電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)3章

第3章直流電機(jī)原理本章主要內(nèi)容1.直流電機(jī)工作原理2.直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與型號(hào)3.直流電機(jī)的磁路4.直流電機(jī)的電樞繞組5.直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢與電磁轉(zhuǎn)矩6.直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理7.直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理8.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的的機(jī)械特性9.串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)10.直流電機(jī)的換向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)的用途直流發(fā)電機(jī)：機(jī)械能直流電能直流電動(dòng)機(jī)：直流電能機(jī)械能直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢：

1）調(diào)速范圍廣，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，可靠性較高。用于對調(diào)速要求高的場合。城市電車電動(dòng)自行車電動(dòng)汽車造紙機(jī)直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例3.1.2基本工作原理交流發(fā)電機(jī)的模型N、S：主磁極線圈abcd：電樞K、L：滑環(huán)A、B：電刷磁場方向N→S原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。n3.1.2基本工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理用兩個(gè)相對放置的導(dǎo)電片(換向片)代替交流發(fā)電機(jī)的兩個(gè)滑環(huán)，電刷接觸的換向片始終是相同一側(cè)的線圈邊，所以N極一側(cè)的電刷得到的電壓始終是（+），S極一側(cè)的電刷得到的電壓始終是（-）。ABabdcabdcinF’FabdcnF’Fi3.1.2

基本工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電源通過靜止的電刷與隨電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的換向器的滑動(dòng)接觸把直流電源轉(zhuǎn)換成電樞中的交流電，保證電樞轉(zhuǎn)矩的方向不變，電樞保持逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。線圈不由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)；電刷接直流電源；AB3.1.2基本工作原理直流電機(jī)的可逆性：一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是外界條件不同而已。如果用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動(dòng)勢而作為直流電源對負(fù)載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動(dòng)機(jī)就可以帶動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。這種同一臺(tái)電機(jī)能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。3.2

直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與型號(hào)模型的改進(jìn)：1.電樞，改用多線圈，相應(yīng)換向器的改進(jìn)。2.磁路，增加電樞鐵芯。3.可根據(jù)需要增加磁極對數(shù)。4.改進(jìn)電機(jī)的換向等。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)3.2.1主要結(jié)構(gòu)1.定子部分直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。定子的作用是產(chǎn)生主磁場和在機(jī)械上支撐電機(jī)，它主要由主磁極、機(jī)座、電刷、端蓋和軸承組成。機(jī)座：一是作為電機(jī)磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機(jī)械支承的作用。因此要求機(jī)座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度。機(jī)座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。1.定子部分主磁極：在大多數(shù)直流電機(jī)中，主磁極是電磁鐵，主磁極鐵心用1～1.5mm厚的低碳鋼板疊壓鉚合而成。整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場,使電樞繞組在此磁場的作用下感應(yīng)電動(dòng)勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。1.定子部分電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。換向極：換向極又稱附加極或間極,其作用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。2.轉(zhuǎn)子部分直流電機(jī)轉(zhuǎn)子部分：電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸和軸承等電樞鐵心：電機(jī)主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。2.轉(zhuǎn)子部分電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，也是通過電流和感應(yīng)電動(dòng)勢，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。換向器：由許多換向片組成，每兩個(gè)換向片中間是絕緣片。換向片數(shù)與線圈元件數(shù)相同。3.端蓋：把定子和轉(zhuǎn)子連為一個(gè)整體，兩個(gè)端蓋分別固定在定子機(jī)座兩端，并支撐著轉(zhuǎn)子。電刷桿也固定在端蓋上。3.2.2電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

1．額定容量（功率）PN（kW）2．額定電壓UN（V）；3．額定電流

IN（A）；4．額定轉(zhuǎn)速

nN（r／min）；5．勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流

IfN（A）。3.2.2電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定電壓UN、額定電流

IN：直流發(fā)電機(jī)，出線端輸出的電壓、電流的額定值；直流電動(dòng)機(jī)，出線端輸入的電源的電壓電流的額定值；額定容量PN：對直流發(fā)電機(jī)來說，是指電刷端輸出的電功率的額定值，對直流電動(dòng)機(jī)來說，是指軸上輸出的機(jī)械功率的額定值。所以，直流發(fā)電機(jī)的額定容量為：

PN=UNIN而直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為：

PN=UNINηNηN額定效率，是電動(dòng)機(jī)額定輸出機(jī)械功率與電源輸入電功率之比。3.2.2電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)軸上的輸出額定轉(zhuǎn)矩T2N：直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，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)過載運(yùn)行：電樞電流超過額定值欠載運(yùn)行：電樞電流小于額定值例題：一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，其額定功率PN=145kW，額定電壓UN=230V，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r／min，額定效率ηN=90％，求該發(fā)電機(jī)的輸入功率P1及額定電流IN各為多少?解額定輸入功率額定電流例題：一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，其額定功率PN=160kW，額定電壓UN=220V，額定效率ηN=90％，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r／min，求該電動(dòng)機(jī)的輸入功率、額定電流及額定輸出轉(zhuǎn)矩各是多少?解額定輸入功率額定電流或額定輸出轉(zhuǎn)矩3.3磁路、空載氣隙磁密與磁化特性3.3.1直流電機(jī)的磁路絕大多數(shù)直流電機(jī)的主磁場都是由勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生的。空載：發(fā)電機(jī)出線端沒有電流輸出，電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)載，即電樞電流為零的狀態(tài)。那么，這時(shí)的氣隙磁場，只由主極的勵(lì)磁電流所建立，所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場，又稱勵(lì)磁磁場。3.3.1直流電機(jī)的磁路當(dāng)勵(lì)磁繞組流過勵(lì)磁電流If時(shí)，每極勵(lì)磁磁通勢：

Ff=IfNf

漏磁通：僅交鏈勵(lì)磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。約有20%的主極漏磁通。

主磁通：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞齒及電樞磁軛、定子磁軛構(gòu)成磁路，它同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通主磁路漏磁路3.3.2

空載時(shí)氣隙磁通密度的分布波形電路歐姆定律磁路歐姆定律E+-IR1R2FΦRmRmδEFIΦRRm3.3.2

空載時(shí)氣隙磁通密度的分布波形簡化主磁路，根據(jù)磁路歐姆定律，磁管的磁通：Rmδ，Rmt，Rma，Rmm，Rmf分別為氣隙、電樞齒、電樞磁軛、主磁極和定子磁軛的磁阻。在磁路不飽和情況下，μ>>μ0

。有：3.3.2

空載時(shí)氣隙磁通密度的分布波形磁管氣隙段磁路的磁阻氣隙處的磁密：磁極中心磁密大，兩極極靴外磁密小，在兩極之間的幾何中心線處，磁密為零。3.3.3

空載磁化特性空載時(shí)Φ=f(Ff)或Φ=f(If)

稱為直流電機(jī)的空載磁化特性?？蛰d磁化特性具有飽和現(xiàn)象。0IfNIfΦΦNA在額定狀態(tài)下，電機(jī)往往工作在空載磁化特性開始拐彎的A點(diǎn)附近，這樣即可以獲得較大的磁通，又不致需要太大的勵(lì)磁磁動(dòng)勢，從而可以節(jié)省鐵心和勵(lì)磁繞組的材料。3.3.4

直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)按勵(lì)磁方式（即獲得磁通Φ的方式）可分為M他勵(lì)式M并勵(lì)式M串勵(lì)式M復(fù)勵(lì)式永磁式M3.4

直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分，在電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。電樞繞組是由多個(gè)形狀相同的繞組元件（線圈）以一定的規(guī)律連接起來的，Ny代表元件的匝數(shù)。一個(gè)元件不論匝數(shù)多少，只有兩個(gè)引出端：首端和尾端。各元件通過換向片彼此連接，一個(gè)元件的首端和另一個(gè)元件尾端接在同一個(gè)換向片上?？梢娫?shù)S等于換向片數(shù)K。S=K繞組元件3.4

直流電機(jī)的電樞繞組實(shí)槽數(shù)Z，一個(gè)實(shí)槽中的虛槽數(shù)u，總虛槽數(shù)Ze。

Ze=uZ=S=K用z代表電樞繞組的全部導(dǎo)體數(shù)，則有

z=2NyuZ=2NyZe·3.4.1

單疊繞組1.節(jié)距：（1）第一節(jié)距y1：同一個(gè)元件兩條邊之間的距離，以虛槽數(shù)計(jì)，總是整數(shù)。（2）合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk

：元件1與和它相連的元件2對應(yīng)邊之間的跨距是y，用虛槽數(shù)表示。每個(gè)元件首、末端所連兩個(gè)換向片之間的跨距是yk，用換向片數(shù)來表示。單疊繞組y=yk=1。（3）第二節(jié)距y2：連至同一個(gè)換向片的兩個(gè)元件邊之間的距離，用虛槽數(shù)表示。單疊繞組：

y2=y1-y2.

單疊繞組的展開圖1.計(jì)算節(jié)距：y1=Ze/2p=4y＝y(tǒng)k＝1y2=y1-y=3計(jì)算節(jié)距畫繞組展開圖安放電刷和磁極極距τ：在電樞鐵心表面上，一個(gè)主磁極所占的距離。用槽數(shù)表示。實(shí)例：已知一臺(tái)電機(jī)的極數(shù)2P＝4，Ze＝S＝K＝16，畫出它的右行單疊繞組的展開圖。2.

單疊繞組的展開圖161234567891011121315141415234567891011121314161511615+－++－－NSNSSττττ電樞轉(zhuǎn)向A1A2B1B23.

單疊繞組元件連接次序56789101112131415161234123456789101112131415161整個(gè)繞組是一個(gè)閉合繞組上層元件邊下層元件邊y1yy24.

單疊繞組的并聯(lián)支路圖1)每個(gè)極下的元件組成一條支路,并聯(lián)支路對數(shù)a等于極對數(shù)p:a=p2)正負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢最大，被電刷短路的元件里感應(yīng)的電動(dòng)勢最小。3）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。

3.4.2

單波繞組節(jié)距1）第一節(jié)距y1：與單疊繞組相同。2）合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk

：y=yk3）第二節(jié)距y2：2.

單波繞組的展開圖實(shí)例：2P＝4，Ze=S＝K＝15

單波繞組計(jì)算節(jié)距畫繞組展開圖安放電刷和磁極1.繞組數(shù)據(jù)計(jì)算2.

單波繞組的展開圖2.

單波繞組的展開圖從繞組展開圖可以看出，全部15個(gè)元件串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)閉合回路的順序是：1815714613512411310291815714613512411310291512411310291815714613上層邊下層邊3.

單波繞組的并聯(lián)支路圖1815714613512411310291512411310291815714613上層邊下層邊單波繞組特點(diǎn)單波繞組把相同極性下的全部元件串聯(lián)起來組成一條支路。由于磁極只有N、S之分，所以單波繞組的支路對數(shù)a與極對數(shù)p多少無關(guān)，永遠(yuǎn)為1，即a＝1。

2.正負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢最大。3.電刷桿數(shù)等于極數(shù)。單疊繞組與單波繞組的比較在電機(jī)的極對數(shù)（大于1）、元件數(shù)以及導(dǎo)體截面積相同的情況下，單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，是單波繞組的p倍，允許較大的總電流，每個(gè)支路里的元件數(shù)少，總電勢較低，適用于較低電壓較大電流的電機(jī)。單波支路對數(shù)始終為1，允許的總電流較小，每個(gè)支路里含有的元件數(shù)多，是單疊繞組的p倍，總電勢較高，所以適用于較高電壓、較小電流的電機(jī)。3.5

電樞電動(dòng)勢與電磁轉(zhuǎn)矩3.5.1電樞電動(dòng)勢電樞電動(dòng)勢是指直流電機(jī)正、負(fù)電刷之間感應(yīng)的電動(dòng)勢，也是電樞繞組每個(gè)支路里的感應(yīng)電動(dòng)勢。一根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢：電動(dòng)勢常數(shù)電樞電動(dòng)勢：例題3-3已知一臺(tái)l0kW、4極、2850r／min的直流發(fā)電機(jī)，電樞繞組是單波繞組，整個(gè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為372。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電動(dòng)勢Ea=250V時(shí)，求這時(shí)氣隙每極磁通量Φ。解已知這臺(tái)直流電機(jī)的極對數(shù)p=2，單波繞組的并聯(lián)支路對數(shù)a=1，于是可以算出系數(shù)根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢公式，氣隙每極磁通Φ為3.5.2

電磁轉(zhuǎn)矩一根導(dǎo)體所受的平均電磁力導(dǎo)體里流過的電流：一根導(dǎo)體所受的平均電磁轉(zhuǎn)矩T1電樞直徑：電樞總的電磁轉(zhuǎn)矩Ct=9.55Ce轉(zhuǎn)矩常數(shù)：例題3-4已知一臺(tái)四極直流電動(dòng)機(jī)額定功率為l00kW，額定電壓為330V，額定轉(zhuǎn)速為730r／min，額定效率為0.915，單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)為186，額定每極磁通為5.98×l0-2Wb，求額定電磁轉(zhuǎn)矩。解轉(zhuǎn)矩常數(shù)額定電流額定電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)中的電樞電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩電樞電動(dòng)勢—輸出電動(dòng)勢(與電樞電流同方向)電磁轉(zhuǎn)矩—制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反電樞電動(dòng)勢—反電動(dòng)勢(與電樞電流反方向）電磁轉(zhuǎn)矩—拖動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)。3.5.3

直流電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞磁通勢改變氣隙磁密分布及每極磁通量大小的現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。τBδ如磁路不飽和，總磁通量不變。但磁路飽和時(shí)，總磁通要降低，稱為去磁效應(yīng)。3.6

直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理3.6.1直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式各物理量正方向按發(fā)電機(jī)慣例EanT1T0TIaUIfUfΦ發(fā)電機(jī)慣例Ea=U+IaRaEa=CeΦnT=Ct

ΦIaT1=T+T0If=Uf/RfΦ=f(If,Ia)3.6.2

功率關(guān)系Ea=U+IaRa兩端同乘IaEaIa=UIa+I2aRa=P2+pCuaP2=UIa

電動(dòng)機(jī)輸出給負(fù)載的電功率pCua=I2aRa總銅損耗（繞組、電刷與換向器）EaIaU3.6.2

功率關(guān)系T1=T+T0寫成

P1=PM+p0P1=T1原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率p0=T0=pm+pFe

空載損耗功率pm為機(jī)械摩擦損耗，pFe為鐵損耗PM=T

為電磁功率PM既是機(jī)械性質(zhì)又是電性質(zhì)的功率，反映了機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的實(shí)質(zhì)。3.6.2

功率關(guān)系綜合功率關(guān)系：P1=PM+p0=P2+pCua+pm+pFe他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程：p0=pm+pFepCua=Ia2RaP1=T1PM=T=EaIaP2=UIa總損耗：∑p=pm+pFe+pCua+ps雜散損耗發(fā)電機(jī)效率：解先計(jì)算額定電流勵(lì)磁電流電樞繞組電流例題3-5一臺(tái)額定功率PN=20kW的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，它的額定電壓UN=230V，額定轉(zhuǎn)速超nN=1500r／min，電樞回路總電阻Ra=0.156Ω

，勵(lì)磁回路總電阻Rf=73.3Ω，已知機(jī)械損耗和鐵損耗pm+pFe=lkW，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。)

電樞回路銅損耗勵(lì)磁回路銅損耗電磁功率總損耗輸入功率效率3.7直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)在直流電網(wǎng)上并聯(lián)運(yùn)行，電網(wǎng)電壓U保持不變，電機(jī)中各物理量的正方向?yàn)榘l(fā)電機(jī)慣例。若保持勵(lì)磁電流不變，輸入機(jī)械功率P1=0，由電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩關(guān)系而此時(shí)由于機(jī)械慣性，n

不會(huì)立即變化知T1=0T1=T+T0P1=PM+p0直流電機(jī)的可逆原理由知轉(zhuǎn)速n

降低，Ea，Ia，T降低

由知Ea保持不變由知Ia保持不變因此保持不變Ea=CeΦnEa=U+IaRaT=Ct

ΦIa轉(zhuǎn)速降到某一數(shù)值n0時(shí)，

，Ia=0，T=0由于存在T0，電機(jī)繼續(xù)減速，n<n0

后發(fā)電機(jī)的輸出功率T<0電磁轉(zhuǎn)矩T

為負(fù)，與轉(zhuǎn)速方向相同，不再是制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，而是拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到某一數(shù)值，電磁轉(zhuǎn)矩與空載轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)速n就不再降低，維持恒速運(yùn)行，這時(shí)這種狀態(tài)的直流電機(jī)是電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。以上過程可逆。3.7

直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理3.7.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程式各物理量正方向按電動(dòng)機(jī)慣例EanTLTIaIfUf電動(dòng)機(jī)慣例UU=Ea+IaRaEa=CeΦnT=CtΦIaT=T2+T0=TLIf=Uf/Rf,

Φ=f(If,Ia)3.7.2

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系UIa=EaIa+I2aRa寫成

P1=PM+pCuaP1=UIa電源輸入的電功率PM=EaIa=P2+p0電磁功率

pCua=I2aRa電樞回路銅損耗T=T2+T0寫成PM=P2+p0P2=T2轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率p0=T0=pm+

pFe空載損耗EanTLTIaIfUf電動(dòng)機(jī)慣例U3.7.2

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系綜合功率關(guān)系：P1=PM+pCua=P2+pCua+pm+pFe他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程：p0=pm+pFepCua=Ia2RaP1=UIaPM=EaIa=T

P2=T2

總損耗：∑p=pm+pFe+pCua+ps電動(dòng)機(jī)效率：3.7.3

直流電動(dòng)機(jī)的工作特性轉(zhuǎn)速特性當(dāng)U=UN，If=IfN時(shí)，n=f(Ia)的關(guān)系。U=Ea+IaRa

UN=EaN+IaRaEaN=CeΦNn=UN－IaRa當(dāng)UN，IaN，nN時(shí)的勵(lì)磁電流當(dāng)Ia↑，n↓。但Ra較小，n↓很小。nIan3.7.3

直流電動(dòng)機(jī)的工作特性2.轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)U=UN，If=IfN時(shí)，T=f(Ia)的關(guān)系。nIanT,T電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流Ia成正比。如果考慮電樞反應(yīng)有去磁效應(yīng)，隨著Ia的增大，T要略微減小。3.7.3

直流電動(dòng)機(jī)的工作特性3.效率特性當(dāng)U=UN，If=IfN時(shí)，η=f(Ia)的關(guān)系。nIanT,T∑p中，p0=pFe+pm不隨Ia變化，為不變損耗，電樞回路總銅耗pCua隨Ia2成正比，是可變損耗，η=f(Ia)曲線如圖所示。η，η直流電動(dòng)機(jī)效率約為0.75~0.94，容量大的效率更高。令得pFe+pm=pCua=

Ia2Ra即當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，電機(jī)的效率最高。3.8

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.8.1機(jī)械特性的一般表達(dá)式EanTLTIaIfUfUR他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)加上一定的電壓U和一定的勵(lì)磁電流If

，并在電樞回路中串入電阻R，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即n=f(T)。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是分析電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)的重要工具。3.8.1

機(jī)械特性的一般表達(dá)式機(jī)械特性n=f(T)的推導(dǎo)將T=CtΦIa，代入轉(zhuǎn)矩特性，考慮到電樞串電阻R可得：為理想空載轉(zhuǎn)速為機(jī)械特性的斜率3.8.2

固有機(jī)械特性當(dāng)U=UN，Φ=ΦN

，R=0時(shí)的機(jī)械特性特點(diǎn)：1）n=f(T)為下斜直線，T↑，n↓；2）當(dāng)T=0時(shí)，n0=UN/CeΦN為理想空載轉(zhuǎn)速，此時(shí)，Ia=0，E=UN

；0nTn0nNTNTs3.8.2

固有機(jī)械特性特點(diǎn)：3）Ra小，斜率

很小，特性較平，稱之為硬特性；（大的特性稱為軟特性）4）T＝TN時(shí)，?nN=n0-nN=TN為額定轉(zhuǎn)速差。nN約0.95n0，?nN約0.05n0；5）n=0，電機(jī)啟動(dòng)，Ia=UN/Ra=IS，T=CtΦNIS＝TS，很大，約額定值的20倍。會(huì)燒壞換向器。以上為第一象限的情況：0<T<TS,0<n<n0,0<Ea<UN6）T>TS，n<0。在第Ⅳ象限。7）T<0，n>n0。在第Ⅱ象限，發(fā)電機(jī)狀態(tài)。0nTn0nNTNTsn=0：啟動(dòng)電流；電磁轉(zhuǎn)矩（：啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）例：如果則即因此3.8.2

固有機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性是一條斜直線，跨越三個(gè)象限，特性較硬。機(jī)械特性只表征電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系，是電動(dòng)機(jī)本身的能力，至于電動(dòng)機(jī)具體運(yùn)行狀態(tài)，還要看拖動(dòng)什么樣的負(fù)載。固有機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)最重要的特性，在此基礎(chǔ)上，很容易得到電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。3.8.3

人為機(jī)械特性1.電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性UN，ΦN，電樞回路串R后的機(jī)械特性。n0Tn0RaR1<R2Ra+R1Ra+R2固有人為特點(diǎn)：n0不變，R增大，⊿n增大，特性變軟，一組放射形直線。若T為常數(shù)，⊿n（Ra+R）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻等改變后，其對應(yīng)的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性，主要有三種：3.8.3

人為機(jī)械特性2.改變電樞電壓的人為機(jī)械特性ΦN，R=0，改變U時(shí)的機(jī)械特性。nn0T0UNn01-n0U1U=0U=-UN特點(diǎn)：1）斜率不變，各條特性互相平行，T一定時(shí)，Δn不變，

；2）n0與U成正比。3.8.3

人為機(jī)械特性3.減小氣隙磁通量的人為