第一章 直流电机的基本知识讲解

1.8.2 固有机械特性
• 他励直流电动机固有机械特性是一条斜直线， 跨越三个象限，特性较硬。
• 机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的 函数关系，是电动机本身的能力，至于电动机 具体运行状态，还要看拖动什么样的负载。
• 固有机械特性是电动机最重要的特性，在此基 础上，很容易得到电动机的人为机械特性。
T
直流电动机效率约为0.75~0.94，
容量大的效率更高。
Ia
1.8 他励直流电动机的机械特性
1.8.1 机械特性的一般表达式
电动机转速n与电磁转矩T的关系为电动机的机械 特性，电动机的机械特性是分析电动机起动、 调速、制动的重要工具。
U
电动机加上一定的电压U和 Ia
Ea R
一定的励磁电流If ，并在电
1.8.3 人为机械特性
1.电枢回路串电阻的人为机械特性
UN，ΦN不变，电枢回路串R后，机械特性。
n U N Ra R T
Ce N
Ce
Ct
2
N
n R1<R2
特点：n0不变，Rad增大， n0 ⊿n增大，特性变软。
Ra
固有
Ra+R1 人
若T为常数，⊿n（Ra+R）
Ra+R2
为
0
由铭牌数据求电动机的固有机械特性的步骤： 1）估算EaN或实则Ra； 2）计算CeΦN； 3）求n0； 4）计算TN。
1.9 串励和复励直流电动机
1.9.1 串励直流电动机的机械特性 + U -
Ia I f ,
K f I f K f Ia
Ia R
Φ Rf
电机转速：n U IaR'a U R'a
• 铭牌数据有：PN，UN，IN，nN，IfN
n0

UN
Ce N
,
Ce N

EaN nN
UN
I N Ra nN
1) 估算EaN：EaN= (0.93~0.97)UN ，一般取0.95；
2) 实则Ra：要用降压法测。
1.8.4 根据铭牌数据估算机械特性
• 额定转矩按下式计算：
TN CtN IN 9.55CeN IN
3. 减小气隙磁通量的人为机械特性
UN，Ra不变，减小Φ时的机械特性
n

UN
Ce

Ra
CeCt 2
T
n
特点：n0将增高，Δn也要变大， 机械特性变软。
n1 n0
4 根据铭牌数据估算机械特性
• 他励直流电动机的固有机械特性是一条斜直线，
由(n0，0)和 (nN，TN)，定固有机械特性。
pCua=Ia2Ra
p0=pm+pFe
P1=UIa PM=EaIa= T
P2=T2
总损耗：∑p=pm+pFe+pCua+ps
电动机效率： P2 1 p
P1
P2 p
1.7.3 直流电动机的工作特性
1. 转速特性 当UN，IaN，nN时的励磁电流
当U=UN，If=IfN时，n=f(Ia)的关系。n
T
1.8.3 人为机械特性
2. 改变电枢电压的人为机械特性
ΦN， Ra不变，改变U时，机械特性。
n U Ra T
Ce N
CeCt
2
N
n n0
n01
特点：
1）T一定时，Δn不变，斜率不
变，各条特性互相平行；
0
2）n0与U成正比。
-n0
UN U1
T U=0
U= -UN
1.8.3 人为机械特性
Uf If T n
TL
电动机惯例
1.7.2 他励直流电动机的功率关系
• U Ia = Ea Ia +I2aRa • P1=PM+pCua • PM=P2+p0
• T = T2 + T0
U
Ia
Ea
Uf If T n
TL
电动机惯例
1.7.2 他励直流电动机的功率关系
• 综合功率关系： P1=PM+pCua=P2+pCua+pm+pFe 他励直流发电机的功率流程：
T n0
T
n0

UN
Ce N
为理想空 载转速


Ra R
CeCt
2 N
为机械特 性的斜率
1.8.2 固有机械特性
• 当U=UN，Φ=ΦN ，R=0时的机械特性
n U N Ra T
Ce N
CeCt
2
N
特点：
n n0
nN
1） n= f(T)为下斜直线 ，
T↑，n↓；
2）当T=0时，n0=UN/CeΦN 0 为理想空载转速，此时，
n
电磁转矩T与电枢电流Ia成正 比。如果考虑电枢反应有去磁
效应，随着Ia的增大，T要略微 减小。
T
Ia
1.7.3 直流电动机的工作特性
3. 效率特性
当U=UN，If=IfN时， η=f(Ia)的关系。n ,T ，η
∑p中，p0=pFe+pm不随Ia变化，电
n
枢回路总铜耗pCua随Ia2成正比。
η
η=f(Ia)曲线如图所示。
直流电机的励磁方式
• 直流电动机按励磁方式（即获得磁通Φ的方式） 可分为
他励式
并励式
永磁式
M 串励式
M
M
M
复励式 M
1.7 直流电动机运行原理
1.7.1 他励直流电动机稳态运行的基本方程式 各物理量正方向按发动机惯例
U=Ea+IaRa
U
Ea=CeΦn
Ia
Ea
T=CtΦIa 稳定运行时：T=T2+T0=TL If =Uf / Rf , Φ=f(If , Ia)
IN
T
Ia=0，E=UN ；
1.8.2 固有机械特性
• 特点：
3） Ra小，斜率 很小，硬特性；（ 大的特性
称为软特性）
4）∆nN=n0-nN= TN 额定转速差。nN约0.95n0，
∆nN约0.05n0； 5）n=0，电机启动，Ia=UN/Ra=IS，T=CtΦNIS，很
大，约20倍的额定值。会烧坏换向器。 6）T>TS，n<0。在第Ⅳ象限。 7）T<0， n>n0。在第Ⅱ象限，发电机状态。
• U=Ea+IaRa UN=EaN+IaRa
n
• EaN=CeΦNn=UN －IaRa
n
UN
Ce N
Ra
Ce N
Ia
当Ia↑，n↓。但Ra较小， n↓很小。
Ia
1.7.3 直流电动机的工作特性
2. 转矩特性
当U=UN，If=IfN时，T=f(Ia)的关系。n ,T
T Ct N Ia
枢回路中串R，电磁转矩与转
速之间的关系，即 n= f(T) 。
Uf If T n
TL
1.8.1 机械特性的一般表达式
• 机械特性 n= f(T) 的推导
将T=CtΦNIa，代入转矩特性，
n
UN
Ce N
Ra
Ce N
Ia
考虑到电枢串电阻R可得：
n
UN
Ce N
Ra R
CeCt
2
N
n0
• 用途广，电车拖动等。
0
U
Ea
M
Ia
串励绕组
If 并励绕组 他励 并励 串励 T
Ce
C'e Ia C'e
Ra’=Ra+R+Rf，C’e=CeKf
T nM
TL
Ra
电磁转矩：T=CtΦIa=C’t Ia2 ( C’t=CtKf ) Ea
n C't U R'a C'e T C'e
1.9.1 串励直流电动机的机械特性
n C't U R'a C'e T C'e
n n0
他励
• 特点：
串励
1）非线性软特性；
0
T
2）理想T=0，n0=∞。不允许空载运行； 3）T与Ia的平方成正比。启动转矩大，过载倍
数强。
1.9.2 并励直流电动机的机械特性
• 积复励直流电动机机械特 性介于他励与串励直流电 I
动机特性之间，它具有串
励直流电动机的启动转矩
大，过载倍数大的优点，
而没有空载转速很高的缺 点。