电机和拖动专题培训课件

（1）电枢铁心电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚0.5mm的硅钢片叠压夹紧而成。(a)转子主体(b)电枢硅钢片（2）电枢绕组

电枢绕组由许多线圈按一定规律排列和连接而成，是产生感应电动势和电磁转矩以实现机电能量转换的关键部件。线圈用绝缘圆形线或扁铜线绕制而成，也称为元件。电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元件有两个出线端。所有元件按一定规律连接，就构成电枢绕组（3）换向器

换向器也是直流电机的重要部件。在直流发电机中，换向器将绕组内的交变电动势转换为电刷两端的直流电动势；在直流电动机中，换向器将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流。换向器安装在转轴上，如图所示，由许多换向片组成，换向片之间用云母进行绝缘，换向片数与元件数相等。河南工业大学电气工程学院

直流电机的结构电枢1.1直流电机的用途、结构及工作原理河南工业大学电气工程学院1.额定电压UN

指额定状态下电枢两端的电压指输出电压的额定值。2.额定电流IN:在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流。3.额定功率PN：指电机在额定状态时的输出功率。对于电动机，是指轴上输出的机械功率；对于发电机，是指线端输出的电功率四、直流电机的铭牌数据及额定值1.1直流电机的用途、结构及工作原理4.额定转速nN:在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速河南工业大学电气工程学院1.1直流电机的用途、结构及工作原理直流发电机的额定功率为直流电动机的额定功率为式中，

为直流电动机的额定效率电动机轴上输出的额定转矩用表示，为有些物理量虽然不标在铭牌上，但它们也是额定数据，如额定转矩、额定效率等。河南工业大学电气工程学院1.2直流电机的空载磁场第1章直流电机的基本理论是由励磁绕组通入励磁电流If产生的，它是直流电机中的主要磁场。空载：一、直流电机磁路、磁通和磁化曲线Ia=0（发电机）Ia≈0（电动机：轴上不带任何负载，克服摩擦阻力等）直流电机空载时的磁场是指电机对外没有功率输出、不带负载时的空转状态。河南工业大学电气工程学院1.2直流电机的空载磁场二极电机磁路中的磁通分布极轴线：磁极平分线几何中性线：相临两磁极极轴线的平分线。物理中性线：气隙磁密由正到负过零的分界线。主磁通：走主磁路的磁通。漏磁通：走漏磁路的磁通。河南工业大学电气工程学院四极电机磁路中的磁通分布NSSN几何中性线极轴线极距主磁通漏磁通1.2直流电机的空载磁场河南工业大学电气工程学院N极铁芯－气隙－电枢齿－电枢轭－相邻S极电枢齿－气隙－S极铁芯－定子轭－回到N极.构成闭合路径1.2直流电机的空载磁场河南工业大学电气工程学院分析主磁路主磁路的分段：全电流定律（1-1）简化：（1-2）1.2直流电机的空载磁场两段气隙δ、两段电枢齿lt一段电枢轭lrl、一段定子轭lsl两段主磁极lp5种类型8段磁路河南工业大学电气工程学院气隙电枢齿电枢轭主磁极定子轭封闭回路中包含Nf匝线圈的2倍（1-3）各段磁压降为：即1.2直流电机的空载磁场即（1-2）式可写成：ΣHl=ΣRm

=ΣNfIf

Hl=Bμl=

lμS=Rm（1-4）（1-5）这个关系即直流电机的磁化曲线。12

当励磁电流较小时，气隙和铁心的磁阻为常数，线性关系；且铁心磁阻较小，气隙磁阻占绝大部分。当励磁电流较大时，铁心饱和，磁阻增加，非线性关系。河南工业大学电气工程学院1.2直流电机的空载磁场ΣHl=ΣRm

=ΣNfIf

（1-5）由上式可以看出河南工业大学电气工程学院二、气隙磁通密度分布波形当励磁电流不变时每极磁通与平均磁密的关系：空载时的气隙磁通密度为一钟形波。1.2直流电机的空载磁场河南工业大学电气工程学院第1章直流电机的基本理论1.3直流电机的电枢绕组电枢绕组:直流电机的电磁感应的关键部件之一,是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。因为重要，故称为电枢绕组。电枢绕组的构成，应能产生足够的感应电动势，并允许通过一定量的电枢电流，从而产生所需的电磁转矩和电磁功率。此外还要节省有色金属和绝缘材料，结构简单，运行可靠。河南工业大学电气工程学院1.3直流电机的电枢绕组电枢绕组形式直流电机绕组电枢绕组河南工业大学电气工程学院1、相关技术术语及绕组元件极轴线，几何中性线极距：相邻两个主磁极沿电枢圆周表面的圆弧距离，它等于相邻两个极轴线或相邻两个几何中性线之间沿电枢表面的弧长，通常用槽数表示，如：极距＝电枢槽数/极数1.3直流电机的电枢绕组河南工业大学电气工程学院绕组元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。单匝多匝有效边1.3直流电机的电枢绕组河南工业大学电气工程学院元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。首端末端1.3直流电机的电枢绕组河南工业大学电气工程学院绕组节距：y=y1-y2＝1第一节距y1第二节距y2合成节距y：换向节距yk：yk＝y＝11.3直流电机的电枢绕组河南工业大学电气工程学院第一节距y1必须是整数1.3直流电机的电枢绕组河南工业大学电气工程学院2、单叠绕组单叠：单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压，合成节距与换向节距均为1，后面元件的首端紧迭在前一元件的末端。特点：槽数Z、元件数S和换向片数K三者相同y=yk=11.3直流电机的电枢绕组河南工业大学电气工程学院单叠绕组展开图例：一台电机，极数2p＝4，Z＝S＝K＝16，试绕制一单叠绕组。y2=y1-y=3y=yk=11.3直流电机的电枢绕组计算各节距

第一节距:

合成节距和换向器节距:第二节距:绕组的连接顺序表河南工业大学电气工程学院y2=y1-y=3y=yk=1上层元件边下层元件边1234567891011121314151615′6′7′8′9′10′11′12′13′14′15′16′1′2′3′4′闭合绕组元件的连接顺序y1y21.3直流电机的电枢绕组

第一节距:

合成节距和换向器节距:第二节距:绕组元件连接顺序表用来表示电枢上所有元件边的串联次序。

下表中，每根实线所连接的两个元件边构成一个元件，两元件之间的虚线则表示通过换向片把两元件串联起来。

可以看出，从第1元件出发，连接完16个元件后又回到第1元件，整个绕组是闭合的。

河南工业大学电气工程学院1123456789101112131416152345678910111213141615+－++－－NSNSττττ1.5.9.13在几何中线上同一磁极元件串联n1.3直流电机的电枢绕组绕组展开图所谓绕组展开图就是将转子电枢圆柱形表面顺轴向切开，并展开成平面的连接图。作图步骤如下：

河南工业大学电气工程学院1123456789101112131416152345678910111213141615+－++－－NSNSττττ1.5.9.13在几何中线上同一磁极元件串联n1.3直流电机的电枢绕组绕组展开图所谓绕组展开图就是将转子电枢圆柱形表面顺轴向切开，并展开成平面的连接图。作图步骤如下：

河南工业大学电气工程学院单叠绕组展开图1123456789101112131416152345678910111213141615+－++－－NSNSττττ1.5.9.13在几何中线上同一磁极元件串联n1.3直流电机的电枢绕组河南工业大学电气工程学院绕组的并联支路电路图a＝p＝b单叠绕组输出电动势：一条支路电动势输出电流：2a条支路电流和1.3直流电机的电枢绕组河南工业大学电气工程学院绕组小结并联支路成对出现，并联支路对数=极对数。电枢电动势（即刷间电动势）=支路电动势。电枢电流=各支路电流之和。电刷成对出现（单叠绕组中，刷对数=极对数）。为了得到最大的直流电动势，电刷总是与位于几何中线上的导体相接1.3直流电机的电枢绕组河南工业大学电气工程学院1.4直流电机的电枢反应第1章直流电机的基本理论直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，该电流建立的磁场简称电枢磁场，电枢磁场对主磁场的影响就称为电枢反应。当电机带上负载后，电机的气隙磁场由主磁场和电枢两个磁场共同决定。电枢磁场的出现，使气隙磁场发生畸变。各支路电流都是通过电刷引入或引出，因此电刷是电枢表面上电流分布的分界线。电枢磁势的轴线总是与电刷轴线相重合。河南工业大学电气工程学院1.4直流电机的电枢反应电枢磁动势与电枢磁场右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。电枢NS分界线磁动势为零河南工业大学电气工程学院交轴磁动势在空间的分布引入电枢线负荷的概念：导体总数N；导体电流ia；电枢直径为D，则线负荷在原点O左右x处取磁力线闭合回路，应用全电流定律有整个回路的磁压降近似为两个气隙上磁势：电枢磁动势为零1.4直流电机的电枢反应河南工业大学电气工程学院电枢磁动势、磁通密度空间分布沿电枢径向展开1.4直流电机的电枢反应河南工业大学电气工程学院直流电机负载时的磁场主极磁场电枢磁场合成磁场1.4直流电机的电枢反应河南工业大学电气工程学院只分析电刷在几何中性线上时的电枢反应将主磁场分布和电枢磁场分布叠加，得到的负载电机磁场分布情况如图。1.4直流电机的电枢反应河南工业大学电气工程学院合成磁势曲线主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线不饱和两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线物理中性线偏离几何中性线饱和时磁阻不为常数不能简单叠加1.4直流电机的电枢反应河南工业大学电气工程学院

电枢反应的影响①总磁场被扭歪了几何中心线与物理中心线分开了,

电刷位置处的元件的e≠0，增加换向困难。②一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通减少，磁路不饱和时，每极磁通不变；磁路饱和时，每极磁通减少，e和T相应减少。1.4直流电机的电枢反应河南工业大学电气工程学院1.产生电枢旋转n

磁场Φ2.大小每个导体平均电动势：eav

=Bavlv

导体切割磁场线的线速度：电动势：

一、直流电机的电枢电动势e→∑e→Ev=n2R60=n2p60=Φn

pN60a1.5直流电机的电枢电动势和电磁转矩

2p

60ΦlN2a=··

l·n=BavlvN2a

Ea

=eav

N2a第1章直流电机的基本理论河南工业大学电气工程学院1.5直流电机的电枢电动势和电磁转矩

Ea

=CeΦn

Ce电动势常数：Ce=

pN60a3.方向：由Φ和n共同决定。4.性质发电机为电源电动势；电动机为反电动势。河南工业大学电气工程学院二、直流电机的电磁转矩1.产生导体电流ia

磁场Φf→T2.大小每根导体平均受力：

fav

=Bav

lia

平均磁密：

BlBav=Φl极距河南工业大学电气工程学院二、直流电机的电磁转矩1.产生导体电流ia

磁场Φf→T2.大小每根导体平均受力：fav

=Bav

lia

平均磁密：每根导体上电磁力所形成的电磁转矩：favRBav=ΦlBl极距R1.5直流电机的电枢电动势和电磁转矩河南工业大学电气工程学院R电枢直径：D每根导体产生的平均转矩：Tav电机总导体数：N电枢绕组并联支路数：2a电枢电流：Ia=2a·ia电机的电磁转矩：

T==N··Bav

lia

2p

2=·Φ·Ia

pN

2a=Bavlia

D

2N

Bavlia

D

2=N···

l·

p

Φl

Ia

2a1.5直流电机的电枢电动势和电磁转矩河南工业大学电气工程学院2.大小

T=CTΦIaCT转矩常数：3.方向由Φ和Ia

共同决定。4.性质发电机：电动机：T与n方向相反，为制动转矩。T与n方向相同，为拖动转矩。CT=pN2a(N·m)CTCe=602=9.55CT

=

9.55CeCT

=pN2aCe

=pN60a1.5直流电机的电枢电动势和电磁转矩河南工业大学电气工程学院一、

直流发电机按励磁方式分类自励他励串励复励并励GIf+Uf－Ia+U－GIa+U－IfIG+U－IfIIaGIfIa+U－I1.6直流发电机第1章直流电机的基本理论河南工业大学电气工程学院二、直流发电机的基本方程式1.6直流发电机外电源Uf→If→ΦEa

→n原动机→电枢U

=Ea－IaRa+U－GIf+Uf－EaIa规定各物理量的参考方向如图Ra为电枢回路总电阻（包括电枢绕组电阻及电刷与换向器表面的接触压降。则电压平衡方程为：电枢电动势：1、电压平衡方程式河南工业大学电气工程学院2、转矩平衡方程式SN图1-20直流发电机轴上有三个转矩：原动机输入的拖动转矩:T1

电磁转矩：机械摩擦及铁损引起的空载转矩:T0

当发电机稳定运行时，转矩平衡方程为：T1=T0+

T1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院3、功率平衡方程式1.输入功率P1:2.空载损耗p0:3.电磁功率PM:4.铜损耗pCu:5.输出功率P2:P1=T1Ωp0=pFe＋pm＋psPM=P1－

p0

=TΩ=EaIapCu=Ia2RaP2=UIa=PM－

pCu260=

T1n1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院P1pm+pspFePMpCuP2功率流程图6.总损耗

Σp

=pCu＋pFe＋pm＋ps7.效率=×100%P2P11.6直流发电机河南工业大学电气工程学院P2=UI=230×100W=23000WIa=I＋If=(100＋2)A=102ApCu=pCua+pCuf=RaIa2

＋RfIf2

=(0.2×1022＋115×22)W=2540.8WPM=P2＋pCu=25540.8W【例1.6.1】

一并励直流发电机，输出电压U

=230V，输出电流I

=100A，Ra=0.2Ω，Rf=115Ω，n

=1500r/min，T0=17.32N·m。求发电机的输出功率P2

、电磁转矩T、输入功率P1

和效率。解：230115=A=2AURfIf=1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院p0

=T0n260=

×17.32×1500W260

=2719.24W

P1=PM＋p0

=(25540.8＋2719.24)W=28260W=×100%P2P1=

×100%=81.39%23000282601.6直流发电机河南工业大学电气工程学院三、他励直流发电机特性直流发电机的四个基本物理量：U、Ia、If、n。（n由原动机拖动，保持不变）运行特性：在U、Ia

、If之间，保证其中一个量不变，另外两个物理量之间的函数关系。（1）n＝常数，Ia＝0，Uo＝f（If）；空载特性（2）n＝常数，If＝常数，U＝f（Ia）；外特性（3）n＝常数，U＝常数，If＝f（Ia）；调节特性1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院空载特性定义：当、时，空载特性可以通过实验的手段得到。UfGAVR平均空载特性曲线O1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。空载时，。由于，因此空载特性实质上就是。由于正比于，所以空载特性曲线的形状与电机的空载磁化特性曲线形状相同。平均空载特性曲线O空载特性1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院

由电压平衡方程式

U

=Ea－IaRa当IaIaRaEa

(电枢反应)U

2、外特性

U=f(Ia

)OIaUn=nNIf

=IfNINUNU0n=nNIf=常数外特性UfGAVR1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院

电压调整率ΔU%=U0－UNUN×100%(5%~10%)1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院【例1.6.2】

一他励直流发电机，PN=10kW，UN=230V，nN=1000r/min，Ra=0.4Ω。如果磁通Φ

保持不变，求1000r/min时的空载电压U0和900r/min时的满载电压U

。解：在nN和UN时的电枢电流9001000Ea'

=EaU0=Ea

=UN＋RaIaN

=(230＋0.4×43.5)V=247

V在Φ

保持不变时，Ea

∝n10×103230=A=43.5APNUNIaN=9001000=×247V=222VU=Ea'－RaIaN=(222－

0.4×43.5)V=205V1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院四、并励直流发电机＋U－

Ea

→Φ

?Φ→

Ea

?

1.自励条件(1)主磁极必须有剩磁Φr

：Φr→Er→Ifr→Φ→Ea＞ErΦ与Φr方向相同→Ea＜ErΦ与Φr方向相反(2)

励磁电流产生的磁通必须与剩磁同方向：Φr→Er→Ifr→Ea＞Er→If＞Ifr→Φ→Ea

···※U0

与If

既应满足空载特性又应满足欧姆定律。GEaIfIaI1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院当Rf

Rk

时，

Ea

Er，能够自励。当Rf=Rk

时，

Ea不确定，不能自励。当Rf

Rk

时，

Ea≈Er，不能自励。(3)励磁电路的电阻必须小于临界电阻。Uf=IfRfOIfU0ErQIfrIf1If2If励磁回路场阻线：场阻线的斜率：=Rftan=UfIfOIfU0ErRf=RkRf＜RkRf＞Rk1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院综上所述，并励发电机的自励条件是：1）气隙中必须有剩磁；2）励磁磁动势与剩磁磁场的方向必须相同；3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。

河南工业大学电气工程学院2.外特性I

=Ia－IfU

=UfU

=Ea－IaRaI→IaIaRaEa

(电枢反应)Uf

→ΦU

外特性

U=f(I

)n=nNRf=常数OIUU0他励并励(1)负载增加时，U下降较快。

ΔU%

≈20%~30%Ea＋U－IfIaIG1.6直流发电机河南工业大学电气工程学院(2)外特性有拐弯现象。OIUU0他励并励INUNRfZ

→I(Ia)

→U

磁路退出饱和RfZ

→U→If→Φ→Ea

(较大幅度)→U的下降比RfZ的减少得更快I=U/RfZRfZ

→U→I→RfZ=0，U=0，If

=0→

Φ=Φr，

E=Er

→ISC

较小。1.6直流发电机E＋U－IfIaIG河南工业大学电气工程学院五、复励发电机分为积复励和差复励2.对于积复励发电机(1)平复励发电机当I

=IN时的UN

=

U0。(2)超复励发电机当I

=IN时的UN＞U0。(3)

欠复励发电机当I

=IN时的UN

＜U0。他励并励超复励IN平复励欠复励差复励OIUUNGIIaIf+U－1.6直流发电机复励发电机的励磁绕组包括并励和串励两部分。河南工业大学电气工程学院1.7直流电动机第1章直流电机的基本理论直流电动机完成的是电能向机械能的转换。与直流发电机相同，直流电动机的励磁方式可以是他励、并励、串励和复励。本节以他励直流电动机为例，推导直流电动机的基本方程式。河南工业大学电气工程学院1.7直流电动机一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行，这就是直流电机的可逆原理。以他励电机为例，一台他励直流发电机并联于直流电网上运行，U保持不变，减少原动机的输出功率，发电机的转速下降。当n下降到一定程度时，使得Ea=U，此时Ia=0，发电机输出的电功率P2=0，原动机输入的机械功率仅仅用来补偿电机的空载损耗po

。一、直流电机的可逆原理河南工业大学电气工程学院保持电网电压不变，继续降低原动机的，将有，反向，这时电网向电机输入电功率，电机进入电动状态运行。同理，上述的物理过程也可以反过来，使电机从电动机状态转变到发电机状态。1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院Ea>UEa=UEa<U电动机1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院T1Ea>UEa=UEa<U1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院二、直流电动机基本方程式励磁电压Uf→If→Φ外加电压U→Ia↓→T→n→Ea

1.电压平衡方程式励磁电路：

Uf=Rf

If电枢电路：

U

=Ea+IaRaEaMIf+Uf－+U－Ia1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院

稳态电枢电流Ia

由谁确定？T

=CTΦ

Ia

，

U

=Ea+IaRa例如：负载不变(T不变)，U

(Ra)

变化时，

Ia

变化否（设Φ

不变）？U(或Ra)

瞬间n不变

Ea

不变Ia

→T

→T＜TLEa

←n↓Ia

←T

←T

=TL←Ia不变←

结论：Ia

的大小取决于负载的大小。当Ia=IaN时为满载，当Ia＞IaN时为过载。※

规定短时过载的最大电枢电流：

Iamax=(1.5~2)IaN1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院2.转矩平衡方程式

T

=

T0+T2

或T=T0

+Tm

3.功率平衡方程式(1)输入功率P1

P1

=

U

Ia(2)铜损耗pCupCu=

Ia2Ra

(3)电磁功率PMPM=P1－pCu

推导：U

Ia=(Ea＋

Ia

Ra)Ia

=Ea

Ia＋

Ia2Ra

PM=

Ea

Ia

1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院PM

=

Ea

Ia=

CeΦnIa

=TΩ=

CTΦIaΩ功率流程图P1pCuPMp0P2(4)空载损耗p0

p0

=pFe＋pm＋ps(5)输出功率P2

P2

=PM－p0

=

T2ΩpN2

a=

ΦIaΩpN60a=

ΦΩIa

6021.7直流电动机河南工业大学电气工程学院(6)总损耗

Σp

=pCu＋pFe＋pm＋ps(7)功率平衡方程式

P1－P2

=Σp

(8)效率P2P1

=×100%1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院三、他励（并励）直流电动机特性工作特性，是指在U＝UN，If＝IfN时，转速n、电磁转矩T和效率η随输出功率P2而变化的关系。运行特性转速特性转矩特性效率特性机械特性电压、励磁、转子电枢回路总电阻均为常数的情况下，电机转速和电磁转矩的关系曲线。分为自然机械特性和人工机械特性。1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院1、转速特性n=f(Ia)定义：当、、电枢回路无外串电阻时，的变化关系。

1.7直流电动机由U=Ea+IaRa和Ea=CeΦn可得：当电枢电流Ia增加时，若气隙磁通Φ不变，则转速n将随Ia的增加而线性下降。如图红线所示。由于电枢绕组电阻压降很小，因此转速下降不多。如果考虑电枢反应的去磁作用，Φ随电枢电流的增大而略有减小，转速下降会更小些，甚至会上升。河南工业大学电气工程学院2、转矩特性T=f(Ia)定义：当、、电枢回路无外串电阻时，的变化关系。根据转矩表达式T=C

TI

a可知，磁路不饱和时，气隙磁通Φ不变，T与I

a成正比，转矩特性为一条直线；电流Ia较大时考虑电枢反应的去磁作用，特性曲线可能偏离直线略有下降。如图所示。1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院3、效率特性η=f(Ia)定义：当、、电枢回路无外串电阻时，的变化关系。由方程式可得

1.7直流电动机总损耗∑p中，空载损耗p0不随电枢电流Ia的变化而发生变化，称为不变损耗，电枢回路铜损耗pCua随Ia2成正比变化，称为可变损耗。河南工业大学电气工程学院可见，当可变损耗等于不变损耗时，其效率最高。效率特性的这一特点具有普遍意义，可适用于各种电机。设计制造电机时，通常要求在额定运行时的效率最高，不难得出，

UNIN－PN=2I2NRa，则可得到：1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院机械特性nU－(Ra

+Rc)IaCeΦ=UCeΦ=－Ra+RcCeCTΦ2T4.机械特性n=f(T)OnTn0式中n0是理想空载转速，β是机械特性的斜率，如图所示，机械特性是一条向下倾斜的直线。1.7直流电动机为电动机机械特性的一般表达式。——定义：当U=常数、If=常数、电枢回路外串电阻为常数时，转速与电磁转矩之间的关系，即n=f(T)，是电动机的一个重要特性。由Ea=CeΦn

和U=Ea+IaRa

可得：n0=－βT河南工业大学电气工程学院OnTn01.7直流电动机若直流电动机转速随负载转矩变化不大，我们称其机械特性为硬特性，反之称为软特性。机械特性TNnN河南工业大学电气工程学院【例1.7.1】

一并励电动机，UN=110V，IN=12.5A，

nN=1500r/min，TL=6.8N·m，T0=0.9N·m。求该电机的P2、PM、P1、Σp

和。解：P2P1

=×100%6.2860=×6.8×1500W=1067.6WPM=P2＋p0=(1067.6＋143.3)W=1208.9WP1=UNIN=110×12.5W=1375WΣp

=

P1－P2=(1375－1067.6)W=307.4W260P2=TLn6.2860=×0.9×1500W=143.3W260p0=T0n1067.61375=×100%=77.64%1.7直流电动机河南工业大学电气工程学院【例1.7.2】

一台四极他励直流电机，a=1，电枢总导体数N=372，电枢回路总电阻Ra=0.208Ω。当此电机运行在电源电压U

=220V，电机的转速nN=1500r/min，气隙每极磁通=0.011Wb，此时电机的铁损耗pFe=362W，机械摩擦损耗pm=204W(忽略附加损耗）。问：（1）该电机运行在发电机状态，还是电动机状态？（2）电磁转矩是多少？（3）输入功率和效率各是多少？2×37260×1=×0.011×1500=204.6VpN60aEa=n1.7直流电动机(1)先计算电枢电动势Ea。Ea＜U，所以电机运行于电动机状态。解:河南工业大学电气工程学院(2)电磁转矩P2P1

=×100%P1=U

Ia=220×74W=16280WP2=PM－pFe－pm=15140.4－362－204=14574WΣp

=

P1－P2=(16280－14574)W=1706W1457416280=×100%=89.5%1.7直流电动机PM=EaIaU－EaRaIa=220－204.60.208==74APMΩT=PM=2πn60=96.38N·m(3)输入功率和效率=204.6×74=15140.4W河南工业大学电气工程学院【例1.7.3】

他励直流电动机，铭牌数据如下：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000r/min,电枢回路电阻Ra=0.15Ω，求（1）CeN，CTN；（2）额定电磁转矩TN；（3）额定输出转矩T2N；（4）空载转矩T0；（5）理想空载转速n0；（6）实际空载转速n0′。220－94×0.151000=

=0.2059UN－INRanNCeN=1.7直流电动机(1)CTN解:=9.55CeN=1.966河南工业大学电气工程学院1.7直流电动机（2）TN=CTNIN=1.966×94=184.8N·m（3）T2N=PNnN9550

181000=9550

=171.9N·m（4）T0