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1、第三章第三章 直流电机的直流电机的 工作原理及特性工作原理及特性n3.1 直流电机的基本结构和工作原理n3.2 直流发电机n3.3 直流电动机的机械特性n3.4 直流他励电动机的启动特性n3.5 直流他励电动机的调速特性n3.6 直流他励电动机的制动特性第三章第三章 直流电机的直流电机的 工作原理及特性工作原理及特性n 重点和难点n重点机械特性是分析启动、调速和制动特性的依据，所以机械特性是电动机内容的重中之重 他励直流电动机的启动特性 他励直流电动机的调压调速特性 第三章第三章 直流电机的直流电机的 工作原理及特性工作原理及特性n难点 本章较难理解的内容是电流、电势的换向过程和电动机的制动过
2、程；电动机在各种运转状态下电磁转矩 TM、负载转矩TL、转速n、电枢电流Ia和电势E等符号的确定。 n作业：n3. 8 3.15 3.18 第三章 直流电机的工作原理及特性3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理换向器定子转子n3.1.1 直流电机的基本结构第三章 直流电机的工作原理及特性3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理n3.1.1 直流电机的基本结构(定子剖面图)主磁极换向极磁极数主磁极的个数磁极对数=磁极数/2第三章 直流电机的工作原理及特性3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理
3、n3.1.1 直流电机的基本结构(转子结构图）转子换向片转轴电枢线圈电枢铁芯硅钢冲片第三章 直流电机的工作原理及特性 3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理n3.1.1 直流电机的基本结构(转子硅钢冲片图）第三章 直流电机的工作原理及特性 3.1 3.1 直流电机的基本结构和直流电机的基本结构和 工作原理工作原理n3.1.1 直流电机的基本结构(换向器图）电刷换向片第三章 直流电机的工作原理及特性3.1.2 直流电机直流电机的工作原理的工作原理有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量 1. 1. 磁感应强度磁感应强度B B(磁场强弱和方向)NS电流方向NS右
4、手螺旋法则非铁磁材料铁磁材料磁感应强度磁场强度铁磁材料导磁系数真空中的导磁系数铁磁材料有磁滞现象、磁滞损耗、涡流损耗。第三章 直流电机的工作原理及特性3.1.2 直流电机直流电机的工作原理的工作原理有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量2.铁磁铁磁材料的磁化曲线材料的磁化曲线（铁、镍、钴及它们的合金）第三章 直流电机的工作原理及特性 3.1.2 直流电机直流电机的工作原理的工作原理有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量3. 右手定则右手定则 左手定则左手定则 B-磁感应强度v-速度方向e-感应电势I-电流 方向f-电磁 力方向第三章 直流电机的工作原理及特性3.1.2 直流电机直流电机的工
5、作原理的工作原理n有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量n4. 电路电路 磁路磁路n电流 I 磁通 n电动势 E 磁通势 Fn电压降 U=IR 磁压降n电阻 R 磁阻 Rmn欧姆定律 磁路欧姆定律第三章 直流电机的工作原理及特性3.1.2 3.1.2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理Ke电势常数(pN/60a) Kt-转矩常数(pN/2a)=9.55KeNSne,i第三章 直流电机的工作原理及特性3.2 3.2 直流发电机直流发电机他励并励串励复励励磁方式第三章 直流电机的工作原理及特性3.2.1 3.2.1 他励发电机他励发电机当发电机空载时，Ia=0空载特性第三章 直流电机的工作原理
6、及特性 3.2.1 3.2.1 他励发电机他励发电机他励发电机的外特性电压变化率大约为5%10%第三章 直流电机的工作原理及特性 3.2.2 3.2.2 并励发电机并励发电机电压平衡方程并励发电机工作的条件1.要有剩磁；2.励磁电流产生的磁场方向和剩磁方向相同；3.Rf不能太大。()()10. 3/7. 3IIIIRUIRUIRIEUfaffaa+=-=第三章 直流电机的工作原理及特性 3.2.2 3.2.2 并励发电机并励发电机U0并励发电机自励和外特性Ifn=Rf=c第三章 直流电机的工作原理及特性3.2.3 3.2.3 复励发电机复励发电机U0主励磁补偿绕组IUIN复励发电机外特性过复励
7、平复励欠复励第三章 直流电机的工作原理及特性3.3 3.3 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性3.3.1 他励电动机的机械特性 电压平衡方程第三章 直流电机的工作原理及特性3.33.3. .1 1 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性n=f(T)n0-理想空载转速（T=0）n速度降T0堵转矩堵转电流机械特性硬度nn0Td T他励电动机的机械特性硬特性10软特性10绝对硬特性第三章 直流电机的工作原理及特性3.33.3. .1 1 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性n当n=0时，（3.13）式为第三章 直流电机的工作原理及特性3.33.3. .1 1 他励电动机的机械特性他励电动
8、机的机械特性1.固有机械特性 n=f(T)由求（1）估算电枢电阻RaU=UN,=nRad=0第三章 直流电机的工作原理及特性3.33.3. .1 1 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性1.固有机械特性 n=f(T)（2）计算额定条件下反电势第三章 直流电机的工作原理及特性3.33.3. .1 1 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性（3）求理想空载转速（4）求额定转矩1.固有机械特性 n=f(T)第三章 直流电机的工作原理及特性3.33.3. .1 1 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性2. 人为机械特性（改变U、Rad）1)串接电阻Rad第三章 直流电机的工作原理及特性3.3
9、3.3. .1 1 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性2. 人为机械特性（改变U、Rad）1)串接电阻Rad串接电阻后1. n0不变；2. K斜率变大即机械特性变软。第三章 直流电机的工作原理及特性3.33.3. .1 1 他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性2. 人为机械特性（改变U、 Rad）1.改变n0(减小)2.斜率k不变机械特性硬度不变1.n0增加2.斜率变大，特性变软第三章 直流电机的工作原理及特性3.33.3.2 .2 串励串励电动机的机械特性电动机的机械特性软特性代入（3.13）得第三章 直流电机的工作原理及特性3.33.3. .3 3 复复励电动机的机械特性励电动机
10、的机械特性n具有他励和串励电动机的性质他励磁通es=70%总磁通 串励磁通s=30%总磁通他励复励串励第三章 直流电机的工作原理及特性 电动机的机械特性例题电动机的机械特性例题n 例3-1 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势EE1，如负载转矩TL=常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化?是大于、小于还是等于E1?解 两个已知条件，一个是负载转矩TL常数；一个是从一个稳态到另一个稳态(而不涉及瞬态过程)，电枢反电势是稳态值。 注意：从 不能判断E是如何变化的第三章 直流电机的工作原理及特性 电动机的机械特性电动机的机械特性例题例
11、题n例3-2 一台他励直流电动机，n功率PN=5.5KW,UN=220V,IN=31A,nN=1500r/min,忽略损耗，认为额定运行时的电磁转矩近似等于输出转矩，试绘制电机近似的固有机械特性。n解：n=f(TL)是一条直线，故只要两点，理想空载点（0，n0）(TN,nN)(1)估算Ra第三章 直流电机的工作原理及特性 电动机的机械特性电动机的机械特性例题例题(2)求n0(3)求TN也可求第三章 直流电机的工作原理及特性3.43.4 直流他励直流他励电动机的启动特性电动机的启动特性启动时n=0 E=0 启动电流启动电流不得大于（1.52）额定电流原则:1.T1(I1)2TN 2. T2(I2
12、)基本相同多段启动电阻启动的他励电动机第三章 直流电机的工作原理及特性3.43.4 直流他励直流他励电动机的启动特性电动机的启动特性第三章 直流电机的工作原理及特性3.53.5 直流他励直流他励电动机的电动机的调速调速特性特性速度调节-在一定的负载下，人为改变参数， 达到改变电动机稳定转速。速度变化-由于负载发生变化而引起电动机转速 改变。第三章 直流电机的工作原理及特性3.53.5 直流他励直流他励电动机的电动机的调速调速特性特性3.5.1 电枢电路外串电阻Rad缺点1.机械特性变软，稳定性差；2.轻载时调速范围不大；3.无级调速困难；电阻上消耗大量电能；4.启动电阻不能用来调速适用于起重机
13、、卷扬机。第三章 直流电机的工作原理及特性3.53.5 直流他励直流他励电动机的电动机的调速调速特性特性3.5.2 改变电压调速特点1.连续平滑调速，在UN以下调速；2.机械特性硬度不变；3.调速时电流不变，转矩不变，恒转矩调速。4.利用降压启动电机,而不用其他设备。第三章 直流电机的工作原理及特性3.53.5 直流他励直流他励电动机的电动机的调速调速特性特性T1T2n0 Ia=-Ia +TM-TM电动机变成发电机机械能变成电能向电源馈送称为反馈第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.1 3.6.1 反馈反馈制动制动降压调速过程中的反馈制动下放电动状态下放制动状态提升电动状态 a点b点nEIa
14、-TM 制动矩B点 C点nn0 Ia=-Ia-TMTM与n反方向制动改变Rad改变下降的nRad太大n很高不安全下放重物时的反馈制动过程下放重物时的反馈制动过程第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制动制动n1.电源反接制动反接电动正向电动反接制动位能负载时制动注意：反接时U与E相加，电流很大用Rad限流应用：快停、经常正反转第三章 直流电机的工作原理及特性3.6.2 3.6.2 反接反接制动制动n2.倒拉反接制动(串接Rad改变斜率法)注意：这里T没有反向，选用不同的Rad可改变下放速度但不能太小，交叉点必须在四象限3.6.3 3.6.3 能耗能耗制动制动( (U=0串接Rad) )图3.36 能耗制动状态下的机械特性制动特性位能负载制动状态优点：运行速度稳定不会出现倒拉制动，因计算不准而引起不降反而上升的事故反抗矩负载制动优点：不会出现反向起动的危险注意：Rad不能太小IImax正常接线可有三种运转状态反转接线方法不同四象限对应反转状态正转状态正常接线可有三种运转状态正转3.6.3 3.6.3 能耗能耗制动制动
