大工13春《电机与拖动》辅导资料三
电机与拖动辅导资料三
主 题：直流电机的辅导文章——直流电动机的运行分析、直流发电机的运行分析
学习时间：2013年4月15日－4月21日
内 容：
我们这周主要还是学习课件第2章直流电机的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电机相关知识的理解。
一、直流电动机的运行分析（重点了解）
1.我们以他励直流电动机为例，分析直流电动机的基本方程。
图3-1 直流电动机的正方向规定
在如图3-1规定正方向的前提下，他励直流电动机的基本方程式为： 电压平衡方程：
a a U E R I =+ （3-1） 式中E E C n =Φ。
转矩平衡方程：
20e T T T =+
（3-2）
式中e T a T C I =Φ。
其中，a R --电枢绕组总电阻，包括电刷的接触电阻；
0T --空载转矩，是由电动机的机械摩擦损耗及铁损引起的总转矩； 2T --生产机械的制动转矩；
功率平衡方程：
1022Cu e Cu Cu fw Fe ad P P P P P P P P P P P =+=++=++++ （3-3）
直流电动机的基本方程式综合反映了电机内部的电磁关系和机电过程。运用这些基本方程式，可以分析其工作特性和机械特性。值得注意的是，对于不同的励磁方式，电压平衡方程式是不同的，而转矩平衡方程式和功率平衡方程式基本不变。
2.直流电动机的工作特性是指当N U U =、f fN I I =时，电机转速n 、电磁转矩e T 和效率η与电枢电流a I 的关系曲线，如图3-2所示。
图3-2 他励直流电动机的工作特性
1）转速特性：如图3-2所示转速特性是一条略微下倾的曲线。把公式E E C n =Φ带入a a U E R I =+，可得转速公式为：
a a E E R U n I C C =-ΦΦ
（3-4）
式3-4对各种励磁方式的电动机都适用。在N U U =、f fN I I =条件下，影响转速
的因素有两个：电枢回路的电阻压降a a R I 和电枢反应。当负载增加使电流a I 增加时，电阻压降a a R I 使转速趋于下降，但电枢反应起去磁作用，它使转速趋于上升，因此它们对转速的影响部分抵消，转速变化很小，为了保证电动机能稳定运行，电动机的转速特性应是略向下倾斜的。
2）转矩特性：当磁通不变时，电磁转矩e T 与电枢电流a I 成正比变化，考虑到电枢反应的去磁作用，电磁转矩略有减小。
3）效率特性：电枢电流从零开始增大时，效率逐渐增大，当电枢电流大到一定程度时，效率又逐渐减小了。
不同的励磁方式的电动机其工作特性有很大差异，测试工作特性的条件也不尽相同。他励和并励直流电动机具有略微下倾的转速特性，电磁转矩与电枢电流呈线性关系。串励直流电动机的转速随电枢电流的增加下降很快，电磁转矩近似于电枢电流的平方成正比，具有起动转矩大、过载能力强、不能轻载和空载的特点。复励直流电动机的转速特性介于并励与串励之间。
二、直流发电机的运行分析（重点了解）
1.直流发电机由原动机拖动电枢旋转，电枢绕组切割气隙磁场，产生感应电动势E ，接上负载以后，将在电枢绕组和负载所构成的回路中产生电流a I ，a I 与E 的方向相同。他励直流发电机的正方向规定如图3-3所示。
图3-3 他励直流发电机正方向规定
在规定正方向的前提下，他励直流发电机的基本方程式为：
电压平衡方程：
a a E U R I =+ （3-5） 转矩平衡方程：
10e T T T =+ (3-6) 功率平衡方程：
10022e Cu Cu fw Fe ad P P P P P P P P P P P =+=++=++++
（3-7） 直流发电机的基本方程式综合反映了电机内部的电磁关系和机电过程，根据基本方程式，可以分析其工作特性。
2.直流发电机的工作特性
直流发电机的工作特性主要有空载特性、外特性和调整特性等。
1）.他励直流发电机的空载特性是指在转速不变的情况下，发电机空载输出电压0U 与励磁电流f I 的关系，即0()f U f I =。空载特性可以通过实验测得，实验时，保持转速为额定转速，调节励磁电流f I ，使空载电压逐步上升到0(1.1~1.3)N U U =,然后使励磁电流f I 逐步降回到零，每次记录相应的f I 和0U 可作出曲线0()f U f I =如图3-4所示。实际上，空载特性曲线就是电机的磁化特性
曲线。
图3-4 他励直流发电机的空载特性 图3-5 他励直流发电机的外特性
2）.他励直流发电机的外特性是指电机在保持转速和励磁电流为额定值时，端电压U 与负载电流I 之间的关系，即()a U f I =。他励直流发电机的外特性如图3-5所示，是一条随负载电流增大而略微下降的曲线。从电压方程a a U E R I =-可见，随着负载电流的增大，电枢回路的电阻压降加大，同时由于电枢反应的去磁效应，使感应电动势E 减小，故端电压U 将逐步下降。
3）.并励直流发电机是一种自励发电机，其自励发电必须满足以下三个条件： a. 有剩磁；
b. 励磁电流所产生的磁场与剩余磁场方向相同；
c. 励磁回路的电阻小于临界电阻。
三、典型例题分析
1.他励直流发电机转速升高20%，此时空载端电压升高( )。
A.10%
B.20%
C.40%
D.80%
答案：B
2. ( )的特点是当电枢电流增加时，转速下降得很快。
A.他励电动机
B.并励电动机
C.串励电动机
D.复励电动机
答案：C
3. 把他励直流发电机转速升高20%，此时空载端电压升高多少？如果是并励直流发电机，电压变化前者大还是后者大？（辅导资料二思考题答案） 答：根据0E U E C n ==Φ可知，当他励直流发电机的转速升高20%时，0U 也将升高20%。
如果是并励直流发电机，0U 的升高将大于20%。因为并励直流发电机端电压的升高，使励磁电流增大，磁场增强，由此引起端电压进一步升高。
四、本章重点内容
1.重点掌握直流电机的工作原理、基本组成和额定值。
2.重点掌握直流电动机、发电机的电压平衡方程、转矩平衡方程和功率平衡
方程。
3.掌握直流电动机、发电机的工作特性。
五、思考题（答案在下一周的辅导资料中）
一台他励直流电动机，已知其额定值为 1.75,110N N P kW U V ==，1450/min,89.5%,0.4N N a n r R η===Ω。忽略电枢反应，试求转速为1500/min r 时的电枢电流，并分析电机的运行状态是电动机还是发电机？