电机与拖动课件-第7章直流电机的基本理论

大连理工大学电气工程系第7章直流电机的基本理论7.1直流电机的工作原理7.2直流电机的基本结构7.3直流电机的电枢反应7.4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7.6直流电动机的功率和转矩7.7直流发电机的运行分析7.8直流发电机的功率和转矩第7章直流电机的基本理论7.1直流电机的工作原理7.2直流电机的基本结构7.3直流电机的电枢反应7.4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7.6直流电动机的功率和转矩7.7直流发电机的运行分析7.8直流发电机的功率和转矩电机与拖动返回主页大连理工大学电气工程系第7章直流电机的基本理论7大连理工大学电气工程系NS－U＋7.1直流电机的工作原理一、直流电动机的工作原理NS第7章直流电机的基本理论＋U－大连理工大学电气工程系NS－U7.1直流电机的工作原理一大连理工大学电气工程系NS7.1直流电机的工作原理一、直流电动机的工作原理第7章直流电机的基本理论NS＋U－＋U－电刷线圈边切割磁感线会产生什么？换向片大连理工大学电气工程系NS7.1直流电机的工作原理一、直大连理工大学电气工程系直流电流交流电流电磁转矩(拖动转矩)机械负载克服反电动势做功7.1直流电机的工作原理

电磁关系换向Φ旋转大连理工大学电气工程系直流电流交流电流电磁转矩机械负载克服大连理工大学电气工程系NS二、直流发电机的工作原理NS－E＋7.1直流电机的工作原理－E＋输出直流电原动机感应电动势、电流电磁转矩（阻转矩）做功

电磁关系Φ换向大连理工大学电气工程系NS二、直流发电机的工作原理NS－7.大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构一、主要部件1.定子(1)主磁极(2)换向磁极(3)机座(4)端盖等第7章直流电机的基本理论

直流电机的定子(a)主磁极(b)机座大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构一、主要大连理工大学电气工程系

直流电机的定子7.2直流电机的基本结构

更多的图片大连理工大学电气工程系直流电机的定子7.2直流电机大连理工大学电气工程系2.转子（电枢）(1)电枢铁心(2)电枢绕组7.2直流电机的基本结构(3)换向器(4)转轴与风扇

直流电机的转子(a)转子主体(b)电枢钢片大连理工大学电气工程系2.转子（电枢）(1)电枢铁心7.大连理工大学电气工程系

直流电枢绕组AB12345678A

B1

2

3

48

7

6

57

6

5

48

1

2

3AB结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。7.2直流电机的基本结构AB12345678大连理工大学电气工程系直流电枢绕组A大连理工大学电气工程系

直流电枢绕组电动机发电机两匝元件7.2直流电机的基本结构eeeeeeee＋－＋E

－A1

2

3

48

7

6

5BIaeeeeeeee1

2

3

48

7

6

5AB＋－Ia＋E

－大连理工大学电气工程系直流电枢绕组电动机发电机两匝元件7大连理工大学电气工程系NSNS12345678910111212356891112A1B1A2B2

单叠绕组的展开图※并联支路对数：a=2。※电刷的中心线对着磁极的中心线。A1A2B1B2n7.2直流电机的基本结构36'

4

7'

58'11'8

10'7

9'6912'

10

1'

112'5'2

4'1

3'12大连理工大学电气工程系NSNS123456789101112大连理工大学电气工程系

单叠绕组的展开图NSNS12345678910111212356891112A1B1A2B2n※

电刷的中心线对着磁极的中心线：①电刷之间的电动势最大。②被电刷短接的元件电动势为零。※习惯称“电刷放在几何中心线位置”。磁极中心线几何中心线7.2直流电机的基本结构大连理工大学电气工程系单叠绕组的展开图NSNS12345大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构

直流电机的结构电枢大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构直大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构

电机装配图

更多的图片大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构电大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构

直流电机

更多的图片大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构直大连理工大学电气工程系二、励磁方式+Ua－+Uf－他励并励串励复励1.直流电动机按励磁方式分类7.2直流电机的基本结构MIfIaM+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I大连理工大学电气工程系二、励磁方式++他并串复1.直流电动大连理工大学电气工程系2.直流发电机按励磁方式分类自励7.2直流电机的基本结构他励串励复励并励GIf+Uf－Ia+Ua－GIa+U－IfIG+U－IfIIaGIfIa+U－I大连理工大学电气工程系2.直流发电机按励磁方式分类自7.2大连理工大学电气工程系1.额定电压UN

发电机的UN

：指输出电压的额定值。电动机的UN

：指输入电压的额定值。2.额定电流IN

发电机的

IN

：指输出电流的额定值。电动机的IN

：指输入电流的额定值。3.额定功率PN

发电机的PN

：指输出电功率的额定值(UNIN)

。电动机的PN

：指输出机械功率的额定值

(UNINηN)

。三、额定值7.2直流电机的基本结构大连理工大学电气工程系1.额定电压UN三、额定值7.2大连理工大学电气工程系4.额定转速nN5.额定励磁电压UfN6.额定励磁电流IfN※

额定状态：指U、I、P、n均为额定值的状态。※满载状态：

指I=IN的状态。7.2直流电机的基本结构大连理工大学电气工程系4.额定转速nN7.2直流大连理工大学电气工程系NS7.3直流电机的电枢反应几何中心线NS励磁磁场（空载磁场）物理中心线电枢磁场合成磁场（负载时的磁场）物理中心线

电枢反应：电枢磁通势对主极磁场的影响。第7章直流电机的基本理论大连理工大学电气工程系NS7.3直流电机的电枢反应几何大连理工大学电气工程系

电枢反应的影响①总磁场被扭歪了几何中心线与物理中心线分开了,

电刷位置处的元件的e≠0，增加换向困难。②一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通减少，磁路不饱和时，每极磁通不变；磁路饱和时，每极磁通减少，e和T相应减少。7.3直流电机的电枢反应大连理工大学电气工程系电枢反应的影响①总磁场被扭歪了每大连理工大学电气工程系7.4直流电机的电磁转矩和电动势一、电磁转矩1.产生电枢电流i

磁场ΦF→T2.大小

电磁力：F=B

li

平均磁密：

第7章直流电机的基本理论BlB=Φl极距大连理工大学电气工程系7.4直流电机的电磁转矩和电动势大连理工大学电气工程系7.4直流电机的电磁转矩和电动势一、电磁转矩1.产生电枢电流i

磁场ΦF→T2.大小电磁力：F=B

li

平均磁密：每根导线上电磁力所形成的电磁转矩：FR第7章直流电机的基本理论B=ΦlBl极距R大连理工大学电气工程系7.4直流电机的电磁转矩和电动势大连理工大学电气工程系R

电枢绕组串联总匝数：N

电枢绕组并联支路数：2a

总导体数：2N·2a=4aN

电枢的周长：2R=2p

电磁转矩：

T=4aN

·FR=4aN··B

lip

=4aN··

lip

Φl=4aN··Φi

p

=·Φ·2ai

2pN

电枢电流Ia7.4直流电机的电磁转矩和电动势大连理工大学电气工程系R电枢绕组串联总匝数：N=4a大连理工大学电气工程系2.大小

T=CTΦIaCT转矩常数：3.方向由Φ和Ia

共同决定。4.性质发电机：电动机：T与n方向相反，为制动转矩。T与n方向相同，为拖动转矩。7.4直流电机的电磁转矩和电动势CT=2pN单位：Wb单位：A(N·m)大连理工大学电气工程系2.大小T与n方向相反，为制动大连理工大学电气工程系1.产生电枢旋转n

磁场Φ2.大小每个导体：e=Blv

导体切割磁场线的线速度：电动势：

E=2N

e

二、电动势e→∑e→E7.4直流电机的电磁转矩和电动势v=n2R60=2NBlv=2N··

l·n

2p

60Φl=n2p60=Φn4pN60大连理工大学电气工程系1.产生二、电动势e→∑e→E大连理工大学电气工程系CTCE=602=9.55CT

=

9.55CE7.4直流电机的电磁转矩和电动势CT

=2pNCE

=4pN60

E=CEΦn

CE

电动势常数：CE=4pN60单位：Wb单位：r/min(V)3.方向：由Φ和n共同决定。4.性质发电机为电源电动势；电动机为反电动势。大连理工大学电气工程系CT=60=9.55CT=9大连理工大学电气工程系7.5直流电动机的运行分析一、他励电动机励磁电压Uf→If→Φ电枢电压Ua→Ia↓→T→n→E1.电压平衡方程式励磁电路：

Uf=Rf

If电枢电路：

Ua

=E+Ra

Ia第7章直流电机的基本理论EMIf+Uf－+Ua－Ia大连理工大学电气工程系7.5直流电动机的运行分析一、他大连理工大学电气工程系

稳态电枢电流Ia

由谁确定？T

=CTΦ

Ia

，

Ua

=E+Ra

Ia例如：负载不变(T不变)，Ua

(Ra)

变化时，

Ia

变化否（设Φ

不变）？Ua(或Ra)

瞬间n不变

E不变Ia

→T

→T＜TLE

←n↓Ia

←T

←T

=TL←Ia不变←

结论：Ia

的大小取决于负载的大小。当Ia=IaN时为满载，当Ia＞IaN时为过载。※

规定短时过载的最大电枢电流：

Iamax=(1.5~2)IaN=αMCIaN7.5直流电动机的运行分析大连理工大学电气工程系稳态电枢电流Ia由谁确定？大连理工大学电气工程系机械特性ECEΦn=Ua－Ra

IaCEΦ=UaCEΦ=－RaCECTΦ2T2.转速OnTn0当T

时，n下降不多

——硬特性。励磁电路断电的后果当If=0，Φ=Φr

很小，n不能突变，E很小→T=

CTΦrIa仍有一定数值。→Ia

(1)若T＞TL→n

→飞车！(2)T＜TL→n

→n=0→闷车！7.5直流电动机的运行分析大连理工大学电气工程系机械特性En=Ua－RaIa=U大连理工大学电气工程系7.5直流电动机的运行分析3.转向取决于电磁转矩T

的方向。

T的方向取决于Φ

和Ia的方向。磁场反向电枢反向+Ua－IaIf+Uf－M+Ua－IaIf－Uf+M－Ua+IaIf+Uf－M大连理工大学电气工程系7.5直流电动机的运行分析3.大连理工大学电气工程系二、并励电动机

并励与他励的区别:1.输入电压

U

=Ua

=

Uf2.输入电流

I

=Ia+If3.输入功率

P1

=UI=UIa+UIf7.5直流电动机的运行分析Ia+U－IIfM大连理工大学电气工程系二、并励电动机并励与他励的区别大连理工大学电气工程系【例7.5.1】

某并励直流电动机，UN=220V，IN=12.5A，nN=3000r/min，Rf=628Ω，Ra=0.41Ω。求该电机在额定状态下运行时的：

(1)If；

(2)Ia；

(3)E

；

(4)T

。解：(1)励磁电流If7.5直流电动机的运行分析UfRfIf=220628=A=0.35A(2)电枢电流IaIa=IN－If=(12.5－0.35)A=12.15A(2)电动势EE=UN－RaIa

=(220－0.41×12.15)V=215V大连理工大学电气工程系【例7.5.1】大连理工大学电气工程系CTΦ=9.55CEΦ=0.685T=CTΦIa

=0.685×12.15N·m=8.32N·m(4)电磁转矩7.5直流电动机的运行分析CEΦ=EnN2153000==0.0717大连理工大学电气工程系CTΦ=9.55CEΦ=0.大连理工大学电气工程系三、串励电动机7.5直流电动机的运行分析1.电压

U

=Ua

+

Uf=E

+(Ra+Rf

)I2.电流

I

=Ia

=IfRa+RfU－E=CTΦT=3.转矩

T=CTΦIa(1)当Ia

较小、磁路未饱和时，

Φ∝Ia，T∝Ia2

。

(2)当Ia

较大、磁路已饱和时，Φ≈常数，

T∝Ia

。EM＋

Uf

－＋

Ua－+U－IIfIa大连理工大学电气工程系三、串励电动机7.5直流电动机大连理工大学电气工程系

即

T∝Iam

(1＜m＜2)

与并励电动机比较，有如下特点：(1)

对应于相同的T，

Ia小。(2)

对应于允许的Iamax

，能够产生的T大，

Tst和Tmax较大。4.转速7.5直流电动机的运行分析ECEΦn=U－(Ra

+Rf

)

IaCEΦ=UCEΦ=－Ra

+RfCECTΦ2T(1)当T=0时，Ia=If

=0，Φ=Φr，n0=(5~6)nN。大连理工大学电气工程系即大连理工大学电气工程系(2)当T很小时，Ia

很小，磁路未饱和，T→Ia

→Φ→n迅速下降。

(3)当T很大时，Ia

很大，磁路已饱和，T

→Ia→Φ基本不变→n下降较少。

7.5直流电动机的运行分析5.应用(1)特别适用于起重机和电气机车等运输机械。(2)不能在轻载或空载下运行。(3)不能用皮带轮传动。串励电动机的机械特性软特性OnT大连理工大学电气工程系(2)当T很小时，Ia很小，磁路大连理工大学电气工程系四、复励电动机1.积复励、差复励。2.机械特性(1)

有较大的Tst。(2)

可以空载运行。并励复励7.5直流电动机的运行分析MIaIf+U－I串励OnT大连理工大学电气工程系四、复励电动机1.积复励、差复励。并大连理工大学电气工程系7.6直流电动机的功率和转矩1.功率平衡方程式(1)输入功率P1

P1

=

U

I(2)铜损耗PCuPCu=

RaIa2＋RfIf2(3)电磁功率PePe

=P1－PCu

推导：U

I

=

U(

Ia＋If

)=

UaIa＋UfIf

=(E＋RaIa

)Ia＋RfIf2

=E

Ia＋RaIa2＋RfIf2

第7章直流电机的基本理论Pe=

E

Ia

一、直流电动机的功率大连理工大学电气工程系7.6直流电动机的功率和转矩1.大连理工大学电气工程系7.6直流电动机的功率和转矩Pe

=

E

Ia=

CEΦnIa

=TΩ260=

CTΦnIa

功率流程图P1PCuPeP0P22.转矩平衡方程式空载：T

=

T0

负载:T

=

T0+T2260T2n=(4)空载损耗P0

P0

=PFe＋Pme＋Pad(5)输出功率P2

P2

=Pe－P0

=

T2Ω大连理工大学电气工程系7.6直流电动机的功率和转矩P大连理工大学电气工程系7.6直流电动机的功率和转矩(6)总损耗Pal

=PCu＋PFe＋Pme＋Pad(7)功率平衡方程式

P1－P2

=Pal(8)效率P2P1

=×100%二、直流电动机的转矩T

=T0＋TL大连理工大学电气工程系7.6直流电动机的功率和转矩(大连理工大学电气工程系【例7.6.1】

一并励电动机，UN=110V，IN=12.5A，

nN=1500r/min，TL=6.8N·m，T0=0.9N·m。求该电机的P2、Pe、P1、Pal和。解：P2P1

=×100%6.2860=×6.8×1500W=1067.6WPe=P2＋P0=(1067.6＋143.3)W=1208.9WP1=UNIN=110×12.5W=1375WPal=

P1－P2=(1375－1067.6)W=307.4W7.6直流电动机的功率和转矩260P2=TLn6.2860=×0.9×1500W=143.3W260P0=T0n1067.61375=×100%=77.64%大连理工大学电气工程系【例7.6.1】大连理工大学电气工程系7.7直流发电机的运行分析一、他励发电机第7章直流电机的基本理论外电源Uf→If→ΦE→n原动机→电枢→Ua1.空载运行励磁电路：If

=UfRf励磁电路总电阻电枢电路：

Ia

=0，Ua

=U0

=E调节Rf→If

可变→Φ可变→E可变→Ua可变。+Ua－GIf+Uf－EIa大连理工大学电气工程系7.7直流发电机的运行分析一、他大连理工大学电气工程系

U0

=E=f(If)

空载特性OIfU0Er剩磁感应电动势2.负载运行

输出电压:U

=Ua

输出电流:I

=Ia

电压平衡方程式

U

=Ua

=E－RaIa当IaRaIaE

(电枢反应)Ua

外特性

U=f(I)n=nNIa

=0OIUn=nNIf

=IfNINUNU0n=nNIf

=常数7.7直流发电机的运行分析空载特性外特性大连理工大学电气工程系U0=E=f(If)大连理工大学电气工程系

电压调整率VR

=U0－UNUN×100%(5%~10%)

调整特性当n

=nN，U=UN时：

If=f(I)OI

If

IfNIN7.7直流发电机的运行分析调整特性大连理工大学电气工程系电压调整率VR=U0－UN×10大连理工大学电气工程系【例7.7.1】

一他励直流发电机，PN=10kW，UN=230V，nN=1000r/min，Ra=0.4Ω。如果磁通Φ

保持不变，求1000r/min时的空载电压U0和900r/min时的满载电压U

。解：在nN和UN时的电枢电流9001000E'

=EU0=E

=Ua＋RaIaN

=(230＋0.4×43.5)V=247V在Φ

保持不变时，E

∝n10×103230=A=43.5APNUaIaN=9001000=×247V=222V7.7直流发电机的运行分析U=E'－RaIaN=(222－

0.4×43.5)V=205V大连理工大学电气工程系【例7.7.1】大连理工大学电气工程系二、并励发电机＋Ua－

E

→Φ

?Φ→

E

?

1.自励条件(1)主磁极必须有剩磁Φr

：Φr→Er→Ifr→Φ→E＞ErΦ与Φr方向相同→E＜ErΦ与Φr方向相反(2)

励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向：Φr→Er→Ifr→E＞Er→If＞Ifr→Φ→E

···※E与If

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GEIfIaI大连理工大学电气工程系二、并励发电机＋E大连理工大学电气工程系当Rf

Rk

时，

EEr，能够自励。当Rf=Rk

时，

E不确定，不能自励。当Rf

Rk

时，

E≈Er，不能自励。(3)励磁电路的电阻必须小于临界电阻。If=ERa＋RfOIfEErQIfrIf1If2If场阻线：场阻线的斜率：=Ra＋Rftan=EIfOIfEErRf

=RkRf

＜RkRf＞Rk7.7直流发电机的运行分析大连理工大学电气工程系当RfRk时，If=EO大连理工大学电气工程系2.运行分析I

=Ia－IfU

=Ua

=UfUa

=E－RaIaI→IaRaIaE(电枢反应)Uf

→ΦUa

外特性

U=f(I

)n=nNRf

=常数OIUU0他励并励(1)负载增加时，U下降较快。

VR

≈20%7.7直流发电机的运行分析E＋Ua－IfIaIG大连理工大学电气工程系2.运行分析I=Ia－IfI大连理工大学电气工程系(2)外特性有拐弯现象。OIUU0他励并励INUNRL

→I(Ia)

→U

低饱和磁路RL

→U→If→Φ→E

(较大幅度)→U的下降比RL的减少得更快I=U/RLRL

→U→I→RL=0，U=0，If

=0→

Φ=Φr，

E=Er

→ISC

较小。(3)

稳态短路电流不大。7.7直流发电机的运行分析大连理工大学电气工程系(2)外特性有拐弯现象。OIUU0大连理工大学电气工程系【例7.7.2】

例7.7.1中的他励发电机，励磁绕组的电阻为100Ω。转速为1000r/min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电阻才能获得230V的空载电压和满载电压？解：空载运行时EIfRf

=U0

=E－RaIf≈E

查空载特性得：

If=1.5A

时E=

230V根据E=

(Ra＋Rf)If可得2301.5=Ω=153.3Ω

7.7直流发电机的运行分析01234If/AE/V300200100大连理工大学电气工程系【例7.7.2】例大连理工大学电气工程系应串联的电阻为：

R=Rf－100

=(153.3－

100)Ω=53.3Ω若要满载电压为230V，则需E=247V。再查空载特性得：

If=2A

时E=

247V根据UN

=RfIf可得2302=(－100

)Ω=15Ω

01234If/AE/V300200100UNIfR

=－100

7.7直流发电机的运行分析大连理工大学电气工程系应串联的电阻为：230=(大连理工大学电气工程系*三、串励发电机1.

基本关系

I

=Ia

=IfU

=Ua－Uf=E－(Ra＋Rf)I2.

外特性空载时，I

=Ia

=If=0Φ

=Φr

，E

=Er负载时，I(If)

→Φ

→UI(If)7.7直流发电机的运行分析OIUEr外特性

磁路饱和E不再增加→电阻压降

→U

。G+U－IfIIa大连理工大学电气工程系*三、串励发电机1.基本关系7.7大连理工大学电气工程系四、复励发电机1.

分为积复励和差复励2.对于积复励发电机(1)平复励发电机当I

=IN时的UN

=

U0。(2)过复励发电机当I

=IN时的UN＞U0。(3)

欠复励发电机当I

=IN时的UN

＜U0。他励并励过复励IN平复励欠复励差复励7.7直流发电机的运行分析OIUUNGIIaIf+U－大连理工大学电气工程系四、复励发电机1.分为积复励和差复励大连理工大学电气工程系7.8直流发电机的功率和转矩一、直流发电机的功率1.输入功率P1:2.空载损耗P0:3.电磁功率Pe:4.铜损耗PCu:5.输出功率P2:P1=T1ΩP0=PFe＋Pme＋PadPe=P1－

P0

=TΩ=EIaPCu=RaIa2＋RfIf2P2=UI=Pe－

PCu260=

T1n第7章直流电机的基本理论大连理工大学电气工程系7.8直流发电机的功率和转矩一、直大连理工大学电气工程系P1Pme+PadPFePePCuP2功率流程图7.8直流发电机的功率和转矩6.总损耗Pal

=PCu＋PFe＋Pme＋Pad7.效率=×100%P2P1大连理工大学电气工程系P1Pme+PadPFePePCuP大连理工大学电气工程系二、直流发电机的转矩T1=T0+

T转矩平衡方程：输入转矩T1

：空载转矩T0：电磁转矩T

：P1T1

=

7.8直流发电机的功率和转矩602

P1n=P0T0

=

602

P0n=PeT

=

602

Pen=※小型发电机：N=70%~90%

中大型发电机：N=91%~96%大连理工大学电气工程系二、直流发电机的转矩T1=T0+大连理工大学电气工程系P2=UI=230×100W=23000WIa=I＋If=(100＋2)A=102APCu=RaIa2

＋RfIf2

=(0.2×1022＋115×22)W=2540.8WPe=P2＋PCu=25540.8W【例7.8.1】

一并励直流发电机，输出电压U

=230V，输出电流I

=100A，Ra=0.2Ω，Rf=115Ω，n

=1500r/min，T0=17.32N·m。求发电机的输出功率P2

、电磁转矩T、输入功率P1

和效率。解：230115=A=2AURfIf=7.8直流发电机的功率和转矩大连理工大学电气工程系P2=UI【例大连理工大学电气工程系7.8直流发电机的功率和转矩P0

=T0n260=

×17.32×1500W260

=2719.24W

P1=Pe＋P0

=(25540.8＋2719.24)W=28260W=×100%P2P1=

×100%=81.39%2300028260大连理工大学电气工程系7.8直流发电机的功率和转矩P大连理工大学电气工程系直流电机7.8直流发电机的功率和转矩

更多的图片大连理工大学电气工程系直流电机7.8直流发电机的功率大连理工大学电气工程系直流电容电机

更多的图片7.8直流发电机的功率和转矩大连理工大学电气工程系直流电容电机更多的图片7.8大连理工大学电气工程系直流电机

更多的图片7.8直流发电机的功率和转矩大连理工大学电气工程系直流电机更多的图片7.8直大连理工大学电气工程系练习题7.2.17.4.17.5.17.5.27.5.37.5.47.5.57.5.67.5.77.6.17.6.27.7.17.7.27.7.37.7.47.8.17.8.27.8.3*以教师画勾的题为准。第7章直流电机的基本理论下一章大连理工大学电气工程系练习题7.2.1第7章直大连理工大学电气工程系第7章直流电机的基本理论7.1直流电机的工作原理7.2直流电机的基本结构7.3直流电机的电枢反应7.4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7.6直流电动机的功率和转矩7.7直流发电机的运行分析7.8直流发电机的功率和转矩第7章直流电机的基本理论7.1直流电机的工作原理7.2直流电机的基本结构7.3直流电机的电枢反应7.4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7.6直流电动机的功率和转矩7.7直流发电机的运行分析7.8直流发电机的功率和转矩电机与拖动返回主页大连理工大学电气工程系第7章直流电机的基本理论7大连理工大学电气工程系NS－U＋7.1直流电机的工作原理一、直流电动机的工作原理NS第7章直流电机的基本理论＋U－大连理工大学电气工程系NS－U7.1直流电机的工作原理一大连理工大学电气工程系NS7.1直流电机的工作原理一、直流电动机的工作原理第7章直流电机的基本理论NS＋U－＋U－电刷线圈边切割磁感线会产生什么？换向片大连理工大学电气工程系NS7.1直流电机的工作原理一、直大连理工大学电气工程系直流电流交流电流电磁转矩(拖动转矩)机械负载克服反电动势做功7.1直流电机的工作原理

电磁关系换向Φ旋转大连理工大学电气工程系直流电流交流电流电磁转矩机械负载克服大连理工大学电气工程系NS二、直流发电机的工作原理NS－E＋7.1直流电机的工作原理－E＋输出直流电原动机感应电动势、电流电磁转矩（阻转矩）做功

电磁关系Φ换向大连理工大学电气工程系NS二、直流发电机的工作原理NS－7.大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构一、主要部件1.定子(1)主磁极(2)换向磁极(3)机座(4)端盖等第7章直流电机的基本理论

直流电机的定子(a)主磁极(b)机座大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构一、主要大连理工大学电气工程系

直流电机的定子7.2直流电机的基本结构

更多的图片大连理工大学电气工程系直流电机的定子7.2直流电机大连理工大学电气工程系2.转子（电枢）(1)电枢铁心(2)电枢绕组7.2直流电机的基本结构(3)换向器(4)转轴与风扇

直流电机的转子(a)转子主体(b)电枢钢片大连理工大学电气工程系2.转子（电枢）(1)电枢铁心7.大连理工大学电气工程系

直流电枢绕组AB12345678A

B1

2

3

48

7

6

57

6

5

48

1

2

3AB结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。7.2直流电机的基本结构AB12345678大连理工大学电气工程系直流电枢绕组A大连理工大学电气工程系

直流电枢绕组电动机发电机两匝元件7.2直流电机的基本结构eeeeeeee＋－＋E

－A1

2

3

48

7

6

5BIaeeeeeeee1

2

3

48

7

6

5AB＋－Ia＋E

－大连理工大学电气工程系直流电枢绕组电动机发电机两匝元件7大连理工大学电气工程系NSNS12345678910111212356891112A1B1A2B2

单叠绕组的展开图※并联支路对数：a=2。※电刷的中心线对着磁极的中心线。A1A2B1B2n7.2直流电机的基本结构36'

4

7'

58'11'8

10'7

9'6912'

10

1'

112'5'2

4'1

3'12大连理工大学电气工程系NSNS123456789101112大连理工大学电气工程系

单叠绕组的展开图NSNS12345678910111212356891112A1B1A2B2n※

电刷的中心线对着磁极的中心线：①电刷之间的电动势最大。②被电刷短接的元件电动势为零。※习惯称“电刷放在几何中心线位置”。磁极中心线几何中心线7.2直流电机的基本结构大连理工大学电气工程系单叠绕组的展开图NSNS12345大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构

直流电机的结构电枢大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构直大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构

电机装配图

更多的图片大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构电大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构

直流电机

更多的图片大连理工大学电气工程系7.2直流电机的基本结构直大连理工大学电气工程系二、励磁方式+Ua－+Uf－他励并励串励复励1.直流电动机按励磁方式分类7.2直流电机的基本结构MIfIaM+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I大连理工大学电气工程系二、励磁方式++他并串复1.直流电动大连理工大学电气工程系2.直流发电机按励磁方式分类自励7.2直流电机的基本结构他励串励复励并励GIf+Uf－Ia+Ua－GIa+U－IfIG+U－IfIIaGIfIa+U－I大连理工大学电气工程系2.直流发电机按励磁方式分类自7.2大连理工大学电气工程系1.额定电压UN

发电机的UN

：指输出电压的额定值。电动机的UN

：指输入电压的额定值。2.额定电流IN

发电机的

IN

：指输出电流的额定值。电动机的IN

：指输入电流的额定值。3.额定功率PN

发电机的PN

：指输出电功率的额定值(UNIN)

。电动机的PN

：指输出机械功率的额定值

(UNINηN)

。三、额定值7.2直流电机的基本结构大连理工大学电气工程系1.额定电压UN三、额定值7.2大连理工大学电气工程系4.额定转速nN5.额定励磁电压UfN6.额定励磁电流IfN※

额定状态：指U、I、P、n均为额定值的状态。※满载状态：

指I=IN的状态。7.2直流电机的基本结构大连理工大学电气工程系4.额定转速nN7.2直流大连理工大学电气工程系NS7.3直流电机的电枢反应几何中心线NS励磁磁场（空载磁场）物理中心线电枢磁场合成磁场（负载时的磁场）物理中心线

电枢反应：电枢磁通势对主极磁场的影响。第7章直流电机的基本理论大连理工大学电气工程系NS7.3直流电机的电枢反应几何大连理工大学电气工程系

电枢反应的影响①总磁场被扭歪了几何中心线与物理中心线分开了,

电刷位置处的元件的e≠0，增加换向困难。②一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通减少，磁路不饱和时，每极磁通不变；磁路饱和时，每极磁通减少，e和T相应减少。7.3直流电机的电枢反应大连理工大学电气工程系电枢反应的影响①总磁场被扭歪了每大连理工大学电气工程系7.4直流电机的电磁转矩和电动势一、电磁转矩1.产生电枢电流i

磁场ΦF→T2.大小

电磁力：F=B

li

平均磁密：

第7章直流电机的基本理论BlB=Φl极距大连理工大学电气工程系7.4直流电机的电磁转矩和电动势大连理工大学电气工程系7.4直流电机的电磁转矩和电动势一、电磁转矩1.产生电枢电流i

磁场ΦF→T2.大小电磁力：F=B

li

平均磁密：每根导线上电磁力所形成的电磁转矩：FR第7章直流电机的基本理论B=ΦlBl极距R大连理工大学电气工程系7.4直流电机的电磁转矩和电动势大连理工大学电气工程系R

电枢绕组串联总匝数：N

电枢绕组并联支路数：2a

总导体数：2N·2a=4aN

电枢的周长：2R=2p

电磁转矩：

T=4aN

·FR=4aN··B

lip

=4aN··

lip

Φl=4aN··Φi

p

=·Φ·2ai

2pN

电枢电流Ia7.4直流电机的电磁转矩和电动势大连理工大学电气工程系R电枢绕组串联总匝数：N=4a大连理工大学电气工程系2.大小

T=CTΦIaCT转矩常数：3.方向由Φ和Ia

共同决定。4.性质发电机：电动机：T与n方向相反，为制动转矩。T与n方向相同，为拖动转矩。7.4直流电机的电磁转矩和电动势CT=2pN单位：Wb单位：A(N·m)大连理工大学电气工程系2.大小T与n方向相反，为制动大连理工大学电气工程系1.产生电枢旋转n

磁场Φ2.大小每个导体：e=Blv

导体切割磁场线的线速度：电动势：

E=2N

e

二、电动势e→∑e→E7.4直流电机的电磁转矩和电动势v=n2R60=2NBlv=2N··

l·n

2p

60Φl=n2p60=Φn4pN60大连理工大学电气工程系1.产生二、电动势e→∑e→E大连理工大学电气工程系CTCE=602=9.55CT

=

9.55CE7.4直流电机的电磁转矩和电动势CT

=2pNCE

=4pN60

E=CEΦn

CE

电动势常数：CE=4pN60单位：Wb单位：r/min(V)3.方向：由Φ和n共同决定。4.性质发电机为电源电动势；电动机为反电动势。大连理工大学电气工程系CT=60=9.55CT=9大连理工大学电气工程系7.5直流电动机的运行分析一、他励电动机励磁电压Uf→If→Φ电枢电压Ua→Ia↓→T→n→E1.电压平衡方程式励磁电路：

Uf=Rf

If电枢电路：

Ua

=E+Ra

Ia第7章直流电机的基本理论EMIf+Uf－+Ua－Ia大连理工大学电气工程系7.5直流电动机的运行分析一、他大连理工大学电气工程系

稳态电枢电流Ia

由谁确定？T

=CTΦ

Ia

，

Ua

=E+Ra

Ia例如：负载不变(T不变)，Ua

(Ra)

变化时，

Ia

变化否（设Φ

不变）？Ua(或Ra)

瞬间n不变

E不变Ia

→T

→T＜TLE

←n↓Ia

←T

←T

=TL←Ia不变←

结论：Ia

的大小取决于负载的大小。当Ia=IaN时为满载，当Ia＞IaN时为过载。※

规定短时过载的最大电枢电流：

Iamax=(1.5~2)IaN=αMCIaN7.5直流电动机的运行分析大连理工大学电气工程系稳态电枢电流Ia由谁确定？大连理工大学电气工程系机械特性ECEΦn=Ua－Ra

IaCEΦ=UaCEΦ=－RaCECTΦ2T2.转速OnTn0当T

时，n下降不多

——硬特性。励磁电路断电的后果当If=0，Φ=Φr

很小，n不能突变，E很小→T=

CTΦrIa仍有一定数值。→Ia

(1)若T＞TL→n

→飞车！(2)T＜TL→n

→n=0→闷车！7.5直流电动机的运行分析大连理工大学电气工程系机械特性En=Ua－RaIa=U大连理工大学电气工程系7.5直流电动机的运行分析3.转向取决于电磁转矩T

的方向。

T的方向取决于Φ

和Ia的方向。磁场反向电枢反向+Ua－IaIf+Uf－M+Ua－IaIf－Uf+M－Ua+IaIf+Uf－M大连理工大学电气工程系7.5直流电动机的运行分析3.大连理工大学电气工程系二、并励电动机

并励与他励的区别:1.输入电压

U

=Ua

=

Uf2.输入电流

I

=Ia+If3.输入功率

P1

=UI=UIa+UIf7.5直流电动机的运行分析Ia+U－IIfM大连理工大学电气工程系二、并励电动机并励与他励的区别大连理工大学电气工程系【例7.5.1】

某并励直流电动机，UN=220V，IN=12.5A，nN=3000r/min，Rf=628Ω，Ra=0.41Ω。求该电机在额定状态下运行时的：

(1)If；

(2)Ia；

(3)E

；

(4)T

。解：(1)励磁电流If7.5直流电动机的运行分析UfRfIf=220628=A=0.35A(2)电枢电流IaIa=IN－If=(12.5－0.35)A=12.15A(2)电动势EE=UN－RaIa

=(220－0.41×12.15)V=215V大连理工大学电气工程系【例7.5.1】大连理工大学电气工程系CTΦ=9.55CEΦ=0.685T=CTΦIa

=0.685×12.15N·m=8.32N·m(4)电磁转矩7.5直流电动机的运行分析CEΦ=EnN2153000==0.0717大连理工大学电气工程系CTΦ=9.55CEΦ=0.大连理工大学电气工程系三、串励电动机7.5直流电动机的运行分析1.电压

U

=Ua

+

Uf=E

+(Ra+Rf

)I2.电流

I

=Ia

=IfRa+RfU－E=CTΦT=3.转矩

T=CTΦIa(1)当Ia

较小、磁路未饱和时，

Φ∝Ia，T∝Ia2

。

(2)当Ia

较大、磁路已饱和时，Φ≈常数，

T∝Ia

。EM＋

Uf

－＋

Ua－+U－IIfIa大连理工大学电气工程系三、串励电动机7.5直流电动机大连理工大学电气工程系

即

T∝Iam

(1＜m＜2)

与并励电动机比较，有如下特点：(1)

对应于相同的T，

Ia小。(2)

对应于允许的Iamax

，能够产生的T大，

Tst和Tmax较大。4.转速7.5直流电动机的运行分析ECEΦn=U－(Ra

+Rf

)

IaCEΦ=UCEΦ=－Ra

+RfCECTΦ2T(1)当T=0时，Ia=If

=0，Φ=Φr，n0=(5~6)nN。大连理工大学电气工程系即大连理工大学电气工程系(2)当T很小时，Ia

很小，磁路未饱和，T