第一直流電機(jī)

第一直流電機(jī)第一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日第一章直流電機(jī)直流電機(jī)是電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之一。直流發(fā)電機(jī)：機(jī)械能——直流電能直流電動(dòng)機(jī)：直流電能——機(jī)械能直流電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力等很多優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，運(yùn)行維護(hù)較困難。主要應(yīng)用于起動(dòng)和調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械中，如金屬切削機(jī)床，軋鋼機(jī)、電力機(jī)車(chē)、起重機(jī)、造紙及紡織行業(yè)等機(jī)械中。本章主要分析直流電機(jī)的基本工作原理、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性（以直流電動(dòng)機(jī)為重點(diǎn)）。第二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的基本工作原理1、直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理基于電磁感應(yīng)原理：右手定則產(chǎn)生磁場(chǎng)：（N、S極）運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線(xiàn)ab、cd切割磁場(chǎng)線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)——交變換向整流——電刷間輸出直流電動(dòng)勢(shì)直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型第三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例1-1如果前圖中的直流發(fā)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電刷兩端的電動(dòng)勢(shì)極性有何變化？還有什么因素會(huì)引起同樣的變化？解：直流發(fā)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，由右手定則，圖示線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)閍-b-c-d,通過(guò)換向片與電刷的滑動(dòng)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(dòng)勢(shì)極性。由右手定則可知：決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性的因素有兩個(gè)，一是改變電樞轉(zhuǎn)向，二是磁場(chǎng)極性，因此改變磁場(chǎng)的極性也可使直流發(fā)電機(jī)的輸出電動(dòng)勢(shì)極性改變。+-NS注意：電樞轉(zhuǎn)向和磁場(chǎng)極性只能改變其一。第四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日2、直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理基于電磁力定律：左手定則載流導(dǎo)體ab、cd在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力f形成電磁轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)換向器作用：在發(fā)電機(jī)中起整流作用，使線(xiàn)圈中的交變電動(dòng)勢(shì)——電刷間的直流電協(xié)勢(shì)。在電動(dòng)機(jī)中起逆變作用，使電刷間的直流電——線(xiàn)圈內(nèi)的交變電，保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向恒定。直流電動(dòng)機(jī)工作原理模型第五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例1-2電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備常需要作正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如電力機(jī)車(chē)的前行和倒退，就要求牽引電動(dòng)機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。分析前圖中的直流電動(dòng)機(jī)如何能反轉(zhuǎn)(順時(shí)針旋轉(zhuǎn))?解：圖中的電動(dòng)機(jī)模型要順時(shí)針旋轉(zhuǎn)需獲得一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩，由左手定則可知：電磁力的方向取決于磁場(chǎng)極性或?qū)w中電流的方向，所以直流電動(dòng)機(jī)獲得反轉(zhuǎn)的方法有兩個(gè)：一是改變磁場(chǎng)極性，二是改變電源電壓極性使流過(guò)導(dǎo)體的電流方向改變。注意：兩者只能改變其一，否則，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。-+ffn改變電源極性（導(dǎo)體電流方向）而反轉(zhuǎn)示意圖第六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日3、電機(jī)的可逆原理任何一臺(tái)電機(jī)既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這一性質(zhì)稱(chēng)為電機(jī)的可逆原理。如果電機(jī)轉(zhuǎn)子輸入機(jī)械能，而電樞繞組輸出電能，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；如果在電樞繞組中輸入電能，轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械能，則電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行方式由外施條件決定：第七頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1-電樞鐵心2-主磁極3-勵(lì)磁繞組4-電樞齒5-換向極繞組6-換向極鐵心7-電樞槽8-底座9-電樞繞組10-極掌(極靴）11-磁軛（機(jī)座）直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖直流電機(jī)的徑向剖面示意圖第八頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)靜止部分:定子旋轉(zhuǎn)部分:轉(zhuǎn)子中間有氣隙電磁方面：產(chǎn)生磁場(chǎng)和構(gòu)成磁路。機(jī)械方面：整個(gè)電機(jī)的支撐。作用主要部件：磁極、機(jī)座、換向極、電刷、軸承、端蓋等作用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)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)扇等第九頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日主磁極1、定子部分產(chǎn)生磁場(chǎng)，N、S相隔，用p表示極對(duì)數(shù)導(dǎo)磁和機(jī)械支撐機(jī)座由磁極鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成,磁極鐵心由極身和極靴組成.第十頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日作用:改善直流電機(jī)的換向，一般電機(jī)容量超過(guò)1kW時(shí)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(jī)座上。用整塊鋼制成，也可用厚1~1.5mm厚鋼板或硅鋼片疊成1-刷握2-銅絲辮3-壓緊彈簧4-電刷塊（石墨材料）換向極電刷作用：將旋轉(zhuǎn)的電樞與固定不動(dòng)的外電路相連，把直流電壓和直流電流引入或引出第十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日2、轉(zhuǎn)子部分材料：為減小磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵心用0.35mm或0.5mm厚的硅鋼片疊成，表面有絕緣層。

作用：通過(guò)磁通和嵌放電樞繞組。電樞鐵心鐵心沖片第十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日上層有效邊端接部分端接部分下層有效邊線(xiàn)圈首端線(xiàn)圈尾端作用：用于產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過(guò)電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。電樞線(xiàn)圈電樞繞組：電樞線(xiàn)圈按一定規(guī)律連接形成。其并聯(lián)支路對(duì)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)接示意圖第十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日換向器材料：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。作用：實(shí)現(xiàn)電刷內(nèi)外交直流的轉(zhuǎn)換。由許多燕尾狀的銅片間隔絕緣云母片而成第十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日主極極靴和電樞間的間隙。不均勻。3、氣隙作用：保證了電機(jī)的轉(zhuǎn)子的正常旋轉(zhuǎn)，又是磁路的重要組成部分。小型電機(jī)氣隙約為0.7～5mm；大型電機(jī)氣隙可達(dá)5～10mm。第十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日三、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)型號(hào)銘牌數(shù)據(jù)主要有：額定功率額定電壓額定電流額定轉(zhuǎn)速額定勵(lì)磁電流勵(lì)磁方式出廠(chǎng)數(shù)據(jù)如出廠(chǎng)編號(hào)、出廠(chǎng)日期等第十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日Z(yǔ)2—72

一般用途直流電機(jī)

第二次改型設(shè)計(jì)

機(jī)座號(hào)

電樞鐵心長(zhǎng)度1、電機(jī)型號(hào)1號(hào)為短鐵心，2號(hào)為長(zhǎng)鐵心1號(hào)最小，12號(hào)最大型號(hào)表明電機(jī)所屬的系列及主要特性。知道了型號(hào)，可從相關(guān)手冊(cè)中查出電機(jī)的許多技術(shù)數(shù)據(jù)。第十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日2、額定值(1)額定功率PN

PN(kw)是指在規(guī)定的工作條件下，長(zhǎng)期運(yùn)行允許輸出的功率。對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指正負(fù)電刷之間輸出的電功率；對(duì)于電動(dòng)機(jī)，則是指軸上輸出的機(jī)械功率。(2)額定電壓ＵN

UN(V)對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指在額定電流下輸出額定功率時(shí)的端電壓；對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，是指所規(guī)定的正常工作時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)兩端的直流電源電壓。(3)額定電流IN

IN(A)是直流電機(jī)正常工作時(shí)輸出或輸入的最大電流值。對(duì)于發(fā)電機(jī)，三個(gè)額定值之間的關(guān)系為PN=UNIN

對(duì)于電動(dòng)機(jī)，三個(gè)額定值之間的關(guān)系為PN=UN·IN·N

(4)額定轉(zhuǎn)速nNnN(r/min)是指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。額定效率；

N=（PN/P1）*%第十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例1-3一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，

PN=10KW，UN=230V，nN=2850r/min，N=85%。求其額定電流和額定負(fù)載時(shí)的輸入功率。。解

第十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例1-4一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，PN=17KW，UN=220V，nN=1500r/min，N=83%。求其額定電流和額定負(fù)載時(shí)的輸入功率。解

第二十頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日3、勵(lì)磁方式直流電機(jī)運(yùn)行性能與勵(lì)磁方式密切相關(guān)，因此直流電機(jī)的分類(lèi)以勵(lì)磁方式分類(lèi)電樞繞組與勵(lì)磁繞組并聯(lián)電樞繞組與勵(lì)磁繞組串聯(lián)勵(lì)磁繞組單獨(dú)供電有并勵(lì)又有串勵(lì)繞組第二十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.直流電機(jī)出線(xiàn)端子的標(biāo)志

繞組名稱(chēng)

出線(xiàn)端標(biāo)志繞組名稱(chēng)出線(xiàn)端標(biāo)志

電樞繞組

A1

A2串勵(lì)繞組D1

D2換向極繞組

B1

B2并勵(lì)繞組E1

E2

補(bǔ)償繞組

C1

C2他勵(lì)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)極第二十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例1-5在下圖中畫(huà)出并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際接線(xiàn)圖解：換向級(jí)繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián)，勵(lì)磁繞組再與它們并聯(lián)。第二十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日Z(yǔ)系列：一般用途直流電動(dòng)機(jī)

（如Z2，Z3，Z4等系列）；ZF系列：一般用途直流發(fā)電機(jī)ZT系列：廣調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)；ZZJ系列：冶金起重機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)；ZQ系列：直流牽引電動(dòng)機(jī)；ZH系列：船用直流電動(dòng)機(jī)；ZA系列：防爆安全型直流電動(dòng)機(jī)；ZKJ系列：挖掘機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)；ZJ系列：精密機(jī)床用直流電動(dòng)機(jī)；四、直流電機(jī)的主要系列簡(jiǎn)介第二十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)直流電機(jī)的磁場(chǎng)一、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)空載時(shí)（發(fā)電機(jī)與外電路斷開(kāi)；電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)載），電樞電流為零或近似為零。因而空載磁場(chǎng)可以認(rèn)為僅僅是勵(lì)磁電流通過(guò)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通勢(shì)Ff所建立的。

直流電機(jī)的磁場(chǎng)，是直流電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩必不可少的因素，而且直流電機(jī)的運(yùn)行特性，在很大程度上也取決于磁場(chǎng)特性第二十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日

由勵(lì)磁磁通勢(shì)Ff所建立的空載磁場(chǎng)分為兩類(lèi)磁通：主磁通0、漏磁通。一般0》主磁通0對(duì)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(jiǎn)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(yuǎn)比鐵磁材料的磁導(dǎo)率小，磁路的勵(lì)磁磁通勢(shì)Ff幾乎都消耗在氣隙部分，而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)常稱(chēng)為空載氣隙磁場(chǎng)。直流電機(jī)空載磁場(chǎng)分布1-極靴2-磁身3-定子磁軛4-勵(lì)磁線(xiàn)圈5-氣隙6-電樞齒7-電樞磁軛第二十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組中便有電流通過(guò)，產(chǎn)生電樞磁通勢(shì)。該磁通勢(shì)所建立的磁場(chǎng)，稱(chēng)為電樞磁場(chǎng)。電樞磁場(chǎng)與主極磁場(chǎng)一起，在氣隙內(nèi)建立一個(gè)負(fù)載（合成）磁場(chǎng)。由于負(fù)載后電樞磁場(chǎng)的出現(xiàn)，對(duì)主極磁場(chǎng)的分布有明顯的影響。這種電樞磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)（空載磁場(chǎng)）的影響稱(chēng)為電樞反應(yīng)。第二十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日直流電動(dòng)機(jī)合成磁場(chǎng)形成：主極磁場(chǎng)+電樞磁場(chǎng)電樞反應(yīng)性質(zhì)：1）使磁力線(xiàn)扭斜，主極磁場(chǎng)發(fā)生畸變，物理中性線(xiàn)偏移；2)使每極合成磁通比空載時(shí)每極主磁通0略小，稱(chēng)去磁作用。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載越大，電樞反應(yīng)的影響就越大，但正是電樞磁通勢(shì)與主極磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能轉(zhuǎn)換。第二十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)

一、電磁轉(zhuǎn)矩T

在直流電機(jī)中,電磁轉(zhuǎn)矩T是由電樞電流與磁場(chǎng)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(lái)表示：

T＝CTIa

式中ＣT——轉(zhuǎn)矩常數(shù)；ＣT=Np/(2a)取決于電機(jī)的結(jié)構(gòu)，即在制成的電機(jī)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)Ia為(A)時(shí),電磁轉(zhuǎn)矩單位為N.m。

可見(jiàn)對(duì)已制成的電機(jī),電磁轉(zhuǎn)矩T正比于氣隙每極磁通及電樞電流Ia。第二十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)二、電樞電動(dòng)勢(shì)Ea

在直流電機(jī)中,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于電樞繞組和磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),即導(dǎo)線(xiàn)切割磁力線(xiàn)而產(chǎn)生的。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可推得：

Ea＝Cen式中Ce——電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，Ce

＝Np/(60a)。取決于電機(jī)的結(jié)構(gòu)

當(dāng)每極磁通、轉(zhuǎn)速n的單位分別是Wb、r/min時(shí),電樞電動(dòng)勢(shì)的單位為V。

可見(jiàn)：對(duì)已制成的電機(jī),Ea正比于每極磁通和轉(zhuǎn)速n；另：轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT與電勢(shì)常數(shù)Ce之間有固定的比值關(guān)系：

CT／Ce＝(N·p/2a)/(N·p/60a)=9.55第三十頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例1-6一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，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Φ=2.2×10-2Wb，求：

1）此發(fā)電機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2）此發(fā)電機(jī)若作為電動(dòng)機(jī)使用，當(dāng)電樞電流為800A時(shí)，能產(chǎn)生多大電磁轉(zhuǎn)矩？解先求出電動(dòng)勢(shì)常數(shù)第三十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日Pem=EaIa=(pN/60a)nIa=(pN/2a)Ia(2n/60)=T第三節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動(dòng)勢(shì)三、電磁功率Pem

對(duì)電動(dòng)機(jī)而言電動(dòng)勢(shì)Ea是反電動(dòng)勢(shì)，電源電壓U必須大于電動(dòng)勢(shì)Ea把電流Ia灌入。從上式的推導(dǎo)過(guò)程可見(jiàn)，電動(dòng)勢(shì)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(guò)電磁作用轉(zhuǎn)換為等量的機(jī)械功率屬性的電磁功率Pem，所以Pem是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的橋梁。橋梁電功率屬性機(jī)械功率屬性Pem第三十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖及電路圖電動(dòng)機(jī)慣例：Ea與Ia反向,T與n同方向TL與n反方向電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的基本方程式：電動(dòng)勢(shì)平衡方程式、轉(zhuǎn)矩平衡方程式、功率平衡方程式第三十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式根據(jù)電路的基爾霍夫定律可以寫(xiě)出電樞回路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：

U=Ea＋I(xiàn)aRa

式中Ra——電樞回路總電阻

Ia——他勵(lì)電動(dòng)機(jī)Ia=I

；并勵(lì)電動(dòng)機(jī)Ia=I-If

對(duì)于電動(dòng)機(jī)：U>Ea，Ea與Ia反方向第三十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2、功率平衡方程式

電機(jī)在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換中，一部分能量不能被利用，這部分能量稱(chēng)為損耗。直流電機(jī)的損耗可分為：

pm：由各類(lèi)摩擦引起的機(jī)械損耗

pFe：鐵心損耗(磁滯與渦流之和)pcua：電樞回路銅耗pcua=Ia2Rapf：勵(lì)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(guò)程?！勺儞p耗第三十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2、功率平衡方程式

P1=UI=UIa=(Ea＋I(xiàn)aRa)Ia=EaIa＋I(xiàn)a2Ra=Pem＋pcua

上式說(shuō)明：當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)接上電源U時(shí),電樞繞組中流過(guò)電流Ia,電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)輸入的電功率P1=UI=UIa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(jī)械功率。但轉(zhuǎn)變成機(jī)械屬性的Pem還要扣除鐵耗、機(jī)械損耗、附加損耗才是輸出的機(jī)械功率P2

P2=Pem－pFe－pm－ps=Pem－p0

第三十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式2、功率平衡方程式

注意：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁銅耗pf由其他電源提供。而并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的pf由同一電源提供，所以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式中還應(yīng)包括勵(lì)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：第三十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日一、直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式3、轉(zhuǎn)矩平衡方程式由：P2/=Pem/-p0/得：T2=T-T0或T=T2+T0T2—電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，拖動(dòng)性質(zhì)的T與制動(dòng)性質(zhì)的TL+

T0相平衡電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的常用計(jì)算公式：負(fù)載轉(zhuǎn)矩：T2=P2/=P2/(2n/60)=9.55P2/n(N·m)在額定情況下,TN=9.55×PN/nN

(N·m)同理：T=9.55Pem/n(N·m)第三十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例1-7一臺(tái)他勵(lì)直流電機(jī)接在220V電網(wǎng)上運(yùn)行，已知，，求：1）此電機(jī)是發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行？2）電磁轉(zhuǎn)矩、輸入功率和效率各為多少？

解1）判斷一臺(tái)直流電機(jī)是何種運(yùn)行狀態(tài)，可比較電樞電動(dòng)勢(shì)和端電壓的大小，即因?yàn)楣蚀穗姍C(jī)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

第三十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日2）求

根據(jù)

則

電磁轉(zhuǎn)矩輸入功率輸出功率效率第四十頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日例1-8一臺(tái)Z2-17型直流電動(dòng)機(jī)，額定數(shù)據(jù)為：空載時(shí)測(cè)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1）空載損耗

2）空載轉(zhuǎn)矩3）額定負(fù)載下的電磁轉(zhuǎn)矩第四十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指U=UN=常數(shù),電樞回路不串入附加電阻,勵(lì)磁電流If=IfN時(shí),電動(dòng)機(jī)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：當(dāng)P2P1IIa所以，工作特性也可看成n、T、與Ia的關(guān)系。第四十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1、轉(zhuǎn)速特性當(dāng)電機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載增大時(shí),輸出的機(jī)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(xiàn),

如曲線(xiàn)1所示。第四十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性2、轉(zhuǎn)矩特性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(xiàn)是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(xiàn)?？紤]到P2增大時(shí),n略有下降,故T2=f(P2)曲線(xiàn)呈略為上翹趨勢(shì)。而T=f(P2)特性曲線(xiàn)與比T=f(P2)曲線(xiàn)高一個(gè)空載轉(zhuǎn)矩T0,如圖所示的曲線(xiàn)2。第四十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性2、效率特性當(dāng)P2從零,Ia值很小,可變損耗Ia2Ra很小,電機(jī)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(xiàn)3所示。。可見(jiàn)效率曲線(xiàn)存在最大值，電機(jī)在空載、輕載時(shí)效率低,因此在使用和選擇電機(jī)上應(yīng)盡量使電機(jī)工作在高效率的區(qū)域。

第四十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)直流電機(jī)的換向直流電機(jī)電樞繞組中一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷從一個(gè)支路轉(zhuǎn)換到另一個(gè)支路時(shí)，電流方向改變的過(guò)程為換向。當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后，元件中的電流經(jīng)過(guò)電刷時(shí)，電流方向會(huì)發(fā)生變化。換向不良會(huì)在電刷下產(chǎn)生電火花，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)環(huán)火將燒毀電刷，導(dǎo)致電機(jī)不能正常運(yùn)行。換向問(wèn)題涉及電磁、機(jī)械、化學(xué)等方面因素。這里僅對(duì)換向過(guò)程、影響換向的電磁原因、改善換向的方法作簡(jiǎn)要介紹。第四十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，2022年