第9章 直流电动机(1)

U N I a Ra n Ce
Ra UN Ra Ia n I a n0 Ce Ce Ce
U N I a Ra U N Ra n Ia Ce Ce Ce Ra n0 Ia Ce
•不计电枢反应的去磁作用，他励 直流电动机的转速特性为一条略为 下降的直线。
Ea
M
If
F
+
I
U

F
I Ia I f
If
Ea
M
Ia
4.复励直流电动机
I Ia I f 1
I Ia I f 1 I f 2
+
I
U
I f 2 Ia
+
I
U

F2

F2
If2
Ea
If2
Ea
Ia
M
Ia
F1
M
I f1
I f1
F1
短复励直流电动机
长复励直流电动机
9-2 直流电动机的运行原理
当T=TN时，n nN n0 TN 。
转速调整率
n0 n0 nN
n
n0 nN n 100% nN
o
T0
TN
T
3）机械特性的求取
他励直流电动机的固有机械特性是一条过理想空载点(T=0, Ra UN 的直线。 n n0 ) ，斜率 2 CeCt N Ce N
9-1 概述
•直流电动机的功能：直流电能→机械能。 •直流电动机的优点：具有良好的起动性能和调速性能。
•直流电动机的励磁方式：他励、并励、串励、复励。
1.他励直流电动机
+
I
U

I Ia
Ea
M
Ia
+
Uf
If
F

2.并励直流电动机
+
I
Ia
U

U U f I Ia I f
3.串励直流电动机
pf I 2 f Rf
2 pCu I a Ra
p0 pm p Fe pa
P2 T2
P1 UI
PM Ea I a T
并励直流电动机的功率流程图
+
U
•他励直流电动机

T0 T2
Ia
2 a
P M pCu 1 UI Ea I a I Ra P
PM P2 p0 P2 pm pFe pa
保持不变
优缺点 •优点：设备简单，操作方便。
•缺点：
n n0
Ra
轻载时调速范围小；
工作点：AAB
n0 n1 n2
A
B
n
A
Ra
他励直流电动机带恒转矩负载运 行，采用电枢回路串电阻调速，
Ra Rs
I a 2 I a1
o
Ea 2 U I a1 ( Ra Rs ) n2 n1 n1 Ea1 U I a1 Ra
TL
T
思考题：他励直流电动机带恒转矩负载运行，采用电枢 回路串电阻调速，调速前后稳态电枢电流如何变化？
利用他励直流电动机的额定数据求取其固有机械特性： 计算CeN：
EaN U N I N Ra Ce N nN nN
： 计算理想空载转速 n0
UN n0 Ce N
计算机械特性的斜率
Ra Ra 2 CeCt N 9.55(Ce N ) 2
4）电力拖动机组稳定运行的条件
•并励直流电动机
I
+
U

T0
Ea
P 1 UI I Ia I
T2
Ia
f
T
n
U Ea I a Ra源自U f I f Rf2 2 PM pCu p f P E I I R I 1 a a a a f Rf
If
rj
电磁功率
PM Ea I a T
物理意义：直流电动机电枢绕组从电源吸收的电功率 EaIa，通过电磁感应在电磁转矩T的作用下，转换为电动 机发出的全部的机械功率T 。
直流电机的可逆原理：同一台直流电 机，在不同的外部条件下，既可作电动 机运行又可作发电机运行。 直流电机运行状态的判别依据： 当Ea>U 时，为直流发电机； 当Ea<U 时，为直流电动机。
+
U

T0
Ia
Ea
e
i
T2
T
+
Uf
n

If

2.直流电动机的基本方程式
（3）功率平衡方程式。
rj
电动机惯例
n
n0
0
Ia
•考虑电枢反应的去磁作用，转速下降会减少，他励直流 电动机的转速特性为一条略为下倾的曲线。
2）转矩特性T=f(Ia)
T
T Ct I a
•不计电枢反应的去磁作用，有
T Ct I a I a
转矩特性为一直线。
O
Ia
•考虑电枢反应的去磁作用，随Ia的增大，主磁通略有减 少，转矩特性偏离直线向下弯曲。
3.并励直流电动机的运行特性
并励直流电动机的工作特性和机械特性与他励直流电动机 相同。
+
U

T0
+
U

T0
Ia
Ea
e i
I
Ea
e i
T2
T2
+
Uf
T
n

If
Ia
T
n

If

rj
他励直流电动机
rj
并励直流电动机
9-5 直流电动机的调速
调速指标：衡量各种调速方法技术经济性能的参数。 调速范围 D ：电动机在额定负载下所能达到的最高转速 与最低转速之比。
3）效率特性=f(Ia)
P2 p 1 P P 1 1
P 1 U N Ia
2 p pcu pm pFe pa I a Ra p0
2 Ia Ra p0 1 f (Ia ) U N Ia

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
d 0 dI a
电枢回路不串任何电阻时的机械特性。
UN Ra T n T n0 2 Ce N CeCt N
固有机械特性分析：
n0
n
UN 理想空载转速 n0 ; Ce N
Ra 机械特性的斜率 2 ， CeCt N
该固有机械特性是一条硬特性。
o
T
T0 。 实际空载转速 n0 n0
第九章 直流电动机
9-1 概述
9-2 直流电动机的运行原理
9-3 直流电动机的工作特性和机械特性 9-5 直流电动机的调速
9-6 直流电动机的电磁制动
第九章 直流电动机
基本要求：
1.了解直流电动机的励磁方式 2. 掌握直流电机运行状态的判别依据 3.掌握直流电动机的基本方程式 4.掌握直流电动机的工作特性和机械特性 5.掌握直流电动机的调速方法和制动方法
n f (T )
B
不稳定运行点
nB
n B
扰动消失后， T<TL ，系统将 一直减速，直至停转。 电力拖动机组稳定运行的条件： 电动机与负载的机械特性有 交点；
0
n
n A
T
n f (TL )
nA
n A
A
n f (T )
dT dTL 在交点处 。 dn dn
0
在交点的转速之上有 T<TL ,转速之下则有 T>TL T
P 1 P 2 pm pFe pa pcu P 2 p
+
Uf
Ea
nT
If
rj 式中, p pm pFe pa pcu 为他励直流电动机的总损耗。
2 pCu I a Ra

p0 pm p Fe pa
P1 UI
PM Ea I a T
UN Ra Rs T n T n0 2 Ce N CeCt N n R R 特点：
n0
s2
s1
不变； 理想空载转速 n0
特性斜率 随Rs的增大而增大。 结果： TL不变时，Rs越大，n越低。
A
B
Ra
C
Ra Rs1
Ra Rs 2
o
TL
T
调速的物理过程
o
2 Ia Ra p0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Ia IN
当不变损耗=可变损耗时，电动机效率最高。
2.他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性：电动机在电枢电压U、励磁 电流If、电枢回路总电阻一定的条件下，转速n与电磁转矩 T之间的关系，即n=f(T)。
1）机械特性的表达式
U Ea I a ( Ra RS )
P1 (T1 )
n
E a
+
Ia
U

e
i
Ea
T
•当 n至 n = n0’ 时，Ea=U
T0
Ia 0
P2 UI a 0
T1
直流电动机 状态
+
Uf
n

If
•当 n< n0’ 时，Ea<U

Ia 0
P2 UI a 0
T 0
从电网吸收电功率
电功率→机械功率
rj
发电机惯例
PM Ea I a 0