直流电动机的基本特性

n,Tem , f (P2 ) 或 n,Tem , f (Ia )
还研究n与Tem之间的关系， 即机械特性:n＝f（ Tem ）
1.并励（他励）电动机转速特性
U U N , R 0, I f I fN时，n f (Ia )的关系为转速特性。
根据转速公式，可得
n
n
UN
Ce
Ra
Ce
Ia
n0
1.电磁功率PM 定义：电磁功率是能量转换【电能<<==>>机械能】
过 程中的转换功率。 PM＝EaIa = TM EaIa=(PN/60a)* φnIa= (PN/ 2a) φ Ia*(2n/60) =TM
2.功率平衡
电动机从电源输入的电功率为：
P1 U I Ea I a ( Ra R ) I a U I f
(1 p ) 100%
P1
(1
pcuf
p fe
pmec
pad
I
2 a
Ra
)
100%
UN (Ia I f )
其中:
pcuf p fe pmec pad 为不变损耗
pcua
I
2 a
Ra
为可变损耗
(1
p ) 100% (1
pcuf
p fe
pmec
pad
I
2 a
Ra
)
100%
电动机 TM = T0 + T2
2、当电动机转速变化时 TM = T0 + T2 +J*d/dt= TC + Tj Tj为惯性转矩， Tj = J*d/dt TC为机组总负载制动转矩，TC = T0 + T2
2.5.2 工作特性
工作特性： 是指在U＝UN，If＝IfN时， 转速n、电 磁转矩Tem和效率 随输出功率P2而变化的关系。即
效率：
P2 100% (1 p ) 100%
P1
P2 p
四、转矩平衡方程式
1.当电机以恒定转速旋转时
发电机输入的机械转矩与电机本身的机械阻力转矩 和电磁转矩相平衡。电动机产生的电磁转矩减去空载 阻力转矩之后就是电动机输出的机械转矩了。
设 T0 ――电机本身的机械阻力转矩； T1,T2 ――表示电机的输入，输出转矩。 则 发电机 T1 = T0 + TM
Ra
Ce
Ia
n0
n0
UN
Ce
;
n0： 理想空载转速
Ia
转速下降不多， 考虑电枢反应， 有可能升高。
2.并励（他励）电动机转矩特性
根据转矩公式：
Tem
CM
Ia
C
' M
I
a
Tem
或者
Tem
2
P2 n / 60
Ia
考虑去磁， 曲线有所下降。
3.并励（他励）电动机效率特性
当U＝UN， If＝IfN时， f (Ia )的关系叫效率特性。
Ra
Ce
Ia
UN
C
' e
I
a
Ra
C
' e
Ia
特点：重载时， n很小；轻载时，飞车。
结论：串励电动机不允许在小于15～20％的额定负 载下起动。
6.串励电动机转矩特性Tem＝f（Ia）
根据转矩公式：
Tem
CM
Ia
CM
Kf
Ia
Ia
C
' M
I
2 a
特点：串励电动机有较大起动 Ｔem
转矩与过载能力。大负载时，
CM K f Tem
U
(Ra
Rs )
Tem
转速随所需电磁转矩的增加而迅速变化，该特性称 为软特性。
8.复励电动机的工作特性 复励是串励和并励共同合成的励磁方式。
并励起主要作用， 接近并励 n 特性；
串励起主要作用， 接近串励 特性；
他励
串励
复励
Ia
直流电动机的总结 （1）三个平衡式， 以及U>Ea的电动状态判据。 （2）不同励磁方式对工作特性的影响。
+
-+
-
图2-30 直流电机的可逆性
二、直流电动机电压方程式
U
I
Tem,n
IfIa Ea Ra
rf rΩ
电枢电动势Ea与电流Ia方向相反； 电磁转矩Tem与转速n方向一致。
1.电压平衡方程式
电枢回路：
U Ea I a ( Ra R )
U
I
Tem,n
IfIa Ea Ra
ຫໍສະໝຸດ Baidu
rf rΩ
U > Ea
2.6 直流电力传动
以电动机作为原动机，按人们所给定的规律 来带动生产机械， 称为电力拖动。
电源
控制设备 电动机 传动机构 工作机构
电力拖动系统的构成
注 意：
计及饱和， 成为水平或上翘。
Tem
从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加 而稍有变化， 该特性称为硬特性。
用转速变化率来表征：
n% n0 nN 100% nN
5.串励电动机转速特性（ n f (Ia )）
I Ia I f K f If K f Ia
根据转速公式，可得
n
n
UN
Ce
Ea Ia
I
2 a
(
Ra
R ) UI f
Pem pcua pcuf
Pem Ea Ia Tem (T2 T0 ) P2 p0
2 n
60
p0 p fe pmec pad
3.效率
直流电动机的功率平衡式：
P1 P2 pcua pcuf p fe pmec pad P2 p
该曲线接近直线变化。
结论：适用于重载起动的场
合， 不允许在空载和很轻负
Ia
载下运行。
7.串励电动机机械特性 从电压方程
U Ea Ia (Ra Rs ) Ce n Ia (Ra Rs ) (CeK f n Ra Rs )Ia
以及 Tem C M I a
n
得
1
n
Ce K f
P1
UN (Ia I f )
η与Ia之间存在二次关系，
效率曲线存在一个最大值。
I fN I N 忽略励磁电流
令 d 0可得 dI a Ia
pcuf
p fe
pmec
pad
I
2 a
Ra
结论：当电动机在某负载下不变损耗等于可变 损耗时， 此时效率最高。
推论： （1）额定运行时总损耗
p
2
I
2 N
Ra
励磁回路：
U I f (rf r ) I f Rf
U Ea I a ( Ra R )
2.转速公式
n U I a ( Ra R )
Ce
3.电压平衡动态方程：
电枢回路：U ＝Ladia/dt＋ iaRa ＋Ea 励磁回路： U ＝Lfdif/dt＋ ifRf
三、功率平衡（四大基本关系式之一）
；
（2）可从额定数据来估算电枢回路总电阻。
Ra
1 UN 2
IN
I
2 N
PN
上述结论和推论具有普遍性
4.并励（他励）电动机机械特性
机械特性反映得是转速与电磁转矩之间的变化规律。
从U
Ea
I a Ra
Ce
n
I a Ra
Ce
n
Tem
CM
Ra
有
n
U
Ce
Ra
CeCM 2
Tem
n
Ra CeC M 2
机械特性是稍下降的直线，