第一章 直流电机的基本知识
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3. 减小气隙磁通量的人为机械特性 UN，Ra不变，减小Φ时的机械特性
UN Ra n T 2 Ce CeCt
n n1 Φ1<ΦN Φ1 ΦN T
特点：n0将增高，Δn也要变大， n0 机械特性变软。
0
1.8.4 根据铭牌数据估算机械特性
• 他励直流电动机的固有机械特性是一条斜直线， 由(n0，0)和 (nN，TN)，定固有机械特性。 • 铭牌数据有：PN，UN，IN，nN，IfN
串励
1.9.2 并励直流电动机的机械特性
• 积复励直流电动机机械特 性介于他励与串励直流电 动机特性之间，它具有串 励直流电动机的启动转矩 大，过载倍数大的优点， 而没有空载转速很高的缺 点。 • 用途广，电车拖动等。
U I Ia Ea M 串励绕组 并励绕组 他励 并励 串励 0 T
If
n0
1.8.3 人为机械特性
1.电枢回路串电阻的人为机械特性 UN，ΦN不变，电枢回路串R后，机械特性。
UN Ra R n T 2 Ce N CeCt N
R1<R2 Ra
n n0
特点：n0不变，Rad增大， ⊿n增大，特性变软。
若T为常数，⊿n（Ra+R）
固有
人 为 T
Ra+R1 Ra+R2
直流电机的励磁方式
• 直流电动机按励磁方式（即获得磁通Φ的方式） 可分为
他励式 M 串励式 M 复励式 M 并励式 永磁式
M
M
1.7 直流电动机运行原理
1.7.1 他励直流电动机稳态运行的基本方程式 各物理量正方向按发动机惯例 U=Ea+IaRa U Ea=CeΦn T=CtΦIa 稳定运行时：T=T2+T0=TL If =Uf / Rf , Φ=f(If , Ia)
由铭牌数据求电动机的固有机械特性的步骤： 1）估算EaN或实则Ra；
2）计算CeΦN；
3）求n0；
4）计算TN。
1.9 串励和复励直流电动机
1.9.1 串励直流电动机的机械特性
Ia I f ,
+ U Ia R T Φ Rf
K f I f K f Ia
U I a R' a R' U a Ce C'e I a C'e
Ce N
Ce N
为理想空 载转速
Ra R 为机械特 2 CeCt N 性的斜率
1.8.2 固有机械特性
• 当U=UN，Φ=ΦN ，R=0时的机械特性 UN Ra n n T n0 2 Ce N CeCt N nN 特点： 1） n= f(T)为下斜直线 ， T↑，n↓； 2）当T=0时，n0=UN/CeΦN 0 IN 为理想空载转速，此时， Ia=0，E=UN ；
0
1.8.3 人为机械特性
2. 改变电枢电压的人为机械特性 ΦN， Ra不变，改变U时，机械特性。
Ra n T 2 Ce N CeCt N U
特点： 1）T一定时，Δn不变，斜率不 变，各条特性互相平行； 2）n0与U成正比。
n n0 n01
UN
U1 T
0 -n0
U=0 U= -UN
1.8.3 人为机械特性
pCua=Ia2Ra P1=UIa
PM=EaIa= T p0=pm+pFe P2=T2
总损耗：∑p=pm+pFe+pCua+ps 电动机效率：
P2 p 1 P1 P2 p
1.7.3 直流电动机的工作特性
当UN，IaN，nN时的励磁电流 1. 转速特性 当U=UN，If=IfN时，n=f(Ia)的关系。 n • U=Ea+IaRa UN=EaN+IaRa n • EaN=CeΦNn=UN －IaRa
UN n0 , Ce N EaN U N I N Ra Ce N nN nN
1) 估算EaN：EaN= (0.93~0.97)UN ，一般取0.95； 2) 实则Ra：要用降压法测。
1.8.4 根据铭牌数据估算机械特性
• 额定转矩按下式计算： TN Ct N I N 9.55Ce N I N
T
1.8.2 固有机械特性
• 特点： 3） Ra小，斜率 很小，硬特性；（ 大的特性 称为软特性） 4）∆nN=n0-nN= TN 额定转速差。nN约0.95n0， ∆nN约0.05n0； 5）n=0，电机启动，Ia=UN/Ra=IS，T=CtΦNIS，很 大，约20倍的额定值。会烧坏换向器。 6）T>TS，n<0。在第Ⅳ象限。 7）T<0， n>n0。在第Ⅱ象限，发电机状态。
UN Ra n Ia Ce N Ce N
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当Ia↑，n↓。但Ra较小， n↓很小。
Ia
1.7.3 直流电动机的工作特性
2. 转矩特性 当U=UN，If=IfN时，T=f(Ia)的关系。
T Ct N I a
电磁转矩T与电枢电流Ia成正 比。如果考虑电枢反应有去磁 效应，随着Ia的增大，T要略微 减小。
1.8.2 固有机械特性
• 他励直流电动机固有机械特性是一条斜直线， 跨越三个象限，特性较硬。 • 机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的 函数关系，是电动机本身的能力，至于电动机 具体运行状态，还要看拖动什么样的负载。 • 固有机械特性是电动机最重要的特性，在此基 础上，很容易得到电动机的人为机械特性。
Uf
If Tn TL Ia Ea
电动机惯例
1.7.2 他励直流电动机的功率关系
• • • • U Ia = Ea Ia +I2aRa P1=PM+pCua PM=P2+p0 T = T2 + T0
U
Ia Ea
Uf
If
Tn
TL
电动机惯例
1.7.2 他励直流电动机的功率关系
• 综合功率关系： P1=PM+pCua=P2+pCua+pm+pFe 他励直流发电机的功率流程：
n
η
T
Ia
1.8 他励直流电动机的机械特性
1.8.1 机械特性的一般表达式
电动机转速n与电磁转矩T的关系为电动机的机械 特性，电动机的机械特性是分析电动机起动、 调速、制动的重要工具。 U 电动机加上一定的电压U和 一定的励磁电流If ，并在电 枢回路中串R，电磁转矩与转 速之间的关系，即 n= f(T) 。
n ,T
n
T
Ia
1.7.3 直流电动机的工作特性
3. 效率特性 当U=UN，If=IfN时， η=f(Ia)的关系。 ∑p中，p0=pFe+pm不随Ia变化，电 枢回路总铜耗pCua随Ia2成正比。 η=f(Ia)曲线如图所示。 直流电动机效率约为0.75~0.94， 容量大的效率更高。
n ,T ，η
2
电机转速：n
Ra’=Ra+R+Rf，C’e=CeKf 电磁转矩：T=CtΦIa=C’t Ia
C't U R' a n C'e T C'e
n
M
Ea
TL Ra
( C’t=CtKf )
1.9.1 串励直流电动机的机械特性
C't U R' a n C'e T C'e
n n0 他励
• 特点： T 0 1）非线性软特性； 2）理想T=0，n0=∞。不允许空载运行； 3）T与Ia的平方成正比。启动转矩大，过载倍 数强。
Ia Ea R
Uf
If
Tn
TL
1.8.1 机械特性的一般表达式
• 机械特性 n= f(T) 的推导 UN Ra 将T=CtΦNIa，代入转矩特性， n Ia
考虑到电枢串电阻R可得： UN Ra R n T n0 T 2 Ce N CeCt N
UN n0 Ce N
UN Ra n T 2 Ce CeCt
n n1 Φ1<ΦN Φ1 ΦN T
特点：n0将增高，Δn也要变大， n0 机械特性变软。
0
1.8.4 根据铭牌数据估算机械特性
• 他励直流电动机的固有机械特性是一条斜直线， 由(n0，0)和 (nN，TN)，定固有机械特性。 • 铭牌数据有：PN，UN，IN，nN，IfN
串励
1.9.2 并励直流电动机的机械特性
• 积复励直流电动机机械特 性介于他励与串励直流电 动机特性之间，它具有串 励直流电动机的启动转矩 大，过载倍数大的优点， 而没有空载转速很高的缺 点。 • 用途广，电车拖动等。
U I Ia Ea M 串励绕组 并励绕组 他励 并励 串励 0 T
If
n0
1.8.3 人为机械特性
1.电枢回路串电阻的人为机械特性 UN，ΦN不变，电枢回路串R后，机械特性。
UN Ra R n T 2 Ce N CeCt N
R1<R2 Ra
n n0
特点：n0不变，Rad增大， ⊿n增大，特性变软。
若T为常数，⊿n（Ra+R）
固有
人 为 T
Ra+R1 Ra+R2
直流电机的励磁方式
• 直流电动机按励磁方式（即获得磁通Φ的方式） 可分为
他励式 M 串励式 M 复励式 M 并励式 永磁式
M
M
1.7 直流电动机运行原理
1.7.1 他励直流电动机稳态运行的基本方程式 各物理量正方向按发动机惯例 U=Ea+IaRa U Ea=CeΦn T=CtΦIa 稳定运行时：T=T2+T0=TL If =Uf / Rf , Φ=f(If , Ia)
由铭牌数据求电动机的固有机械特性的步骤： 1）估算EaN或实则Ra；
2）计算CeΦN；
3）求n0；
4）计算TN。
1.9 串励和复励直流电动机
1.9.1 串励直流电动机的机械特性
Ia I f ,
+ U Ia R T Φ Rf
K f I f K f Ia
U I a R' a R' U a Ce C'e I a C'e
Ce N
Ce N
为理想空 载转速
Ra R 为机械特 2 CeCt N 性的斜率
1.8.2 固有机械特性
• 当U=UN，Φ=ΦN ，R=0时的机械特性 UN Ra n n T n0 2 Ce N CeCt N nN 特点： 1） n= f(T)为下斜直线 ， T↑，n↓； 2）当T=0时，n0=UN/CeΦN 0 IN 为理想空载转速，此时， Ia=0，E=UN ；
0
1.8.3 人为机械特性
2. 改变电枢电压的人为机械特性 ΦN， Ra不变，改变U时，机械特性。
Ra n T 2 Ce N CeCt N U
特点： 1）T一定时，Δn不变，斜率不 变，各条特性互相平行； 2）n0与U成正比。
n n0 n01
UN
U1 T
0 -n0
U=0 U= -UN
1.8.3 人为机械特性
pCua=Ia2Ra P1=UIa
PM=EaIa= T p0=pm+pFe P2=T2
总损耗：∑p=pm+pFe+pCua+ps 电动机效率：
P2 p 1 P1 P2 p
1.7.3 直流电动机的工作特性
当UN，IaN，nN时的励磁电流 1. 转速特性 当U=UN，If=IfN时，n=f(Ia)的关系。 n • U=Ea+IaRa UN=EaN+IaRa n • EaN=CeΦNn=UN －IaRa
UN n0 , Ce N EaN U N I N Ra Ce N nN nN
1) 估算EaN：EaN= (0.93~0.97)UN ，一般取0.95； 2) 实则Ra：要用降压法测。
1.8.4 根据铭牌数据估算机械特性
• 额定转矩按下式计算： TN Ct N I N 9.55Ce N I N
T
1.8.2 固有机械特性
• 特点： 3） Ra小，斜率 很小，硬特性；（ 大的特性 称为软特性） 4）∆nN=n0-nN= TN 额定转速差。nN约0.95n0， ∆nN约0.05n0； 5）n=0，电机启动，Ia=UN/Ra=IS，T=CtΦNIS，很 大，约20倍的额定值。会烧坏换向器。 6）T>TS，n<0。在第Ⅳ象限。 7）T<0， n>n0。在第Ⅱ象限，发电机状态。
UN Ra n Ia Ce N Ce N
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当Ia↑，n↓。但Ra较小， n↓很小。
Ia
1.7.3 直流电动机的工作特性
2. 转矩特性 当U=UN，If=IfN时，T=f(Ia)的关系。
T Ct N I a
电磁转矩T与电枢电流Ia成正 比。如果考虑电枢反应有去磁 效应，随着Ia的增大，T要略微 减小。
1.8.2 固有机械特性
• 他励直流电动机固有机械特性是一条斜直线， 跨越三个象限，特性较硬。 • 机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的 函数关系，是电动机本身的能力，至于电动机 具体运行状态，还要看拖动什么样的负载。 • 固有机械特性是电动机最重要的特性，在此基 础上，很容易得到电动机的人为机械特性。
Uf
If Tn TL Ia Ea
电动机惯例
1.7.2 他励直流电动机的功率关系
• • • • U Ia = Ea Ia +I2aRa P1=PM+pCua PM=P2+p0 T = T2 + T0
U
Ia Ea
Uf
If
Tn
TL
电动机惯例
1.7.2 他励直流电动机的功率关系
• 综合功率关系： P1=PM+pCua=P2+pCua+pm+pFe 他励直流发电机的功率流程：
n
η
T
Ia
1.8 他励直流电动机的机械特性
1.8.1 机械特性的一般表达式
电动机转速n与电磁转矩T的关系为电动机的机械 特性，电动机的机械特性是分析电动机起动、 调速、制动的重要工具。 U 电动机加上一定的电压U和 一定的励磁电流If ，并在电 枢回路中串R，电磁转矩与转 速之间的关系，即 n= f(T) 。
n ,T
n
T
Ia
1.7.3 直流电动机的工作特性
3. 效率特性 当U=UN，If=IfN时， η=f(Ia)的关系。 ∑p中，p0=pFe+pm不随Ia变化，电 枢回路总铜耗pCua随Ia2成正比。 η=f(Ia)曲线如图所示。 直流电动机效率约为0.75~0.94， 容量大的效率更高。
n ,T ，η
2
电机转速：n
Ra’=Ra+R+Rf，C’e=CeKf 电磁转矩：T=CtΦIa=C’t Ia
C't U R' a n C'e T C'e
n
M
Ea
TL Ra
( C’t=CtKf )
1.9.1 串励直流电动机的机械特性
C't U R' a n C'e T C'e
n n0 他励
• 特点： T 0 1）非线性软特性； 2）理想T=0，n0=∞。不允许空载运行； 3）T与Ia的平方成正比。启动转矩大，过载倍 数强。
Ia Ea R
Uf
If
Tn
TL
1.8.1 机械特性的一般表达式
• 机械特性 n= f(T) 的推导 UN Ra 将T=CtΦNIa，代入转矩特性， n Ia
考虑到电枢串电阻R可得： UN Ra R n T n0 T 2 Ce N CeCt N
UN n0 Ce N