《电机与拖动---直流电机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与拖动---直流电机（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性本节主要讨论串励式直流电动机和永磁直流电动机的运行特性。电动机的主要参数有电动机输出功率、电压、电枢电流、转速、电磁转矩、输出转矩和效率等。电动机运行特性即是指这些参数间的变化关系，或是指这些参数随时间的变化规律。电动机各参数之间的关系可由电动势平衡方程式和转矩平衡方程式来确定。1电动势平衡方程式电动机稳定运行情况下，电动机的电压 满足以下关系式：（1） 为电枢电动势。当电枢在两极的磁场内旋转时，随着电枢绕组断面的变化，就出现磁力线的变化，因此在电枢绕组内产生了电枢电动势，此电动势方向与外加电压相反，所以又称反电动势。电枢电动势为：式中： 电势常数，其大
2、小决定于电动机的结构；电枢相对于磁系统的转速；由电动机磁极产生的磁通量。（2） 为电动机电路内的电压降。对于串励式直流电动机，电流流过绕组时，会引起电枢和磁系统 内的电压降。式中 和 分别是电枢电路和磁系统电路内的电阻。对于永磁直流电动机，则有：2转矩平衡方程式电动机稳定运转情况下，电动机产生的电磁转矩为：（1）电磁转矩 是由通过电枢电路的电流与电动机总磁通量相互作用而产生的。它使电枢和磁系统旋转，电磁转矩与磁通量 及电枢电路上的电流 成正比，即式中 为电机常数，与电动机结构因素有关。（2）空载转矩 是因电动机上的轴承、电刷和整流环间的摩擦、电枢和磁系统的旋转以及铜损耗而形成的阻力矩。空载转矩
3、的值可以用没有负载时的电动机功率 来计算。空载功率是能保持额定转速时的最低电压与电流乘积。通常功率很小，大约只是输出功率的 2%3%，故空载转矩也为输出转矩的 2%3%。（3）输出转矩 用来克服负载。对于鱼雷，就是有推进装置克服水的阻力所需的转矩。此时，输出转矩取决于水的密度、推进装置的转速、推进装置的尺寸等。3串励式直流电动机的运行特性串励式直流电动的励磁绕组与电枢绕组串联，因此励磁绕组与电枢绕组的电流相等。其气隙磁通量随电枢电流而变化。并且，在磁路处于未饱和状态时，磁通量正比于电枢电流。由式（7-5）可得，电磁转矩：或式中为比例系数，由产生气隙磁场的结构确定。串励式电动机启动转矩与电流的平
4、方成正比，这就说明了串励式电动机具有较大的启动转矩。 以下来分析启动过程电动机转速的变化情况。从式（7-8）可看出，电枢和磁系统之间的相对转速与所加电压、通过的电流、磁通量及电机的结构等因素有关。转速与电磁转矩的关系就是串励式直流电动机的机械特性，如图 7-9 所示。串励式直流电动机的机械特性是软特性，随着电磁转矩的增大，转速下降得很快。当电磁转矩 较小时，由于气隙磁通的减小，转速迅速增大。 为零时，理想空载转速为无穷大。由此可见，串励式直流电动机不允许空载运行，尤其是不能在空载状态下用全电压启动。此外，对于串励式直流电动机的机械特性，总是有，因此，串励式直流电动机工作时，总是稳定的。串励式直
5、流电动机的机械特性4永磁直流电动机的运行特性永磁直流电动机的运行特性包括工作特性和机械特性。工作特性是指当外加电压为额定值 ，运行时的转速、电磁转矩、输出转矩、效率、输出功率与电枢电流的关系。机械特性是指电枢电压为额定值，电枢回路电阻保持不变时，电动机的转速与电磁转矩的关系。（1）工作特性由式（7-1）、（7-2）、（7-4）可得：（7-9）由上式可以看出，当电枢电流增加时，如气隙磁通不变，转速将随的增加而直线下降，一般因为电枢回路电阻值很小，转速下降不多。如果考虑去磁的电枢反应，会变小，转速下降会更小些。由式（7-5）可知，当气隙磁通不变时，电磁转矩与电枢电流成正比。实际上，随着电枢电流的增
6、加，气隙磁通 略有减小。（2）机械特性由式（7-1）、（7-2）、（7-3）、（7-5）可得： （7-10）式中是理想空载转速；是机械特性斜率。永磁直流电动机的机械特性曲线如图 7-10 所示。通常把机械特性斜率较小的机械特性叫作硬特性，较大的，叫作软特性。一般串励式直流电动机的机械特性是硬特性，永磁直流电动机的机械特性是软特性。永磁直流电动机的机械特性曲线3串励式直流电动机的运行特性串励式直流电动的励磁绕组与电枢绕组串联，因此励磁绕组与电枢绕组的电流相等。其气隙磁通量随电枢电流而变化。并且，在磁路处于未饱和状态时，磁通量正比于电枢电流。由式（7-5）可得，电磁转矩：（7-6）或（7-7）式中
7、为比例系数，由产生气隙磁场的结构确定。串励式电动机启动转矩与电流的平方成正比，这就说明了串励式电动机具有较大的启动转矩。 以下来分析启动过程电动机转速的变化情况。由式（7-1）、（7-2）、（7-3）可得：（7-8）从式（7-8）可看出，电枢和磁系统之间的相对转速与所加电压、通过的电流、磁通量及电机的结构等因素有关。转速与电磁转矩的关系就是串励式直流电动机的机械特性，如图 7-9 所示。串励式直流电动机的机械特性是软特性，随着电磁转矩的增大，转速下降得很快。当电磁转矩 较小时，由于气隙磁通的减小，转速迅速增大。 为零时，理想空载转速为无穷大。由此可见，串励式直流电动机不允许空载运行，尤其是不能
8、在空载状态下用全电压启动。此外，对于串励式直流电动机的机械特性，总是有，因此，串励式直流电动机工作时，总是稳定的。串励式直流电动机的机械特性4永磁直流电动机的运行特性永磁直流电动机的运行特性包括工作特性和机械特性。工作特性是指当外加电压为额定值 ，运行时的转速、电磁转矩、输出转矩、效率、输出功率与电枢电流的关系。机械特性是指电枢电压为额定值，电枢回路电阻保持不变时，电动机的转速与电磁转矩的关系。（1）工作特性由上式可以看出，当电枢电流增加时，如气隙磁通不变，转速将随的增加而直线下降，一般因为电枢回路电阻值很小，转速下降不多。如果考虑去磁的电枢反应，会变小，转速下降会更小些。由式（7-5）可知，
9、当气隙磁通不变时，电磁转矩与电枢电流成正比。实际上，随着电枢电流的增加，气隙磁通 略有减小。（2）机械特性由式（7-1）、（7-2）、（7-3）、（7-5）可得： 式中是理想空载转速；是机械特性斜率。永磁直流电动机的机械特性曲线如图 7-10 所示。通常把机械特性斜率较小的机械特性叫作硬特性，较大的，叫作软特性。一般串励式直流电动机的机械特性是硬特性，永磁直流电动机的机械特性是软特性。永磁直流电动机的机械特性曲线5电动机的功率从电动势平衡方程式即可求出电动机的功率，将式（7-1）乘以电枢电流即得电动机的功率为：或把上式写成：式中： 电源输入电动机的功率， ；电磁功率， ；电动机电路上的铜损耗，
10、 或 。电磁功率并不能全部转变为电动机的输出功率，因为还有其它损耗。电动机的输出功率为；式中为电动机输出功率；为空载功率损耗。空载功率损耗包括机械损耗和铁损耗。机械损耗包括轴承上的摩擦、旋转部分对空气的摩擦、电刷与整流子、滑环的磨损等。电动机效率是电动机输出功率与输入功率之比，即：6动力系统主要参数的确定鱼雷的战术技术性能与动力系统的主要参数有很密切的关系。因此有必要了解鱼雷的主要战术技术指标与动力系统主要参数之间的关系。为保证鱼雷按规定的航速航行，要求电动机的输出功率与所需的有效功率相等，即：式中为有效功率。所需的有效功率为：式中为比例系数，为推进器材效率。另一方面，根据式（7-14）电动机
11、的输出功率可用蓄电池的放电电压 和电流来表示：另有，鱼雷的航程为：式中 为航行时间。电池容量为：由上可得：由式（7-20）可知，为了提高鱼雷航速和航程，必须提高电池的输出功（）和电动机输出功率。此外，应在尽可能减小鱼雷航行阻力的前提下，设法提高推进器的效率和电动机的效率。在电池输出功一定的条件下，要增加航程就要降低速度。相反，也可用降低航程来提高鱼雷航速。由此看来，在功率一定的条件下，如何合理选择航程恶化航速，使鱼雷获得最佳命中率，是设计鱼雷时首先要考虑的问题。例如，在较大距离上攻击较慢的目标时，可适当降低鱼雷的航速。因为对自导鱼雷来说，降低一些航速不仅可以提高航程，而且能明显地减少干扰，从而提高自导系统的作用距离。在确定合理的航速和航程的同时，还须确定动力系统的主要参数、蓄电池放电电压、电流和电容量。根据鱼雷航速，可求出鱼雷所需的有效功率。在选定了蓄电池的放电电压后，可由式（7-17）确定电流。鱼雷的航速、航程确定后，动力系统的工作时间为：从而可确定蓄电池的电容量实际电容量应比计算值增大 5%10%作安全系数
