02-直流电动机的机械特性

I
2 a
Ra

pCua
为电枢回路的总消耗功率，称铜损耗
P1 PM pCua
（2-8）
23
--
Ra
RB
--
2.2 直流电机的基本原理
24
4.直流电动机的基本关系
5）功率平衡关系
同理，由转矩平衡方程，得
Tem T0 T2 （2-9）
式中
Tem Ea Ia PM 为电磁功率 T0 p0 为空载损耗，包括铁损耗和机械摩擦损耗
2
电机的电磁力矩方程
IB
nF
n
+
I
F
U
_
T Cm Ia
（2-1）
式中
pN
Cm 2 a
电机转矩常数；
2.2 直流电机的基本原理
18
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
+
U
Tem Cm Ia （2-1）
_
式中
pN
Cm 2 a
当磁场 一定时
电机转矩常数；
Tem Km Ia
U
_
b
c
a c
d b
d
a
nபைடு நூலகம்
I
T
n
e v
图2-12直流发电机工作原理
2.2 直流电机的基本原理
14
3.原理的应用
1）电动机原理

I，U 直流电机
T，n
应用：机电系统驱动控制
IB
nF
n
+
I
F
U
_
2）发电机原理

I，U 直流电机
T，n
应用：机电系统制动控制
IB
n
T
n
+
I
U
电机：电 能 机械能，称可逆原理
8
3.直流电动机的基本类型
按定子磁极的励磁方式分 A. 永磁电机——小功率 B. 励磁电机
励磁电机： ① 他励电机 ② 串励电机 ③ 并励电机 ④ 复励电机
+
U
_
+
IB
nF n
I
F
U
--
R
I
E
2.1 直流电机的基本结构及类型
9
3.直流电动机的基本类型
按定子磁极的励磁方式分 A. 永磁电机——小功率 B. 励磁电机
式中 Km Cm —转矩系数；
IB
nF n
I
F
2.2 直流电机的基本原理
19
4.直流电动机的基本关系
2）电势方程式
+
电磁感应定律：（右手定理）
U
_
运动导体切割磁力线，产生感应电动势；
IB
nF n
I
F
IB
Ea Ce n （2-3）
+
式中
Ce

pN 60a
电动势常数；
U
_
n
E
T
n
2.2 直流电机的基本原理
2.3 直流电动机的机械特性
32
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192， 求： （1）理想空载转速；固有机械特性的斜率； 额定转速降； （2）若负载转矩T=0.82TN（TN为额定电磁转 矩），问电动机的转速、电枢电流以及电枢电 动势为多大？
n0
UN
CeN

220 1552r / min 0.14176
K

Ra KeKm

Ra
9.55
K
2 e

0.0192 9.55 0.141762

0.10004
nN n0 nN (1552 1500) 52r / min
2.3 直流电动机的机械特性
36
2.3.1 他励电动机的机械特性
第2章 直流电机的机械特性
第2章 直流电动机的机械特性
2
本章的内容 2.1直流电机的基本结构及类型 2.2直流电机的基本原理 2.3直流电动机的机械特性
2.1 直流电机的基本结构及类型
3
1.直流电机的功能作用
利用电与磁的相互作用，实现“电能 机械能”的转换； 电磁作用的基本定律 1）电磁力定律： （左手定理） 载流导体在磁场中，受电磁力作用； 2）电磁感应定律：（右手定理） 运动导体切割磁力线，产生感应电动势；
1）基本结构组成 定子部分——作用产生磁场； 由主磁极、机座、轴承、电刷装置等组成。 转子部分——作用产生电磁力矩； 由电枢绕组、电枢铁心、转轴等组成。 换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。
2.1 直流电机的基本结构及类型
6
2.直流电机的基本结构
2）直流电机的等效电路
+
U
--
I
R
E
IB
nF
Tem T0 T2 （2-5）
d
T2 TL J dt 式中 T0 为电机的空载阻转矩
T2 为电机的输出转矩 TL 为电机的负载转矩
IB
nF
n
+
I
F
U
_
稳定运行时 T2 TL
Tem T0 TL
2.2 直流电机的基本原理
22
4.直流电动机的基本关系
4）电压平衡方程
电枢回路电压平衡方程
_
2.2 直流电机的基本原理
15
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
+
电磁力定律： （左手定理）
U
_
载流导体在磁场中，受电磁力作用；
IB
nF n
I
F
电磁力大小: F B l ia
电磁力方向：左手定律
2.2 直流电机的基本原理
16
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
+
电磁力定律： （左手定理）
U Ea Ia Ra （2-6）
IB
nF
n
+
I
F
U
_
IB
n
T
n
+
E
U
_
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
5）功率平衡关系
由电压平衡方程，得
+
U
Ia
Ea
UIa

Ea Ia

I
2 a
Ra
（2-7）
式中 UIa P1 为电动机从电源输入的电功率
IB
+
UB
Ea Ia PM 为电磁功率，转换成机械功率的部分电功率
U
_
+
nF n
I
F
U
--
I
E
2.1 直流电机的基本结构及类型
11
3.直流电动机的基本类型
按定子磁极的励磁方式分 A. 永磁电机——小功率 B. 励磁电机
励磁电机： ① 他励电机 ② 串励电机 ③ 并励电机 ④ 复励电机
IB
nF
n
+
I
F
U
_
n
他励 复励 并励 串励 T
2.2 直流电机的基本原理
电枢电流
Ia
TL
CmN

0.82TN
p p0 pCua pFe pm ps pCua
2.2 直流电机的基本原理
26
4.直流电动机的基本关系
5）功率平衡关系
他励电机稳态运行时的功率流程图
P1 P2 p
p pCua pFe pm ps
2.3 直流电动机的机械特性
27
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192， （2）若负载转矩T=0.82TN（TN为额定电磁转矩），问 电动机的转速、电枢电流以及电枢电动势为多大？
解： 负载时的转速降 n KTL K 0.82TN 0.82 nN 42.6r / min
U
R
n Ce CeCm 2 T
2.3 直流电动机的机械特性
31
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
定义：
在额定运行条件下，即UN、N、R=Ra，所得到
的机械特性为固有特性。
n
UN
CeN

Ra
CeC
2
mN
T
理想空载转速
n0

UN
CeN
特性斜率
K

Ra
C
e
C
m
2 N

Ra Ke Km

0.14176
60
Cm 2 Ce 9.55Ce
CmN Km 9.55Ke
2.3 直流电动机的机械特性
35
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2
已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A，
nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，
解：
励磁电机： ① 他励电机 ② 串励电机 ③ 并励电机 ④ 复励电机
IB
nF
n
+
I
F
U
_
U
+
--
I
R
E
2.1 直流电机的基本结构及类型
10
3.直流电动机的基本类型
按定子磁极的励磁方式分 A. 永磁电机——小功率 B. 励磁电机
励磁电机： ① 他励电机 ② 串励电机 ③ 并励电机 ④ 复励电机
IB
+
20
4.直流电动机的基本关系
2）电势方程式
Ea Ce n （2-3）
式中
pN Ce 60a
电动势常数；
当磁场 一定时
Ea Ke n （2-3）
式中 Ke Ce —电势系数；
IB
nF
n
+
I
F
U
_
IB
n
T
n
+
E
U
_
2.2 直流电机的基本原理
21
4.直流电动机的基本关系
3）转矩平衡方程
1．机械特性方程 n f (T )
根据稳定运行状态下的基本方程
T Cm Ia
Ea Ce n

U

Ea

Ia Ra

得机械特性方程
电流表达式 力矩表达式
n

U
Ce

R
Ce
Ia
U
R
n Ce CeCm 2 T
（2-17） （2-18）
2.3 直流电动机的机械特性
2.3 直流电动机的机械特性
33
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2
已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，
解：
n0
UN
CeN
UN Ke
理想空载转速
K

Ra
Ce
Cm
2 N

Ra Ke Km
特性斜率
T2 T2 为电机转轴上输出的机械功率
PM p0 P2
（2-10）
2.2 直流电机的基本原理
25
4.直流电动机的基本关系
5）功率平衡关系
得 P1 P2 p0 pCua 其中 p0 pFe pm ps
pFe 为铁损耗 pm 为机械摩擦损耗 ps 为附加损耗
电机功率总损耗
n
+
I
F
U
_
RB IB
+
UB
--
2.1 直流电机的基本结构及类型
7
3.直流电动机的基本类型
按定子磁极的励磁方式分 A. 永磁电机——小功率 B. 励磁电机
励磁电机： ① 他励电机 ② 串励电机 ③ 并励电机 ④ 复励电机
IB
nF
n
+
I
F
U
_
+
U
--
I
R
E
RB IB
+
UB
--
2.1 直流电机的基本结构及类型
12
1.电动机原理
电磁力定律： （左手定理）
载流导体在磁场中，受电磁力作用； +
U
b
c_
a c
d
d b
a
IB
nF n
I
F
I
f
图2-11直流电动机工作原理 图 2-11 直流电动机工作原理
2.2 直流电机的基本原理
13
2.发电机原理
IB
电磁感应定律：（右手定理）
运动导体切割磁力线，产生感应电动势； +
2.1 直流电机的基本结构及类型
4
2.直流电机的基本结构
1）基本结构组成 定子部分——作用产生磁场； 由主磁极、机座、轴承、电刷装置等组成。 转子部分——作用产生电磁力矩； 由电枢绕组、电枢铁心、转轴等组成。 换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。
2.1 直流电机的基本结构及类型
5
2.直流电机的基本结构
n
KTN

Ra Ke
IN
转速降落
2.3 直流电动机的机械特性
34
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，
解：
Ke

CeN

UN
I N Ra nN

220 383 0.0192 1500
30
2.3.1 他励电动机的机械特性
1．机械特性方程 n f (T )
机械特性的表达方式
3）特征参数
U
n0 Ce
理想空载转速
dn
R
R1
K dT CeCm 2 Ke Km
特性斜率
R n KT Ke Ia
特性方程可写成
称为转速降落
n n0 KT n0 n
2.3 直流电动机的机械特性
37
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，
得： 电机转速 n n0 n (1552 42.6) 1509.4r / min
U
_
载流导体在磁场中，受电磁力作用；
IB
nF n
I
F
电磁力大小: F B l ia
电磁力方向：左手定律
导体电磁力矩：
Ti

Fi
D 2

B p lia
D 2
2.2 直流电机的基本原理
17
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
转子导体总电磁力矩
N
D
Tem
Ti NBP lia
i 1
29
2.3.1 他励电动机的机械特性
1．机械特性方程 n f (T )
机械特性的表达方式 2）特性曲线
由
U
R
n Ce CeCm 2 T
当参数U、R 及均固定不变时，机械特性曲线是一条直线；
确定一条直线的方法： （1）已知：一个点的坐标和斜率； （2）已知：两个点的坐标；
2.3 直流电动机的机械特性
28
2.3.1 他励电动机的机械特性
1．机械特性方程 n f (T )
机械特性的表达方式
1）特性方程
电流表达式
UR
n Ce Ce Ia
（2-17）
力矩表达式
U n
Ce
R
CeCm 2 T
（2-18）
式中 U , R,
Ce ,Cm
电机的运行条件参数 电机的结构常数
2.3 直流电动机的机械特性