第一章直流電機

1、第一章第一章 直流電機直流電機第一章第一章 直流電機直流電機l直流電機是電能和機械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機之一。直流發(fā)電機：機械能直流電能 直流電動機：直流電能機械能l直流電動機具有良好的調(diào)速性能、較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力等很多優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，運行維護較困難。主要應(yīng)用于起動和調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機械中，如金屬切削機床，軋鋼機、電力機車、起重機、造紙及紡織行業(yè)等機械中。l本章主要分析直流電機的基本工作原理、結(jié)構(gòu)和運行特性（以直流電動機為重點以直流電動機為重點）。第一節(jié)第一節(jié) 直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)l一、直流電機的基本工作原理1、直流發(fā)電機的基本工作原理基于電

2、磁感應(yīng)原理：右手定則基于電磁感應(yīng)原理：右手定則產(chǎn)生磁場：（產(chǎn)生磁場：（N、S極）極）運動導(dǎo)線運動導(dǎo)線ab、cd切割磁場切割磁場線圈感應(yīng)電動勢線圈感應(yīng)電動勢交變交變換向整流換向整流電刷間輸出直流電動勢電刷間輸出直流電動勢直流發(fā)電機的工作原理模型直流發(fā)電機的工作原理模型例例1-1 如果前圖中的直流發(fā)電機順時針旋轉(zhuǎn)，電刷兩端的電動勢極性有何變化？還有什么因素會引起同樣的變化？解：解：直流發(fā)電機順時針旋轉(zhuǎn)時，由右手定則，圖示線圈中感應(yīng)電動勢方向為a-b-c-d,通過換向片與電刷的滑動接觸，則電刷B極性為正，電刷A極性為負(fù)。所以改變電樞轉(zhuǎn)向，可改變電刷間輸出電動勢極性。由右手定則可知：決定感應(yīng)電動勢極性

3、的因素有兩個，一是改變電樞轉(zhuǎn)向，二是磁場極性，因此改變磁場的極性也可使直流發(fā)電機的輸出電動勢極性改變。+-NS注意：注意：電樞轉(zhuǎn)向和磁場極性只能改變其一。電樞轉(zhuǎn)向和磁場極性只能改變其一。2、直流電動機的基本工作原理、直流電動機的基本工作原理基于電磁力定律：左手定則基于電磁力定律：左手定則載流導(dǎo)體ab、cd在磁場中產(chǎn)生電磁力f形成電磁轉(zhuǎn)矩帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)換向器作用：換向器作用：在發(fā)電機發(fā)電機中起整流整流作用，使線圈中的交變電動勢電刷間的直流電動勢。在電動機電動機中起逆變逆變作用，使電刷間的直流電線圈內(nèi)的交變電，保證電動機的轉(zhuǎn)向恒定。直流電動機工作原理模型直流電動機工作原理模型例例1-2 電動機拖動的

4、生產(chǎn)設(shè)備常需要作正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運動，如電力機車的前行和倒退，就要求牽引電動機能正、反轉(zhuǎn)。分析前圖中的直流電動機如何能反轉(zhuǎn)(順時針旋轉(zhuǎn))?解：圖中的電動機模型要順時針旋轉(zhuǎn)需獲得一個順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，由左手定則可知：電磁力的方向取決于磁場極性或?qū)w中電流的方向，所以直流電動機獲得反轉(zhuǎn)的方法有兩個：一是改變磁場極性，二是改變電源電壓極性使流過導(dǎo)體的電流方向改變。注意：注意：兩者只能改變其一，否兩者只能改變其一，否則，直流電動機的轉(zhuǎn)向不變。則，直流電動機的轉(zhuǎn)向不變。-+ffn改變電源極性（導(dǎo)體電改變電源極性（導(dǎo)體電流方向）而反轉(zhuǎn)示意圖流方向）而反轉(zhuǎn)示意圖3 3、電機的可逆原理、電機的可逆原理任何一臺電

5、機既可作發(fā)電機運行，也可作任何一臺電機既可作發(fā)電機運行，也可作 電動機運行，這一性質(zhì)稱為電機的可逆原電動機運行，這一性質(zhì)稱為電機的可逆原理。理。u如果電機轉(zhuǎn)子輸入機械能，而電樞繞如果電機轉(zhuǎn)子輸入機械能，而電樞繞組輸出電能，電機作為發(fā)電機運行；組輸出電能，電機作為發(fā)電機運行； 如果在電樞繞組中輸入電能，轉(zhuǎn)子輸出如果在電樞繞組中輸入電能，轉(zhuǎn)子輸出機械能，則電機作為電動機運行。機械能，則電機作為電動機運行。電機的實際運行方式由外施條件決定：電機的實際運行方式由外施條件決定：二、直流電機的基本結(jié)構(gòu)二、直流電機的基本結(jié)構(gòu)1-電樞鐵心 2-主磁極 3-勵磁繞組 4-電樞齒 5-換向極繞組 6-換向極鐵心

6、7-電樞槽 8-底座 9-電樞繞組 10-極掌(極靴） 11-磁軛（機座）直流電機的結(jié)構(gòu)圖直流電機的徑向剖面示意圖二、直流電機的基本結(jié)構(gòu)二、直流電機的基本結(jié)構(gòu)靜止部分靜止部分:定子定子旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)部分:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子中間有氣隙中間有氣隙電磁方面：產(chǎn)生磁場和構(gòu)成磁路。電磁方面：產(chǎn)生磁場和構(gòu)成磁路。 機械方面：整個電機的支撐。機械方面：整個電機的支撐。作用主要部件：磁極、機座、換向極、電刷、軸承、端蓋等作用感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換主要部件：電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸承和風(fēng)扇等主磁極主磁極1、定子部分、定子部分產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生磁場，N、S

7、相隔，用相隔，用p表示極對數(shù)表示極對數(shù)導(dǎo)磁和機械支撐導(dǎo)磁和機械支撐機座機座由磁極鐵心和勵磁繞組構(gòu)成,磁極鐵心由極身和極靴組成.作用作用: :改善直流電機的換向，一般電機容量超過1kW時均應(yīng)安裝換向極。 安裝在相鄰兩主磁極之間，用螺釘固定在機座上。用整塊鋼制成，也可用厚用整塊鋼制成，也可用厚11.5mm厚鋼板或硅鋼厚鋼板或硅鋼片疊成片疊成1-刷握 2-銅絲辮 3-壓緊彈簧 4-電刷塊（石墨材料）換換向向極極電電刷刷作用：作用：將旋轉(zhuǎn)的電樞與固定不動的外電路相連，把直流電壓和直流電流引入或引出 2、轉(zhuǎn)子部分、轉(zhuǎn)子部分材料材料：為減小磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵心為減小磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵心 用

8、用0.35mm0.35mm或或0.5mm0.5mm厚的硅鋼片疊成，表面有絕厚的硅鋼片疊成，表面有絕緣層。緣層。 作用：作用：通過磁通和嵌放通過磁通和嵌放電樞繞組電樞繞組。電電樞樞鐵鐵心心鐵心沖片鐵心沖片上層有效邊上層有效邊端接部分端接部分端接部分端接部分下層有效邊下層有效邊線圈首端線圈首端線圈尾端線圈尾端作用：作用：用于產(chǎn)生感應(yīng)電用于產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和通過電流，實現(xiàn)動勢和通過電流，實現(xiàn)機電能量的轉(zhuǎn)換。機電能量的轉(zhuǎn)換。電電樞樞線線圈圈電樞繞組：電樞繞組：電樞線圈按一定規(guī)律連接形成。其并聯(lián)支路對數(shù)用a表示。單疊繞組：a=p單波繞組：a=1單波、單疊繞組聯(lián)接示意圖單波、單疊繞組聯(lián)接示意圖換向器換向器材

9、料：材料：采用導(dǎo)電性能好、硬度大、耐磨采用導(dǎo)電性能好、硬度大、耐磨性能好的紫銅或銅合金制成。性能好的紫銅或銅合金制成。 作用：作用：實現(xiàn)電刷內(nèi)外實現(xiàn)電刷內(nèi)外 交直流的轉(zhuǎn)換。交直流的轉(zhuǎn)換。由許多燕尾狀的銅片間由許多燕尾狀的銅片間隔絕緣云母片而成隔絕緣云母片而成主極極靴和電樞間主極極靴和電樞間的間隙。不均勻。的間隙。不均勻。3、氣隙、氣隙作用：作用：保證了電保證了電機的轉(zhuǎn)子的正常機的轉(zhuǎn)子的正常旋轉(zhuǎn)，又是磁路旋轉(zhuǎn)，又是磁路的重要組成部分。的重要組成部分。小型電機氣隙約小型電機氣隙約為為0.70.75 5mmmm；大；大型電機氣隙可達型電機氣隙可達5 51010mm mm 。三、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)三、

10、直流電機的銘牌數(shù)據(jù)電機型號電機型號銘牌數(shù)據(jù)主要有：銘牌數(shù)據(jù)主要有：額定功率額定功率額定電壓額定電壓額定電流額定電流額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速額定勵磁電流額定勵磁電流勵磁方式勵磁方式出廠數(shù)據(jù)如出廠編號、出廠日期等出廠數(shù)據(jù)如出廠編號、出廠日期等Z 27 2 一般用途直流電機一般用途直流電機 第二次改型設(shè)計第二次改型設(shè)計 機座號機座號 電樞鐵心長度電樞鐵心長度1 1、電機型號、電機型號1號為短鐵心，號為短鐵心，2 號為長鐵心號為長鐵心1號最小，號最小，12 號最大號最大型號表明電機所屬的系列及主要型號表明電機所屬的系列及主要特性。知道了型號，可從相關(guān)手特性。知道了型號，可從相關(guān)手冊中查出電機的許多技術(shù)數(shù)據(jù)。冊

11、中查出電機的許多技術(shù)數(shù)據(jù)。2、額定值、額定值(1)額定功率額定功率PN PN(kw) 是指在規(guī)定的工作條件下，長期運行是指在規(guī)定的工作條件下，長期運行允許輸出的功率。對于發(fā)電機來說，是指正負(fù)電刷之間輸出允許輸出的功率。對于發(fā)電機來說，是指正負(fù)電刷之間輸出的電功率；對于電動機，則是指軸上輸出的機械功率。的電功率；對于電動機，則是指軸上輸出的機械功率。(2)額定電壓額定電壓N UN(V)對發(fā)電機來說，是指在額定電流下輸對發(fā)電機來說，是指在額定電流下輸出額定功率時的端電壓；對電動機來說，是指所規(guī)定的正常出額定功率時的端電壓；對電動機來說，是指所規(guī)定的正常工作時，加在電動機兩端的直流電源電壓。工作時，

12、加在電動機兩端的直流電源電壓。(3)額定電流額定電流I IN I IN(A)是直流電機正常工作時輸出或輸入的是直流電機正常工作時輸出或輸入的最大電流值。最大電流值。對于發(fā)電機，三個額定值之間的關(guān)系為 PN=UNIN 對于電動機，三個額定值之間的關(guān)系為 PN=UNINN (4)額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN nN (r/min)是指電機額定運行時的轉(zhuǎn)速。是指電機額定運行時的轉(zhuǎn)速。額定效率；額定效率； N =（PN/P1）*%例例1-3 一臺直流發(fā)電機，一臺直流發(fā)電機， PN=10KW，UN=230V，nN=2850r/min， N=85%。求其額定電流和額定負(fù)。求其額定電流和額定負(fù)載時的輸入功率。載時的輸

13、入功率。 。AAUPINNN48.4323010103kWWWPPNN76.111176085. 0101031解解 例例1-4 一臺直流電動機，一臺直流電動機，PN=17KW，UN=220V，nN=1500r/min， N=83%。求其額定電流和額定負(fù)。求其額定電流和額定負(fù)載時的輸入功率。載時的輸入功率。 解解 AAUPINNNN1 .9383. 022010173kWWWPPNN48.202048283. 01017313、勵磁方式、勵磁方式直流電機運行性能與勵磁方式密切相關(guān)，因此直流電機的直流電機運行性能與勵磁方式密切相關(guān)，因此直流電機的分類以勵磁方式分類分類以勵磁方式分類 電樞繞組與勵

14、磁繞組并聯(lián)電樞繞組與勵磁繞組串聯(lián)勵磁繞組單獨供電有并勵又有串勵繞組 4. 直流電機出線端子的標(biāo)志直流電機出線端子的標(biāo)志 繞組名稱繞組名稱 出線端標(biāo)志出線端標(biāo)志繞組名稱繞組名稱出線端標(biāo)志出線端標(biāo)志 電樞繞組電樞繞組 A1 A2 串勵繞組串勵繞組 D1 D2換向極換向極繞組繞組 B1 B2 并勵繞組并勵繞組 E1 E2 補償繞組補償繞組 C1 C2他勵繞組他勵繞組 F1 F2注：下標(biāo)“1”是首端，為正極；下標(biāo)“2”是末端，為負(fù)極例例1-5 在下圖中畫出并勵直流電動機的實際接線圖在下圖中畫出并勵直流電動機的實際接線圖 解：解：換向級繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián)，勵磁繞組再與它們并聯(lián)。Z系列：一般用途直流電動

15、機系列：一般用途直流電動機 （如（如 Z2， Z3，Z4等系列）；等系列）；ZF系列：一般用途直流發(fā)電機系列：一般用途直流發(fā)電機ZT系列：廣調(diào)速直流電動機；系列：廣調(diào)速直流電動機；ZZJ系列：冶金起重機用直流電動機；系列：冶金起重機用直流電動機；ZQ系列：直流牽引電動機；系列：直流牽引電動機；ZH系列：船用直流電動機；系列：船用直流電動機； ZA系列：防爆安全型直流電動機；系列：防爆安全型直流電動機； ZKJ系列：挖掘機用直流電動機；系列：挖掘機用直流電動機； ZJ系列：精密機床用直流電動機；系列：精密機床用直流電動機； 四、直流電機的主要系列簡介四、直流電機的主要系列簡介第二節(jié)第二節(jié) 直流電

16、機的磁場直流電機的磁場一、直流電機的空載磁場一、直流電機的空載磁場 直流電機空載時（發(fā)電機與外電路斷開；電直流電機空載時（發(fā)電機與外電路斷開；電動機軸上不帶機械負(fù)載），電樞電流為零或近似動機軸上不帶機械負(fù)載），電樞電流為零或近似為零。為零。因而空載磁場可以認(rèn)為僅僅是勵磁電流通因而空載磁場可以認(rèn)為僅僅是勵磁電流通過勵磁繞組產(chǎn)生的勵磁磁通勢過勵磁繞組產(chǎn)生的勵磁磁通勢Ff所建立的。所建立的。 直流電機的磁場，是直流電機產(chǎn)生電動勢直流電機的磁場，是直流電機產(chǎn)生電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩必不可少的因素，而且直流電機的和電磁轉(zhuǎn)矩必不可少的因素，而且直流電機的運行特性，在很大程度上也取決于磁場特性運行特性，在很大程度

17、上也取決于磁場特性 由勵磁磁通勢由勵磁磁通勢Ff所建立的空所建立的空載磁場分為兩類磁通：載磁場分為兩類磁通：主磁通0、漏磁通。一般0 主磁通0對應(yīng)的主磁路其組成分為氣隙、電樞齒、電樞磁軛、主磁極、定子磁軛五部分，或簡化為主磁路由氣隙和鐵磁材料兩大部分組成。 由于空氣的磁導(dǎo)率遠比鐵磁材料的磁導(dǎo)率小，磁路的勵磁磁通勢Ff幾乎都消耗在氣隙部分，而對應(yīng)產(chǎn)生的磁場常稱為空載氣隙磁場。 直流電機空載磁場分布直流電機空載磁場分布1-極靴 2-磁身 3-定子磁軛4-勵磁線圈 5-氣隙 6-電樞齒 7-電樞磁軛二、直流電機的負(fù)載磁場和電樞反應(yīng)二、直流電機的負(fù)載磁場和電樞反應(yīng)l直流電機負(fù)載運行時，電樞繞組中便有電

18、流通過，產(chǎn)生電樞磁通勢。該磁通勢所建立的磁場，稱為電樞磁場。電樞磁場與主極磁場一起，在氣隙內(nèi)建立一個負(fù)載（合成）磁場。l由于負(fù)載后電樞磁場的出現(xiàn)，對主極磁場的分布有明顯的影響。這種電樞磁場對主極磁場（空載磁場）的影響稱為電樞反應(yīng)。 直流電動機合成磁場形成：主極磁場直流電動機合成磁場形成：主極磁場+電樞磁場電樞磁場電樞反應(yīng)性質(zhì)：電樞反應(yīng)性質(zhì)：1）使磁力線扭斜，主極磁場發(fā)生畸變，物理中性線偏移；2) 使每極合成磁通比空載時每極主磁通0略小，稱去磁作用。電動機拖動的機電動機拖動的機械負(fù)載越大，電械負(fù)載越大，電樞反應(yīng)的影響就樞反應(yīng)的影響就越大，但正是電越大，但正是電樞磁通勢與主極樞磁通勢與主極磁場相互

19、作用而磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)機電能從而實現(xiàn)機電能轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。第三節(jié)第三節(jié) 電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢 一、電磁轉(zhuǎn)矩一、電磁轉(zhuǎn)矩T 在直流電機中, 電磁轉(zhuǎn)矩T是由電樞電流與磁場相互作用而產(chǎn)生的電磁力所形成的。經(jīng)推導(dǎo)電磁轉(zhuǎn)矩可用下式來表示： TCT Ia 式中 T 轉(zhuǎn)矩常數(shù)；T=Np/(2a)取決于電機的結(jié)構(gòu)，即 在制成的電機中，p、N（電樞繞組總導(dǎo)體數(shù)）、 a均為定值； 每極下的合成磁通(Wb)； 當(dāng)當(dāng)I Ia為為(A)時時, 電磁轉(zhuǎn)矩單位為電磁轉(zhuǎn)矩單位為N.m。 可見對已制成的電機可見對已制成的電機, 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T正比于氣隙每極磁通正比于氣隙每極磁

20、通 及電及電樞電流樞電流I Ia。第三節(jié)第三節(jié) 電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢二、電樞電動勢二、電樞電動勢Ea 在直流電機中, 感應(yīng)電動勢是由于電樞繞組和磁場之間的相對運動, 即導(dǎo)線切割磁力線而產(chǎn)生的。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可推得： EaCe n 式中 Ce電動勢常數(shù)，Ce Np/(60a)。取決于電機的結(jié)構(gòu) 當(dāng)每極磁通當(dāng)每極磁通 、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n的單位分別是的單位分別是Wb、r/min時時, 電樞電動電樞電動勢的單位為勢的單位為V。 可見：對已制成的電機可見：對已制成的電機, Ea正比于每極磁通正比于每極磁通 和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速n； 另：轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT與電勢常數(shù)Ce之間有固定的比值關(guān)系： CTCe

21、(Np/2a)/(Np/60a)=9.55例例1-6 一臺直流發(fā)電機，2p=4，電樞繞組為單疊繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=216，額定轉(zhuǎn)速nN=1469r/min，每極磁通=2.2 10-2Wb，求： 1）此發(fā)電機電樞繞組的感應(yīng)電動勢。 2）此發(fā)電機若作為電動機使用，當(dāng)電樞電流為800A時，能產(chǎn)生多大電磁轉(zhuǎn)矩？ 解解 先求出電動勢常數(shù) 6 . 3260216260apNCemNmNICTCCVVnCEaTeTea605)800102 . 24 .34(4 .346 . 355. 955. 96 .115)1460102 . 26 . 3 (22Pem= EaIa= (pN/60a)n Ia =(pN

22、/2a)Ia (2n/60) =T第三節(jié)第三節(jié) 電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢三、電磁功率三、電磁功率Pem 對電動機而言電動勢Ea是反電動勢，電源電壓U必須大于電動勢Ea把電流Ia灌入。從上式的推導(dǎo)過程可見，電動勢Ea與電樞電流Ia的乘積是電功率屬性的電磁功率Pem，經(jīng)過電磁作用轉(zhuǎn)換為等量的機械功率屬性的電磁功率Pem ，所以Pem是機電能量轉(zhuǎn)換的橋梁。橋梁橋梁電功率屬性電功率屬性機械功率屬性機械功率屬性Pem第四節(jié)第四節(jié) 直流電動機的運行原理直流電動機的運行原理一、直流電動機的基本方程式他勵直流電動機的結(jié)構(gòu)示意圖及電路圖電動機慣例：電動機慣例：Ea與與I Ia反向反向, T與與n

23、同方向同方向TL與與n反方向反方向電動機穩(wěn)定運行時的電動機穩(wěn)定運行時的基本方程式：基本方程式：電動勢平衡方程式、電動勢平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、功率平衡方程式功率平衡方程式一、直流電動機的基本方程式一、直流電動機的基本方程式1、電動勢平衡方程式、電動勢平衡方程式 根據(jù)電路的基爾霍夫定律可以寫出電樞回路的電動勢平衡方程式： U=EaIaRa 式中 Ra 電樞回路總電阻 Ia他勵電動機 Ia=I ； 并勵電動機 Ia=I-If 對于電動機：U Ea，Ea與Ia反方向一、直流電動機的基本方程式一、直流電動機的基本方程式2、功率平衡方程式、功率平衡方程式 電機在機電能量轉(zhuǎn)換中，一部分

24、能量不能被利用，這部分能量稱為損耗。直流電機的損耗可分為： pm：由各類摩擦引起的機械損耗 pFe：鐵心損耗(磁滯與渦流之和) pcua：電樞回路銅耗pcua = Ia2Ra pf： 勵磁回路銅耗pf（=UIf=RfIf2）； ps： 附加損耗空載損耗p0即不變損耗因此，功率平衡方程式，就是扣除損耗的過程。因此，功率平衡方程式，就是扣除損耗的過程?？勺儞p耗一、直流電動機的基本方程式一、直流電動機的基本方程式2、功率平衡方程式、功率平衡方程式 P P1 1= =UIUI= =UIUIa a =( =(E Ea aI Ia aR Ra a) )I Ia a= = E Ea aI Ia aI Ia

25、a2 2R Ra a = =P Pememp pcuacua 上式說明：當(dāng)上式說明：當(dāng)他勵他勵直流電動機接上電源直流電動機接上電源U時時,電樞電樞繞組中流過電流繞組中流過電流I Ia, 電網(wǎng)向電動機輸入的電功率電網(wǎng)向電動機輸入的電功率P P1 1= =UIUI= =UIUIa a中的小部份消耗于電樞銅耗，大部份作中的小部份消耗于電樞銅耗，大部份作為電磁功率轉(zhuǎn)換成了機械功率。為電磁功率轉(zhuǎn)換成了機械功率。 但轉(zhuǎn)變成機械屬性的但轉(zhuǎn)變成機械屬性的Pem還要扣除鐵耗、機械損還要扣除鐵耗、機械損耗、附加損耗才是輸出的機械功率耗、附加損耗才是輸出的機械功率P2 P2=PempFepmps =Pem p0 一

26、、直流電動機的基本方程式一、直流電動機的基本方程式2、功率平衡方程式、功率平衡方程式 注意：他勵電動機的勵磁注意：他勵電動機的勵磁銅耗銅耗pf由其他電源提供。由其他電源提供。而并勵電動機的而并勵電動機的pf由同一由同一電源提供，所以并勵電動電源提供，所以并勵電動機的功率平衡方程式中還機的功率平衡方程式中還應(yīng)包括勵磁銅耗應(yīng)包括勵磁銅耗pf 。上述的功率平衡關(guān)系可用功率流程圖形象的表示：上述的功率平衡關(guān)系可用功率流程圖形象的表示：一、直流電動機的基本方程式一、直流電動機的基本方程式3、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式由： P2/=Pem/ - p0/得：T2=T-T0 或 T=T2+T0 T2 電動

27、機軸上輸出的機械轉(zhuǎn)矩。它與軸上所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 相平衡, 即T2=TL。 T0 電動機空載轉(zhuǎn)矩, 與轉(zhuǎn)向相反；由空載損耗產(chǎn)生,數(shù)值很小。 電動機穩(wěn)定運行時，拖動性質(zhì)的電動機穩(wěn)定運行時，拖動性質(zhì)的T與制動性質(zhì)的與制動性質(zhì)的TL+ T0相平衡相平衡電動機轉(zhuǎn)矩的常用計算公式：負(fù)載轉(zhuǎn)矩： T2=P2/=P2/(2n/60)=9.55P2/n (Nm)在額定情況下, TN=9.55PN/nN (Nm)同理： T=9.55Pem /n (Nm)例例1-7 一臺他勵直流電機接在220V電網(wǎng)上運行，已知， ,372 , 2 , 1Npa ,101 . 1 min,/15002WbrnWpWpmFe204 ,

28、362,208. 0R a，求： 1）此電機是發(fā)電機運行還是電動機運行？ 2）電磁轉(zhuǎn)矩、輸入功率和效率各為多少？ 解解 1）判斷一臺直流電機是何種運行狀態(tài)，可比較電樞電動勢和端電壓的大小，即VVnapNEa6 .204)1500101 . 11603722(602因為,aEU 故此電機是電動機運行狀態(tài)。 2）求和1、PT 根據(jù) aaaRIEU則 AAREUIaaa74208. 0)6 .204220()（電磁轉(zhuǎn)矩 mNmNIapNTa38.96)74101 . 1123722(22輸入功率 kWWWUIUIPa28.1616280)74220(1輸出功率 kWWWppIEppPPmFeaamF

29、eem574.1414574)204362746 .204( 2效率 %5 .89%10028.16574.14%10012PP,6 .83,110,5 . 7AIVUkWPNNNmin/750rnN例1-8 一臺Z2-17型直流電動機，額定數(shù)據(jù)為：空載時測得電流為10A。求： 1）空載損耗（忽略空載銅耗）。 2）空載轉(zhuǎn)矩。 3）額定負(fù)載下的電磁轉(zhuǎn)矩。解解 1）空載損耗 kWWWIUpN1 . 11100)10110(00 2）空載轉(zhuǎn)矩 mNmNnppT 955. 9000 3）額定負(fù)載下的電磁轉(zhuǎn)矩 mNmNTmNmNnPTNNN5 .109)145 .95(5 .9

30、5750750055. 955. 90TTTN二、直流電動機的工作特性二、直流電動機的工作特性 直流電動機的工作特性是指U=UN=常數(shù), 電樞回路不串入附加電阻, 勵磁電流If=IfN時, 電動機的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率與輸出功率P2之間的關(guān)系, 即：)(2Pfn )(2PfT )(2Pf當(dāng)當(dāng)P2P1I II Ia a所以，工作特性也可看成n、T、 與I Ia a的關(guān)系。的關(guān)系。二、直流電動機的工作特性二、直流電動機的工作特性1、轉(zhuǎn)速特性)(2Pfn eaaeaCRIUCEn)(當(dāng)電機軸上的機械負(fù)載增大時, 輸出的機械功率P2隨之增大, 輸入功率P1和電樞電流Ia也隨之增加, 電樞電阻壓降增

31、大, 使轉(zhuǎn)速n降低。但隨著電樞電流的增加, 電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通減小, 又使轉(zhuǎn)速n上升。一般情況, 電樞電阻壓降的影響較大, 所以, 轉(zhuǎn)速特性是一條略微向下傾斜的曲線, 如曲線1所示。二、直流電動機的工作特性二、直流電動機的工作特性2 、轉(zhuǎn)矩特性)(2PfT T=T2+T0= 9.55P2/n+T0如果n不變, 則輸出轉(zhuǎn)矩T2與P2成正比關(guān)系。T2=f(P2)特性曲線是一條過坐標(biāo)原點的直線?？紤]到P2增大時, n略有下降, 故T2=f(P2)曲線呈略為上翹趨勢。而T=f(P2)特性曲線與比T=f(P2)曲線高一個空載轉(zhuǎn)矩T0,如圖所示的曲線2。二、直流電動機的工作特性二、直流電動機的工

32、作特性%100%100%100202202212aacuaRIpPPppPPPP2 、效率特性)(2Pf當(dāng)P2從零 ,Ia值很小, 可變損耗Ia2Ra很小, 電機損耗以不變損耗p0為主，損耗小。這樣, 輸出功率P2的增大比P1增大的快， 效率上升很快。隨后因可變損耗Ia2Ra隨電流按平方關(guān)系增大，使總損耗的增加很快, P2的增大比P1增大的慢，效率有所下降，如圖曲線3所示?？梢娦是€存在最大值，電機在空載、輕載時效率低, 因此在使用和選擇電機上應(yīng)盡量使電機工作在高效率的區(qū)域。在使用和選擇電機上應(yīng)盡量使電機工作在高效率的區(qū)域。 第五節(jié)第五節(jié) 直流電機的換向直流電機的換向 直流電機電樞繞組中一個元件經(jīng)過電刷從直流電機電樞繞組中一個元件經(jīng)過電刷從一個支路轉(zhuǎn)換到另一個支路時，電流方向改變一個支路轉(zhuǎn)換到另一個支路時，電流方向改變的過程為換向。當(dāng)電機帶負(fù)載后，元件中的電的過程為換向。當(dāng)電機帶負(fù)載后，元件中的電流經(jīng)過電刷時，電流方向會發(fā)生變化。換向不流經(jīng)過電刷時，電流方向會發(fā)生變化。換向不良會在電刷下產(chǎn)生電火花，嚴(yán)重時出現(xiàn)環(huán)火將良會在電刷下產(chǎn)生電火花，嚴(yán)重時出現(xiàn)環(huán)火將燒毀電刷，導(dǎo)致電機不能正常運行。燒毀電刷，導(dǎo)致電機不能正常運行。 換向問題涉及電磁、機械、化