1、2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动（第（第2章章 直流电机电动机）直流电机电动机）2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性 直流电动机的基本方程直流电动机的基本方程直流电动机的启动直流电动机的启动直流电动机的调速直流电动机的调速电力传动系统稳定运行条件电力传动系统稳定运行条件直流电动机的制动直流电动机的制动2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动3aaEaaUEI RCRnIffafUI RIIIbjfjabaa2UrrRIUrR为电枢回为电枢回路
2、总电阻路总电阻为励磁回为励磁回路总电阻路总电阻为电刷接为电刷接触压降触压降2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动42.功率平衡方程功率平衡方程1PU I输入电功率输入电功率 P112()()CufafafaaafaaafemCuaPUIU IIUIUIEI R IUIEII RUIPpp电磁功率电磁功率 Pem电枢铜耗电枢铜耗 pCua励磁铜耗励磁铜耗 pCuf电机铁耗电机铁耗 pFe机械损耗机械损耗 pmec附加损耗附加损耗 pad输出机械功率输出机械功率 P222emaaC uaaaC uffffPE IpI RpU IIRpCua+pCuf 亦称之为亦称之为可变损耗
3、可变损耗。pFe+pmec+pad=p0 称之为称之为空载损耗空载损耗，亦称为，亦称为不变损耗不变损耗。2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动5输入输入电功电功率率P P1 1励磁损耗励磁损耗P PCufCuf电枢铜耗电枢铜耗P PCuaCua电刷接触损耗电刷接触损耗P Pc c电电磁磁功功率率P Pe e机械损耗机械损耗P Pmechmech铁心损耗铁心损耗P PFeFe机机械械功功率率P P2 2电动机情形：电动机情形：2FemechcCuaCuf1PPPPPPP直流电动机电磁功率直流电动机电磁功率Pe,Pe=EaIaPeTe2023-2-15电机学第2章 直流电机直
4、流电动机特性与传动6输入输入机械机械功率功率P P1 1铁心损耗铁心损耗P Pe e机械损耗机械损耗P Pmechmech电枢铜耗电枢铜耗P PCuCu电电磁磁功功率率P Pe e电刷接触损耗电刷接触损耗P Pc c励磁损耗励磁损耗P PCufCuf电电功功率率P P2 2发电机情形：发电机情形：21PPPPPPPcCuaCufFemech直流发电机电磁功率直流发电机电磁功率Pe,Pe=EaIaPeTe2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动73.转矩方程转矩方程稳态运行转矩方程稳态运行转矩方程电磁转矩电磁转矩 Tem负载转矩负载转矩 T2空载制动转矩空载制动转矩 T0动态
5、运行转矩方程动态运行转矩方程4.效率效率21112100%100%(1)100%PPppPPPp2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动8二、工作特性二、工作特性 并励电动机并励电动机试验接线图试验接线图 直流电动机直流电动机 n、Tem、f（P2）的关系曲线称为工作特性。）的关系曲线称为工作特性。直流电动机的工作特性因励磁方式而异，可用计算法求得，直流电动机的工作特性因励磁方式而异，可用计算法求得，但大多用实验方法确定。但大多用实验方法确定。1.由于电枢电流便于测量，因此往往将工作特性表示为：由于电枢电流便于测量，因此往往将工作特性表示为：)(),(),(aaeaIfIf
6、TIfn条件条件:U=UN,If=IfN,电枢回路无电枢回路无外加电阻。外加电阻。2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动9（一）并励直流电动机的工作特性（一）并励直流电动机的工作特性1.转速特性转速特性aaaaIREUnCEeaaeaeaICRCUnOnaI理想转速特性理想转速特性实际转速特性实际转速特性aNI理想转速特性和实际转理想转速特性和实际转速特性为什么不一致？速特性为什么不一致？思考思考提示：提示：1、从参数变化的角度思考？、从参数变化的角度思考？2、什么原因导致了、什么原因导致了的变化？的变化？当电机电流较大时，当电机电流较大时，电枢反应电枢反应表现出表现出明
7、显的去磁特性，从而使明显的去磁特性，从而使减小减小，磁通，磁通减小将会使减小将会使（1）理想空载转速理想空载转速n0略微上升，略微上升，（2）使转速曲线斜率减小）使转速曲线斜率减小。综合两方面的因素，设计时使得综合两方面的因素，设计时使得并励并励直流电机具有略微下降的转速特性直流电机具有略微下降的转速特性。0n2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动102.转矩特性转矩特性当当U=UN,If=IfN时，时，Te=f(Ia)的关系曲线的关系曲线aTaTeICICTTTCC0TaIeT理想转速特性和实际转理想转速特性和实际转速特性为什么不一致？速特性为什么不一致？思考思考提示：
8、提示：1、从参数变化的角度思考？、从参数变化的角度思考？2、什么原因导致了、什么原因导致了的变化？的变化？aNI理想转矩特性理想转矩特性实际转矩特性实际转矩特性2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动113.效率特性效率特性当当U=UN,If=IfN时，时，=f(Ia)的关系曲线的关系曲线)(21%100212facaaaCufmecFeIIUUIRIpppPPaIaNI主磁通在电枢铁磁材料中交变主磁通在电枢铁磁材料中交变所产生的损耗，分为磁滞损耗所产生的损耗，分为磁滞损耗和涡流损耗。和涡流损耗。当电机主磁通和转速变化不大当电机主磁通和转速变化不大时，铁耗近似不变，因此这部
9、时，铁耗近似不变，因此这部分损耗也被称为不变损耗。分损耗也被称为不变损耗。机械损耗包括轴承及电刷的摩机械损耗包括轴承及电刷的摩擦损耗、电机通风散热引起的擦损耗、电机通风散热引起的风阻损耗。在电机转速不变时，风阻损耗。在电机转速不变时，机械损耗也是大致不变的。机械损耗也是大致不变的。励磁回路铜耗，一般可以忽略励磁回路铜耗，一般可以忽略不计。不计。电枢绕组铜耗，当电枢绕组有电枢绕组铜耗，当电枢绕组有电流流过时，产生的发热损耗。电流流过时，产生的发热损耗。这一部分损耗是随着电枢电流这一部分损耗是随着电枢电流变化的，或者说输出功率变化变化的，或者说输出功率变化的，因此也被称为可变损耗。的，因此也被称为
10、可变损耗。电刷接触损耗。电刷接触损耗。当电机可变损耗等于不变损耗时，当电机可变损耗等于不变损耗时，电机的效率达到最高。电机的效率达到最高。一般电机的最高效率点出现在一般电机的最高效率点出现在80的额定功率附近。的额定功率附近。2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动122023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动13CRIUnEaa0202emTPTTT%100NN0nnnn转速调整率转速调整率 略下降电枢反应去磁加强nRIUIPP)(aaa122023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动142.串串串励电动机串励电动机试验接线图试验接线图
11、nIIIRIUIPPfafaaa12)(u 串励电动机绝对不允许空载运行，以避免发生串励电动机绝对不允许空载运行，以避免发生“飞速飞速”现象。现象。1/4NN100%nnnn 2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动153.复励电动机的工作特性复励电动机的工作特性复励电动机复励电动机试验接线图试验接线图1 1并励电动机并励电动机2 2并励为主的复励电动机并励为主的复励电动机3 3串励为主的复励电动机串励为主的复励电动机4 4串励电动机串励电动机5 5差复励电动机差复励电动机速率特性比较速率特性比较2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动16三、机械特性三
12、、机械特性 n=f(Tem)em2Tjajaa)(TCCRRCUCRRIUnEEECUnE0Rj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。Rj=0时为时为自然机械特性自然机械特性，Rj0为为人工机械特性人工机械特性。称为理想称为理想空载转速空载转速 并励电动机的自然机并励电动机的自然机械特性接近于一水平械特性接近于一水平线，称为硬特性。线，称为硬特性。emj0Tknn1.2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动172.串励电动机串励电动机em2aemafTICTIIT设磁路不饱和设磁路不饱和 emTC令)(ja2em
13、1RRCTUCn为比例系数2211,1CCCCCCCTEE2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动182023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动19nTnTTTnTndddd0)(dd)(ddLemLem或2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动201.直接启动直接启动2.电枢回路串电阻启动电枢回路串电阻启动二、直流电动机的启动二、直流电动机的启动aaastRUREUIIstastRRUI3.降压启动降压启动2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动21em2TjaTCCRRCUnEE nRj2023-2-15电机学第
14、2章 直流电机直流电动机特性与传动222.改变励磁电流调速改变励磁电流调速3.改变端电压调速改变端电压调速 nIf nU2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动23LaaLaaaRRnCIRIRInCUEE2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动242.反接制动反接制动 反接制动的优点是能很快地使机组停转，缺点是电流过大；反接制动的优点是能很快地使机组停转，缺点是电流过大；当转速接近零值时，应及时把电源断开，否则电机将反转运当转速接近零值时，应及时把电源断开，否则电机将反转运行起来。行起来。并励电动并励电动机反接制机反接制动接线图动接线图LaaRREUI
15、2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动253.回馈制动回馈制动 以串励电动机为例，当串励电动机拖动电车或电力机车下以串励电动机为例，当串励电动机拖动电车或电力机车下坡时，若不制动，速度会越来越高而达到危险程度。设想此时坡时，若不制动，速度会越来越高而达到危险程度。设想此时将串励改为并励或他励，则当转速升高至某一数值，即将串励改为并励或他励，则当转速升高至某一数值，即E U 时，电流将反向，电机进入发电机运行状态，电磁转矩起制动时，电流将反向，电机进入发电机运行状态，电磁转矩起制动作用，限制了转速的进一步上升，将下坡时机车的位能转换为作用，限制了转速的进一步上升，将下坡时机车的位能转换为电能回馈给电网，故称为回馈制动。电能回馈给电网，故称为回馈制动。2023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动262023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动272023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动282023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动292023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动302023-2-15电机学第2章 直流电机直流电动机特性与传动31
