1、第第2 2章章 直流电机的机械特性直流电机的机械特性第第2 2章章 直流电动机的机械特性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2.12.1 直流电机的基本结构及类型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；2.12.1 直流电机的基本结构及类型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
2、构）基本结构组成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。2.12.1 直流电机的基本结构及类型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）基本结构组成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。2.12.1 直流电机的基本结构及类型直流电机的基本结构及类型62.直流电机的基本结构2
3、）直流电机的）直流电机的等效电路等效电路RRBIBUIUBE+-+-nI IB FnFU +_2.12.1 直流电机的基本结构及类型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 他励电机 串励电机 并励电机 复励电机励磁电机：nI IB FnFU +_RRBIBUIUBE+-+- 他励电机 串励电机 并励电机 复励电机2.12.1 直流电机的基本结构及类型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 IB FnFU +_A. 永磁电机小功率B. 励磁电机励磁电机： 他励电机 串励电机
4、并励电机 复励电机2.12.1 直流电机的基本结构及类型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 IB FnFU +_A. 永磁电机小功率B. 励磁电机励磁电机：2.12.1 直流电机的基本结构及类型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+- 他励电机 串励电机 并励电机 复励电机nI IB FnFU +_A. 永磁电机小功率B. 励磁电机励磁电机：2.12.1 直流电机的基本结构及类型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 IB FnFU
5、 +_ 他励电机 串励电机 并励电机 复励电机A. 永磁电机小功率B. 励磁电机励磁电机：2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理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 IB FnFU +_图2-11直流电动机工作原理abdcdcab2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理132.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；ev图2-12直流发电机工作原理abdcdcab2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理143.原理的应用 nI IB TnU +_1）电动
6、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 +_2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理154.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2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理164.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： （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22ii
7、paDDTFB li 导体电磁力矩：nI IB FnFU +_aFB l i 电磁力大小:2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理174.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 +_2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理184.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 转矩系数；式中nI IB
8、FnFU +_2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理194.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 +_2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理204.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 +_2.22.2 直流电机的基本直流电机的
9、基本原理原理214.直流电动机的基本关系3）转矩转矩平衡方程平衡方程式中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 +_2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理224.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 +_2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理234.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
10、，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 2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理244.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）2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理254.直流电动机的基本
11、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Fepmpsp0Cuappp FemsCuapppp 2.22.2 直流电机的基本直流电机的基本原理原理264.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 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性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(
12、 )nf T 2eemURnTCC C 力矩表达式（2-18）2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性282.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程机械特性的表达方式1）特性方程aeeURnICC （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 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性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
13、；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 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性302.3.1 他励电动机的机械特性1机械特性方程机械特性方程机械特性的表达方式3）特征参数2eemURnTCC 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 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性312.3.1 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
14、性为固有特性。2aNeNemNRUnTCC C 0NeNUnC 理想空载转速2aaemNemRRKC CK K 特性斜率2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性322.3.1 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，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 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性332.3.1 他励电动机
15、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=0.0192，2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性342.3.1 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=0.0192，220383 0 01920 141761500.NNaeeNNUI RKCn 60
16、9 552.meeCCC 9 55.mNmeCKK 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性352.3.1 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 14176.aaemeRRKK KK 01552150052()/ minNNnnnr 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性362.3.1 他励电动机的机械特性2固有特性固有特
17、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？2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性372.3.1 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=0.0192，0155242 61509 4(. )./minnnnr
18、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：2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性382.3.1 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、 ；2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性392.3.1 他励电动机的机械特性3人为特性人为特性1）改变电枢回路电阻的人为特性机械特性方程2aiNeNemNRRUnTCC C 串入附加电阻Ri，
19、保持UN与 N不变RaRBIBUNIaUBEa+-+-Ri0NNeNeUUnCK 理想空载转速2aiemNemRRRnKTTTC CK K 转速降落aRaiRR 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性402.3.1 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+-+-2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性412.3
20、.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+-+-2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性422.3.1 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 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的
21、机械特性的机械特性432.3.1 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RaRBIBUNIaUBEa+-+-0NeUnC 理想空载转速2aemRnKTTC C 转速降落0nn 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性442.3.1 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
22、 ( )nf T 绘制2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性452.3.1 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 ）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 )； 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性462.3.1 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
23、空载转速NNaee NNUI RKCn 电势系数计算 Ra2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性472.3.1 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 ）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）；2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性482.3.1 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
24、载转速NNaee NNUI RKCn 电势系数22()NNNaNU IPRI （1）求理想空载点（0、n0）；2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性492.3.1 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 ）（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2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性502.3.1 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
25、）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 )； 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性512.3.1 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
26、aiiNaRRnnR （1）改变电枢电阻的人为特性曲线；2aNNemRnTC C 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性522.3.1 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2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性542.3.1 他
27、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2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性552.3.1 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。2.3 2.3 直
28、流电动机直流电动机的机械特性的机械特性562.3.1 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：解：解：（1）计算固有特性，求n0，TNNn0NeUnC 理想空载转速NNaeeNNUI RKCn 电势系数22()NNNaNU IPRI 其中，2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性572.3.1 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=
29、52.9A，nN=2250r/min。试求：20.292()NNNaNU IPRI 0.091NNaeNNUI RCn 02202420r/min0.091NeNUnC Nn解：解：（1）计算固有特性，求n0，TN2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性582.3.1 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：额定电磁转矩9 55.NmNNeNNTCICI 9 55 0 091 52 945 9.NTN m 连接（0，n0）（TN，nN
30、）两点，得固有特性。Nn解：解：（1）计算固有特性，求n0，TN2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性592.3.1 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：解：解： （2）求额定输出转矩和空载转矩额定输出转矩39 5510 =42.4 N m.NNNPTn Nn空载转矩045 942 43 5.NNTTTN m 2.3 2.3 直流电动机直流电动机的机械特性的机械特性602.3.2 串励电动机的机械特性内容自学相同点：串励电机的电磁作用关系与他励直流电机相同；不同点：串励电机 励磁电流 IB = 电枢电流 Ia
