電機(jī)原理及拖動（第4版）課件：直流電動機(jī)

《電機(jī)原理及拖動》

第4版2024/12/272

直流電動機(jī)直流電動機(jī)完成的是電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。與直流發(fā)電機(jī)相同，直流電動機(jī)的勵(lì)磁方式可以是他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。本節(jié)以他勵(lì)直流電動機(jī)為例，推導(dǎo)直流電動機(jī)的基本方程式。2024/12/273一臺直流電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動機(jī)運(yùn)行，這就是直流電機(jī)的可逆原理。以他勵(lì)電機(jī)為例，一臺他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運(yùn)行，U保持不變，減少原動機(jī)的輸出功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)n下降到一定程度時(shí)，使得Ea=U，此時(shí)I=0

,發(fā)電機(jī)輸出的電功率P2=0，原動機(jī)輸入的機(jī)械功率僅僅用來補(bǔ)償電機(jī)的空載損耗po。一、直流電機(jī)的可逆原理2024/12/274保持發(fā)電機(jī)的U不變，繼續(xù)降低原動機(jī)的n，將有Ea<U

,

Ia反向，這時(shí)電網(wǎng)向電機(jī)輸入電功率，電機(jī)進(jìn)入電動機(jī)狀態(tài)運(yùn)行。同理，上述的物理過程也可以反過來，電機(jī)從電動機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機(jī)狀態(tài)。一、直流電機(jī)的可逆原理2024/12/275一、直流電機(jī)的可逆原理2024/12/276一、直流電機(jī)的可逆原理2024/12/277按電動機(jī)慣例規(guī)定各物理量的參考方向如圖。在外加電壓作用下，電樞順電壓U的方向流過電流，電流在磁場中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)體切割主磁場產(chǎn)生一個(gè)與電流方向相反的電動勢電壓平衡方程式：

（1-31）

二、直流電動機(jī)的基本方程2024/12/278二、直流電動機(jī)的基本方程（一）電動機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程式直流電機(jī)通電后，電樞電流磁場中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩在克服了機(jī)組摩檫阻轉(zhuǎn)矩T0

后，轉(zhuǎn)換為輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩T2

拖動生產(chǎn)機(jī)械作功。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

與輸出轉(zhuǎn)矩T2相等時(shí)，電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定平衡有：

（1-32）2024/12/279二、直流電動機(jī)的基本方程（二）功率平衡方程式將式（1-31）兩邊同乘Ia：將式（1-32）兩邊同乘角速度：

2024/12/2710二、直流電動機(jī)的基本方程（三）他勵(lì)直流電動機(jī)功率流程圖2024/12/2711三、直流電動機(jī)的特性運(yùn)行特性轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)矩特性效率特性機(jī)械特性電壓、勵(lì)磁、轉(zhuǎn)子電樞回路總電阻均為常數(shù)的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線。分為自然機(jī)械特性和人工機(jī)械特性。2024/12/2712三、直流電動機(jī)的工作特性（一）轉(zhuǎn)速特性定義：當(dāng)U=UN、I=IfN時(shí)，n=f(Ia)由電壓平衡方程式可得：忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化。如圖紅線所示。2024/12/2713三、直流電動機(jī)的工作特性（二）轉(zhuǎn)矩特性定義：當(dāng)U=UN、I=IfN時(shí)，T=f(Ia)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。如圖所示。2024/12/2714三、直流電動機(jī)的工作特性（三）效率特性定義：當(dāng)U=UN、I=IfN、

Rc=0時(shí)，=f(Ia)由效率定義可得由于分母中的勵(lì)磁電流較電樞電流小很多可不計(jì)，附加損耗不計(jì)，則上式可寫成2024/12/2715三、直流電動機(jī)的工作特性（三）效率特性空載損耗不隨負(fù)載變化，稱為不變損耗，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負(fù)載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流增大到一定程度時(shí)電機(jī)銅損快速增大，此時(shí)效率降低。繪出效率曲線如圖所示。2024/12/2716三、直流電動機(jī)的工作特性（三）效率特性效率最大值即不變損耗等于可變損耗時(shí)，電機(jī)效率最高。通常電機(jī)效率的最大值在75％－100％負(fù)載范圍。（可以據(jù)此估算電樞繞組電阻）估算例題1-12024/12/2717三、直流電動機(jī)的工作特性（四）直流電動機(jī)的機(jī)械特性電壓、勵(lì)磁、轉(zhuǎn)子電樞回路總電阻均為常數(shù)的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線2024/12/2718三、直流電動機(jī)的工作特性（四）直流電動機(jī)的機(jī)械特性直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性當(dāng)電壓為額定值、勵(lì)磁電流為額定值（不計(jì)電樞反應(yīng)）、轉(zhuǎn)子電樞回路外串電阻為零的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線稱為直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性曲線，也稱作自然機(jī)械特性曲線。2024/12/2719三、直流電動機(jī)的工作特性（四）直流電動機(jī)的機(jī)械特性直流電動機(jī)的自然機(jī)械特性2024/12/2720三、直流電動機(jī)的工作特性（四）直流電動機(jī)的機(jī)械特性獲得自然機(jī)械特性曲線兩個(gè)特殊點(diǎn)：空載點(diǎn)（T=0，n＝n0）額定工作點(diǎn)（T＝TN，n＝nN）利用額定數(shù)據(jù)UN、IN、nN、Ra其中電樞回路電阻可通過查表或估算得到計(jì)算出書中例題1-12024/12/2721四、串勵(lì)直流電動機(jī)的工作特性串勵(lì)直流電動機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組是串聯(lián)的，因此勵(lì)磁電流隨著負(fù)載變化。這是串勵(lì)電機(jī)的主要特點(diǎn)。串勵(lì)電機(jī)的機(jī)械特性很軟，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，電機(jī)磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵(lì)磁電流呈線性關(guān)系。即：從公式2024/12/2722四、串勵(lì)直流電動機(jī)的工作特性（一）轉(zhuǎn)速特性當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于無窮大，所以串勵(lì)電動機(jī)不宜輕載或空載運(yùn)行。轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，磁路飽和，串勵(lì)電動機(jī)的工作特性與他勵(lì)電動機(jī)相同。2024/12/2723四、串勵(lì)直流電動機(jī)的工作特性（二）串勵(lì)直流電動機(jī)的機(jī)械特性1.當(dāng)磁路不飽和時(shí)2.當(dāng)磁路飽和時(shí)與他勵(lì)直流電動機(jī)的特性曲線基本一致。2024/12/2724五、復(fù)勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性串勵(lì)的機(jī)械特性曲線特點(diǎn)：啟動轉(zhuǎn)矩比較大，適合負(fù)載、重載啟動；正常工作，轉(zhuǎn)速降比他勵(lì)稍大（R0=Rf+Rc）并勵(lì)的機(jī)械特性曲線特點(diǎn)：啟動轉(zhuǎn)矩比較小，適合空載、輕載啟動；正常工作，轉(zhuǎn)速降下降很大（3個(gè)原因）。2024/12/2725五、