(完整版)02-直流电动机的机械特性

1、第2章 直流电机的机械特性2第2章 直流电动机的机械特性本章的内容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32.1 直流电机的基本结构及类型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；42.1 直流电机的基本结构及类型2.直流电机的基本结构1）基本结构组成）基本结构组成定子部分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。转子部分转子部分作用产生电

2、磁力矩；由电枢绕组、电枢铁心、转轴等组成。换向器：换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。52.1 直流电机的基本结构及类型2.直流电机的基本结构1）基本结构组成）基本结构组成定子部分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：换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。62.1 直流电机的基本结构及类型2.直流电机的基本结构2）直流电机的等效电路）直流电机的等效电路rrbibuiube+-+-ni ib fnfu +_72.1 直流电机的基本结构及类型3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式

3、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：ni ib fnfu +_rrbibuiube+-+-8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3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式分ruie+-ni ib fnfu +_ 永磁电机小功率 励磁电机励磁电机：9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3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式分ruie+-ni ib fnfu +_ 永磁电机小功率 励磁电机励磁电机：102.1 直流电机的基本结构及类型3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式分uie+-他励电

4、机串励电机并励电机复励电机ni ib fnfu +_ 永磁电机小功率 励磁电机励磁电机：112.1 直流电机的基本结构及类型3.直流电动机的基本类型 按定子磁极的励磁方式分复励串励并励他励tnni ib fnfu +_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：122.2 直流电机的基本原理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；ifni ib fnfu +_图2-11直流电动机工作原理abdcdcab132.2 直流电机的基本原理2.发电机原理 ni ib tnu +_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；e

5、v图2-12直流发电机工作原理abdcdcab142.2 直流电机的基本原理3.原理的应用 ni ib tnu +_1）电动机原理直流电机i，ut，n 直流电机i，ut，n 2）发电机原理应用：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ni ib fnfu +_152.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系ni ib fnfu +_电磁力定律： （左手定理）载流导体在磁场中，受电磁力作用；1）电磁力矩方程）电磁力矩方程afb l i 电磁力大小:电磁力方向：左手定律162.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系1）电磁力矩方程）电磁力矩方程电磁力定律

6、： （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22iipaddtfb li 导体电磁力矩：ni ib fnfu +_afb l i 电磁力大小:172.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系1）电磁力矩方程）电磁力矩方程转子导体总电磁力矩12nemipaidttnb li 电机的电磁力矩方程 matci （2-1） 式中 2mpnca 电机转矩常数； ni ib fnfu +_182.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系1）电磁力矩方程）电磁力矩方程emmatci （2-1） 式中 2mpnca 电机转矩常数； 当磁场 一定时 emmatk i mmkc

7、 转矩系数；式中ni ib fnfu +_192.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系2）电势方程式）电势方程式电磁感应定律：（右手定理） 运动导体切割磁力线，产生感应电动势；n ib tnu +_eaeecn （2-3）式中 60epnca 电动势常数； ni ib fnfu +_202.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系2）电势方程式）电势方程式aeecn （2-3）式中 60epnca 电动势常数； 当磁场 一定时 aeek n （2-3）eekc 电势系数；式中n ib tnu +_eni ib fnfu +_212.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系

8、3）转矩平衡方程）转矩平衡方程式中0t为电机的空载阻转矩2t为电机的输出转矩lt为电机的负载转矩稳定运行时2ltt 02emttt （2-5）2ldttjdt 0emlttt ni ib fnfu +_222.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系n ib tnu +_e4）电压平衡方程）电压平衡方程aaauei r （2-6） 电枢回路电压平衡方程ni ib fnfu +_232.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系）功率平衡关系2aaaaauie ii r 由电压平衡方程，得式中（2-7）rarbibuiaubea+-+-为电动机从电源输入的电功率1aui

9、p 为电枢回路的总消耗功率，称铜损耗2aacuai rp （2-8）1mcuappp 为电磁功率，转换成机械功率的部分电功率aame ip 242.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系）功率平衡关系02emttt 同理，由转矩平衡方程，得式中（2-9）emaamte ip 为电磁功率00tp 为空载损耗，包括铁损耗和机械摩擦损耗22tt 为电机转轴上输出的机械功率02mppp （2-10）252.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系）功率平衡关系得120cuapppp 电机功率总损耗0femspppp 其中为铁损耗为机械摩擦损耗为附加损耗fe

10、pmpsp0cuappp femscuapppp 262.2 直流电机的基本原理4.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系）功率平衡关系他励电机稳态运行时的功率流程图cuafemsppppp 12ppp 272.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程根据稳定运行状态下的基本方程maaeaaatciecnuei r 得机械特性方程aeeurnicc （2-17）电流表达式( )nf t 2eemurntcc c 力矩表达式（2-18）282.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程机械特性的表达方式1）特性方程a

11、eeurnicc （2-17）电流表达式2eemurntcc c 力矩表达式（2-18）式中,u r ,emc c电机的运行条件参数电机的结构常数( )nf t 292.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程机械特性的表达方式2）特性曲线2eemurntcc c 当参数u、r 及均固定不变时，机械特性曲线是一条直线；由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；( )nf t 302.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程机械特性的表达方式3）特征参数2eemurntcc

12、c 0eunc 理想空载转速21ememdnrrkdtc ck k 特性斜率aernktik 称为转速降落00nnktnn 特性方程可写成( )nf t 312.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性定义：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。2anenemnruntcc c 0nenunc 理想空载转速2aaemnemrrkc ck k 特性斜率322.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性例题例题2-2已知：pn =75kw，un=220v， in=383a， nn=1500r/m

13、in，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？332.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性解：0nneneuunck 理想空载转速2aaemnemrrkc ck k 特性斜率annernktik 转速降落例题例题2-2已知：pn =75kw，un=220v， in=383a， nn=1500r/min，电枢总电阻ra=0.0192，342.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特

14、性解：例题例题2-2已知：pn =75kw，un=220v， in=383a， nn=1500r/min，电枢总电阻ra=0.0192，220383 0 01920 141761500.nnaeennui rkcn 609 552.meeccc 9 55.mnmeckk 352.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性解：例题例题2-2已知：pn =75kw，un=220v， in=383a， nn=1500r/min，电枢总电阻ra=0.0192，022015520 14176/ min.nenunrc 220 01920 100049 559 550 14

15、176.aaemerrkk kk 01552150052()/ minnnnnnr 362.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性例题例题2-2已知：pn =75kw，un=220v， in=383a， nn=1500r/min，电枢总电阻ra=0.0192，解：082082426./minlnnnktktnr 负载时的转速降（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？372.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特性例题例题2-2已知：pn =75kw，un=220v

16、， in=383a， nn=1500r/min，电枢总电阻ra=0.0192，0155242 61509 4(. )./minnnnr 电机转速0 820 82314 06a.lnanmnmnttiicc 电枢电流0 14176 1509 4214 0v.aenecn 电枢电动势得：382.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性定义人为改变运行参数（u, r, ），所得到机械特性。由机械特性的基本方程2eemurntcc c 可人为改变的参数有：u、 r、 ；392.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性1）改变电枢回路电

17、阻的人为特性机械特性方程2ainenemnrruntcc c 串入附加电阻ri，保持un与 n不变rarbibuniaubea+-+-ri0nneneuunck 理想空载转速2aiemnemrrrnktttc ck k 转速降落arairr 402.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性2）改变电枢端电压的人为特性机械特性方程2aenemnruntcc c 改变端电压u，保持ra与 n不变0eneuunck 理想空载转速2aaemnemrrnktttc ck k 转速降落nu12nuuu 1u01n2u02nrarbibuniaubea+-+-412.3 直

18、流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性3）改变磁通的人为特性机械特性方程2aneemruntcc c 改变励磁磁通 ，保持ra与un不变n 改变磁通的方法改变励磁电阻 rb ib bki rarbibuniaubea+-+-422.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性3）改变磁通的人为特性机械特性方程2aneemruntcc c 改变励磁磁通 ，保持ra与un不变n rarbibuniaubea+-+-0neunc 理想空载转速2aemrnkttc c 转速降落1n 1 01n0nn 432.3 直流电动机的机械特性2.3.1

19、 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性3）改变磁通的人为特性机械特性方程2aneemruntcc c 改变励磁磁通 ，保持ra与un不变rarbibuniaubea+-+-0neunc 理想空载转速2aemrnkttc c 转速降落0nn 442.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制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mmtcik i ( )nf t 绘制452.3 直流电动机的机械特性2.3

20、.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制1）绘制固有特性 已知条件：电动机铭牌数据（un 、 in 、 pn 、 nn ）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 )； 462.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制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）；0neunc 理想空载转速nnaee nnui rkcn 电势系数计算 ra472.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机

21、械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制1）绘制固有特性 已知条件：电动机铭牌数据（un 、 in 、 pn 、 nn ）用电桥或万用表实际测试计算 ra22()nnnanu ipri 按电枢的铜损耗估算（1）求理想空载点（0、n0）；482.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制1）绘制固有特性 已知条件：电动机铭牌数据（un 、 in 、 pn 、 nn ）0neunc 理想空载转速nnaee nnui rkcn 电势系数22()nnnanu ipri （1）求理想空载点（0、n0）；492.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特

22、性4机械特性的绘制机械特性的绘制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9 55.nmnnenntcici 输出力矩39 5510.nnnptn 0nnttt 电磁力矩方程502.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制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 )； 512.3 直流电动机的机械特

23、性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制2）绘制人为特性n0nntn0tnrara +ri1ra+ri2ri1ri2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 ninini2aiinnemrrnkttc c 转速降落aiinarrnnr （1）改变电枢电阻的人为特性曲线；2annemrntc c 522.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制2）绘制人为特性依据：nini2aiinnemrrnkttc c 主要结论：在转

24、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； aiinarrnnr (2-33)inanrnr n0nntn0tnrara +ri1ra+ri2ri1u1u2n01n02tn0iienunc 理想空载转速542.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制2）绘制人为特性（3）改变磁通 的人为特性；基本方法：已知 i ，求 n0i和特性的斜率ki，作人工特性；0nieiunc 理想空载转速n0tn0 n 1 2 n 1 2n01n022aiemirkc c 特性斜率552.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制例题例题2-3 z-86型他励直流电动机铭牌数据如下 pn=l0kw，un=220v，in=52.9a，nn=2250r/min。试求：（1）电动机固有特性曲线；（2）电动机额定输出转矩和空载转矩。562.3 直流电动机的机械特性2.3.1 他励电动机的机械特性4机械特性的绘制机械特性的绘制例题例题2-3 z-86型他励直流电动机铭牌数据如下 pn=l0kw，un=