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1、第2章 直流电机的机械特性,第2章 直流电动机的机械特性,2,本章的内容 2.1直流电机的基本结构及类型 2.2直流电机的基本原理 2.3直流电动机的机械特性,2.1 直流电机的基本结构及类型,3,1.直流电机的功能作用,利用电与磁的相互作用，实现“电能 机械能”的转换；,电磁作用的基本定律 1）电磁力定律： （左手定理） 载流导体在磁场中，受电磁力作用； 2）电磁感应定律：（右手定理） 运动导体切割磁力线，产生感应电动势；,2.1 直流电机的基本结构及类型,4,2.直流电机的基本结构,1）基本结构组成 定子部分作用产生磁场； 由主磁极、机座、轴承、电刷装置等组成。 转子部分作用产生电磁力矩；
2、 由电枢绕组、电枢铁心、转轴等组成。 换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。,2.1 直流电机的基本结构及类型,5,2.直流电机的基本结构,1）基本结构组成 定子部分作用产生磁场； 由主磁极、机座、轴承、电刷装置等组成。 转子部分作用产生电磁力矩； 由电枢绕组、电枢铁心、转轴等组成。 换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。,2.1 直流电机的基本结构及类型,6,2.直流电机的基本结构,2）直流电机的等效电路,2.1 直流电机的基本结构及类型,7,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,永磁电机小功率 励磁电机,他励电机 串励电机 并励电机 复励电机,励磁电机：,他励电机
3、串励电机 并励电机 复励电机,2.1 直流电机的基本结构及类型,8,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,永磁电机小功率 励磁电机,励磁电机：,他励电机 串励电机 并励电机 复励电机,2.1 直流电机的基本结构及类型,9,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,永磁电机小功率 励磁电机,励磁电机：,2.1 直流电机的基本结构及类型,10,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,他励电机 串励电机 并励电机 复励电机,永磁电机小功率 励磁电机,励磁电机：,2.1 直流电机的基本结构及类型,11,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,他励电机 串励电机
4、并励电机 复励电机,永磁电机小功率 励磁电机,励磁电机：,2.2 直流电机的基本原理,12,1.电动机原理,电磁力定律： （左手定理） 载流导体在磁场中，受电磁力作用；,图2-11直流电动机工作原理,2.2 直流电机的基本原理,13,2.发电机原理,电磁感应定律：（右手定理） 运动导体切割磁力线，产生感应电动势；,图2-12直流发电机工作原理,2.2 直流电机的基本原理,14,3.原理的应用,应用：机电系统驱动控制,电机：电 能 机械能，称可逆原理,应用：机电系统制动控制,2.2 直流电机的基本原理,15,4.直流电动机的基本关系,电磁力定律： （左手定理） 载流导体在磁场中，受电磁力作用；,
5、1）电磁力矩方程,电磁力大小:,电磁力方向：左手定律,2.2 直流电机的基本原理,16,4.直流电动机的基本关系,1）电磁力矩方程,电磁力定律： （左手定理） 载流导体在磁场中，受电磁力作用；,电磁力方向：左手定律,导体电磁力矩：,电磁力大小:,2.2 直流电机的基本原理,17,4.直流电动机的基本关系,1）电磁力矩方程,转子导体总电磁力矩,电机的电磁力矩方程,（2-1）,2.2 直流电机的基本原理,18,4.直流电动机的基本关系,1）电磁力矩方程,（2-1）,当磁场 一定时,2.2 直流电机的基本原理,19,4.直流电动机的基本关系,2）电势方程式,电磁感应定律：（右手定理） 运动导体切割磁
6、力线，产生感应电动势；,（2-3）,2.2 直流电机的基本原理,20,4.直流电动机的基本关系,2）电势方程式,（2-3）,当磁场 一定时,（2-3）,2.2 直流电机的基本原理,21,4.直流电动机的基本关系,3）转矩平衡方程,为电机的输出转矩,为电机的负载转矩,稳定运行时,（2-5）,2.2 直流电机的基本原理,22,4.直流电动机的基本关系,4）电压平衡方程,（2-6）,电枢回路电压平衡方程,2.2 直流电机的基本原理,23,4.直流电动机的基本关系,5）功率平衡关系,由电压平衡方程，得,式中,（2-7）,为电动机从电源输入的电功率,为电枢回路的总消耗功率，称铜损耗,（2-8）,为电磁功
7、率，转换成机械功率的部分电功率,2.2 直流电机的基本原理,24,4.直流电动机的基本关系,5）功率平衡关系,同理，由转矩平衡方程，得,式中,（2-9）,为电磁功率,为空载损耗，包括铁损耗和机械摩擦损耗,为电机转轴上输出的机械功率,（2-10）,2.2 直流电机的基本原理,25,4.直流电动机的基本关系,5）功率平衡关系,得,电机功率总损耗,其中,为铁损耗 为机械摩擦损耗 为附加损耗,2.2 直流电机的基本原理,26,4.直流电动机的基本关系,5）功率平衡关系,他励电机稳态运行时的功率流程图,2.3 直流电动机的机械特性,27,2.3.1 他励电动机的机械特性,1机械特性方程,根据稳定运行状态
8、下的基本方程,得机械特性方程,2.3 直流电动机的机械特性,28,2.3.1 他励电动机的机械特性,1机械特性方程,机械特性的表达方式,1）特性方程,2.3 直流电动机的机械特性,29,2.3.1 他励电动机的机械特性,1机械特性方程,机械特性的表达方式,2）特性曲线,确定一条直线的方法： （1）已知：一个点的坐标和斜率； （2）已知：两个点的坐标；,2.3 直流电动机的机械特性,30,2.3.1 他励电动机的机械特性,1机械特性方程,机械特性的表达方式,3）特征参数,理想空载转速,特性斜率,称为转速降落,特性方程可写成,2.3 直流电动机的机械特性,31,2.3.1 他励电动机的机械特性,2
9、固有特性,定义： 在额定运行条件下，即UN、N、R=Ra，所得到的机械特性为固有特性。,理想空载转速,特性斜率,2.3 直流电动机的机械特性,32,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192， 求： （1）理想空载转速；固有机械特性的斜率；额定转速降； （2）若负载转矩T=0.82TN（TN为额定电磁转矩），问电动机的转速、电枢电流以及电枢电动势为多大？,2.3 直流电动机的机械特性,33,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,解：,例题2-2 已知：PN
10、=75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，,2.3 直流电动机的机械特性,34,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,解：,例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，,2.3 直流电动机的机械特性,35,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,解：,例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，,2.3 直流电动机的机械特性,36,2.3.1 他励电动机
11、的机械特性,2固有特性,例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，,（2）若负载转矩T=0.82TN（TN为额定电磁转矩），问电动机的转速、电枢电流以及电枢电动势为多大？,2.3 直流电动机的机械特性,37,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，,2.3 直流电动机的机械特性,38,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,定义 人为改变运行参数（U, R, ），所得到机
12、械特性。,2.3 直流电动机的机械特性,39,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,1）改变电枢回路电阻的人为特性,机械特性方程,串入附加电阻Ri，保持UN与N不变,2.3 直流电动机的机械特性,40,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,2）改变电枢端电压的人为特性,机械特性方程,改变端电压U，保持Ra与N不变,2.3 直流电动机的机械特性,41,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,3）改变磁通的人为特性,机械特性方程,改变励磁磁通，保持Ra与UN不变,2.3 直流电动机的机械特性,42,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,3）改变磁通的人为特性,机械特性
13、方程,改变励磁磁通，保持Ra与UN不变,2.3 直流电动机的机械特性,43,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,3）改变磁通的人为特性,机械特性方程,改变励磁磁通，保持Ra与UN不变,2.3 直流电动机的机械特性,44,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,应用：工程设计与性能分析,基本方法：,1）通过实测数据绘制；（用于实验室） a、测量 n、T； b、测量 n、I；,2）根据电动机铭牌数据来绘制；（用于工程实际） 计算特殊工况点，绘制机械特性图,2.3 直流电动机的机械特性,45,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,1）绘制固有特性,已知条件：电动机
14、铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）,基本方法： 求：理想空载点（0、n0）、 额定运行点（TN、nN）； 通过两点作直线，得固有特性 n = f ( T )；,2.3 直流电动机的机械特性,46,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,1）绘制固有特性,已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）,（1）求理想空载点（0、n0）；,理想空载转速,电势系数,计算 Ra,2.3 直流电动机的机械特性,47,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,1）绘制固有特性,已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）,用电桥或万用
15、表实际测试,计算 Ra,按电枢的铜损耗估算,（1）求理想空载点（0、n0）；,2.3 直流电动机的机械特性,48,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,1）绘制固有特性,已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）,理想空载转速,电势系数,（1）求理想空载点（0、n0）；,2.3 直流电动机的机械特性,49,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,1）绘制固有特性,已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）,（2）求额定运行点（TN、nN）,额定电磁力矩 TN 的计算方法,输出力矩,电磁力矩方程,2.3 直流电动机的机械特性,
16、50,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,1）绘制固有特性,已知条件：电动机铭牌数据（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）,（3）作特性曲线图 根据计算得：（0、n0）、 （TN、nN）； 通过两点作直线图，得固有特性 n = f ( T )；,2.3 直流电动机的机械特性,51,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,2）绘制人为特性,已知：固有特性、附加电阻Ri， 求：人为特性,基本方法：计算（0，n0）（TN、n）两点坐标，作直线；,n0、 TN 与固有特性相同，需计算 ni 或 ni,转速降落,（1）改变电枢电阻的人为特性曲线；,2.3 直流电动机的机械特性,52,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,2）绘制人为特性,依据：,主要结论：在转矩相同时，不同特性的转速降落n与其电枢回路总电阻 R = (Ra+Ri) 成正比；,(2-33),已知：固有特性、附加电阻Ri， 求：人为特性,
