直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性課件

第2章直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1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)械特性第1頁/共60頁2.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型21.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)；第2頁/共60頁2.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型32.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。第3頁/共60頁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：由線圈兩端的換向片與正負(fù)極電刷構(gòu)成。第4頁/共60頁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)2）直流電機(jī)的等效電路RRBIBUIUBE+--+--nI

IB

FnFU+_第5頁/共60頁2.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型63.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+--+--第6頁/共60頁他勵(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RUIE+--nI

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FnFU+_永磁電機(jī)——小功率勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁電機(jī)：第7頁/共60頁他勵(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

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FnFU+_永磁電機(jī)——小功率勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁電機(jī)：第8頁/共60頁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)：第9頁/共60頁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)：第10頁/共60頁2.2直流電機(jī)的基本原理111.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)工作原理第11頁/共60頁2.2直流電機(jī)的基本原理122.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)工作原理第12頁/共60頁2.2直流電機(jī)的基本原理133.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，n

2）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+_第13頁/共60頁2.2直流電機(jī)的基本原理144.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：左手定律第14頁/共60頁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:第15頁/共60頁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）電磁力矩方程轉(zhuǎn)子導(dǎo)體總電磁力矩電機(jī)的電磁力矩方程（2-1）式中電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；nI

IB

FnFU+_第16頁/共60頁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（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+_第17頁/共60頁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+_第18頁/共60頁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（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+_EnI

IB

FnFU+_第19頁/共60頁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+_第20頁/共60頁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+_第21頁/共60頁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第22頁/共60頁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）第23頁/共60頁2.2直流電機(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第24頁/共60頁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)系他勵(lì)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率流程圖第25頁/共60頁2.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性262.3.1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）第26頁/共60頁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)第27頁/共60頁2.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性282.3.1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)；第28頁/共60頁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成第29頁/共60頁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)速特性斜率第30頁/共60頁2.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性312.3.1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？第31頁/共60頁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．固有特性解：理想空載轉(zhuǎn)速特性斜率轉(zhuǎn)速降落例題2-2已知：PN

=75kW，UN=220V，IN=383A，

nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192

，第32頁/共60頁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：例題2-2已知：PN

=75kW，UN=220V，IN=383A，

nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192

，第33頁/共60頁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

，第34頁/共60頁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．固有特性例題2-2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？第35頁/共60頁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2-2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：第36頁/共60頁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)械特性的基本方程可人為改變的參數(shù)有：U、

R、

；第37頁/共60頁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)速降落第38頁/共60頁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+--+--第39頁/共60頁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不變改變磁通的方法改變勵(lì)磁電阻RB→IB→

RaRBIBUNIaUBEa+--+--第40頁/共60頁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RaRBIBUNIaUBEa+--+--理想空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降落第41頁/共60頁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)速降落第42頁/共60頁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）通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制；（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)械特性圖第43頁/共60頁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）；通過兩點(diǎn)作直線，得固有特性n

=f(T)；第44頁/共60頁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

）（1）求理想空載點(diǎn)（0、n0）；理想空載轉(zhuǎn)速電勢(shì)系數(shù)計(jì)算Ra第45頁/共60頁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用電橋或萬用表實(shí)際測(cè)試計(jì)算Ra②按電樞的銅損耗估算（1）求理想空載點(diǎn)（0、n0）；第46頁/共60頁2.3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

）理想空載轉(zhuǎn)速電勢(shì)系數(shù)（1）求理想空載點(diǎn)（0、n0）；第47頁/共60頁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

）（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第48頁/共60頁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）；通過兩點(diǎn)作直線圖，得固有特性n

=f(T

)；第49頁/共60頁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2）繪制人為特性n0△nNTn0TNRaRa+Ri1Ra+Ri2Ri1<Ri2已知：固有特性、附加電阻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ni△nini轉(zhuǎn)速降落（1）改變電樞電阻的人為特性曲線；第50頁/共60頁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)n0△nNTn0TNRaRa+Ri1Ra+Ri2Ri1<Ri2已知：固有特性、附加電阻Ri，求：人為特性（1）改變電樞電阻的人為特性曲線；第51頁/共60頁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（2）改變電樞端電壓的人為特性；基本方法：已知Ui

，求n0i，作平行于固有特性的人工特性；n0Tn0UNU1U2UN>U1>U2n01n02TN理想空載轉(zhuǎn)速第52頁/共60頁2.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性532.3.1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

2

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2n01n02特性斜率第53頁/共60頁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)械特性的繪制例題2-3Z-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：