第一章 直流電機-必修課

1、第一章第一章 直流電機直流電機電機及拖動基礎電機及拖動基礎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換的旋轉電機之一直流電機是電能和機械能相互轉換的旋轉電機之一 直流發(fā)電機：機械能直流發(fā)電機：機械能直流電能直流電能 直流電動機：直流電能直流電動機：直流電能機械能機械能l直流電動機具有直流電動機具有良好的調速性能、較大的起動轉矩良好的調速性能、較大的起動轉矩和過載能力和過載能力等很多優(yōu)點，但等很多優(yōu)點，但結構復雜，成本高，運結構復雜，成本高，運行維護較困難行維護較困難。主要應用于起動和調速要求較高的。主要應用于起動和調速要求較高的生產機械中，如金屬切削機床，軋鋼

2、機、電力機車、生產機械中，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。起重機、造紙及紡織行業(yè)等機械中。電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機第一節(jié)第一節(jié) 直流電機的基本工作原理與結構直流電機的基本工作原理與結構一、直流電機的基本工作原理一、直流電機的基本工作原理1 1、直流發(fā)電機的基本工作原理、直流發(fā)電機的基本工作原理基于電磁感應原理：右手定則基于電磁感應原理：右手定則產生磁場：（產生磁場：（N、S極）極）運動導線運動導線ab、cd切割磁場切割磁場線圈感應電動勢線圈感應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

3、發(fā)電機的工作原理模型電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機例例1-1 1-1 如果前圖中的直流發(fā)電機順時針旋轉，電刷兩端如果前圖中的直流發(fā)電機順時針旋轉，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的電動勢極性有何變化？還有什么因素會引起同樣的變化？變化？解：直流發(fā)電機順時針旋轉時，由右手定則，圖示解：直流發(fā)電機順時針旋轉時，由右手定則，圖示線圈中感應電動勢方向為線圈中感應電動勢方向為a-b-c-d,a-b-c-d,通過換向片與電刷通過換向片與電刷的滑動接觸，則電刷的滑動接觸，則電刷B B極性為正，電刷極性為正，電刷A A極性為負。極性為負。所以改變電樞轉向，可改變電刷間輸出電

4、動勢極性。所以改變電樞轉向，可改變電刷間輸出電動勢極性。由右手定則可知：由右手定則可知：決定感應電動決定感應電動勢極性的因素有兩個，一是改變勢極性的因素有兩個，一是改變電樞轉向，二是磁場極性電樞轉向，二是磁場極性，因此，因此改變磁場的極性也可使直流發(fā)電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。機的輸出電動勢極性改變。+-NS注意：注意：電樞轉向和磁場極性只能改變其一。電樞轉向和磁場極性只能改變其一。電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機2 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：左手定則載流導體ab、cd在磁場中產生電磁力f

5、形成電磁轉矩帶動轉子旋轉換向器作用：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的交變電，保證電動機的轉向恒定。直流電動機工作原理模型直流電動機工作原理模型電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機例例1-2 1-2 電動機拖動的生產設備常需要作正轉或反轉運動，電動機拖動的生產設備常需要作正轉或反轉運動，如電力機車的前行和倒退，就要求牽引電動機能正、反如電力機車的前行和倒退，就要求牽引電動機能正、反轉。分析前圖中的直流電動機如何能反轉轉。分析前圖中的直流電動機如何能反轉( (順時針旋轉順時針旋轉)?

6、 )?解：圖中的電動機模型要順時針旋解：圖中的電動機模型要順時針旋轉需獲得一個順時針方向的電磁轉轉需獲得一個順時針方向的電磁轉矩，由左手定則可知：電磁力的方矩，由左手定則可知：電磁力的方向取決于磁場極性或導體中電流的向取決于磁場極性或導體中電流的方向，所以直流電動機獲得反轉的方向，所以直流電動機獲得反轉的方法有兩個：一是改變磁場極性，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體二是改變電源電壓極性使流過導體的電流方向改變。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，直流電動機的轉向不變。則，直流電動機的轉向不變。-+ffn改變電源極性（導體電改變電源

7、極性（導體電流方向）而反轉示意圖流方向）而反轉示意圖電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage3 3、電機的可逆原理、電機的可逆原理 任何一臺電機既可作發(fā)電機運行，也可作電動機運行，任何一臺電機既可作發(fā)電機運行，也可作電動機運行，這一性質稱為電機的可逆原理。這一性質稱為電機的可逆原理。u 如果電機轉子輸入機械能，而電樞繞組輸出如果電機轉子輸入機械能，而電樞繞組輸出電能，電機作為發(fā)電機運行；電能，電機作為發(fā)電機運行； u 如果在電樞繞組中輸入電能，轉子輸出機械如果在電樞繞組中輸入電能，轉子輸出機械能，則電機作為電動機運行。能

8、，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：電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage二、直流電機的基本結構二、直流電機的基本結構1-電樞鐵心電樞鐵心 2-主磁極主磁極 3-勵磁繞組勵磁繞組 4-電樞齒電樞齒 5-換向極繞組換向極繞組 6-換向極鐵心換向極鐵心 7-電樞槽電樞槽 8-底座底座 9-電樞繞組電樞繞組 10-極極掌掌(極靴）極靴） 11-磁軛（機座）磁軛（機座）直流電機的結構圖直流電機的結構圖直流電機的徑向剖面示意圖直流電機的徑向剖面示意圖電機及拖動基礎電機及拖動

9、基礎直流電機直流電機二、直流電機的基本結構二、直流電機的基本結構靜止部分靜止部分:定子定子旋轉部分旋轉部分:轉子轉子中間有氣隙中間有氣隙電磁方面：產生磁場和構成磁路。電磁方面：產生磁場和構成磁路。 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、端蓋等作用感應電動勢和產生電磁轉矩，感應電動勢和產生電磁轉矩，從而實現(xiàn)能量的轉換從而實現(xiàn)能量的轉換主要部件：電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸承和風扇等電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機主磁極主磁極1 1、定子部分、定子部分產生磁場，產生磁場，N N、S S 相隔，用相隔，用p p表示極對數(shù)表示極

10、對數(shù)導磁和機械支撐導磁和機械支撐機座機座由磁極鐵心和勵磁繞組構成由磁極鐵心和勵磁繞組構成, ,磁極鐵心由極身和極靴組成磁極鐵心由極身和極靴組成. .電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機作用作用: :改善直流電機的換向，改善直流電機的換向，一般電機容量超過一般電機容量超過1kW1kW時均時均應安裝換向極。應安裝換向極。 安裝在相鄰兩主磁極之間，安裝在相鄰兩主磁極之間，用螺釘固定在機座上。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

11、旋轉的電樞與固將旋轉的電樞與固定不動的外電路相連，把定不動的外電路相連，把直流電壓和直流電流引入直流電壓和直流電流引入或引出或引出 電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage2 2、轉子部分、轉子部分材料材料：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電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電

12、機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：用于產生感應電用于產生感應電動勢和通過電流，實現(xiàn)動勢和通過電流，實現(xiàn)機電能量的轉換。機電能量的轉換。電電樞樞線線圈圈電樞繞組：電樞繞組：電樞線圈按一電樞線圈按一定規(guī)律連接形成。其并定規(guī)律連接形成。其并聯(lián)支路對數(shù)用聯(lián)支路對數(shù)用a a表示。表示。單疊繞組：單疊繞組：a=pa=p單波繞組：單波繞組：a=1a=1單波、單疊繞組聯(lián)接示意圖單波、單疊繞組聯(lián)接示意圖電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage換向器換向器材

13、料：材料：采用導電性能好、硬度大、耐磨性能好采用導電性能好、硬度大、耐磨性能好的紫銅或銅合金制成。的紫銅或銅合金制成。 作用：作用：實現(xiàn)電刷內外實現(xiàn)電刷內外 交直流的轉換。交直流的轉換。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電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機NoImageNoImageNoImageNoImage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 3、氣隙、氣隙作用：作用：保證了電機保證了電機的轉子的正常旋轉，的轉子的正常旋轉，又是磁路的重要組又是磁路的重要組成部分成部分。小型電機氣隙約為小型電機氣隙約為0.70.75

14、 5mmmm；大型電；大型電機氣隙可達機氣隙可達5 51010mm mm 。電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage三、直流電機的銘牌數(shù)據三、直流電機的銘牌數(shù)據電機型號電機型號銘牌數(shù)據主要有：銘牌數(shù)據主要有：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速額定轉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)據如出廠編號、出廠日期等出廠數(shù)據如出廠編號、出廠日期等電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機NoImageNoImageNoImageNoImageZ 27 2 一般用途直流電機一般用途直流電機 第二次

15、改型設計第二次改型設計 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，可從相關手要特性。知道了型號，可從相關手冊中查出電機的許多技術數(shù)據。冊中查出電機的許多技術數(shù)據。電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機2 2、額定值、額定值(1)額定功率額定功率PN：在規(guī)定的工作條件下，長期運行允許輸出的在規(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，是指正負電刷之間輸出的電功率；功率。對于發(fā)電機來說，是指正負電刷

16、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。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：對發(fā)電機來說，是指在額定電流下輸出額定對發(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)定的正常工作時，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加在電動機兩端的直流電源電壓(V) 。(3)額定電流額定電流I IN：直流電機正常工作時輸出或輸入的最大電流直流電機正常工作時輸出或輸入的最大電流值。值。對于發(fā)電機，三個額定值之間的關系為 PN=UNIN 對于電動機，三個額定值之間的關系為 PN=UNINN (4)額

17、定轉速額定轉速nN： 電機額定運行時的轉速電機額定運行時的轉速(r/min) (r/min) 。額定效率；額定效率； N =（PN/P1）*%電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機例例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。求其額定電流和額定負載時的輸入功率。載時的輸入功率。 。AAUPINNN48.4323010103kWWWPPNN76.111176085. 0101031解解 電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機例例1-4 一臺直流電動機，一臺直流電動機，PN=17KW，UN=2

18、20V，nN=1500r/min， N=83%。求其額定電流和額定負。求其額定電流和額定負載時的輸入功率。載時的輸入功率。 解解 AAUPINNNN1 .9383. 022010173kWWWPPNN48.202048283. 0101731電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機3 3、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，因此直流電機運行性能與勵磁方式密切相關，因此直流電機的分類以勵磁方式分類直流電機的分類以勵磁方式分類 電樞繞組與勵磁繞組并聯(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電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機 4. 4. 直流電機出線

19、端子的標志直流電機出線端子的標志注：下標“1”是首端，為正極；下標“2”是末端，為負極電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機直流電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；電動機直流電機空載時（發(fā)電機與外電路斷開；電動機軸上不帶機械負載），電樞電流為零或近似為零。軸上不帶機械負載），電樞電流為零或近似為零。因而空載磁場可以認為僅僅是勵磁電流通過勵磁繞因而空載磁場可以認為僅僅是勵磁電流通過勵磁繞組產生的勵磁磁通勢組產生的勵磁磁通勢FfFf所建立的。所建立的。 直流電機的磁場，是直流電機產生電動勢和電磁直流電機的磁場，是直流電機產

20、生電動勢和電磁轉矩必不可少的因素，而且直流電機的運行特性，轉矩必不可少的因素，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在很大程度上也取決于磁場特性電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機 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：主磁通主磁通 0 0、漏磁通、漏磁通 。一般。一般 0 0 主磁通主磁通 0 0對應的主磁路其組對應的主磁路其組成分為氣隙、電樞齒、電樞磁成分為氣隙、電樞齒、電樞磁軛、主磁極、定子磁軛五部分，軛、主磁極、定子磁軛五部分，或簡化為主磁路由氣隙和鐵磁或簡化為主磁路由氣隙和鐵磁材料兩大部分組成。材料兩大部分組成。

21、 由于空氣的磁導率遠比鐵磁由于空氣的磁導率遠比鐵磁材料的磁導率小，磁路的勵磁材料的磁導率小，磁路的勵磁磁通勢磁通勢F Ff f幾乎都消耗在氣隙部幾乎都消耗在氣隙部分，而對應產生的磁場常稱為分，而對應產生的磁場常稱為空載氣隙磁場?？蛰d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-電樞磁軛電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機二、直流電機的負載磁場和電樞反應二、直流電機的負載磁場和電樞反應l直流電機負載運行時，電樞繞組中便有電流通過，產生電直流電機負載運行時，電樞繞組中便有電流通過，產生電樞磁通勢。該磁通勢所建立的

22、磁場，稱為電樞磁場。電樞樞磁通勢。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，在氣隙內建立一個負載（合成）磁磁場與主極磁場一起，在氣隙內建立一個負載（合成）磁場。場。l由于負載后電樞磁場的出現(xiàn)，對主極磁場的分布有明顯的由于負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。電樞反應。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機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性質：電樞反應性質：1）使磁力線扭斜，主極磁場發(fā)生畸變，物理

23、中性線偏移；）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使每極合成磁通比空載時每極主磁通 0略小，稱去磁作略小，稱去磁作用。用。電動機拖動的機電動機拖動的機械負載越大，電械負載越大，電樞反應的影響就樞反應的影響就越大，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作用而磁場相互作用而產生電磁轉矩，產生電磁轉矩，從而實現(xiàn)機電能從而實現(xiàn)機電能轉換轉換。電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機第第二二節(jié)節(jié) 電磁轉矩和電樞電動勢電磁轉矩和電樞電動勢 一、電磁轉矩一、電磁轉矩T T 在直流電機中, 電磁轉矩T是由電樞電流與磁場相互作用而產生的電

24、磁力所形成的。經推導電磁轉矩可用下式來表示： TCT Ia 式中 T 轉矩常數(shù)；T=Np/(2a)取決于電機的結構，即 在制成的電機中，p、N（電樞繞組總導體數(shù)）、 a均為定值； 每極下的合成磁通(Wb)； 當當I Ia為為(A)時時, 電磁轉矩單位為電磁轉矩單位為N.m。 可見對已制成的電機可見對已制成的電機, 電磁轉矩電磁轉矩T正比于氣隙每極磁通正比于氣隙每極磁通 及電及電樞電流樞電流I Ia。電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機 二、電樞電動勢二、電樞電動勢E Ea a 在直流電機中, 感應電動勢是由于電樞繞組和磁場之間的相對運動, 即導線切割磁力線而產生的。根據電磁感應定律可推

25、得： EaCe n 式中 Ce電動勢常數(shù)，Ce Np/(60a)。取決于電機的結構 當每極磁通當每極磁通 、轉速、轉速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 和轉速和轉速n； 另：轉矩常數(shù)CT與電勢常數(shù)Ce之間有固定的比值關系： CTCe(Np/2a)/(Np/60a)=9.55電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機例例1-6 1-6 一臺直流發(fā)電機，一臺直流發(fā)電機，2 2p p=4=4，電樞繞組為單疊繞，電樞繞組為單疊繞組，電樞總導體數(shù)組，電樞總導體數(shù)N N

26、=216=216，額定轉速，額定轉速n nN N=1469r/min=1469r/min，每極磁通每極磁通=2.2=2.2 10 10-2 -2WbWb，求：，求： 1 1）此發(fā)電機電樞繞組的感應電動勢。）此發(fā)電機電樞繞組的感應電動勢。 2 2）此發(fā)電機若作為電動機使用，當電樞電流為）此發(fā)電機若作為電動機使用，當電樞電流為800A800A時，能產生多大電磁轉矩？時，能產生多大電磁轉矩？ 解解 先求出電動勢常數(shù) 6 . 3260216260apNCemNmNICTCCVVnCEaTeTea605)800102 . 24 .34(4 .346 . 355. 955. 96 .115)1460102

27、 . 26 . 3 (22電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機P Pemem= = E Ea aI Ia a= (= (pNpN/60/60a a) ) n In Ia a =( =(pNpN/2/2 a a) ) I Ia a (2 (2 n n/60)/60) = =T T 三、電磁功率Pem 電動機電動機：電動勢電動勢E Ea a是反電動勢，電源電壓是反電動勢，電源電壓U U必須大必須大于電動勢于電動勢E Ea a。 電動勢電動勢E Ea a與電樞電流與電樞電流I Ia a的乘積是電功率屬性的電磁的乘積是電功率屬性的電磁功率功率P Pemem，經過電磁作用轉換為等量的機械功率屬性

28、的，經過電磁作用轉換為等量的機械功率屬性的電磁功率電磁功率P Pemem ，所以，所以P Pemem是機電能量轉換的橋梁。是機電能量轉換的橋梁。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電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機第第三三節(jié)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一、直流電動機的基本方程式他勵直流電動機的結構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、轉矩平衡方程式、轉矩平衡

29、方程式、功率平衡方程式功率平衡方程式電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機一、直流電動機的基本方程式一、直流電動機的基本方程式1 1、電動勢平衡方程式、電動勢平衡方程式 根據電路的基爾霍夫定律可以寫出電樞回路根據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：的電動勢平衡方程式： U U= =E Ea aI Ia aR Ra a 式中式中 R Ra a 電樞回路總電阻電樞回路總電阻 I Ia a 他勵電動機他勵電動機 I Ia a= =I I ； 并勵電動機并勵電動機 I Ia a= =I I- -I If f（I If f= =勵磁繞組電流）勵磁繞組電流） 對于電動機：對于電動機

30、：U U E Ea a，E Ea a與與I Ia a反方向反方向電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機一、直流電動機的基本方程式一、直流電動機的基本方程式2 2、功率平衡方程式、功率平衡方程式 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。可變損耗電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機 2 2、功率平衡方程式、功率平衡方

31、程式 P P1 1 = =UIUI= =UIUIa a =( =(E Ea aI Ia aR Ra a) )I Ia a = = E Ea aI Ia aI Ia a2 2R Ra a= =P Pememp pcuacua 上式說明：當他勵直流電動上式說明：當他勵直流電動機接上電源機接上電源U U時時, ,電樞繞組中流過電樞繞組中流過電流電流I Ia a, , 電網向電動機輸入的電電網向電動機輸入的電功率功率P P1 1= =UIUI= =UIUIa a中的小部份消耗中的小部份消耗于電樞銅耗，大部份作為電磁功于電樞銅耗，大部份作為電磁功率轉換成了機械功率。率轉換成了機械功率。 但轉變成機械屬性

32、的但轉變成機械屬性的P Pemem還還要扣除鐵耗、機械損耗、附加損要扣除鐵耗、機械損耗、附加損耗才是輸出的機械功率耗才是輸出的機械功率P P2 2 P P2 2= =P Pememp pFeFep pm mp ps s = =P Pem em p p0 0 注意：注意：他勵電動機的勵磁銅耗pf由其他電源提供。而并勵電動機的pf由同一電源提供，所以并勵電動機的功率平衡方程式中還應包括勵磁銅耗pf 。 功率平衡關系可用功率功率平衡關系可用功率流程圖形象的表示：流程圖形象的表示：電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機3 3、轉矩平衡方程式、轉矩平衡方程式由：由： P P2 2/ / = =P

33、Pemem/ / - - p p0 0/ / 得：得：T T2 2= =T T- -T T0 0 或或 T T= =T T2 2+ +T T0 0 T T2 2 電動機軸上輸出的機械轉矩，與軸上所帶的負載轉矩電動機軸上輸出的機械轉矩，與軸上所帶的負載轉矩T TL L相平衡相平衡, , 即即T T2 2= =T TL L。 T T0 0 電動機空載轉矩電動機空載轉矩, , 與轉向相反；由空載損耗產生與轉向相反；由空載損耗產生, ,數(shù)值很數(shù)值很小。小。電動機穩(wěn)定運行時，拖動性質的電動機穩(wěn)定運行時，拖動性質的T T與制動性質的與制動性質的T TL L+ + T T0 0相平衡！相平衡！電動機轉矩的常

34、用計算公式：電動機轉矩的常用計算公式：負載轉矩：負載轉矩： T T2 2= =P P2 2/ / = =P P2 2/(2/(2 n n/60)=9.55/60)=9.55P P2 2/ /n n (Nm) (Nm)額定情況下額定情況下： T TN N=9.55=9.55P PN N/ /n nN N (Nm)(Nm)電磁轉矩電磁轉矩： T=T=9.559.55P Pem em / /n n (Nm) (Nm)電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機例例1-7 一臺他勵直流電機接在220V電網上運行，已知， ,372 , 2 , 1Npa ,101 . 1 min,/15002WbrnWp

35、WpmFe204 ,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)。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機2）求和1、PT 根據 aaaRIEU則 AAREUIaaa74208. 0)6 .204220()（電磁轉矩 mNmNIapNTa38.96)74101 . 1123722(22輸入功率 kWWWUIUIPa28.1616280

36、)74220(1輸出功率 kWWWppIEppPPmFeaamFeem574.1414574)204362746 .204( 2效率 %5 .89%10028.16574.14%10012PP電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機,6 .83,110,5 . 7AIVUkWPNNNmin/750rnN例1-8 一臺Z2-17型直流電動機，額定數(shù)據為：空載時測得電流為10A。求： 1）空載損耗（忽略空載銅耗）。 2）空載轉矩。 3）額定負載下的電磁轉矩。解解 1）空載損耗 kWWWIUpN1 . 11100)10110(00 2）空載轉矩 mNmNnppT 955

37、. 9000 3）額定負載下的電磁轉矩 mNmNTmNmNnPTNNN5 .109)145 .95(5 .95750750055. 955. 90TTTN電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機二、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直流電動機的工作特性是指U U= =U UN N= =常數(shù)常數(shù), , 電樞回路不串入電樞回路不串入附加電阻附加電阻, , 勵磁電流勵磁電流I If f=I=If fN N時時, , 電電動機的轉速動機的轉速n n、電磁轉矩、電磁轉矩T T和效和效率率 與輸出功率與輸出功率P P2 2之間的關系之間的關系。)(2Pfn )(2P

38、fT )(2Pf當當P2P1I II Ia a所以，工作特性也可看成n、T、 與I Ia a的關系。的關系。電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機二、直流電動機的工作特性二、直流電動機的工作特性1 1、轉速特性、轉速特性)(2Pfn eaaeaCRIUCEn)( 當電機軸上的當電機軸上的機械負載增大機械負載增大時時, , 輸出的輸出的機械功率機械功率P2P2隨之增大隨之增大, , 輸入功率輸入功率P1P1和電樞電流和電樞電流Ia Ia也隨之也隨之增加增加, , 電樞電阻壓降增大電樞電阻壓降增大, , 使使轉速轉速n n降低降低。但隨著電樞電流的增加。但隨著電樞電流的增加, , 電樞反應的

39、去磁作用使電樞反應的去磁作用使氣隙磁通氣隙磁通減小減小, , 又使又使轉速轉速n n上升。一般情況上升。一般情況, , 電樞電阻壓降的影響較大電樞電阻壓降的影響較大, , 所以所以, , 轉速特性是一條略微向下傾斜的轉速特性是一條略微向下傾斜的曲線曲線, , 如曲線如曲線1 1所示。所示。電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機二、直流電動機的工作特性二、直流電動機的工作特性2 2 、轉矩特性、轉矩特性)(2PfT T=T2+T0= 9.55P2/n+T0如果如果n n不變不變, , 則輸出轉矩則輸出轉矩T T2 2與與P P2 2成正比關系。成正比關系。T T2 2=f(P=f(P2 2

40、) )特性曲線是一條過坐標原特性曲線是一條過坐標原點的直線。點的直線。考慮到考慮到P P2 2增大時，增大時，n n略有下略有下降，故降，故T T2 2= =f f( (P P2 2) )曲線呈略為曲線呈略為上翹趨勢。上翹趨勢。而而T T= =f f( (P P2 2) )特性曲線與比特性曲線與比T=f(PT=f(P2 2) )曲線高一個空載轉曲線高一個空載轉矩矩T T0 0，如圖所示的曲線，如圖所示的曲線2 2。電機及拖動基礎電機及拖動基礎直流電機直流電機二、直流電動機的工作特性二、直流電動機的工作特性%100%100%100202202212aacuaRIpPPppPPPP2 2 、效率特

41、性、效率特性)(2Pf 當當P2從零從零 ,I Ia值很小值很小, 可變損耗可變損耗I Ia2Ra很小很小, 電機損耗以不變損耗電機損耗以不變損耗p p0為主，為主，損耗小。這樣損耗小。這樣, 輸出功率輸出功率P2的增大比的增大比P1增大的快，增大的快， 效率效率 上升很快。隨后因可上升很快。隨后因可變損耗變損耗I Ia2Ra隨電流按平方關系增大隨電流按平方關系增大，使總損耗的增加很快使總損耗的增加很快, P2的增大比的增大比P1增增大的慢，大的慢，效率有所下降，如圖曲線效率有所下降，如圖曲線3所所示。示。可見效率曲線存在最大值，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盡量使電機工作在高效