea)/Ra↑,比φ减小的量大→ T 随Ia↑而↑ → T>Tz，系统加速→n 由 n1上升达某一值时，使 Ea 回升→引起 Ia 回落→ T回落→直到 T=Tz达新稳定点B。
优点：控制方便，能耗小，调速平滑，调速范围不大，受电机的 nmax 限制。
注意：若励磁电路断线时，φ为剩磁，此时Ia↑大，转速飞速上升，有危险。
可破坏电枢。
必须有相应的保护措施。