电机原理及拖动（第4版）课件：直流电动机

《电机原理及拖动》

第4版2024/12/272

直流电动机直流电动机完成的是电能向机械能的转换。与直流发电机相同，直流电动机的励磁方式可以是他励、并励、串励和复励。本节以他励直流电动机为例，推导直流电动机的基本方程式。2024/12/273一台直流电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行，这就是直流电机的可逆原理。以他励电机为例，一台他励直流发电机并联于直流电网上运行，U保持不变，减少原动机的输出功率，发电机的转速下降。当n下降到一定程度时，使得Ea=U，此时I=0

,发电机输出的电功率P2=0，原动机输入的机械功率仅仅用来补偿电机的空载损耗po。一、直流电机的可逆原理2024/12/274保持发电机的U不变，继续降低原动机的n，将有Ea<U

,

Ia反向，这时电网向电机输入电功率，电机进入电动机状态运行。同理，上述的物理过程也可以反过来，电机从电动机状态转变到发电机状态。一、直流电机的可逆原理2024/12/275一、直流电机的可逆原理2024/12/276一、直流电机的可逆原理2024/12/277按电动机惯例规定各物理量的参考方向如图。在外加电压作用下，电枢顺电压U的方向流过电流，电流在磁场中受力产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下旋转，旋转的导体切割主磁场产生一个与电流方向相反的电动势电压平衡方程式：

（1-31）

二、直流电动机的基本方程2024/12/278二、直流电动机的基本方程（一）电动机转矩平衡方程式直流电机通电后，电枢电流磁场中受力产生电磁转矩在克服了机组摩檫阻转矩T0

后，转换为输出的机械转矩T2

拖动生产机械作功。当负载转矩TL

与输出转矩T2相等时，电机达到稳定平衡有：

（1-32）2024/12/279二、直流电动机的基本方程（二）功率平衡方程式将式（1-31）两边同乘Ia：将式（1-32）两边同乘角速度：

2024/12/2710二、直流电动机的基本方程（三）他励直流电动机功率流程图2024/12/2711三、直流电动机的特性运行特性转速特性转矩特性效率特性机械特性电压、励磁、转子电枢回路总电阻均为常数的情况下，电机转速和电磁转矩的关系曲线。分为自然机械特性和人工机械特性。2024/12/2712三、直流电动机的工作特性（一）转速特性定义：当U=UN、I=IfN时，n=f(Ia)由电压平衡方程式可得：忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性关系变化。如图红线所示。2024/12/2713三、直流电动机的工作特性（二）转矩特性定义：当U=UN、I=IfN时，T=f(Ia)转矩表达式考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度比电流上升的慢。如图所示。2024/12/2714三、直流电动机的工作特性（三）效率特性定义：当U=UN、I=IfN、

Rc=0时，=f(Ia)由效率定义可得由于分母中的励磁电流较电枢电流小很多可不计，附加损耗不计，则上式可写成2024/12/2715三、直流电动机的工作特性（三）效率特性空载损耗不随负载变化，称为不变损耗，当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分消耗在空载损耗上；负载电流增大，效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流增大到一定程度时电机铜损快速增大，此时效率降低。绘出效率曲线如图所示。2024/12/2716三、直流电动机的工作特性（三）效率特性效率最大值即不变损耗等于可变损耗时，电机效率最高。通常电机效率的最大值在75％－100％负载范围。（可以据此估算电枢绕组电阻）估算例题1-12024/12/2717三、直流电动机的工作特性（四）直流电动机的机械特性电压、励磁、转子电枢回路总电阻均为常数的情况下，电机转速和电磁转矩的关系曲线2024/12/2718三、直流电动机的工作特性（四）直流电动机的机械特性直流电动机的固有机械特性当电压为额定值、励磁电流为额定值（不计电枢反应）、转子电枢回路外串电阻为零的情况下，电机转速和电磁转矩的关系曲线称为直流电动机的固有机械特性曲线，也称作自然机械特性曲线。2024/12/2719三、直流电动机的工作特性（四）直流电动机的机械特性直流电动机的自然机械特性2024/12/2720三、直流电动机的工作特性（四）直流电动机的机械特性获得自然机械特性曲线两个特殊点：空载点（T=0，n＝n0）额定工作点（T＝TN，n＝nN）利用额定数据UN、IN、nN、Ra其中电枢回路电阻可通过查表或估算得到计算出书中例题1-12024/12/2721四、串励直流电动机的工作特性串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组是串联的，因此励磁电流随着负载变化。这是串励电机的主要特点。串励电机的机械特性很软，当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：从公式2024/12/2722四、串励直流电动机的工作特性（一）转速特性当负载电流为零时，电机转速趋于无穷大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行。转矩特性当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动机的工作特性与他励电动机相同。2024/12/2723四、串励直流电动机的工作特性（二）串励直流电动机的机械特性1.当磁路不饱和时2.当磁路饱和时与他励直流电动机的特性曲线基本一致。2024/12/2724五、复励电动机的机械特性串励的机械特性曲线特点：启动转矩比较大，适合负载、重载启动；正常工作，转速降比他励稍大（R0=Rf+Rc）并励的机械特性曲线特点：启动转矩比较小，适合空载、轻载启动；正常工作，转速降下降很大（3个原因）。2024/12/2725五、