第3章 直流電機(jī)原理

主要內(nèi)容：分析直流電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路、運(yùn)行原理等問題。

重點(diǎn)：

▲直流電機(jī)的基本工作原理

▲直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

▲電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩▲電機(jī)運(yùn)行的基本方程式和功率關(guān)系

▲他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第3章直流電機(jī)原理§3.1直流電機(jī)的用途及基本工作原理§3.1.1直流電機(jī)的用途1、直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1)調(diào)速范圍寬，易于平滑調(diào)速；2)啟動(dòng)、制動(dòng)和過載轉(zhuǎn)矩大；3)易于控制，可靠性高。2、主要用途1)軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、無軌電車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。2)用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。3)家庭：電動(dòng)縫紉機(jī)、電動(dòng)自行車、電動(dòng)玩具為隨時(shí)間正負(fù)交變的電動(dòng)勢結(jié)論：1、直流發(fā)電機(jī)的基本原理§3.1.2直流電機(jī)工作原理基本原理：電磁感應(yīng)定律：滿足右手定則電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)結(jié)論：為脈動(dòng)的直流電動(dòng)勢。由于靜止電刷和旋轉(zhuǎn)換向器的作用，為脈動(dòng)的直流電動(dòng)勢。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)直流電動(dòng)勢產(chǎn)生

1)線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢的性質(zhì)；2)整流：機(jī)械式和電子式；導(dǎo)電片又叫換向片3)脈振電動(dòng)勢的消除——多線圈按照一定的規(guī)律把它們連接起來，構(gòu)成電樞繞組。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)2、直流電動(dòng)機(jī)的基本原理

基本原理：電磁力定理，滿足左手定則。

顯然，在電刷間接入直流電源后，在線圈中就有直流電流流過。

要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于：當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)直流電機(jī)換向器將外部的直流電變成了內(nèi)部交替變化的電流。圖中電刷相對(duì)于磁極的位置保證了無論線圈邊處在N極下，還是S極下，線圈電流均產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電磁力矩，從而使轉(zhuǎn)子獲得了一個(gè)固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)從以上對(duì)直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的分析可看出一臺(tái)直流電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行,也可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,只是外界條件不同而已.一個(gè)是輸入機(jī)械能,一個(gè)是輸入電能,這種既能作發(fā)電機(jī)運(yùn)行,又能作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的原理,在電機(jī)理論中稱為可逆原理。

3、電機(jī)的可逆運(yùn)行原理§3.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與型號(hào)§3.2.1主要結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式必須有滿足電磁和機(jī)械兩方面要求的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)必須具備靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大部分直流電機(jī)靜止部分----定子作用——產(chǎn)生磁場由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成

直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分——轉(zhuǎn)子(通常稱作電樞)

作用——產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等組成電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)（圖3-4）直流電機(jī)電樞照片（圖3-7）1、直流電機(jī)的定子部分主磁極是一種電磁鐵。用

1-1.5毫米厚的鋼板沖片疊壓緊固而成的鐵心，較窄的部分叫極身，寬的部分叫極靴。

大部分由直流電流勵(lì)磁、主磁極裝勵(lì)磁線圈（并勵(lì)：細(xì)、多；串勵(lì)：粗、少），小功率的用永久磁鐵。

主磁極的個(gè)數(shù)一定是偶數(shù)，勵(lì)磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按N，S極交替出現(xiàn)。

1)主磁極作用——改善換向.換向極裝在兩主磁極之間，也是由鐵心和繞組構(gòu)成

,鐵心一般用整塊鋼或鋼板加工而成；換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)，導(dǎo)線粗，匝數(shù)少。

主磁極和換向極示意圖

2)換向極（又稱附加極或間極）機(jī)座通常由鑄鐵或厚鐵板焊成.機(jī)座中有磁通經(jīng)過的部分稱為磁軛。

有兩個(gè)作用：

a)固定主磁極、換向極和端蓋；起機(jī)械支撐作用

b)作為磁路的一部分。起導(dǎo)磁作用，叫定子磁軛

作用——把直流電壓、直流電流引入或引出（銅辨）由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成

3)機(jī)座4)電刷裝置2、

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分

為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，鐵心一般用厚0.5mm且沖有齒、槽的型號(hào)為DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成（沖片兩面涂漆）。1)電樞鐵心兩個(gè)用處：

a)作為主磁路的主要部分；

b)嵌放電樞繞組直流電機(jī)的主要電路部分，用以通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成。電樞線圈又叫元件、每個(gè)元件兩個(gè)出線端，都與換向片相連，換向片數(shù)等于元件數(shù)。2)電樞繞組作用---將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流或?qū)⒗@組內(nèi)的交變電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢。每兩個(gè)換向片之間絕緣。3)換向器直流電機(jī)的重要部件。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)

3端蓋

連接定子和轉(zhuǎn)子電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋電樞繞組電樞鐵心換向器轉(zhuǎn)軸磁極鐵心勵(lì)磁繞組電刷刷握絕緣支架壓緊力調(diào)整裝置定子轉(zhuǎn)子直流電機(jī)（產(chǎn)生勵(lì)磁磁場）（產(chǎn)生電動(dòng)勢，流過電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩）§3.2.2直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)1、額定值

電機(jī)制造廠按國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)電機(jī)的一些電量或機(jī)械量所規(guī)定的數(shù)據(jù)2、額定工況電機(jī)運(yùn)行時(shí)，有關(guān)電量和機(jī)械量都符合額定值的運(yùn)行情況3、常用額定數(shù)據(jù)額定功率PN(W)

額定電壓UN(V)

額定電流IN(A)

額定轉(zhuǎn)速nN(r/min)

額定勵(lì)磁電流IfN(A)和勵(lì)磁方式等電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)4、直流電動(dòng)機(jī)的額定功率

軸上輸出機(jī)械功率等于額定電壓和額定電流的乘積，再乘以電動(dòng)機(jī)的效率PN=UNINηN5、直流發(fā)電機(jī)的額定功率

電機(jī)出線端輸出的電功率等于額定電壓和額定電流的乘積。PN=UNIN

若各個(gè)物理量都與它的額定值一樣，就稱為額定運(yùn)行狀態(tài)。

若流過電機(jī)的電流小于額定值，叫欠載運(yùn)行，能量浪費(fèi)；

若流過電機(jī)的電流大于額定值，叫過載運(yùn)行，損壞電機(jī)。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)

例3.1、直流發(fā)電機(jī)，PN=145KW，UN=230V，nN=1450r/min，ηN=90%，求該發(fā)電機(jī)的輸入功率P1，額定電流IN各為多少？

例3.2、直流電動(dòng)機(jī)，PN=160KW，UN=220V，ηN=90%，nN=1500r/min，求該電動(dòng)機(jī)的輸入功率、額定電流、額定輸出轉(zhuǎn)矩各為多少？四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場示意圖§3.3直流電機(jī)的磁路、空載時(shí)的氣隙磁密與空載磁化特性§3.3.1直流電機(jī)的磁路

直流電機(jī)的空載：電機(jī)無負(fù)載，指電樞電流等于零或者很小，電樞磁動(dòng)勢也很小，且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，發(fā)電機(jī)不輸出電功率，電動(dòng)機(jī)不輸出機(jī)械功率。當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為，流過電流，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢為：主磁通，用Φ表示漏磁通，用φδ表示

若不考慮鐵磁材料和齒槽的影響，在極靴下，氣隙小且均勻，氣隙中沿電樞表面上各點(diǎn)磁通密度較大且基本為常數(shù)；在極靴范圍外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減小，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。幾何中性線極靴極身氣隙形狀

空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。如圖所示：§3.3.2空載時(shí)的氣隙磁密的分布波形

空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如圖

(b)所示。

空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如圖(c)所示。圖（b）圖（c）直流電機(jī)的空載磁化特性：直流電機(jī)空載時(shí)主磁通Φ與勵(lì)磁磁動(dòng)勢Ff或勵(lì)磁電流If的關(guān)系。表明了電機(jī)磁路的特性。圖

直流電機(jī)的磁化曲線

當(dāng)磁通較小時(shí)，鐵磁部分沒有飽和，磁壓降很小，整個(gè)磁路的磁動(dòng)勢幾乎全部消耗在氣隙上，而氣隙的導(dǎo)磁系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，因此曲線近似為一直線（圖中0A段）；當(dāng)磁通增大時(shí)，曲線逐漸彎曲，很大時(shí)，呈飽和特性?！?.3.3空載磁化特性

為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通設(shè)定在圖中A點(diǎn)（膝部）?！?/p>

3.3.4直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式:1、他勵(lì)式：勵(lì)磁電流由其他直流電原單獨(dú)供給，勵(lì)磁繞組和電樞繞組相互獨(dú)立。2、自勵(lì)式：顧名思義，勵(lì)磁電流由電機(jī)自身供給。根據(jù)自勵(lì)方式即電樞繞組和勵(lì)磁繞組的連接方式的不同，自勵(lì)式又分為串勵(lì)式、并勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式：1）串勵(lì)式：2）并勵(lì)式：3）復(fù)勵(lì)式：§3.4直流電機(jī)的電樞繞組

元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用表示?；靖拍睿?/p>

極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用表示。波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。疊繞組：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。第一節(jié)距y1第二節(jié)距y2換向器節(jié)距yk：合成節(jié)距y第一節(jié)距y1第二節(jié)距y2換向器節(jié)距yk：合成節(jié)距y第二節(jié)距：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。合成節(jié)距：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。單疊繞組單波繞組換向節(jié)距：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。第一節(jié)距：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)§3.4.1單疊繞組

1、單疊繞組的節(jié)距

單疊繞組的相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1,即：

。

單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對(duì)位置關(guān)系。2、單疊繞組的展開圖電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)注意：繞組元件、換向器與電機(jī)磁極、電刷有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

11234567891011121314161523456789101112131416151.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷槽展開繞組放置安放磁極、電刷NSNSττττ+－++－－已知一臺(tái)直流電機(jī)級(jí)對(duì)數(shù)2p=4,S=K=16,其右行單疊繞組展開圖如下：

電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)3瞬時(shí)繞組的并聯(lián)支路圖

每個(gè)極下的元件組成一條支路。即單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機(jī)的極數(shù)。

電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)4、單疊繞組的特點(diǎn)

1）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢最大，電刷間電動(dòng)勢等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢。3）電樞電流等于各支路電流之和。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)§3.4.2單波繞組1、單波繞組的節(jié)距單波繞組的合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。2、單波繞組展開圖3、瞬時(shí)繞組并聯(lián)支路圖

4、單波繞組的特點(diǎn)同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為1即a=1,與磁極對(duì)數(shù)P無關(guān)；當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動(dòng)勢最大；電刷數(shù)等于磁極數(shù)（采用全額電刷）；電樞電動(dòng)勢等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢；電樞電流等于兩條支路電流之和。各種繞組的應(yīng)用范圍

各種繞組的差別主要在于它們的并聯(lián)支路數(shù)上，支路數(shù)越多，相應(yīng)的每條支路所串聯(lián)的元件數(shù)越少，原則上電流大、電壓低的直流電機(jī)采用疊繞組。若電流小，電壓高采用波繞組。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)§3.5電樞電動(dòng)勢與電磁轉(zhuǎn)矩

電樞電動(dòng)勢是指正、負(fù)電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢，即電樞繞組每條支路的電動(dòng)勢。

元件旋轉(zhuǎn)，一會(huì)在這條支路，一會(huì)在另一條支路，其電動(dòng)勢的大小、方向都在變化；但每條支路所含元件數(shù)量相等，各支路電動(dòng)勢相等且方向不變；1、計(jì)算思路先求一根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢，再求一條支路的電動(dòng)勢。2、推導(dǎo)方法一個(gè)磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密，極距，電樞的軸向有效長度為，每極磁通為Ф，則§3.5.1電樞電動(dòng)勢

電樞電動(dòng)勢為：

是一個(gè)常數(shù)，稱為電動(dòng)勢常數(shù)。對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢公式的說明：1、上述公式是在整距且電刷放在極軸線下時(shí)推導(dǎo)的公式；2、如果繞組為短距或電刷不在極軸線下時(shí)，電動(dòng)勢的值略??；3、電刷間電動(dòng)勢為直流，但電樞導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢是交變的，其頻率為：電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)一個(gè)導(dǎo)體的平均電磁力一根導(dǎo)體所受的平均轉(zhuǎn)矩等于平均電磁力乘以電樞的半徑，即3.5.2電磁轉(zhuǎn)矩

1、計(jì)算思路先求一根導(dǎo)體的電磁轉(zhuǎn)矩，再求總電磁轉(zhuǎn)矩。2、推導(dǎo)方法電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)則電機(jī)總的電磁轉(zhuǎn)矩為：是一個(gè)常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比于每極磁通和電樞電流?；螂姍C(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)1、負(fù)載時(shí)磁場

電樞磁通勢：電機(jī)帶上負(fù)載以后，電樞繞組內(nèi)流過電流，該電流形成的磁通勢。負(fù)載時(shí)磁場：負(fù)載時(shí)電機(jī)中氣隙磁場是由勵(lì)磁磁通勢和電樞磁通勢共同建立。由此可知，在直流電機(jī)中，從空載到負(fù)載，其氣隙磁場是變化的。

§3.5.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)：電樞磁通勢對(duì)勵(lì)磁磁通勢所產(chǎn)生氣隙磁場的影響。

2、電樞反應(yīng)

電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)2.電樞反應(yīng)

假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。電樞反應(yīng)磁場如圖3.20。

將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況如右圖所示。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：a)對(duì)主磁場起去磁作用磁路不飽和時(shí)，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極總的磁通量與空載時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。b)使氣隙磁場發(fā)生畸變

§3.6直流發(fā)電機(jī)§3.6.1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式

直流發(fā)電機(jī)的基本方程式包括電動(dòng)勢平衡方程式、功率平衡方程式和轉(zhuǎn)矩平衡方程式。1、電動(dòng)勢平衡方程式圖3.21發(fā)電機(jī)慣例發(fā)電機(jī)空載時(shí)：Ea≈U。負(fù)載時(shí):

Ea=U+IaRa+2△Ub，實(shí)際應(yīng)用中寫成：Ea=U+IaRa

對(duì)直流發(fā)電機(jī)來說，Ea＞U。

T1=T+TO

，其中：T=CtΦIa轉(zhuǎn)矩平衡方程式:2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式3、并勵(lì)或他勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁電流：4、氣隙每級(jí)磁通：§3.6.2功率平衡方程式寫成:P1=PM+p0

1、電磁功率PM

負(fù)載時(shí)電樞有電動(dòng)勢Ea，在Ea作用下產(chǎn)生電流Ia，顯然發(fā)電機(jī)中的電磁功率

物理意義：

是原動(dòng)機(jī)為克服電磁轉(zhuǎn)矩所需輸入的機(jī)械功率，EaIa則為電樞發(fā)出的電磁功率，兩者相等，所以電磁功率就是機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率的部分，它是從機(jī)械量計(jì)算電磁量的一個(gè)橋梁電動(dòng)勢平衡方程式兩邊同乘以Ia得：EaIa=UIa+I2aRa=P2+pCua轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊同乘以Ω得：T1Ω=TΩ+T0

Ω2、空載功率p0

p0主要包括機(jī)械損耗功率pm和鐵耗功率pFe，空載功率也稱作空載損耗。

機(jī)械損耗和鐵耗與負(fù)載大小無關(guān)，電機(jī)空載時(shí)即存在，而且在運(yùn)行過程中數(shù)值幾乎不變，所以空載損耗也稱作不變損耗。3、附加損耗ps

產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，也很難精確計(jì)算，通常采用估算的辦法確定。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定直流電機(jī)的附加損耗為額定功率的0.5%~1%。P1=PM+p0+ps=（P2+pcua）+（pm+pFe）+ps

綜合上述分析，可寫出功率平衡方程式，即

若是他勵(lì)電機(jī)，則勵(lì)磁回路功率由外電源供給，而不包括在輸入的機(jī)械功率之中。直流發(fā)電機(jī)的功率圖m用圖示形式表示如下:發(fā)電機(jī)的效率電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)例3-5：一臺(tái)額定功率PN=20KW的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，UN=230V，nN=1500r/min，電樞回路的總電阻Ra=0.156，

Rf=73.3

，已知機(jī)械損耗和鐵損耗pm+pFe=1kW，求額定負(fù)載情況下各繞組的銅損耗、電磁功率、總損耗、輸入功率及效率。（計(jì)算過程中，令P2=PN，附加損耗ps=0.01PN）

§3.7.1、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程式§3.7

直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理

IaEa圖3.23電動(dòng)機(jī)慣例

T=T2+T0=TL,T=CtΦIa

2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式1、電動(dòng)勢平衡方程式§3.7.2、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系

電動(dòng)勢平衡方程式兩邊同乘以Ia得：UIa=EaIa+I2aRa

即P1=PM+pCua轉(zhuǎn)矩平衡方程式兩邊同乘以Ω得：TΩ=T2Ω+T0

Ω即PM=P2+p0直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式：P1=pcua+PM=pcua+pm+pFe+ps+P2=ΣP+P2

直流電動(dòng)機(jī)的功率圖m直流電動(dòng)機(jī)的效率為：例3-7：一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN=96KW，UN=440V，IN=255A，IfN=5A，nN=500r/min，電樞回路的總電阻Ra=0.078，忽略電樞反應(yīng)的影響，試求：1、額定輸出轉(zhuǎn)矩2、在額定電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩

例3-6：一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)p=2，單波繞組，總導(dǎo)體數(shù)z=372，電樞回路的總電阻Ra=0.208，當(dāng)此電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于電源電壓UN=220V，nN=1500r/min，氣隙每極磁通=0.011Wb，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的pFe=362W，機(jī)械摩擦損耗pm=204W，ps忽略。1、該電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？2、電磁轉(zhuǎn)矩是多少？

3、輸入功率和效率各是多少？電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)§3.7.3直流電動(dòng)機(jī)的工作特性

直流電動(dòng)機(jī)的工作特性:指在U=UN，時(shí),轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率隨輸出功率P2變化而變化的關(guān)系。1、轉(zhuǎn)速特性定義：，時(shí)的關(guān)系，叫做轉(zhuǎn)速特性。

實(shí)際應(yīng)用中，由于電樞電流Ia容易測量，且Ia隨P2的增大而增大，故也將工作特性表示為n、T、η=f（Ia）。即n、T、η=f（P2）。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)2、轉(zhuǎn)矩特性定義：當(dāng)、時(shí)，轉(zhuǎn)矩表達(dá)式考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。如右圖所示。的關(guān)系電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)3、效率特性定義：當(dāng)令可得電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)§3.8他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性§3.8.1機(jī)械特性的一般表達(dá)式定義：電動(dòng)機(jī)加上一定的電壓U和一定的勵(lì)磁電流If時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。為推導(dǎo)機(jī)械特性的一般公式，在電樞回路中串入一電阻RR電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)n0：

理想空載轉(zhuǎn)速,即T=0時(shí)的轉(zhuǎn)速。（實(shí)際工作時(shí),由于有空載損耗，電機(jī)的T不會(huì)為0。）根據(jù)n-T公式畫出特性曲線n0nNTNTnn

當(dāng)T時(shí)n

，電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)§3.8.2固有機(jī)械特性1、電磁轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低，機(jī)械特性是一條下斜直線；2、當(dāng)T=0時(shí)，為理想空載轉(zhuǎn)速。此時(shí)Ia＝0，Ea＝UN，是一種理想工作狀態(tài)。

當(dāng)電樞兩端加額定電壓、氣隙每極磁通量為額定值、電樞回路不串電阻時(shí)，即3、為機(jī)械特性斜率。?增大，也增大。通常稱?小的機(jī)械特性為硬特性，?大的機(jī)械特性為軟特性。

當(dāng)電樞兩端加額定電壓、氣隙每極磁通量為額定值、電樞回路不串電阻時(shí)，即具有以下特點(diǎn)：電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)6、T>Ts,n<0。機(jī)械特性在第四象限。7、T<0，n>n0。時(shí)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)，此時(shí)Ea>U,Ia反向，Ea與Ia同向，向電網(wǎng)送出電功率。4、T=TN時(shí)，n=nN

,轉(zhuǎn)速差為額定轉(zhuǎn)速差。一般nN

約為0.95n0,而約為0.05n0。5、堵轉(zhuǎn)點(diǎn)：此時(shí)電樞電流：為啟動(dòng)電流；電磁轉(zhuǎn)矩：為電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。例3-8一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)PN=96kW，UN=440V，IN=250A，nN=500r/min，Ra=0.078Ω，忽略電樞反應(yīng)影響，求：

(1)理想空載轉(zhuǎn)速n0(2)固有機(jī)械特性斜率β例3-9某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)PN=22kW，UN=220V，IN=115A，nN=1500r/min，Ra=0.1Ω，忽略空載轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL=0.85TN運(yùn)行，求穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流及電動(dòng)勢。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)§3.8.3人為機(jī)械特性根據(jù)機(jī)械特性的一般方程式人為地改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)U、R或得到的機(jī)械特性，稱為人為機(jī)械特性。有三種人為機(jī)械特性：（1）電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性；（2）改變端電壓時(shí)的人為機(jī)械特性；（3）減弱電動(dòng)機(jī)主磁通時(shí)的人為機(jī)械特性；電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)1、電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性保持不變,只在電樞回路中串入電阻R的人為特性。特點(diǎn)：1）不變，變大；

2）越大，特性越軟，同一個(gè)轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)速下降越多；3）對(duì)于給定的R，為常數(shù)。電