02直流电动机的机械特性

第2章直流电机的机械特性第2章直流电动机的机械特性2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2.1直流电机的基本结构及类型31.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；2.1直流电机的基本结构及类型42.直流电机的基本结构1）基本结构组成定子部分——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——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：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。2.1直流电机的基本结构及类型52.直流电机的基本结构1）基本结构组成定子部分——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——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：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。2.1直流电机的基本结构及类型62.直流电机的基本结构2）直流电机的等效电路RRBIBUIUBE+--+--nIIBFnFU+_2.1直流电机的基本结构及类型73.直流电动机的基本类型按定子磁极的励磁方式分A.永磁电机——小功率B.励磁电机①他励电机②串励电机③并励电机④复励电机励磁电机：nIIBFnFU+_RRBIBUIUBE+--+--①他励电机②串励电机③并励电机④复励电机2.1直流电机的基本结构及类型83.直流电动机的基本类型按定子磁极的励磁方式分RUIE+--nIIBFnFU+_A.永磁电机——小功率B.励磁电机励磁电机：①他励电机②串励电机③并励电机④复励电机2.1直流电机的基本结构及类型93.直流电动机的基本类型按定子磁极的励磁方式分RUIE+--nIIBFnFU+_A.永磁电机——小功率B.励磁电机励磁电机：2.1直流电机的基本结构及类型103.直流电动机的基本类型按定子磁极的励磁方式分UIE+--①他励电机②串励电机③并励电机④复励电机nIIBFnFU+_A.永磁电机——小功率B.励磁电机励磁电机：2.1直流电机的基本结构及类型113.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IBFnFU+_①他励电机②串励电机③并励电机④复励电机A.永磁电机——小功率B.励磁电机励磁电机：2.2直流电机的基本原理121.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IBFnFU+_图2-11直流电动机工作原理图2-11直流电动机工作原理abdcdcab2.2直流电机的基本原理132.发电机原理nIIBTnU+_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；ev图2-12直流发电机工作原理abdcdcab2.2直流电机的基本原理143.原理的应用nIIBTnU+_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IBFnFU+_2.2直流电机的基本原理154.直流电动机的基本关系nIIBFnFU+_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aFBli电磁力大小:电磁力方向：左手定律2.2直流电机的基本原理164.直流电动机的基本关系1）电磁力矩方程电磁力定律：（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22iipaDDTFBli导体电磁力矩：nIIBFnFU+_aFBli电磁力大小:2.2直流电机的基本原理174.直流电动机的基本关系1）电磁力矩方程转子导体总电磁力矩12NemiPaiDTTNBli电机的电磁力矩方程maTCI（2-1）式中2mpNCa电机转矩常数；nIIBFnFU+_2.2直流电机的基本原理184.直流电动机的基本关系1）电磁力矩方程emmaTCI（2-1）式中2mpNCa电机转矩常数；当磁场一定时emmaTKImmKC—转矩系数；式中nIIBFnFU+_2.2直流电机的基本原理194.直流电动机的基本关系2）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IBTnU+_EaeECn（2-3）式中60epNCa电动势常数；nIIBFnFU+_2.2直流电机的基本原理204.直流电动机的基本关系2）电势方程式aeECn（2-3）式中60epNCa电动势常数；当磁场一定时aeEKn（2-3）eeKC—电势系数；式中nIBTnU+_EnIIBFnFU+_2.2直流电机的基本原理214.直流电动机的基本关系3）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IBFnFU+_2.2直流电机的基本原理224.直流电动机的基本关系nIBTnU+_E4）电压平衡方程aaaUEIR（2-6）电枢回路电压平衡方程nIIBFnFU+_2.2直流电机的基本原理234.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系2aaaaaUIEIIR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1aUIP为电枢回路的总消耗功率，称铜损耗2aaCuaIRp（2-8）1MCuaPPp为电磁功率，转换成机械功率的部分电功率aaMEIP2.2直流电机的基本原理244.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系02emTTT同理，由转矩平衡方程，得式中（2-9）emaaMTEIP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）2.2直流电机的基本原理254.直流电动机的基本关系5）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Fepmpsp0CuapppFemsCuapppp2.2直流电机的基本原理264.直流电动机的基本关系5）功率平衡关系他励电机稳态运行时的功率流程图CuaFemsppppp12PPp2.3直流电动机的机械特性272.3.1他励电动机的机械特性1．机械特性方程根据稳定运行状态下的基本方程maaeaaaTCIECnUEIR得机械特性方程aeeURnICC（2-17）电流表达式()nfT2eemURnTCCC力矩表达式（2-18）2.3直流电动机的机械特性282.3.1他励电动机的机械特性1．机械特性方程机械特性的表达方式1）特性方程aeeURnICC（2-17）电流表达式2eemURnTCCC力矩表达式（2-18）式中,,UR,emCC电机的运行条件参数电机的结构常数()nfT2.3直流电动机的机械特性292.3.1他励电动机的机械特性1．机械特性方程机械特性的表达方式2）特性曲线2eemURnTCCC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；()nfT2.3直流电动机的机械特性302.3.1他励电动机的机械特性1．机械特性方程机械特性的表达方式3）特征参数2eemURnTCCC0eUnC理想空载转速21ememdnRRKdTCCKK特性斜率aeRnKTIK称为转速降落00nnKTnn特性方程可写成()nfT2.3直流电动机的机械特性312.3.1他励电动机的机械特性2．固有特性定义：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。2aNeNemNRUnTCCC0NeNUnC理想空载转速2aaemNemRRKCCKK特性斜率2.3直流电动机的机械特性322.3.1他励电动机的机械特性2．固有特性例题2-2已知：PN=75kW，UN=220V，IN=383A，nN=1500r/min，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？2.3直流电动机的机械特性332.3.1他励电动机的机械特性2．固有特性解：0NNeNeUUnCK理想空载转速2aaemNemRRKCCKK特性斜率aNNeRnKTIK转速降落例题2-2已知：PN=75kW，UN=220V，IN=383A，nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，2.3直流电动机的机械特性342.3.1他励电动机的机械特性2．固有特性解：例题2-2已知：PN=75kW，UN=220V，IN=383A，nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，220383001920141761500..NNaeeNNUIRKCn609552.meeCCC955.mNmeCKK2.3直流电动机的机械特性352.3.1他励电动机的机械特性2．固有特性解：例题2-2已知：PN=75kW，UN=220V，IN=383A，nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，02201552014176/min.NeNUnrC2200192010004955955014176.....aaemeRRKKKK01552150052()/minNNnnnr2.3直流电动机的机械特性362.3.1他励电动机的机械特性2．固有特性例题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？2.3直流电动机的机械特性372.3.1他励电动机的机械特性2．固有特性例题2-2已知：PN=75kW，UN=220V，IN=383A，nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，0155242615094(.)./minnnnr电机转速08208231406A...LNaNmNmNTTIICC电枢电流014176150942140V...aeNECn电枢电动势得：2.3直流电动机的机械特性382.3.1他励电动机的机械特性3．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2eemURnTCCC可人为改变的参数有：U、R、；2.3直流电动机的机械特性392.3.1他励电动机的机械特性3．人为特性1）改变电枢回路电阻的人为特性机械特性方程2aiNeNemNRRUnTCCC串入附加电阻Ri，保持UN与N不变RaRBIBUNIaUBEa+--+--Ri0NNeNeUUnCK理想空载转速2aiemNemRRRnKTTTCCKK转速降落aRaiRR2.3直流电动机的机械特性402.3.1他励电动机的机械特性3．人为特性2）改变电枢端电压的人为特性机械特性方程2aeNemNRUnTCCC改变端电压U，保持Ra与N不变0eNeUUnCK理想空载转速2aaemNemRRnKTTTCCKK转速降落NU12NUUU1U01n2U02nRaRBIBUNIaUBEa+--+--2.3直流电动机的机械特性412.3.1他励电动机的机械特性3．人为特性3）改变磁通的人为特性机械特性方程2aNeemRUnTC