电机学课件002-直流电机篇

直流电机

D.C.Machines2023电机学第2篇电气工程及其自动化1第5章直流电机的运行分析第6章直流电机的运行特性本篇主要讨论直流电机的根本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反响及影响、换向及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。第4章直流电机概览2本篇主要内容直流电机的工作原理和根本结构直流电枢绕组〔难点〕空载和负载时直流电机的磁场〔难点＋重点〕直流电机的感应电动势和电磁转矩〔重点〕直流电机的根本方程〔重点〕直流发电机的运行特性〔重点〕直流电动机的运行特性〔重点〕直流电动机的起动、调速和制动3电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室第4章直流电机概览4.1直流电机的用途和根本工作原理4.2直流电机的结构4.3直流电机的励磁方式返回4.4直流电机的额定值4电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室4.1直流电机的工作

原理和根本结构直流电机的用途直流电机的根本结构5电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室4.1.1直流电机的用途优点调速范围宽广、平滑、经济；过载、起动、制动转矩大。直流发电机把机械能转化为电能；直流电动机把电能转化为机械能。

直流电动机的特点：缺点结构复杂、本钱高；可靠性较差。6电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室4.1.2直流电机的工作原理直流发电机的原理直流电动机的原理D.C.Generator&Motor7电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室1、直流电动势的产生电磁感应定律：满足右手定那么为随时间正负交变的电动势结论：8电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室结论：为脉动的直流电动势。由于旋转电刷和静止换向器的作用，9电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室2、平均电磁转矩的产生电磁力定律：满足左手定那么以单线圈简化模型为例，进行分析。显然，在电刷间接入直流电源后，在线圈中就有直流电流流过。10电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替变化的电流。图中电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边处在N极下，还是S极下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁力矩，从而使转子获得了一个固定方向的电磁转矩。11电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室要点小结单个线圈中，电动势是交变的；通过换向器与电刷的配合，可以将交流电通过机械“整流〞的作用，转换成脉动的直流电；为了减小脉动影响，实际的电枢绕组由多个线圈串联构成。12电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室4.2直流电机的根本结构13电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室主磁极换向磁极电刷装置机座端盖电枢绕组电枢铁心换向器转轴磁极铁心励磁绕组电刷刷握绝缘支架压紧力调整装置定子转子直流电机〔产生励磁磁场〕〔产生电动势，流过电流，产生电磁转矩〕14电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电机的根本结构风扇机座电枢铁心和绕组主磁极电刷换向器接线板接线盒励磁绕组端盖15电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室更多的直流电机16电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室励磁绕组、换向器、电刷17电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室励磁方式IfUEaI+-IaUEa,IaI+-UfIf+-IfEaI+-IaUIaEaI=If+-U并励串励复励他励自励Ia=IIa=I+IfIa=I=IfIa=I+If电枢：Armature磁场：FieldU=Uf4.318电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室4.4直流电机的额定值额定功率PN〔W，kW〕额定电压UN〔V，kV〕额定电流IN〔A，kA〕额定转速nN〔r/min〕额定励磁电压UfN〔V，kV〕额定状态下电机的输出功率发电机：PN=UNIN〔电功率〕电动机：PN=UNINηN〔机械功率〕额定效率ηN额定转矩TN19电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室额定条件下电机所能提供的功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速.对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。20电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室第5章直流电机的运行分析5.2直流电机的电枢绕组5.3电枢绕组的感应电动势与电机的电磁转矩5.4直流电机的根本方程式5.5直流电机的换向问题5.1直流电机的磁场21电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室空载时直流电机的气隙磁场负载时的电枢磁动势和电枢反响分析思路根本概念交轴电枢磁动势交轴电枢反响〔重点＋难点〕直轴电枢磁动势直轴电枢反响5.1直流电机的磁场22电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.1.1空载时直流电机的气隙磁场空载磁场：当电枢电流为零或很小时，由励磁电流单独建立的磁场。空载磁通用Φm表示。Φm＝Φ0＋Φfσ主磁通：经过气隙，同时交链励磁绕组和电枢绕组的磁通，用Φ0表示，它是机电能量转换的桥梁。漏磁通：不经过气隙，仅与励磁绕组交链的磁通，用Φfσ表示。它不参与机电能量转换。主磁场分布：气隙磁密在一个极下按平顶波规律分布。Φm23电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电机的磁化曲线OF0Φ0F’0F’δabc磁化曲线气隙线If24电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.1.2负载时电枢电流的磁场

▲分析思路电枢电流ia电枢磁动势fa电枢磁场ba空载磁场b0气隙合成磁场bδ电枢反应25电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室负载时的电枢磁动势和电枢反响

▲分析思路〔图解〕＋＝励磁电流形成的磁场电枢电流形成的磁场负载时的磁场26电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室负载时的电枢磁动势和电枢反响

▲几个根本概念电枢磁动势：电枢电流产生的磁动势。电枢反响：电枢磁动势对主磁场的影响。直轴〔d轴〕：主极轴线。dq交轴〔q轴〕：与直轴正交的轴线。几何中性线：相邻两主极之间的中心线，也就是交轴。物理中性线：电枢圆周上通过圆心和磁通密度为0点的直线。几何中性线物理中性线DirectAxisQuadratureAxis27电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室线负荷LineLoad设：电刷位于几何中性线，电枢绕组流过电流ia，那么：电枢磁动势只有交轴分量。线负荷：电枢圆周外表单位长度上的安培导体数。Ia＝2a=ia28电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.1.3交轴电枢磁动势fa(x)ba(x)结论：电枢磁动势是一个三角形波，其轴线位置与电刷的轴线位置重合。电枢磁动势波形的位置在空间保持不变。当电刷位于几何中性线上时，电枢磁动势为交轴电枢磁动势。交轴电枢磁密是一个马鞍形波。29电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室交轴电枢反响

QuadratureAxisArmatureReaction交轴电枢反响交轴电枢磁动势对主磁场的影响30电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室b0ba(x)bδ(x)O交轴电枢反响〔2〕

Q-AxisArmatureReaction结论1：每个主极下，主磁场一半被削弱、另一半被加强，交轴电枢反应使气隙磁场bδ发生畸变，物理中性线偏离几何中性线一个α角度。α结论2：对发电机，物理中性线顺着电机的旋转方向偏离几何中性线一个α角度；对电动机，物理中性线逆着电机的旋转方向偏离几何中性线一个α角度。结论3：不计铁心饱和时，主磁场一半被削弱、另一半被加强，去磁作用与助磁作用恰好相等，使得每极总磁通量不变，Φδ＝Φ0。结论4：考虑铁心饱和时，交轴电枢反响的去磁作用大于助磁作用，使得每极总磁通量略有减小，Φδ<Φ0。31电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室+++············+++++++++直轴电枢磁动势＝＋β·······+++++++bβbβ+++·····++bβbβFaqFaFad32电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直轴电枢反响

DirectAxisArmatureReaction当电刷不在几何中性线上时，电枢反响不仅有交轴分量，还有直轴分量。直轴电枢反响：直轴电枢磁动势对主磁场的影响。直轴电枢反响的作用为：运行状态电刷顺旋转方向移动一个角度电刷逆旋转方向移动一个角度发电机去磁效应助磁效应电动机助磁效应去磁效应33电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.2直流电机的电枢绕组电枢绕组的作用电枢绕组的构成原那么直流电枢绕组的分类直流电枢绕组的几个根本概念单叠绕组34电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.2.1电枢绕组ArmatureWinding作用旋转电机实现机电能量转换的枢纽。构成原那么在一定的导体数下，能够产生尽可能大的感应电动势，承担足够大的电流、电磁转矩和电磁功率；在承担一定的电流、电磁转矩和电磁功率情况下，导体数尽可能少；结构简单，运行可靠，便于维护、检修。35电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电枢绕组的分类单叠绕组复叠绕组单波绕组复波绕组蛙绕组波绕组叠绕组混合绕组电枢绕组元件36电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室每个元件有两个元件边，分别放置在两个不同的槽中；如果每槽只有上下两个元件边，那么：S＝Q〔槽数〕。虚槽：如果每槽分别有u个上元件边和u个下元件边，那么一个“实槽〞就相当于u个“虚槽〞。用Qu来表示“虚槽数〞。电枢绕组的根本概念元件：两端分别与两个换向片连接的单匝线圈或多匝线圈。每个元件与两个换向片相连，每个换向片接两个元件，因此：S〔元件数〕＝K〔换向片数〕Qu＝uQS＝K＝Qu叠绕组元件波绕组元件37电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室电枢绕组的根本概念-续y1NSy1NSNSy2y2yy换向器节距：ycyc=yycyc38电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.2.2单叠绕组1234更多39电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室单叠绕组〔左行〕123440电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室单叠绕组的旋转41电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室单叠绕组的支路42电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室结论电刷将闭合的电枢绕组分为假设干条并联支路；当电枢绕组旋转时，每条支路的电动势不变；单叠绕组的并联支路数等于磁极数，也等于电刷的组数。2a＝2p；为了使正负电刷间引出的电动势最大，电刷应该放在不同支路的交接处，与电动势为零的元件接触；当元件端接线对称时，电刷的轴线正好位于主极中心线下。43电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室

两个串联元件放在同极磁极下，空间位置相距约两个极距；沿圆周向一个方向绕一周后，其末尾所边的换向片落在与起始的换向片相邻的位置。5.2.3单波绕组合成节距与换向节距相等44电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室单波绕组的并联支路图:单波绕组的特点：1〕同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，与磁极对数无关；2〕当元件的几何形状对称时，电刷在换向器外表上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大；3〕电刷数等于磁极数；4〕电枢电动势等于支路感应电动势；5〕电枢电流等于两条支路电流之和。返回45电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.3电枢绕组的感应电动

势与电机的电磁转矩电枢绕组的感应电动势直流电机的电磁转矩46电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.3.1直流电机的感应电动势

InducedE.M.F.要点2：电枢绕组电动势Ea＝电刷两端的电动势＝一条并联支路的合成电动势47电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电机的感应电动势

InducedE.M.F.其中，电动势常数：n：r/mim当n＝C1时：Ea∝Φ当Φ＝C2时：Ea∝n48电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.3.2直流电机的电磁转矩

ElectromagneticTorque49电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电机的电磁转矩

ElectromagneticTorque其中，转矩常数：Te：N.m当Ia＝C1时：Te∝Φ当Φ＝C2时：Te∝Ia50电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室结论以上公式既适用于直流发电机，也适用于直流电动机。主磁通Φ是产生感应电动势和电磁转矩的必要条件；当直流电机空载时：Φ＝Φ0

；当直流电机负载时：Φ＝Φδ。51电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.4直流电机的根本方程式

BasicEquationsofD.C.Machines电压方程式电磁功率功率方程式〔补充〕转矩方程式直流电机的可逆性数学模型52电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.4.1电压平衡方程式

VoltageEquations发电机：Ea=U+IaR+2ΔUs=U+IaRaIa=I+If〔并励〕，Ia=I〔他励、串励〕电动机：U=Ea+IaR+2ΔUs=Ea+IaRaIa=I-If〔并励〕，Ia=I〔他励、串励〕运行状态判别准那么：发电机状态：Ea>U；电动机状态：Ea<U53电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室并励直流电机

电动势与电流的关系发电机：Ea与Ia方向一致，发电机向负载输出电功率。Ia=I+If电动机：Ea与Ia方向相反，Ea为反电动势，电动机从电源吸收电功率。I=Ia+IfIfUEaI+-IaRfRL发电机IfUEaI+-IaRf电动机54电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.4.2电磁功率

ElectromagneticPower其中，机械角速度：机械系统电路系统55电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室能量转换

EnergyConversion电功率机械功率机械功率电功率电磁功率电磁功率56电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流发电机的功率方程式

PowerEquationsofD.C.GeneratorP1=Pe+pΩ+pFe+pΔP1=Pe+p0Pe=P2+pCua+ps+pCuf根本铜耗：pCua=Ia2R电刷损耗：ps=2ΔUsIa励磁铜耗：pCuf=UfIfP2=UIP2=UIP1=T1ΩP1=T1Ω57电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电动机的功率方程式

PowerEquationsofD.C.MotorP1=Pe+pCua+ps+pCufPe=P2+pΩ+pFe+pΔPe=P2+p0P2=T2ΩP1=UIP2=T2ΩP1=UI根本铜耗：pCua=Ia2R电刷损耗：ps=2ΔUsIa励磁铜耗：pCuf=UfIf58电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.4.3直流发电机的转矩方程式

TorqueEquationofD.C.GeneratorP1＝Pe＋p0T1Ω＝TeΩ＋T0ΩT1＝Te＋T0制动性质的电磁转矩59电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电动机的转矩方程式

TorqueEquationofD.C.MotorPe＝P2＋p0TeΩ＝T2Ω＋T0ΩTe＝T2＋T0驱动性质的电磁转矩60电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电机的可逆运行

ReversingOperationofD.C.Machines旋转电机的运行是可逆的；一台直流电机，既可以作发电机运行，也可以作电动机运行。判别直流电机运行状态的条件是：Ea>U〔发电机〕Ea<U〔电动机〕61电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室5.5直流电机的换向问题

为了分析方便假定换向片的宽度等于电刷的宽度。

直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向改变，即换向。

电枢移到电刷与换向片2接触时，元件1的被短路，电流被分流。

电刷与换向片1接触时，元件1中的电流方向如图所示，大小为。

电刷仅与换向片2接触时，元件1中的电流方向如图所示，大小为元件11262电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器外表，使电机不能正常工作。

产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。

元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为换向周期。换向周期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。换向过程63电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室换向的电磁理论换向元件中的电动势：自感电动势

和互感电动势：换向元件（线圈）在换向过程中电流改变而产生的。切割电动势：在几何中性线处，由于电枢反应在存在，电枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。换向元件中的合成电动势为：

根据楞次定律，自感电动势、互感电动势和切割电动势总是阻碍换向的。换向电动势：在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应的电动势。换向电动势是帮助换向的。64电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室换向元件中的电流：

设两相邻的换向片与电刷的接触电阻分别是和，元件自身的电阻为,流过的电流为,元件与换向片间的连线电阻为,元件在换向时的回路方程：

忽略元件电阻和元件与换向片间的连线电阻，并设电刷与换向片的接触总电阻为，则可推导出换向元件中的电流变化规律为65电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室一、直线换向当时换向元件电流随时间线性变化。当时换向元件电流随时间不是线性变化，出现电流延迟现象。二、延迟换向当时换向元件电流随时间再是线性变化，出现电流超前现象。三、超越换向直线换向延迟换向超越换向66电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室

改善换向的方法

改善换向一般采用以下方法：选择合适的电刷，增加换向片与电刷之间的接触电阻装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组补偿绕组与电枢绕组串联，产生的磁动势抵消电枢反应磁动势返回返回67电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室第6章直流电机的运行特性返回6.1直流发电机的运行特性6.2直流电动机的机械特性和工作特性6.3直流电动机的起动、调速与制动68电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室6.1直流发电机的运行特性他励发电机的特性空载特性外特性调节特性并励发电机的特性空载特性外特性〔自励条件—重点〕复励发电机的特性69电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室定义:当、时，

直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。空载时空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线空载特性实质上就是。

他励发电机的特性-空载特性70电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室定义：当、时，

由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降。他励并励

根据可知端电压下降有两个原因：(一)在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反响的去磁作用使每极磁通量减少，使电动势减少；(二)电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压下降。为什么低?

他励发电机的特性-外特性71电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室定义：当、时，

由曲线可见，在负载电流变化时，假设保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反响及电枢回路电阻压降对对输出端电压的影响.

他励发电机的特性-调节特性72电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室

并励发电机的特性-空载特性

并励发电机的空载特性与一般电机的空载特性一样，也是磁化曲线。由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限。73电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室

并励发电机的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的条件称为自励条件。

并励发电机的特性-外特性74电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室自励建压过程

曲线1为空载特性曲线曲线2为励磁回路总电阻特性曲线，也称场阻线。

原动机带动发电机旋转时，如果主磁极有剩磁，则电枢绕组切割剩磁通感应电动势。在电动势作用下励磁回路产生。增大,场阻线变为曲线3时，称为临界电阻。假设再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。

如果励磁绕组和电枢绕组连接正确，励磁电流产生与剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，电动势增大，增加。如此不断增长，直到励磁绕组两端的电压与相等，达到稳定的平衡工作点A。75电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室可见，并励直流发电机的自励条件有：（1）电机的主磁路有剩磁（3）励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻（2）并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确思考题电机正转能自励,反转能自励吗?自励条件76电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室调节特性

并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励磁电流，所以调节特性与他励发电机的相差不大。对并励发电机，除了像他励发电机存在的电枢反响去磁作用和电枢回路上的电阻压降使端电压下降外，还有第三个原因：由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，端电压进一步下降。并励发电机的外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线。返回

并励发电机的特性-外特性77电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电动机

WhatisaD.C.Motor?输入直流电能输出机械能78电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室6.2直流电动机的运行特性工作特性速率特性：n＝f(P2)转矩特性：Te＝f(P2)效率特性：η＝f(P2)机械特性〔重点〕n=f(Te)运行特性与电动机的励磁方式有很大的关系。以下分并励、串励、他励分别介绍…电力拖动系统的稳定运行条件79电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室并励电动机的工作特性前提：U=UN，If=IfN(Rf=C)；分析：n,Te,η=f(P2)n0n=f(P2)T0Te=f(P2)T2=f(P2)P2O励磁回路不允许断开！η=f(P2)80电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室TeN并励电动机的机械特性前提：U=UN，Rf=C；分析：n＝f(Te)TeOnn0RaR’aR”aRa<R’a<R〞a硬特性软特性81电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室I’f并励电动机的机械特性(2)TeNTeOnn0RaR’aR”aIf=CRa<R’a<R”an0IfI”fRa=CIf>I’f>I〞fTeOnTeN结论：增加电枢回路电阻Ra，机械特性变软，转速下降。增加励磁回路电阻Rf，机械特性变软，转速升高。82电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室串励电动机的工作特性前提：U=UN，Ia=Is=I；分析：n,Te,η=f(Ia)n=f(Ia)IaOTe=f(Ia)η=f(Ia)串励电动机不允许空载运行！83电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室串励电动机的机械特性前提：U=UN，Ia=Is=I；分析：n=f(Te)n=f(Te)TeOn84电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室串励电动机的机械特性(2)RsTeOnR’sR”sRs<R’s<R〞s结论：随着电磁转矩Te的增加，串励电动机的转速n迅速下降，其机械特性为软特性。串励回路电阻Rs越大，机械特性越软。85电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室他励电动机的机械特性前提：If=C；分析：n＝f(Te)TeOnU1>UN>U2>U3UNTeNU1U2U3一组平行线86电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电动机机械特性比照励磁方式他励(变U)并励(变Ra、Rf)串励(变Rs)主要特点优点1：机械特性硬度不变。优点2：转速可调高、也可调低。缺点：需专用调压直流电源。优点：调速简单、方便。缺点1：能耗大。缺点2：增加Ra只能调低转速，增加Rf只能调高转速。且机械特性会变软。优点：起动转矩大，过载能力强。缺点1：软机械特性。缺点2：轻载时容易飞速。87电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室电力拖动系统稳定运行的条件什么是电力拖动系统稳定的物理概念电力拖动系统稳定运行分析电力拖动系统稳定运行条件88电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室电力拖动系统电力拖动系统

PowerDrivingSystem电动机机械负载电源控制设备89电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室稳定的物理概念不稳定平衡稳定平衡平衡状态平衡状态90电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室电力拖动系统稳定运行分析电压发生波动负载发生波动91电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室电力拖动系统不稳定运行分析电压发生波动负载发生波动92电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室电力拖动系统稳定运行条件下降的机械特性曲线93电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室6.3直流电动机起动、调速与制动直流电动机的起动直流电动机的调速直流电动机的制动94电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室6.3.1直流电动机的起动起动的概念直接起动电枢回路串电阻器起动降压起动三种起动方法95电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室起动Starting起步、起跑、起飞……起动：电动机接上电源，转速从零到达稳定转速的过程。电动机起动的根本要求起动转矩大起动电流小起动设备简单、经济、可靠tOnnN96电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直流电动机起动的特点起动时：n≈0Ea=CenΦ≈0，U=Ea+IaRa≈IaRaIa=Ist≈U/Ra，起动电流大，必须加以限制。Te=CTΦIaIa↘→Te↘起动转矩大起动电流小矛盾97电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室直接起动方法：先合Q1→建立Φ→再合Q2→起动特点：操作简单无需任何附加起动设备冲击电流大，Ist=(10～20)IN只适用于小型直流电动机的起动。98电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室三点起动器电枢回路串变阻器起动方法：在电枢回路串联一个起动器。特点：可以有效抑制起动电流Ist=U/(Ra+Rst)需要附加起动设备产生额外的电阻损耗适应于小容量并励电动机TeOnn0RΩ=0RΩ1RΩ2TL99电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室降压起动方法：保持励磁电流不变(他励)；降低电源电压，控制起动电流。特点：节能需要专用的直流调压电源100电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室6.3.2直流电动机的调速调速的概念调速的方法调压调速调电枢电阻调速调励磁电流调速电枢控制磁场控制101电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室电动机调速的根本要求调速范围：D=nmax/nmin平滑性经济性调速设备简单、可靠、操作方便调速SpeedGoverning调速：调节转速、转速控制tOnn1t1nN102电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室IaN他励和并励电动机的调速

▲电枢回路串电阻调速优点：调备简单、操作方便，转速可连续调节。缺点：耗能，只能调低转速，轻载时调速范围不大。tOn1nNt1TeOnn0RΩ=0RΩ1RΩ2TLTe=CTΦIa103电机学教案，2023南昌大学信息工程学院电机教研室他励和并励电动机的调速

▲调压调速优