02直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性課件

1、第2章 直流電機(jī)的機(jī)械特性第2章 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2本章的內(nèi)容2.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型2.2直流電機(jī)的基本原理2.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型31.直流電機(jī)的功能作用利用電與磁的相互作用，實(shí)現(xiàn)“電能 機(jī)械能”的轉(zhuǎn)換； 電磁作用的基本定律1）電磁力定律： （左手定理）載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中，受電磁力作用；2）電磁感應(yīng)定律：（右手定理） 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型42.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1）基本結(jié)構(gòu)組成定子部分作用產(chǎn)生磁場(chǎng)；由主磁極、機(jī)座、軸承、電刷裝置等組成。轉(zhuǎn)子部分作用產(chǎn)生電磁力矩；由電樞繞組、電樞鐵心、轉(zhuǎn)軸等組成。換向器

2、：由線圈兩端的換向片與正負(fù)極電刷構(gòu)成。2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型52.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1）基本結(jié)構(gòu)組成定子部分作用產(chǎn)生磁場(chǎng)；由主磁極、機(jī)座、軸承、電刷裝置等組成。轉(zhuǎn)子部分作用產(chǎn)生電磁力矩；由電樞繞組、電樞鐵心、轉(zhuǎn)軸等組成。換向器：由線圈兩端的換向片與正負(fù)極電刷構(gòu)成。2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型62.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2）直流電機(jī)的等效電路RRBIBUIUBE+-+-nI IB FnFU +_2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型73.直流電動(dòng)機(jī)的基本類型 按定子磁極的勵(lì)磁方式分永磁電機(jī)小功率勵(lì)磁電機(jī)他勵(lì)電機(jī)串勵(lì)電機(jī)并勵(lì)電機(jī)復(fù)勵(lì)電機(jī)勵(lì)磁電機(jī)：nI IB FnFU +_RRBIBUIUBE+

3、-+-他勵(lì)電機(jī)串勵(lì)電機(jī)并勵(lì)電機(jī)復(fù)勵(lì)電機(jī)2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型83.直流電動(dòng)機(jī)的基本類型 按定子磁極的勵(lì)磁方式分RUIE+-nI IB FnFU +_永磁電機(jī)小功率勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁電機(jī)：他勵(lì)電機(jī)串勵(lì)電機(jī)并勵(lì)電機(jī)復(fù)勵(lì)電機(jī)2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型93.直流電動(dòng)機(jī)的基本類型 按定子磁極的勵(lì)磁方式分RUIE+-nI IB FnFU +_永磁電機(jī)小功率勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁電機(jī)：2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型103.直流電動(dòng)機(jī)的基本類型 按定子磁極的勵(lì)磁方式分UIE+-他勵(lì)電機(jī)串勵(lì)電機(jī)并勵(lì)電機(jī)復(fù)勵(lì)電機(jī)nI IB FnFU +_永磁電機(jī)小功率勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁電機(jī)：2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型113.直

4、流電動(dòng)機(jī)的基本類型 按定子磁極的勵(lì)磁方式分復(fù)勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)他勵(lì)TnnI IB FnFU +_他勵(lì)電機(jī)串勵(lì)電機(jī)并勵(lì)電機(jī)復(fù)勵(lì)電機(jī)永磁電機(jī)小功率勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁電機(jī)：2.2 直流電機(jī)的基本原理121.電動(dòng)機(jī)原理 電磁力定律： （左手定理）載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中，受電磁力作用；nI IB FnFU +_圖2-11直流電動(dòng)機(jī)工作原理2.2 直流電機(jī)的基本原理132.發(fā)電機(jī)原理 nI IB TnU +_電磁感應(yīng)定律：（右手定理） 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；圖2-12直流發(fā)電機(jī)工作原理2.2 直流電機(jī)的基本原理143.原理的應(yīng)用 nI IB TnU +_1）電動(dòng)機(jī)原理直流電機(jī)I，UT，n直流電機(jī)I，UT，n2）

5、發(fā)電機(jī)原理應(yīng)用：機(jī)電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)：電 能 機(jī)械能，稱可逆原理應(yīng)用：機(jī)電系統(tǒng)制動(dòng)控制nI IB FnFU +_2.2 直流電機(jī)的基本原理154.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系nI IB FnFU +_電磁力定律： （左手定理）載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中，受電磁力作用；1）電磁力矩方程電磁力大小:電磁力方向：左手定律2.2 直流電機(jī)的基本原理164.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系1）電磁力矩方程電磁力定律： （左手定理）載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中，受電磁力作用；電磁力方向：左手定律導(dǎo)體電磁力矩：nI IB FnFU +_電磁力大小:2.2 直流電機(jī)的基本原理174.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系1）電磁力矩方程轉(zhuǎn)子導(dǎo)體總電磁力矩電機(jī)的電磁力矩

6、方程 （2-1） 式中 電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)； nI IB FnFU +_2.2 直流電機(jī)的基本原理184.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系1）電磁力矩方程（2-1） 式中 電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)； 當(dāng)磁場(chǎng) 一定時(shí) 轉(zhuǎn)矩系數(shù)；式中nI IB FnFU +_2.2 直流電機(jī)的基本原理194.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系2）電勢(shì)方程式電磁感應(yīng)定律：（右手定理） 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；n IB TnU +_E（2-3）式中 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)； nI IB FnFU +_2.2 直流電機(jī)的基本原理204.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系2）電勢(shì)方程式（2-3）式中 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)； 當(dāng)磁場(chǎng) 一定時(shí) （2-3）電勢(shì)系數(shù)；式中n IB TnU +_E

7、nI IB FnFU +_2.2 直流電機(jī)的基本原理214.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系3）轉(zhuǎn)矩平衡方程式中為電機(jī)的空載阻轉(zhuǎn)矩為電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)（2-5）nI IB FnFU +_2.2 直流電機(jī)的基本原理224.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系n IB TnU +_E4）電壓平衡方程（2-6） 電樞回路電壓平衡方程nI IB FnFU +_2.2 直流電機(jī)的基本原理234.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系5）功率平衡關(guān)系由電壓平衡方程，得式中（2-7）RaRBIBUIaUBEa+-+-為電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率為電樞回路的總消耗功率，稱銅損耗（2-8）為電磁功率，轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的部分電功率2.2 直

8、流電機(jī)的基本原理244.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系5）功率平衡關(guān)系同理，由轉(zhuǎn)矩平衡方程，得式中（2-9）為電磁功率為空載損耗，包括鐵損耗和機(jī)械摩擦損耗為電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率（2-10）2.2 直流電機(jī)的基本原理254.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系5）功率平衡關(guān)系得電機(jī)功率總損耗其中為鐵損耗為機(jī)械摩擦損耗為附加損耗2.2 直流電機(jī)的基本原理264.直流電動(dòng)機(jī)的基本關(guān)系5）功率平衡關(guān)系他勵(lì)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率流程圖2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性272.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1機(jī)械特性方程根據(jù)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的基本方程得機(jī)械特性方程（2-17）電流表達(dá)式力矩表達(dá)式（2-18）2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性28

9、2.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1機(jī)械特性方程機(jī)械特性的表達(dá)方式1）特性方程（2-17）電流表達(dá)式力矩表達(dá)式（2-18）式中電機(jī)的運(yùn)行條件參數(shù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性292.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1機(jī)械特性方程機(jī)械特性的表達(dá)方式2）特性曲線當(dāng)參數(shù)U、R 及均固定不變時(shí)，機(jī)械特性曲線是一條直線；由確定一條直線的方法：（1）已知：一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和斜率；（2）已知：兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)；2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性302.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1機(jī)械特性方程機(jī)械特性的表達(dá)方式3）特征參數(shù)理想空載轉(zhuǎn)速特性斜率稱為轉(zhuǎn)速降落特性方程可寫(xiě)成2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性312.3.1 他勵(lì)

10、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2固有特性定義：在額定運(yùn)行條件下，即UN、N、R=Ra，所得到的機(jī)械特性為固有特性。理想空載轉(zhuǎn)速特性斜率2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性322.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2固有特性例題2-2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192，求：（1）理想空載轉(zhuǎn)速；固有機(jī)械特性的斜率；額定轉(zhuǎn)速降；（2）若負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=0.82TN（TN為額定電磁轉(zhuǎn)矩），問(wèn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電樞電流以及電樞電動(dòng)勢(shì)為多大？2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性332.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2固有特性解：理想空載轉(zhuǎn)速特性斜率轉(zhuǎn)速降落例題2-2已知：

11、PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192，2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性342.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2固有特性解：例題2-2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192，2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性352.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2固有特性解：例題2-2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192，2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性362.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2固有特性例題2-

12、2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192，解：負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降（2）若負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=0.82TN（TN為額定電磁轉(zhuǎn)矩），問(wèn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電樞電流以及電樞電動(dòng)勢(shì)為多大？2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性372.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2固有特性例題2-2已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192，電機(jī)轉(zhuǎn)速電樞電流電樞電動(dòng)勢(shì)得：2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性382.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3人為特性定義人為改變運(yùn)行參數(shù)（U, R, ），所得到機(jī)械特性。由機(jī)

13、械特性的基本方程可人為改變的參數(shù)有：U、 R、 ；2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性392.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3人為特性1）改變電樞回路電阻的人為特性機(jī)械特性方程串入附加電阻Ri，保持UN與N不變RaRBIBUNIaUBEa+-+-Ri理想空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降落2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性402.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3人為特性2）改變電樞端電壓的人為特性機(jī)械特性方程改變端電壓U，保持Ra與N不變理想空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降落RaRBIBUNIaUBEa+-+-2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性412.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3人為特性3）改變磁通的人為特性機(jī)械特性方程改變勵(lì)磁磁通，保持Ra與UN不變

14、改變磁通的方法改變勵(lì)磁電阻 RB IB RaRBIBUNIaUBEa+-+-2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性422.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3人為特性3）改變磁通的人為特性機(jī)械特性方程改變勵(lì)磁磁通，保持Ra與UN不變RaRBIBUNIaUBEa+-+-理想空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降落2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性432.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3人為特性3）改變磁通的人為特性機(jī)械特性方程改變勵(lì)磁磁通，保持Ra與UN不變RaRBIBUNIaUBEa+-+-理想空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降落2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性442.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制應(yīng)用：工程設(shè)計(jì)與性能分析基本方法：1）通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪

15、制；（用于實(shí)驗(yàn)室） a、測(cè)量 n、T； b、測(cè)量 n、I；2）根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)來(lái)繪制；（用于工程實(shí)際） 計(jì)算特殊工況點(diǎn)，繪制機(jī)械特性圖2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性452.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制1）繪制固有特性 已知條件：電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）基本方法：求：理想空載點(diǎn)（0、n0）、 額定運(yùn)行點(diǎn)（TN、nN）；通過(guò)兩點(diǎn)作直線，得固有特性 n = f ( T )； 2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性462.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制1）繪制固有特性 已知條件：電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）（1）求理想空載點(diǎn)（

16、0、n0）；理想空載轉(zhuǎn)速電勢(shì)系數(shù)計(jì)算 Ra2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性472.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制1）繪制固有特性 已知條件：電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）用電橋或萬(wàn)用表實(shí)際測(cè)試計(jì)算 Ra按電樞的銅損耗估算（1）求理想空載點(diǎn)（0、n0）；2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性482.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制1）繪制固有特性 已知條件：電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）理想空載轉(zhuǎn)速電勢(shì)系數(shù)（1）求理想空載點(diǎn)（0、n0）；2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性492.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制1）繪制固有特性 已

17、知條件：電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）（2）求額定運(yùn)行點(diǎn)（TN、nN）額定電磁力矩 TN 的計(jì)算方法輸出力矩電磁力矩方程2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性502.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制1）繪制固有特性 已知條件：電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）（3）作特性曲線圖根據(jù)計(jì)算得：（0、n0）、 （TN、nN）；通過(guò)兩點(diǎn)作直線圖，得固有特性 n = f ( T )； 2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性512.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制2）繪制人為特性n0nNTn0TNRaRa +Ri1Ra+Ri2Ri1Ri2已知：固有特性、附加

18、電阻Ri， 求：人為特性基本方法：計(jì)算（0，n0）（TN、n）兩點(diǎn)坐標(biāo)，作直線；n0、 TN 與固有特性相同，需計(jì)算 ni 或 ninini轉(zhuǎn)速降落（1）改變電樞電阻的人為特性曲線；2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性522.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制2）繪制人為特性依據(jù)：nini主要結(jié)論：在轉(zhuǎn)矩相同時(shí)，不同特性的轉(zhuǎn)速降落n與其電樞回路總電阻 R = (Ra+Ri) 成正比； (2-33)n0nNTn0TNRaRa +Ri1Ra+Ri2Ri1U1U2n01n02TN理想空載轉(zhuǎn)速2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性542.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制2）繪制人為特性（3）改變磁通 的人為特性；基本方法：已知 i ，求 n0i和特性的斜率Ki，作人工特性；理想空載轉(zhuǎn)速n0Tn0 N 1 2N1 2n01n02特性斜率2.3 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性552.3.1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4機(jī)械特性的繪制例題2-3 Z-86型他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)如下 PN=l0kW，UN=220V，IN=52.9A，nN=2250r/min。試求：（1）電動(dòng)機(jī)固有特性曲線；（2）電動(dòng)機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩。2.3 直流電動(dòng)機(jī)