直流电机的工作原理及特性

3直流电机的工作原理及特性3.1直流电机的基本结构和工作原理3.2直流发电机3.3直流电动机的机械特性3.4直流他励电动机的启动特性3.5直流他励电动机的调速特性3.6直流他励电动机的制动特性13.1直流电机的基本结构和工作原理3.1.1直流电机的基本结构换向器定子转子2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/23转子结构图转子换向片转轴电枢线圈4转子硅钢冲片图电枢铁芯硅钢冲片5换向器图电刷换向片63.1.2直流电机的工作原理有关磁场的几个物理量

1.磁感应强度B(磁场强弱和方向)NSNSNNSS电流方向右手螺旋法则72.铁磁材料的磁化曲线（铁、镍、钴及它们的合金）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非铁磁材料铁磁材料铁磁材料有磁滞现象、磁滞损耗、涡流损耗。83.

右手定则左手定则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94.

电路

磁路电流

I

磁通

φ电动势

E

磁通势

F电压降

U=IR

磁压降电阻

R

磁阻

Rm欧姆定律磁路欧姆定律10NSne,iKe—电势常数(pN/60a)Kt---转矩常数(pN/2πa)=9.55Ke113.2直流发电机他励并励串励复励励磁方式123.2.1他励发电机当发电机空载时，Ia=0空载特性电压平衡方程13他励发电机的外特性电压变化率大约为5%～10%要想保持端电压不变，必须相应增加励磁电流！条件：n和If为常数时143.2.2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。15U0并励发电机自励和外特性Ifn和Rf为常数163.2.3复励发电机主励磁补偿绕组IUU0IN复励发电机外特性过复励平复励欠复励173.3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183.3.1

他励电动机的机械特性n=f(T)T0n0---理想空载转速（T=0）△n—速度降19nn0Tst

T当n=0时，（3.13）式为启动转矩启动电流机械特性硬度他励电动机的机械特性硬特性β＞10软特性β＜10绝对硬特性β→∞201.固有机械特性

n=f(T)由ＰＮ、UN、IN、nN求Ra、KeN、n0、TN（1）估算电枢电阻Ra21（2）计算额定条件下反电势（3）求理想空载转速（4）求额定转矩222.人为机械特性（改变U、φ、Rad）串接电阻后1.

n0不变；2.K钭率变大即机械特性变软。n232.人为机械特性（改变U、φ、

Rad）1.改变n0(减小)2.钭率k不变机械特性硬度不变1.n0增加2.钭率变大，特性变软243.3.2串励电动机的机械特性代入（3.13）得软特性253.3.3复励电动机的机械特性具有他励和串励电动机的性质他励磁通φes=70%总磁通串励磁通φs=30%总磁通他励复励串励26电动机的机械特性例题

例3-1

一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E＝E1，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27例3-2

一台他励直流电动机，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。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Ra28(2)求n0(3)求TN也可求293.4直流他励电动机的启动特性启动时n=0E=0

启动电流启动电流不得大于（1.5～2）额定电流30多段启动电阻启动的他励电动机原则T1(I1)≤2TN2.T2(I2)基本相同313.5直流他励电动机的调速特性速度调节-----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。323.5.1电枢电路外串电阻Rad特点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、卷扬机。333.5.2改变电压调速特点1.连续平滑调速，在nN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。343.5.2改变电压调速(调节特性n=f(U))始动电压T1<T2<T3T3T2UnnT1Ua0调节特性353.5.3改变主磁通φ特点（1）只能在nN以上进无级调速；（2）机械特性变软，调速范围不大；（3）恒功率调速（P=UIa）通常同调压调速配合使用（nN以下用调压，nN以上用调磁通的方法）。注意！轻载时产生飞车事故363.6直流他励电动机的制动特性制动─是从稳定转速开始减速到停止或者限制位能负载下降速度的一种运转状态。电动状态：电动机发出的T和n方向相同；制动状态：（发电状态）转矩T

与转速n方向相反。

稳定的制动状态(n=C)过渡的制动状态(n是变化的)373.6.1反馈制动特点：n>n0Ia=-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38降压调速过程中的反馈制动39调磁通调速过程中的反馈制动n3>n01注意：反馈制动只在调磁降速过程中产生Φ↑Rf↓n↓40下放重物时的反馈制动过程下放电动状态下放制动状态提升电动状态

a点→b点n↑E↑Ia↓-TM↓制动矩B点→C点│n│>n0Ia=-Ia-TM→TM与n反方向制动改变Rad改变下降的nRad太大n很高不安全413.6.2反接制动1.电源反接制动注意：反接时U与E相加，电流很大用Rad限流应用：快停、经常正反转反接电动正向电动反接制动位能负载时制动422.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433.6.3能耗制动(U=0串接Rad)位能负载制动状态优点：运行速度稳定不会出现倒拉制动那样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I<Imax44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45小结

重点和难点重点①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

②他励直流电动机的启动特性

③他励直流电动机的调压调速特性

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。

46习题3.83.15473.8解：（1）估算电阻Ra=0.5（1-PN/UNIN）UN/IN=0.5×110（1-5500/110×62）/62=0.18KeN=（UN-INRa）/nN=（110-62×0.18）1000=0.1V/r.min-1（2）求n0n0=UN/KeN=110/0.1=1100r/min本章习题解答48（3）求TNTN=9.55×PN/nN=9.55×5500/1000=52.5N.m52.510001100Tn493.15解：（1）

IN=PN/NUN=2200/0.8×110=25A（2）求IfN=Uf/Rf=110/82.7=1.33A（3）Pf=Uf

IfN=110×1.33=0.146kw（4）TN=9.55×PN/nN=9.55×2200/1500=14N.m（5）E=KeN

nN=UN-INRa=110-25×0.4=100V（6）