電機(jī)與電氣控制(第2版)第二章

第2章直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)容提要:直流電動(dòng)機(jī)不同勵(lì)磁方式的特點(diǎn)。直流并（他）勵(lì)電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換過程中的三大平衡關(guān)系。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性、機(jī)械特性的特點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)的方法。直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和使用中的注意事項(xiàng)。2.1直流電動(dòng)機(jī)的分類2.1直流電動(dòng)機(jī)的分類直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流與電樞繞組電流一樣，均由外電源供給，根據(jù)勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方式不同，可分為四類:1．直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)2．直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)3．直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)4．直流復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)圖2.1直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類的接線圖2.2直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式是指直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電路系統(tǒng)的電壓平衡方程式；機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式；能量轉(zhuǎn)換過程中的功率平衡方程式。2.2直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2.2.1電壓平衡方程式根椐圖2.2用基爾霍夫電壓定律，可得電壓U的平衡方程式：（2-4）式中，Ea——電樞繞組直流電阻及電刷與換向器的接觸電 阻之和； U——外加電源電壓。由上式可見，直流電動(dòng)機(jī)中Ea＜U，這是判定直流電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的依據(jù)(注意：若電機(jī)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，則Ea＞U，U=Ea-IaRa)2.2直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2.2.2功率平衡方程式1．并勵(lì)電動(dòng)機(jī)能量流程圖2.2直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2.2.2功率平衡方程式2．并勵(lì)電動(dòng)機(jī)功率平衡方程式式中，

——并勵(lì)電動(dòng)機(jī)總損耗；

——機(jī)械損耗，指軸與軸承之間，電刷與換向器之

間，旋轉(zhuǎn)電樞與空氣之間產(chǎn)生的損耗；——空載損耗。2.2直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2.2.3轉(zhuǎn)矩平衡方程式（1）電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T，T與轉(zhuǎn)速n方向相同，起拖動(dòng)作用。（2）電動(dòng)機(jī)空載阻轉(zhuǎn)矩T0，T0與轉(zhuǎn)速n方向相反，T0起制動(dòng)作用。（3）電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩T2，其值與電動(dòng)機(jī)軸上拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相平衡，即T2=

TL，TL與n方向相反，TL起制動(dòng)作用。它們之間的關(guān)系為：2.3直流并（他）勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性2.3.1轉(zhuǎn)速特性在并勵(lì)電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)負(fù)載（TL）增加時(shí)，P2↑→P1↑→Ia↑，此時(shí)影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的因素有：（1）電樞繞組壓降隨之增加，從式 （2-10）可見，n趨于下降。（2）與此同時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作 用,使n趨于上升。2.3直流并（他）勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性2.3.2轉(zhuǎn)矩特性若n不變，那么，，即為過原點(diǎn)的一條直線。但實(shí)際中，當(dāng)負(fù)載增加，P2增加，n略為下降，故為一條略為上翹的曲線。在T2曲線上加上T0，便得曲線，如圖2.4曲線2所示。

2.3直流并（他）勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性2.3.3效率特性根椐直流電動(dòng)機(jī)能流圖2.3所示，可得出直流電動(dòng)機(jī)的效率：式中，鐵耗PFe和機(jī)械損耗Pj分別與電機(jī)外加電壓U和轉(zhuǎn)速n有關(guān)，未帶負(fù)載就已經(jīng)存在了，二者之和稱為空載損耗P0，而與電流無關(guān)，在電機(jī)正常工作時(shí)，n及U變化不大，所以空載損耗又稱不變損耗，P0=Pfe+Pj2.4生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性1．恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。2．恒功率負(fù)載3．通風(fēng)機(jī)負(fù)載2.5直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.5.1電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式2.5直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.5.2固有機(jī)械特性（1）對(duì)于任何一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)， 只有唯一的一條固有機(jī)械特性 曲線。（2）由于電樞回路無外串電阻， Ra很小，則

很小，那么

n

很小，因此它是一條微微下降 的直線，所以固有機(jī)械特性曲 線屬于硬特性。

2.5直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.5.3人為機(jī)械特性1．電樞回路串電阻Rpa的人為機(jī)械特性（1）串入電阻增大或減?。ā?或↓）理想空載轉(zhuǎn)速n0不變。（2）串入電阻越大，

越大， 轉(zhuǎn)速降落

n越大，特性越軟， 穩(wěn)定性越差。（3）串入電阻越大，電樞電流流 過產(chǎn)生的損耗越大。2.5直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.5.3人為機(jī)械特性2．改變電源電壓的人為機(jī)械特性（1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與電源電壓 成正比。（2）

不變，

n不變，特性曲線 互相平行。（3）當(dāng)T=C時(shí)，降低電壓，可使 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n降低。2.5直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.5.3人為機(jī)械特性3．減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性（1）理想空載轉(zhuǎn)速n0與磁通

成反比，即當(dāng)

↓→n0↑。（2）磁通

↓→

↑，且

與

2

成反比，曲線變軟。（3）一般

↓→n↑，由于受機(jī)械強(qiáng)度的限制，磁通

不能下降太多。

2.5直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.5.4直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)許多生產(chǎn)機(jī)械都要求電動(dòng)機(jī)能正、反轉(zhuǎn)，如龍門刨床工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。我們知道，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向是由轉(zhuǎn)矩決定的，而，因此改變轉(zhuǎn)矩的方法有兩種。圖2.13直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)電路圖（1）保持電樞繞組兩端電壓極性（方向）不變，將勵(lì)磁繞組反接（即改變方向，達(dá)到改變

的方向）。（2）保持勵(lì)磁繞組兩端電壓極性（

方向）不變，將電樞繞組反接（即改變方向）。

2.6直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)2.6.1串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的接線與特點(diǎn)1．接線直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)如圖2.14所示。2．特點(diǎn)

2.6直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)2.6.2串勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性2.6直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)2.6.2串勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性綜上所述，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的特點(diǎn)是：（1）負(fù)載增加，即Ia增加，

增加，T增加而轉(zhuǎn)速n迅速減小，機(jī)械特性為一軟特性。（2）當(dāng)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞外串電阻越大，特性越軟。（3）當(dāng)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)理想空載時(shí)，Ia=0，

=0，TL=0，則n0為無窮大，但實(shí)際上電動(dòng)機(jī)總是存在很小的剩磁，空載轉(zhuǎn)速可達(dá)，俗稱“飛速”（飛車）現(xiàn)象，將造成電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損壞。本章小結(jié)1．直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁繞組Nf與電樞繞組Na的連接方式不同可分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。2．直流電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，T與n方向相同，T起拖動(dòng)作用，Ia與Ea方向相反，。平衡方程式為：，，，。3．并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性：U=UN、If=IfN、R=Ra時(shí)，n=f(P2)、T=f(P2)、η=f(P2)的關(guān)系。4．直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性：當(dāng)U、R、

均為常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系n=f(T)，機(jī)械特性方程式為：或本章小結(jié)5．固有機(jī)械特性：是指U=UN、If=IfN、R=Ra時(shí)，n=f(T)的關(guān)系。人為機(jī)械特性指U、R、

三個(gè)參數(shù)保持其中兩個(gè)不變，改變其中任意一參數(shù)時(shí)，n=f(T)的關(guān)系。所以人為機(jī)械特性有三種，對(duì)于任何一臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言固有機(jī)械特性曲線只有唯一的一