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1、直流电机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。 直流发电机与电动机直流电动机的优点： 调速范围宽，且易于平滑调速； 过载、起动、制动转矩大； 易于控制，可靠性高； 调速时能量损耗小。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（产生励磁磁场）磁磁场）（产生电动势，流过电流（产生电动势，流过电流 ，产生电磁转矩），产生电磁转矩）直流电机的铭牌数据额定条件下电机 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
2、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。直流电动机的励磁方式(a) 他励； (b) 并励； (c) 串励； (d) 复励直流电机按励磁方式分类直流电动机的工作原理直流电动机的基本方程式规定各物理量的参考方向如图,电动机的基本方程如下：其中： 为电机结构常数（电动 势常数）；为电机的转矩常数。P为极对数；N为电枢的有效导体总数；n为 转速（r/min);a=p或1其中： 为一对正
3、负电刷总的 接触压降，通常为2V。输入功率电磁功率电枢 铜耗功率平衡方程式其中： 为电磁功率；为电枢绕组铜耗；为空载损耗；为机械损耗；为铁耗；为附加损耗直流电动机的效率：一般中小型直流电动机的效率在75%85% 之间，大型直流电动机的效率约在85%94% 之间。转矩平衡方程式在额定情况下：例：一台Z241的直流电动机， 技术数据PN=5.5 kW， UN=220 V， nN=3000 r/min， IN=30.3 A， 求额定转矩和额定效率。 解：额定转矩为电动机的额定效率等于额定输出功率与额定输入功率之比， 即例：一台直流电动机的额定数据为： , , , ,求额定输入功 率PIN、额定电流I
4、N和额定输出转矩T2N。解：例：一台他励直流电机， ， ， ， ， ， ， ， 忽略附加损耗，求：（1）这台电机是发电机还是电动机？（ 2）求电磁转矩、输入功率和效率。解：（1）判断一台电机的工作状态，可以比较电枢电动势Ea 与端电压U的大小，即：UEa，故此电机为电动机状态运行。 (2)例：Z2-71型并励直流电机，其名牌数据 如下：求额定电流、 电枢电流、励磁回路的电阻和反向电动 势。n解(1)额定功率 ，效率 ，则额 定电流 解(1)额定功率 ，效率 ，则额 定电流n(2)电枢电流n(3)励磁回路电阻n(4)反电势他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性一、机械特性方程式电动机在
5、电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻 为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动 机的转速与电磁转矩之间的关系，即n=(T)。1、固有机械特性他励直流电动机的固有机械特性是指：在电源 电压U=UN，气隙磁通=N，电枢外串电阻R=0时 ，n=(T)的机械特性，其数学表达式为： 二、固有机械特性与人为机械特性式中: 称为斜率，n为转速降。他励直流电动机固有机械特性空载转矩理想空载转速实际空载转速2 2、人为机械特性、人为机械特性每台电动机只有一条固有机械特性，当改变电气参数 如变电源电压 、或变气隙磁通 、或变电枢外串电阻 时， 所得到的机械特性，称为人为机械特性。电枢回路串电阻时的人为机械特性式中
6、： 称为人为特性的斜率，当改变外串电阻R的大小，可得到一簇人为特性曲线，如图所示。串电阻时的人为机械特性特点：1） 不变， 变大；2） 越大，特性越软。改变电枢电源电压时的人为机械特性l改变电枢电源电压时的人为机械特性是指：在气隙磁通=N，电枢外串电阻R=0，改变电枢端电压时，n=(T)的机械特性，其数学表达式为： 改变电枢电源电压时的人为机械特性特点：1) 随 变化, 不变;2) 不同,曲线是一组平行线。减少气隙磁通时的人为机械特性l减少气隙磁通时的人为机械特性是指：在电源电压U=UN，电枢外串电阻R=0，改变气隙磁通时，n=(T)的机械特性，其数学表达式为：式中气隙磁通N。减小气隙磁通时的
7、人为机械特性特点：1）弱磁， 增大；2）弱磁， 增大三、机械特性绘制l直流电动机的固有机械特性可通过实验测得，也可根据铭 牌数据估算求得。其它各种人为机械特性则可根据固有机 械特性求得。l由于固有机械特性是一条直线，一般通过求取两个特殊点 （理想空载点和额定工作点），再将这两点连成直线便可 得到固有机械特性。l求理想空载点（n0，0）l计算理想空载转速公式为：式中l电枢回路电阻Ra，可实测或根据经验公式估算。一般直流电动机额定运行时的铜耗约占总损耗的一半至三分之二，则Ra的估算式为：l根据上述公式可计算出理想空载转速n0。l求额定工作点（nN，TN）l根据铭牌数据可得额定转速nN，而计算电磁转
8、矩公式为：四、电力拖动系统稳定运行的条件处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动， 导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在 新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来 的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。在 点，系统平衡扰动使转速有微小增量，转速由 上升到 ， 。扰动消失,系统减速，回到 点运行。扰动使转速有微小下降，由 下降 到 。扰动消失,系统加速，回到 点运行。在 点，系统平衡扰动使转速有微小增量，转速由 上升到 ， ,系统加速 。即使扰动消失,也不能回到 点运行。扰动使转速有微小下降，由 下降 到 ,系统减速。即使扰动消失,也
9、不能回到 点运行。电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：(1)必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点, 即存在(2)充分条件:在交点处,满足: 。或者说,在交点的转速以上存在 ,在交点的转速以下存 在他励直流电动机的起动他励直流电动机的起动一、起动的问题： 起动：电机接上电源从静止状态转动起来到达稳态运行，这就是电动机的起动过程 起动条件：1、起动转矩要足够大，2、起动电流不要太大， 注意：在起动时，n=0,反电动势Ea=0例：一台Z2-61/4-2他励直流电动机，已知： ， ， ， ， ，求：（1）直接启动时的启动电流；（2）在额 定磁通下启动的启动转矩。解：（1）（2）过大的
10、起动电流将引起电网电压下降、影响电网 上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时 过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直 流电动机不允许直接起动。起动原则：起动转矩足够大；起动电流小；起动设 备简单、可靠、经济。起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电 枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢 回路串电阻或降低电枢电压起动。速度上升缓慢，启动时间过长。则要缩短启动时间，就必须保证电枢电流和 电磁转矩保持不变，即随着转速上升，启动 电阻应平滑均匀的减小。可以采用逐级切除（分级启动）的方法。一、电枢电路串电阻起动特点：无须可调电源，实现方便。但
11、电阻耗能严重，调节平滑性差。一、电枢电路串电阻起动（一）起动特性以三级电阻起动时电动机为例（二）起动电阻计算设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：b点c点d点e点f点g点比较以上各式得：在已知和电枢电阻前提下， 经推导可得各级串联电阻为:计算各级起动电阻的步骤：（1）估算或查出电枢电阻 ；（2）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流 ；（3）选取起动级数 ；（4）计算起动电流比： 取整数（5）计算转矩:，校验：如果不满足，应另选 或 值并重新计算，直到满足该条件为止.（6）计算各级起动电阻。例：一台直流并励电动机， ， ，电枢电阻 。若直接起动，起动电流为多少？
12、若采 用电枢回路串电阻起动，将启动电流降 为额定值的1.5倍，则应串多大的起动电 阻?n解：直接起动时，起动电流为电枢回路串电阻起动时，起动电流为则起动电阻为二、降压起动当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。 起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源 电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐 渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在 一定的数值上，保证按需要的加速度升速。降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起 动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。n一台直流电机 ， ， ， ， ，驱动额定恒转矩负载 。试求：（1）若直接启动，则启动电流是多少
13、 ？（2）若要求 ，采用电枢回路串电阻 启动，则启动开始时应串入多大阻值的启动电阻 ？（3）如果要求降压起的那个，则启动电压是 多少？ 解：（1） （2）（3）他励直流电动机的制动概念概念: :就是指使电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩Tem,(起到阻碍运动的作用)的状态意义（应用）：意义（应用）：一是使系统快速停车（或减速）二是使位能性负载的稳速下放特点：特点：吸收机械能转换成电能一、能耗制动电动状态，如图所示。电动将开关S投向制动电阻 上即实现制动.制动由于惯性，电枢保持原来方向继续旋 转，电动势 方向不变。由 产生的电枢 电流 的方向与电动状态时的 方向相反 ,对应的电磁转矩 与 方
14、向相反,为制动 性质,电机处于制动状态。制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的 拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电 能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。能耗制动时的机械特性为：电动机状态工 作点 制动瞬间 工作点制动过程 工作段电动机拖动反抗性 负载，电机停转。若电动机 带位能性 负载,稳 定工作点改变制动电阻 的大小可以改变能耗制动特性曲线的斜率, 从而可以改变制动转矩及下放负载的稳定速度。 越小,特性曲 线的斜率越小,起始制动转矩越大,而下放负载的速度越快。制动电阻越小，制动电流越大。选择制动电阻的原则是其中 为制动瞬间的电枢电动势。能耗制动操作简单,但随着转速下降,电动势减小,制动电流 和制动转矩也随着减小,制动效果变差。若为了尽快停转电机,可 在转速下降到一定程度时,切除一部分制动电阻,增大制动转矩。二、反接制动（一）电
