第7章直流电机的基本理论

1、第第 7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论7.2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理7.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应7.4 电流电机的电磁转矩和电动势电流电机的电磁转矩和电动势7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析7.6 直流电动机的功率和转矩直流电动机的功率和转矩7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析7.8 直流发电机的功率和转矩直流发电机的功率和转矩7.2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理7.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应7.4 电流电机的电磁转矩和电动势电流电机的电磁转矩和电动势7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析7.

2、6 直流电动机的功率和转矩直流电动机的功率和转矩7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析7.8 直流发电机的功率和转矩直流发电机的功率和转矩电机与拖动电机与拖动返回主页返回主页7.0 直流电机的基本概念及分类直流电机的基本概念及分类7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构7.0 电机的基本概念及分类电机的基本概念及分类第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论 定义定义：一种机电能量转换的电磁装置。一种机电能量转换的电磁装置。 分类分类：（旋转）电机（旋转）电机直流电机直流电机交流电机交流电机同步电机同步电机异步电机异步电机他励他

3、励并、串、复励并、串、复励u按工作原理分：按工作原理分：u按能量转换关系分：按能量转换关系分：（旋转）电机（旋转）电机发电机发电机电动机电动机主要用于电力拖动主要用于电力拖动主要用于控制主要用于控制对不同的电机对不同的电机对同一台电机对同一台电机电机的可逆性原理电机的可逆性原理直直流流发发电电机机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构一、基本外形一、基本外形第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论 直流电机直流电机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电动机直流电动机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电容电机直流电容电机7.1 直流电机的基本结构直流

4、电机的基本结构 小型直流电机小型直流电机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 ZQ-76 直流牵引电机直流牵引电机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 ZQ-76 直流牵引电机直流牵引电机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流牵引电机直流牵引电机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电机的结构剖面图直流电机的结构剖面图7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电机的结构示意图直流电机的

5、结构示意图7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 电机装配图电机装配图 更多的图片更多的图片 直流电机模型直流电机模型7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电机的基本结构直流电机的基本结构7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构二、直流电机的结构二、直流电机的结构基本组成部分基本组成部分定子定子转子转子定子铁芯定子铁芯定子绕组定子绕组转子铁芯转子铁芯转子绕组转子绕组惯称惯称“电枢电枢”7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构直流电机的直流电机的定子装配图定子装配图7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构一）、直流电机的定

6、子一）、直流电机的定子 直流电机的定子铁心和绕组直流电机的定子铁心和绕组7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构(1) 主磁极主磁极(2) 换向磁极换向磁极(3) 机座机座(4) 电刷装置电刷装置(5) 端盖等端盖等 直流电机的定子直流电机的定子 (a) 主磁极主磁极 (b) 机座机座 1. 定子的主要组成定子的主要组成7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 直流电机转子的外形直流电机转子的外形7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构u转子的主要组成转子的主要组成二）、直流电机的转子二）、直流电机的转子u 转子（电枢）的主要组成转子（电枢）的主要组成(1) 电枢铁心电枢铁心(2)

7、 电枢绕组电枢绕组7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构(3) 换向器换向器(4) 转轴与风扇转轴与风扇 直流电机的转子直流电机的转子 (a) 转子主体转子主体 (b) 电枢钢片电枢钢片 直流电机电枢绕组的基本概念直流电机电枢绕组的基本概念电枢绕组：电枢绕组：由多个形状一样的单匝（或多匝）线圈由多个形状一样的单匝（或多匝）线圈以一定的规律连接起来构成的整体，匝数用以一定的规律连接起来构成的整体，匝数用Ny表示。表示。7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构元件：元件：一个线圈就称为一个元件，其个数用一个线圈就称为一个元件，其个数用S表示。表示。元件边：元件边：线圈切割磁力线的有效部分

8、（安放在转线圈切割磁力线的有效部分（安放在转子铁芯的槽内）。子铁芯的槽内）。7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构线圈与换向片的连接原则：线圈与换向片的连接原则： 同一元件的首端和尾端分别连到不同的换向片上，同一元件的首端和尾端分别连到不同的换向片上，各元件之间通过换向片彼此相连。各元件之间通过换向片彼此相连。 同一换向片上，既连有一个元件的首端，又连有另同一换向片上，既连有一个元件的首端，又连有另一元件的尾端。一元件的尾端。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12? 若换向片数用若换向片数用K表示，则表示，则S = K7.1 直流电机的

9、基本结构直流电机的基本结构实槽：实槽：电机转子铁芯上嵌放电枢元件边的凹槽，用电机转子铁芯上嵌放电枢元件边的凹槽，用Z表示。表示。? S = Z虚槽数：虚槽数：一个槽内的上层（或下层），并列嵌放的元件边一个槽内的上层（或下层），并列嵌放的元件边数，用数，用u表示。表示。总虚槽数：总虚槽数：用用Ze表示表示? u = 3? Ze = uZ = S = K总导体数：总导体数：用用z表示表示? z = 2NyZe = 2NyuZA B12345678A B1 2 3 48 7 6 57 6 5 48 1 2 3AB结论：结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回

10、路。7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构A B12345678 并联支路对数：并联支路对数：用用a表示表示 直流电枢绕并联支路直流电枢绕并联支路对数对数电动机电动机发电机发电机7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构e e e ee e e eEA1 2 3 48 7 6 5BIa e e e ee e e e1 2 3 48 7 6 5ABIa E? a = 1NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12A1 B1 A2 B2 1） 单叠绕组：单叠绕组：线圈在相连的换向片进行串联。线圈在相连的换向片进行串联。 并联支路对数：并

11、联支路对数：a = 2。 电刷的中心线对着磁极的中心线。电刷的中心线对着磁极的中心线。A1A2B1B2n7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构3 6 4 7 5 811 8 10 7 9 69 12 10 1 11 25 2 4 1 3 12 电枢绕组的基本连接型式电枢绕组的基本连接型式7.1 直流电机的基本结构直流电机的基本结构 2） 单波绕组：单波绕组：线圈在相连的换向片进行并联。线圈在相连的换向片进行并联。? 单叠绕组单叠绕组：a = p结论：若用结论：若用p表示磁极对数表示磁极对数? 单波绕组单波绕组：a = 1NSU一、直流电动机的工作原理一、直流电动机的工作原理NS第第7 章

12、章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论U 安培力、电流安培力、电流i及磁感应强度及磁感应强度B的方向满足的方向满足左手定则。左手定则。（磁力线穿过掌心，四指方向为电流方向，大拇指方向为载流导体所受安培力的方向）（磁力线穿过掌心，四指方向为电流方向，大拇指方向为载流导体所受安培力的方向）7.2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理NS第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论NSUU电刷电刷线圈边切割磁感线会产生什么线圈边切割磁感线会产生什么？换向片换向片一、直流电动机的工作原理一、直流电动机的工作原理 动生电动势的方向习惯上用动生电动势的方向习惯上用右手定则右手定则确定。确定。 （磁

13、力线穿过右手掌心，大拇指方向为导体切割磁力线的运动方向，（磁力线穿过右手掌心，大拇指方向为导体切割磁力线的运动方向，四指方向为动生电动势的方向）四指方向为动生电动势的方向）直流直流电流电流交流交流电流电流电磁转矩电磁转矩(拖动转矩拖动转矩)机械机械负载负载克克 服服反电反电动势动势做功做功7.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理 电磁关系电磁关系换向换向旋转旋转NSU第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论NSU电刷电刷换向片换向片 小结小结 2）电刷与换向片构成换向机构，）电刷与换向片构成换向机构， 起起，将外部直流电源，将外部直流电源 转换为交流输入给电枢元件；转换为交流输入

14、给电枢元件； 1）电枢元件边感生交变电动势，）电枢元件边感生交变电动势， 形成交变电流，且两者方向相形成交变电流，且两者方向相 反，为反，为； 3）N极下方与极下方与S极下方导体电流方向不变，极下方导体电流方向不变， 因此，电枢磁场不变，电磁因此，电枢磁场不变，电磁 转矩亦不变转矩亦不变,其方向与转子旋转方其方向与转子旋转方 向相同，为向相同，为并与负载并与负载； 4）N极下方与极下方与S极下方导体感应电动势方向不变，即电刷两端感应极下方导体感应电动势方向不变，即电刷两端感应 电动势方向不变，且与外部输入电源方向相同，起电动势方向不变，且与外部输入电源方向相同，起作用。作用。NS二、直流发电机

15、的工作原理二、直流发电机的工作原理NSE7.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理E输出输出直流电直流电原动机原动机感应电动感应电动势、电流势、电流电磁转矩电磁转矩（阻转矩）（阻转矩）做功做功 电磁电磁 关系关系换向换向第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论 小结小结 3）电刷与换向片构成换向机构，起）电刷与换向片构成换向机构，起，将电枢交变电动势整，将电枢交变电动势整 成直流，作为直流电源输出；成直流，作为直流电源输出； 2）N极下方及极下方及S极下方导体感应电极下方导体感应电 动势方向不变，即电刷两端感应动势方向不变，即电刷两端感应 电动势方向不变，输出为直流。电动势方向不变

16、，输出为直流。NSE 1）电枢元件边感生交变电动势，）电枢元件边感生交变电动势， 形成交变电流，且两者方向相形成交变电流，且两者方向相 同，为同，为； 4）N极下方与极下方与S极下方导体电流方向不变，因此，电枢磁场不变，电极下方导体电流方向不变，因此，电枢磁场不变，电 磁磁 转矩亦不变，其方向与转子旋转方向相反，为转矩亦不变，其方向与转子旋转方向相反，为并与输并与输 入入；三、励磁方式三、励磁方式+Ua+Uf他他励励并并励励串串励励复复励励1. 直流电动机按励磁方式分类直流电动机按励磁方式分类7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构MIfIaM+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI2.

17、 复励复励的分类的分类7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构1）按连接方式）按连接方式短复励短复励长复励长复励2）按与电枢磁场的关系来分）按与电枢磁场的关系来分积复励：两者方向相同积复励：两者方向相同差复励：两者方向相反差复励：两者方向相反短短复复励励长长复复励励1. 额定电压额定电压 UN 发电机的发电机的 UN ：指输出电压的额定值。：指输出电压的额定值。 电动机的电动机的 UN ：指输入电压的额定值。：指输入电压的额定值。2. 额定电流额定电流 IN 发电机的发电机的 IN ：指输出电流的额定值。：指输出电流的额定值。 电动机的电动机的 IN ：指输入电流的额定值。：指输入电流的额

18、定值。3. 额定功率额定功率 PN 发电机的发电机的 PN ：指输出电功率的额定值：指输出电功率的额定值(UN IN ) 。 电动机的电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值：指输出机械功率的额定值 (UN INN ) 。四、额定值四、额定值7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构4. 额定转速额定转速 nN5. 额定励磁电压额定励磁电压 UfN6. 额定励磁电流额定励磁电流 IfN 额定状态额定状态 ： 指指 U、I、P、n 均为额定值的状态。均为额定值的状态。 满载状态满载状态 ： 指指 I = IN 的状态。的状态。7.2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构五、例题五、例题见教材见

19、教材P198题题7.4.1NS7.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应几何几何中心线中心线 N S励磁磁场励磁磁场（空载磁场）（空载磁场）物理物理中心线中心线电枢磁场电枢磁场合成磁场合成磁场（负载时的磁场）（负载时的磁场）物理物理中心线中心线 电枢反应：电枢反应：电枢磁通势对主极磁场的影响。电枢磁通势对主极磁场的影响。第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论 电枢反应的影响电枢反应的影响 总磁场被扭歪了。总磁场被扭歪了。 几何中心线与物理中心线分开了几何中心线与物理中心线分开了, 电刷位置处元件的电刷位置处元件的 e0，增加换，增加换 向困难。向困难。 一半磁极的磁通增加，一半磁

20、极的一半磁极的磁通增加，一半磁极的 磁通减少，磁路不饱和时，每极磁磁通减少，磁路不饱和时，每极磁 通不变；通不变；磁路临界饱和时，增加的少，减少磁路临界饱和时，增加的少，减少的多，每极磁通减少，的多，每极磁通减少，e 和和T 相应相应减少。减少。7.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应NS7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势一、电磁转矩一、电磁转矩1. 产生产生 电枢电流电枢电流 i 磁磁 场场 F T 2. 大小大小 电磁力：电磁力： F = B l i 平均磁密：平均磁密： 第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论BlB = l极距极距7.4 直流电机

21、的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势一、电磁转矩一、电磁转矩1. 产生产生 电枢电流电枢电流 i 磁磁 场场 F T 2. 大小大小l 电磁力：电磁力： F = B l i 第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论B = lBl极距极距Rl 平均磁密：平均磁密：l 每根导体上电磁力所每根导体上电磁力所 形成的电磁转矩：形成的电磁转矩： FR Rl 电枢绕组串联总匝数（每条支路总匝数）：电枢绕组串联总匝数（每条支路总匝数）： Nl 电枢绕组并联支路数：电枢绕组并联支路数：2al 总导体数：总导体数： 2N 2a = 4aNl 电枢的周长：电枢的周长： 2 R = 2p l 电磁

22、转矩：电磁转矩： T = 4aN FR= 4aN B l i p = 4aN l i p l= 4aN i p = 2ai 2pN 电枢电流电枢电流 Ia7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势2. 大小大小 T = CT IaCT 转矩常数：转矩常数：3. 方向方向 由由 和和 Ia 共同决定。共同决定。4. 性质性质 发电机：发电机： 电动机：电动机：T 与与 n 方向相反，为制动转矩。方向相反，为制动转矩。T 与与 n 方向相同，为拖动转矩。方向相同，为拖动转矩。7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势CT =2pN 单位：单位：Wb单位：单位：A

23、(Nm) 1. 产生产生 电枢旋转电枢旋转 n 磁磁 场场 2. 大小大小l 每个导体：每个导体：e = B l vl 导体切割磁场线的线速度：导体切割磁场线的线速度：l 电动势：电动势： E = 2N e 二、电动势二、电动势 ee E 7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势v = n2 R60= 2N B l v = 2N l n 2p 60 l= n2p 60= n 4pN 60CTCE=602 = 9.55 CT = 9.55 CE7.4 直流电机的电磁转矩和电动势直流电机的电磁转矩和电动势CT =2pN CE =4pN60 E = CE n CE 电动势常数：电

24、动势常数：CE =4 pN60单位：单位：Wb单位：单位：r/min(V) 3. 方向：方向：由由 和和 n 共同决定。共同决定。4. 性质性质 发电机为电源电动势；电动机为反电动势。发电机为电源电动势；电动机为反电动势。5. CE、CT关系：关系：三、例题三、例题【例例7.4.1】 见教材见教材P198题题7.6.1。解：解：转矩常数为转矩常数为5.11814.393222pNCT 电动势矩常数为电动势矩常数为4.12609324604pNCE电磁转矩为电磁转矩为mNICTaT258.2900707.05.118电磁转矩为电磁转矩为VnCEE250285000707.04.12 【例例 7.

25、4.2】 某四极直流电动机额定功率为某四极直流电动机额定功率为100KW，额定电压为，额定电压为330V，额定转速为，额定转速为730r/min，额定效率为，额定效率为0.915，单波绕组，电枢总导，单波绕组，电枢总导体数为体数为186，额定每极磁通为，额定每极磁通为0.00698Wb，求额定电磁转矩。，求额定电磁转矩。额定电流为额定电流为AUPINNNN331915.0330101003额定电磁转矩为额定电磁转矩为2.3 变压器的额定值变压器的额定值解：解：转矩常数为转矩常数为2.5914.312186222222apzaaNppNCTmNICTaNTN7 .136733100698.02

26、.59 【例例 7.4.3】 某四极直流发电机额定功率为某四极直流发电机额定功率为10KW，额定转，额定转速为速为2850r/min，单叠绕组，电枢总导体数为，单叠绕组，电枢总导体数为372。当发出的。当发出的电动势电动势Ea=250V时，求气隙每极磁通时，求气隙每极磁通。气隙每极磁通为气隙每极磁通为WbnCEEa4104.14128502.62502.3 变压器的额定值变压器的额定值解：解：电动势常数为电动势常数为2.62603722606022604apzaaNppNCE7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析一、他励电动机一、他励电动机励磁电压励磁电压 Uf If 电枢电压电枢电

27、压 Ua Ia T n E 1. 电压平衡方程式电压平衡方程式励磁电路：励磁电路： Uf = Rf If电枢电路：电枢电路： Ua = E + Ra Ia第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论EMIf+Uf+UaIa电动机惯例电动机惯例 稳态电枢电流稳态电枢电流 Ia 由谁确定由谁确定？ T = CT Ia ， Ua = E + Ra Ia例如：例如：负载不变负载不变 ( T 不变不变)，Ua (Ra) 变化时，变化时， Ia 变化否（设变化否（设 不变）？不变）？Ua (或或Ra ) 瞬间瞬间 n 不变不变 E 不变不变Ia T TTLE n Ia T T = TLIa不变不变

28、结论：结论：Ia 的大小取决于负载的大小。的大小取决于负载的大小。 当当 Ia= = IaN 时为满载，当时为满载，当 IaIaN 时为过载。时为过载。 规定短时过载的最大电枢电流：规定短时过载的最大电枢电流： Iamax =( (1.5 2) )IaN =MC IaN7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析机械特性机械特性E CE n = UaRa IaCE=UaCE=RaCECT2T 2. 转速转速O nTn0当当T 时，时， n 下降不多下降不多 硬特性硬特性。 励磁电路断电的后果励磁电路断电的后果 当当 If = 0， =r 很小，很小，n 不能突变，不能突变，E 很小很小T

29、= CTr Ia 仍有一定数值。仍有一定数值。Ia (1) 若若 T TL n 飞车！飞车！ (2) T TL n n = 0 闷车！闷车！ 7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析3. 转向转向取决于电磁转矩取决于电磁转矩 T 的方向。的方向。 T 的方向取决于的方向取决于 和和 Ia 的方向。的方向。磁磁场场反反向向电电枢枢反反向向+UaIaIf+UfM+UaIaIfUf+MUa+IaIf+UfM二、并励电动机二、并励电动机 并励与他励的区别并励与他励的区别:1. 输入电压输入电压 U = Ua = Uf2. 输入电流输入电流 I =

30、 Ia + If3. 输入功率输入功率 P1 = UI = UIa + UIf7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析Ia+UIIfM 【例例7.5.1】某并励直流电动机，某并励直流电动机，UN = 220 V，IN = 12.5 A，nN = 3 000 r/min ，Rf = 628 ，Ra = 0.41 。求该电机在额定状态下运行时的：。求该电机在额定状态下运行时的： (1) If ； (2) Ia； (3) E ； (4) T 。 解：解： (1) 励磁电流励磁电流 If 7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析UfRfIf =220628= A = 0.35A(2)

31、电枢电流电枢电流 Ia Ia = IN If = (12.50.35) A = 12.15 A (2) 电动势电动势 E E = UN Ra Ia = (2200.4112.15) V = 215 VIa+UIIfMCT = 9.55 CE = 0.685T = CT Ia = 0.68512.15 Nm = 8.32 Nm (4) 电磁转矩电磁转矩7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析CE =EnN2153 000= = 0.071 7 三、串励电动机三、串励电动机7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析1. 电压电压 U = Ua + Uf = E + (Ra+ Rf )

32、 I2. 电流电流 I = Ia = IfRa+ RfUE=CT T=3. 转矩转矩 T = CT Ia(1)当当 Ia 较小、磁路未饱和时，较小、磁路未饱和时， Ia，T Ia2 。 (2)当当 Ia 较大、磁路已饱和时，较大、磁路已饱和时， 常数，常数， T Ia 。EM Uf Ua+UIIfIa 即即 T Iam (1m2) 与并励电动机比较，有如下特点：与并励电动机比较，有如下特点：(1) 对应于相同的对应于相同的 T ， Ia 小。小。(2) 对应于允许的对应于允许的 Iamax ，能够产生的，能够产生的 T 大，大， Tst 和和 Tmax 较大。较大。4. 转速转速7.5 直流电

33、动机的运行分析直流电动机的运行分析ECEn =U(Ra + Rf ) IaCE=UCE=Ra + RfCECT2T(1) 当当T = 0 时，时，Ia = If = 0， =r， n0 = (5 6) nN。EM Uf Ua+UIIfIa(2) 当当T 很小时，很小时，Ia 很小，很小，磁路未饱和，磁路未饱和，T Ia 、E n 迅速下降。迅速下降。 (3) 当当T 很大时，很大时，Ia 很大，很大，磁路已饱和，磁路已饱和，T Ia 基本不变基本不变 n下降较少。下降较少。 7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析5. 应用应用(1) 特别适用于起重机特别适用于起重机 和电气机车等运输

34、机械。和电气机车等运输机械。(2) 不能在轻载或空载下运行。不能在轻载或空载下运行。(3) 不能用皮带轮传动。不能用皮带轮传动。串励电动机的机械特性串励电动机的机械特性软特性软特性O nT 轻载轻载 Ia (If)很小很小 很小、很小、E很大很大 n极高极高四、复励电动机四、复励电动机1. 积复励、差复励。积复励、差复励。2. 机械特性机械特性(1) 有较大的有较大的Tst 。(2) 可以空载运行。可以空载运行。并励并励复励复励7.5 直流电动机的运行分析直流电动机的运行分析MIaIf+UI串励串励O nT7.6 直流电动机的功率和转矩直流电动机的功率和转矩1. 功率平衡方程式功率平衡方程式

35、(1) 输入功率输入功率 P1 P1 = U I (2) 铜损耗铜损耗 PCu PCu = Ra Ia2Rf If2 (3) 电磁功率电磁功率 Pe Pe = P1 PCu 推导：推导： U I = U( IaIf ) = UaIaUfIf = ( ERa Ia ) IaRf If2 = E IaRa Ia2Rf If2 第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论Pe = E Ia 一、直流电动机的功率一、直流电动机的功率+UaIaIf+UfM7.6 直流电动机的功率和转矩直流电动机的功率和转矩Pe = E Ia = CE n Ia = T 2 60= CT n Ia 功率流程图功率流

36、程图P1PCuPeP0P22 60T2n =(4) 空载损耗空载损耗 P0 P0 = PFePmePad (5) 输出功率输出功率P2 P2 = Pe P0 = T2FvPFSWTFRFv7.6 直流电动机的功率和转矩直流电动机的功率和转矩(6) 总损耗总损耗 Pal = PCu PFePmePad (7) 功率平衡方程式功率平衡方程式 P1 P2 = Pal(8) 效率效率P2P1 = 100%二、直流电动机的转矩二、直流电动机的转矩 T = T0 T2 空载：空载： T = T0 稳态时：稳态时： T2 = TL 【例例7.6.1】 一并励电动机，一并励电动机，UN = 110 V， IN

37、 =12.5 A， nN = 1500 r/min ，TL= 6.8 Nm，T0 = 0.9 Nm。求该电机额定运行时的求该电机额定运行时的 P2 、Pe、P1 、Pal 和和 。 解：解：P2P1 = 100%6.2860= 6.81 500 W = 1 067.6 W Pe = P2P0 = (1 067.6143.3) W = 1 208.9 W P1 = UN IN = 11012.5 W = 1 375 WPal = P1P2 = (1 3751 067.6) W = 307.4 W7.6 直流电动机的功率和转矩直流电动机的功率和转矩2 60P2= TLn 6.2860= 0.91

38、500 W = 143.3 W 2 60P0= T0n 1 067.61 375= 100% = 77.64% 7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析一、他励发电机一、他励发电机第第7 章章 直流电机的基本理论直流电机的基本理论外电源外电源Uf If E n原动机原动机电枢电枢Ua 1. 空载运行空载运行励磁电路：励磁电路：If =UfRf励磁电路励磁电路总电阻总电阻电枢电路：电枢电路： Ia = 0， Ua = U0 = E调节调节RfIf 可变可变 可变可变 E 可变可变 Ua可变。可变。 +UaGIf+UfEIa发电机惯例发电机惯例 U0 = E = f (If ) 空载特性空

39、载特性OIfU0Er剩磁感应剩磁感应电动势电动势2. 负载运行负载运行 输出电压输出电压: U = Ua 输出电流输出电流: I = Ia 电压平衡方程式电压平衡方程式 U = Ua = ERa Ia当当 Ia Ra Ia E (电枢反应电枢反应)Ua n = nNIa = 07.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析空载特性空载特性+UaGIf+UfEIa发电机惯例发电机惯例 电压调整率电压调整率VR =U0UNUN100% ( 5% 10% ) 调整特性调整特性 当当 n = nN，U = UN 时：时： If = f ( I )OI If IfNIN7.7 直流发电机的运行分析直流

40、发电机的运行分析调整特性调整特性 外特性外特性 U = f (I )n = nNIf = 常数常数OIUn = nNIf = IfNINUNU0外特性外特性 【例例7.7.1】 一他励直流发电机，一他励直流发电机， PN = 10 kW，UN = 230 V，nN = 1 000 r/min ，Ra = 0.4。如果磁通如果磁通 保保持不变，求持不变，求 1 000 r/min 时的空载电压时的空载电压 U0 和和 900 r/min 时时的满载电压的满载电压 U 。 解：解：在在 nN 和和 UN 时的电枢电流时的电枢电流9001 000E = E U0 = E = UaRa IaN = (

41、2300.443.5) V = 247 V 在在 保持不变时，保持不变时， E n10103230= A = 43.5 A PNUaIaN = 9001 000= 247 V = 222 V 7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析U = ERa IaN = (222 0.443.5) V = 205 V*二、并励发电机二、并励发电机Ua E ? E ? 1. 自励条件自励条件(1) 主磁极必须有剩磁主磁极必须有剩磁r ：rErIfrEEr与与r 方向相同方向相同EEr与与r 方向相反方向相反(2) 励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向：励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向：rErIfrE

42、Er IfIfr E E 与与 If 既应满足空载特性又应满足欧姆定律。既应满足空载特性又应满足欧姆定律。7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析GEIfIaI当当 Rf Rk 时，时， E Er ， 能够自励。能够自励。当当 Rf = Rk 时，时， E不确定，不能自励。不确定，不能自励。当当 Rf Rk 时，时， EEr，不能自励。，不能自励。(3) 励磁电路的电阻必须小于临界电阻。励磁电路的电阻必须小于临界电阻。If =ERaRfOIfEErQIfrIf1If2If场阻线：场阻线：场阻线的斜率：场阻线的斜率：= RaRftan =EIfOIfEErRf =RkRf RkRfRk7

43、.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析2. 运行分析运行分析I = Ia IfU = Ua = UfUa = E RaIaI Ia RaIa E ( (电枢反应电枢反应) )Uf Ua 外特性外特性 U = f ( I )n = nNRf = 常数常数OIUU0他励他励并励并励(1) 负载增加时，负载增加时， U 下降较快。下降较快。 VR 20%7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析EUaIfIaIG(2) 外特性有拐弯现象。外特性有拐弯现象。OI UU0他励他励并励并励INUNRL I (Ia) U 低饱和磁路低饱和磁路RL U If E (较大幅度较大幅度) U 的下降

44、比的下降比 RL的减少得更快的减少得更快 I = U / RLRL U I RL = 0，U = 0， If = 0 =r ， E = Er ISC 较小。较小。(3) 稳态短路电流不大。稳态短路电流不大。7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析 【例例7.7.2】 例例7.7.1 中的他励发电机，励磁绕组的中的他励发电机，励磁绕组的电阻为电阻为 100。转速为转速为 1 000 r/min 时的空载特性如图所示。时的空载特性如图所示。今将它改作并励发电机运行。问励磁电路内应串联多大的今将它改作并励发电机运行。问励磁电路内应串联多大的电阻才能获得电阻才能获得 230 V 的空载电压和满

45、载电压？的空载电压和满载电压？ 解：解：空载运行时空载运行时EIfRf = U0 = ERa If E 查空载特性得：查空载特性得： If = 1.5 A 时时 E = 230 V 根据根据 E = ( RaRf ) If可得可得2301.5= = 153.3 7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析01 2 3 4 If /AE/V300200100应串联的电阻为：应串联的电阻为： R = Rf100 = (153.3 100) = 53.3 若要满载电压为若要满载电压为230 V，则需则需 E = 247 V。再查空载特性得：再查空载特性得： If = 2 A 时时 E = 247 V 根据根据 UN = Rf If可得可得2302= ( 100 ) = 15 01 2 3 4 If /AE/V300200100UNIfR = 100 7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析*三三、串励发电机、串励发电机1. 基本关系基本关系 I = Ia = If U = Ua Uf = E ( RaRf ) I2. 外特性外特性空载时，空载时，I = Ia = If = 0 = r ，E = Er 负载时，负载时，I (If) U I (If) 7.7 直流发电机的运行分析直流发电机的运行分析OIUEr外特性外特