电机拖动(直流电动机1)

直流电动机可逆原理基本方程工作特性机械特性串励电机直流换向直流电动机第五章直流电动机本章要求：熟练掌握直流电动机的基本方程，并能正确使用。掌握直流电动机的转速特性、转矩特性以及效率特性。掌握直流电机的可逆原理，并能正确判断直流电机的运行状态。熟练掌握直流电动机的机械特性，并能灵活应用。第一节直流电机的可逆原理发电状态Ea>UNST2TemT0nEaIa上下+-UNST1TemT0nEaIaU=Ea-IaRa电动状态Ea<U第二节直流电动机的基本方程一、电压方程U、Ia正方向如图，Ea为反电势U=Ea+IaRa电枢总等效内阻电枢感应电势Ea=Cen上下NST2TemT0nEaIaU二、转矩方程电磁转矩为拖动转矩，负载和空载转矩为制动转矩。稳定运行时转矩方程为：Tem=T2+T0电磁转矩=CTIa空载转矩负载转矩上下NST2TemT0nEaIaU三、功率方程(并励)T2NTemT0nEaIa+-UGIfI1、输入功率励磁损耗2、电枢功率电枢功率分为电磁功率和电枢铜耗。上下3、电磁功率的分配摩擦损耗铁损耗附加损耗其中：上下NTemT0nEaIa+-UGIfIT24、总功率的分配总损耗p效率：功率流程P1pcufpcuPemP2p0上下NTemT0nEaIa+-UGIfIT2直流电动机的基本方程小结：电势：U=Ea+IaRa转矩：Tem=T2+T0功率:P1=pcuf+pcu+p0+P2P1P2上下PcufGIfNST2TemT0nEaIaUpcuPemp0第三节他、并励直流电动机特性电动机的转速n、电磁转矩Tem

、效率与输出功率P2或（Ia）的关系叫运行特性。有以下几种特性：转速特性：n=f（Ia）转矩特性：Tem=f（Ia）效率特性：

=f（Ia）机械特性：n=f(Tem)上下转速与电磁力矩之间的关系称为电动机的机械特性。NTemT0nEaIa+-UGIfIT22、数学表达式：电势：U=Ea+IaRa且Ea=Cenn=UNCeRaCeIa=n0-KIaUN式中：n0=Ce理想空载转速K=RaCe斜率nIa0n0

电机实际空载运行时存在T0，Ia00，实际空载转速n0´<n0Ia0上下一、转速特性：n=f（Ia）1、研究条件：U=UN,If=IfNT2NTeT0nEaIa+-UGIfI3、实验步骤：1）将Rc置最大，Rr置最小2）将K2先合上3）合上K1电机开始起动5）调额定点（UN、IN、nN），开始测量UUfEaIaRrIfK2K1Rc4)逐渐减小Rc，最后=0上下4、转速变化率n：nIa0n0IaNnNn=n0-nN

nN100%他、并励电机n=（2~8）%上下二、转矩特性：Tem=f(Ia）研究条件：U=UN，If=IfNTem=CTIaTemIa0上下NTemT0nEaIa+-UGIfIT2三、效率特性：

=f(Ia）研究条件：U=UN，If=IfN

=P2p1100%

=P1-pcu-p0p1100%

=P1-Ia2Ra-p0p1100%pcu：可变损耗；p0：不变损耗；它们相等最大

Ia0上下NTemT0nEaIa+-UGIfIT2四、机械特性：n=f(Tem)研究条件：U=UN，If=IfNn=UNCeRaCeIaTem=CTIan=UNCeRaCT

Ce2Tem=n0-KTem由转速和转矩表达式：推出机械特性表达式：nTem0n0TNnN上下1、自然机械特性T2NTemT0nEaIa+-UGIfI在U=UN，If=IfN，电枢回路不串电阻条件下，得到的机械特性叫自然特性（固有特性）以上三个条件只要改变其中一个，得到的机械特性称为人工机械特性。上下n=UNCeRaCT

Ce2Tem=n0-KTemNTemT0nEaIa+-UGIfIT21）电枢串电阻UEaIaK1Rc特性方程变为：n=UNCeRa+RCCT

Ce2Tem=n0-K´Temn=UNCeRaCT

Ce2Tem=n0-KTem串电阻特性与自然特性比较，斜率变大了，n0未变nTe0n0TNnN自然特性上下2、人工机械特性2）减小磁通n=UNCeRaCT

Ce2T=n0-KTemnTem0n0TNnN自然特性减小，n0和K都增加，特性上移，且变软弱磁可以升速上下3）降低电枢端电压Un=UCeRaCT

Ce2T=n0-KTemnTem0n0TNnN自然特性降低U

，n0减小K不变，特性向下平移上下第四节串励直流电动机UEaIaK1If

串励直流电动机If=Ia，主磁通随负载电流Ia的变化而变化。一、转速特性：n=f(Ia）研究条件：U=UN,电枢回路总电阻R0不变n=UNCeR0CeIa特性表达式与他励（并励）一样上下n=UNCeR0CeIa他励与Ia无关，串励If=Ia，与Ia符合磁化曲线关系.If=Ia01、轻载时Ia小，与Ia成正比=k1Ian=UNCek1IaR0Cek1nIa0双曲线上下EaIaIf2、重载时Ia=If

大，

近似不变n=UNCeR0CeIa特性变为直线nIa0双曲线上下If=Ia0UEaIaK1If二、转矩特性：Tem=f(Ia）研究条件：U=UN,电枢回路总电阻R0不变Tem=CTIa1、轻载时=k1IaTem=CTk1Ia2TIa02、重载时=常数Tem=CTIa上下EaIaIf三、机械特性：n=f(Tem)研究条件：U=UN,电枢回路总电阻R0不变1、轻载时=k1IaTem=CTk1Ia2n=UNCeR0CeIan=UNCe

k1R0Cek1nTem0双曲线上下EaIaIf2、重载时=常数特性变为直线R0n=UNCeCT

Ce2TemnTem0双曲线串励电动机,适合于作牵引机.当负载轻（Tem小）时,转速高,可以提高生产效率;负载重（Tem大）时,转速小,而P=Tem近似不变与轻载相同,可以保护电机。上下EaIaIf1.换向过程（假设电刷宽度等于换向片宽度）电枢旋转时，被电刷短路的元件从短路开始到短路结束，从一条支路转换到另一条支路，电流改变了方向。第五节直流电机的换向元件中电流方向的改变叫换向有关换向的一些名词进行换向的元件，称为换向元件；换向元件中的电流，称为换向电流；换向元件中电流的变化过程，称为换向过程；从换向开始到换向结束所需时间，称为换向周期；i23487610111216151459131iaia3459871112131161561014i2iaia3459871112131161561014i2iaiai2=iai2变化i2=-ia上下元件换向过程电流i的变化曲线为：it0ia-iaTk换向周期Tk=0.5~2ms上下换向周期短容易产生火花。SN22二、换向的电磁理论1、换向元件的电势及方程i2（1）电抗电势er包括自感和互感电势er（2）切割电势eKSN2SKNKa切割三种磁场：主磁极边缘磁场、换向极磁场、电枢反应磁场产生eK=e1+e2+e3ek上下2、换向元件的电势方程iiaiai3i223rb3rb2e正方向如图示电势方程为：e=i2rb2-i3rb33、换向元件的电流变化规律1）直线换向e=0i与t成直线关系it0ia-iaTk2）延迟换向e>0i2比直线时大,后刷边有火花3）超越换向e<0i3比直线时大,前刷边有火花上下三、改善换向的方法直线换向是最有利的换向方式1、加换向极换向极绕组应与电枢绕组串连，且磁场方向与交轴电枢反应磁场方向相反上下SN2SKNKaSN2SKNKan发电机SN2SKNKan电动机Tem2、移动电刷位置用主磁极边缘磁场代替换向极磁场。发电机顺转向移动电刷；电动机逆转向移动电刷；N上下作业：

3-24；上下

习题及思考题1、直流电机的电枢绕组和励磁绕组同时与主磁通交链，为什么只在电枢绕组中感应电势，而在励磁绕组中却没有？2、直流电机电枢绕组中的电流是直流吗？3、并励直流发电机和电动机的损耗有哪些？4、如果一台并励直流发电机的空载电势不能建立，分析其原因？上下5、并励直流发电机的电压变化率为何比他励直流发电机的大？6、如何判断直流电机是处于发电状态还是电动状态？7、一台他励直流发电机，Ra=4.3。当电机以200rad/s运行，且励磁电流额定时，空载电压为85V。若负载电阻为50，当电机以260rad/s运行，励磁电流额定时，负载功率为多少？(207W)上下

8

、一台他励直流电动机，

UN=220V,IN=100A，nN=1150r/min,Ra=0.095。试求：1）空载转速和转速变化率。2）额定时的电磁转矩。3）额定时效率，设空载损耗为1500W。

习题课

1、简述磁性材料产生铁损耗的条件及其原因。如何减少铁损耗？涡流损耗pFe=CFeD2f2B2磁滞损耗ph=khfB2

2、为什么直流电机电枢铁心要用硅钢片叠压而成，而定子磁轭却用铸钢或钢板制成，主磁极通常由钢片叠压而成？由于转子旋转，其中的磁场是交变的；定子中的磁场是恒定不变的；由于电枢反应主磁极端的磁场有微小变化。上下3、直流电机的电枢绕组和励磁绕组同时与主磁通交链，为什么只在电枢绕组中感应电势，而在励磁绕组中却没有？4、换向磁极的安装位置？其绕组如何连接？5、直流电机电枢绕组中的电流是直流吗？N2SKNKaS6、如果一台并励直流发电机的空载电势不能建立，分析其原因？UUfEaIaRrIfIL7、并励直流发电机的电压变化率为何比他励直流发电机的大？8、如何判断直流电机是处于发电状态还是电动状态？按照三个自励条件来分析U=Ea-IaRa发电状态U<Ea电动状态U>Ea9、一他励直流电动机：PN=40KW，UN=220V,IN=210A,nN=1000rpm,Ra=0.078。求额定时:P1、p;pcu、Pem、p