1、11-51-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理 转子旋转时，就有电枢电动势产生。但电动势E Ea a与电流方向I Ia a相反，故又叫反电势反电势。直流电动机的电动势平衡方程式为：一、直流电动机的基本方程式一、直流电动机的基本方程式1 1、电动势平衡方程式、电动势平衡方程式U U E Ea a I Ia aR Ra a。可见，U EU Ea a。根据Ea=Cen，则转速公式：励磁回路的电压方程式：U=IU=If f r rf f 。eaaCRIUn21-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理 电动机产生的电磁转矩T T减去空载阻力转矩T T0 0，就是电动机从轴上输出的
2、机械转矩T T2 2（负载转矩）。故有：T=TT=T0 0+T+T2 2=T=TZ Z 式中，T TZ Z=T=T2 2+T+T0 0为总负载转矩总负载转矩，则电枢电流公式：2 2、转矩平衡方程式、转矩平衡方程式空载（T T2 2=0=0）时电枢电流：理想空载（理想空载（T TZ Z=0=0）时的电枢电流为零。）时的电枢电流为零。MZaCTIMaCTI0031-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理3 3、功率平衡方程式、功率平衡方程式由 U=EU=Ea a+I+Ia aR Ra a，等号两边同乘以I Ia a，得UIUIa a=E=Ea aI Ia a+I+Ia a2 2 R
3、Ra a，因 I=II=Ia a+I+If f，故UI=EUI=Ea aI Ia a+I+Ia a2 2R Ra a+UI+UIf f 即输入功率输入功率 P P1 1=P=PMM+p+pcuacua+p+pcufcuf其中，p pcuacua电枢回路铜耗电枢回路铜耗，p pcuf cuf 励磁损耗励磁损耗而电磁功率 P PMM=P=P2 2+（p pFeFe+p+p+p+p）=P=P2 2+p+p0 0其中，p pFeFe铁耗铁耗，p p 机械损耗机械损耗，p p 附加损耗附加损耗，空载损耗空载损耗 p p0 0=T=T0 0；输出功率输出功率 P P2 2=T=T2 2 因此P P1 1=
4、P=P2 2+p+pcuacua+p+pcuf cuf+p+pFeFe+p+p+p+p =P=P2 2+p+p式中，pp为总损耗总损耗。41-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理5 5、电机效率：、电机效率：pPpPP21214 4、电动机功率流程图、电动机功率流程图51-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理补例补例1 1：他励直流电动机，：他励直流电动机，P PN N=13kw=13kw，U UN N=220V=220V，I IN N=69.5A=69.5A，n nN N=1500r/min=1500r/min，电枢电阻，电枢电阻R Ra a=0.28=0.2
5、8，额定励磁电压，额定励磁电压110V110V，励磁回路电阻励磁回路电阻142 142 。P P=130W=130W；电动机在额定状态下运；电动机在额定状态下运行，试求：行，试求：（1 1）额定励磁电流；励磁铜损耗；额定励磁电流；励磁铜损耗；（2 2）电枢回路铜损耗；空载损耗；）电枢回路铜损耗；空载损耗；（3 3）额定电磁转矩、输出转矩及空载转矩。）额定电磁转矩、输出转矩及空载转矩。解：解：1 1）额定励磁电流：）额定励磁电流：励磁铜损耗：励磁铜损耗：2 2）电枢回路铜损耗：）电枢回路铜损耗：ArUIfff775.0142110WIUPffcuf3.85775.0110WRIPaNcua5.1
6、35228.05.692261-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理3 3）额定电磁转矩：）额定电磁转矩：输出转矩：输出转矩：空载转矩：空载转矩：空载损耗：空载损耗：012220 69.5 13000 1352.5937.5cuaPPPpWKWpPPcuaM94.135.13525.692201mNnPnPPTNMNMM75.8855.9602mNnPPTNNNNN76.8255.9mNTTTN99.576.8275.88071-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理 工作特性：在一定条件下，n n，T T，分别随P P2 2 或I Ia a变化的规律。二、直流电
7、动机的工作特性二、直流电动机的工作特性（1 1）转速特性）转速特性 n=f(In=f(Ia a)1 1、他励（并励）直流电动机的工作特性、他励（并励）直流电动机的工作特性式中，n n0 0 为理想空载转速理想空载转速。对他励电机，可以认为为常数，n为直线，如图。当考虑电枢效应时，随Ia增大而减小，因此转速下降更少，甚至可能上翘。aeaeaaeeaaICRnCRICUCRIUn081-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理（2 2）转矩特性）转矩特性 指指U=UU=UN N，I If f=I=IfN fN，R R=0=0时，时，T=f(IT=f(Ia a)的关系:（3 3）效率特性
8、指）效率特性指U=UU=UN N，I If f=I=IfN fN，R R=0=0时，时，f(If(Ia a)的关系:aMICT式中：p p不变不变是直流电机的不变损耗，p p不变不变p pFeFe +p+p+pcuf p p可变可变是 直流电机的可变损耗，p p可变可变p pcuacua%100)Ppp1(%100)Pp1(%100PP1112 可变可变不变不变 p p91-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理当当 p p可变可变p p不变不变 时，时，=maxmax=N N 。此时此时 p p=2=2 p p可变可变=2=2 I IN N2 2 R Ra a=U UN N I
9、 IN NP PN N，故：，故：U UN N I IN NP PN Na a=2 2 I IN N2 2 10 串励直流电动机的电枢电流等于励磁电流，又等于负载电流，即I Ia a=I=If f=I=I，因此磁通的大小与负载大小有关。这里略去磁路饱和及电枢反应这里略去磁路饱和及电枢反应，则=K=Kf fI Ia a，K Kf f为常数，将随I Ia a成正比变化。一、转速特性：串励电动机的转速随着转矩的增加而急剧下降属于软特性。1-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理2 2、串励直流电动机的工作特性、串励直流电动机的工作特性二、转矩特性：把=K=Kf fI Ia a代入T=T
10、=IIa a，得：TITIa a2 2 eaaeNfeaafeNeaaeNCRICUKCRIKCUCIRCUn111-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理他励电机工作特性他励电机工作特性串励电机工作特性串励电机工作特性121-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理三、结论（1）不允许空载（或轻载）起动及运行串励直流电动机不允许空载（或轻载）起动及运行串励直流电动机；（2）串励直流电动机的起动转矩较大T Tst st I Ist st2 2；131-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理3 3、复励直流电动机的工作特性、复励直流电动机的工作特性 复励直
11、流电动机既有并励绕组，复励直流电动机既有并励绕组，又有串励绕组，当并励与串励绕又有串励绕组，当并励与串励绕组产生的磁势极性相同时，称为组产生的磁势极性相同时，称为积复励积复励；当并励与串励绕组产生；当并励与串励绕组产生的磁势极性相反时，称为的磁势极性相反时，称为差复励差复励，差复励在实际应用中很少。差复励在实际应用中很少。积复励在理想空载时，电枢电流积复励在理想空载时，电枢电流为零，主磁通为零，主磁通0 0由并励绕组产生，由并励绕组产生，故存在理想空载转速，故存在理想空载转速，为：为：，不会出现，不会出现“飞车飞车”危险；当负载增大时，电枢电流危险；当负载增大时，电枢电流增大，总磁通随之增大，
12、使转速增大，总磁通随之增大，使转速比并励下降更多。比并励下降更多。积复励电动机总励磁磁动势：积复励电动机总励磁磁动势：差复励电动机总励磁磁动势：差复励电动机总励磁磁动势：14P26 P26 例例1-31-3：并励直流电动机：并励直流电动机：P PN N=96KW=96KW，U UN N=440V=440V，I IN N=255A=255A，I IFNFN=5A=5A，n nN N=500R/MIN=500R/MIN，R RA A=0.078=0.078，电枢反应忽略不计。，电枢反应忽略不计。（1 1）额定输出转矩）额定输出转矩T TN N和电磁转矩和电磁转矩T T；（2 2）理想空载转速）理想
13、空载转速n n0 0和实际空载转速和实际空载转速n n0 0；（3 3）电枢回路串入电阻）电枢回路串入电阻R R =0.122 =0.122，求串入初瞬的电枢电流，求串入初瞬的电枢电流和转速。和转速。（4 4）保持额定运行时的总负载转矩不变，则串入电阻）保持额定运行时的总负载转矩不变，则串入电阻R R =0.122=0.122 而稳定后的电枢电流与转速为多少？而稳定后的电枢电流与转速为多少？1-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理151-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理解：解：1 1）输出转矩：）输出转矩：电磁转矩电磁转矩mNnPPTNNNN5.183355
14、.9AIIIfNNaN2505255额定电枢电流841.0500078.0250440NaaNNenRIUC电动势常数转距常数032.855.9CCeMmNICTaNM 2008250032.8kWIRIUIEPaaaNNaaM125.105)(或：mNnPPTNMNM 200855.9161-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理2 2）理想空载转速：）理想空载转速：3 3）电阻串入瞬间转速：）电阻串入瞬间转速：min/2.523841.04200rCUneNmNTTTN 5.1745.183320080min/2.521000rTCCRCUCRICUnMeaeNeaaeN实际
15、空载转速：实际空载转速：min 500r/nnNVnCEea 5.420电阻串入瞬间电流：电阻串入瞬间电流：ARREUIaaNa5.97122.0078.05.420440171-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理4 4）电枢电流：）电枢电流：由于负载转距及励磁不变，所以：AIIaNa250VRRIUEaaNa390)122.0078.0(250440)(稳定后转速：min/7.463841.0390rCEnea或或反电动势：min/7.463)(rCRRIUneaaN181-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理补例补例2 2：并励直流电动机，：并励直流电动机
16、，P PN N=30kw=30kw，U UN N=220V=220V，I IN N=158A=158A，n nN N=1000r/min=1000r/min，电枢电阻，电枢电阻R Ra a=0.11=0.11，励磁回路电阻励磁回路电阻44 44 ；忽略附加损耗和电枢反应；电动机在额定状态下运行，试忽略附加损耗和电枢反应；电动机在额定状态下运行，试求：求：（1 1）输出转矩；）输出转矩；（2 2）额定电磁转矩；）额定电磁转矩；（3 3）额定效率；）额定效率；（4 4）空载损耗及空载转矩；）空载损耗及空载转矩；（5 5）理想空载转速和实际空载转速）理想空载转速和实际空载转速解：解：1 1）输出转矩
17、：）输出转矩：mNnPPTNNNN5.28655.92 2）额定电磁转矩）额定电磁转矩ArUIIIIfNNfNa153191-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理或：或：kWIRIUIEPaaaNaaM09.31)(3 3）额定效率：）额定效率：%3.86%100158220103031PPNN4 4）空载损耗及空载转矩：）空载损耗及空载转矩：203.0100011.0153220NaaNNenRIUC94.155.9NeNMCCmNICTaNM8.29615394.1mNnPPTNMM9.29655.9201-5 1-5 直流电动机的运行原理直流电动机的运行原理5 5）实际空载转速：）实际空载转速：mNnPPTN36.1055.9000WrIRIPIUppPPPffaaNNNcufcuaN10852210rpmTCCRCUnNMNeaNeN108100理想空载转速：理想空载转速：rpmCUnNeN4.1083021
