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1、第2章 直流电机的机械特性,第2章 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,2.1 直流电机的基本结构及类型,3,1.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；,2.1 直流电机的基本结构及类型,4,2.直流电机的基本结构,1）基本结构组成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。转子部分作用产生电磁力矩；由电枢绕组、电枢铁心、
2、转轴等组成。换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。,2.1 直流电机的基本结构及类型,5,2.直流电机的基本结构,1）基本结构组成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：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。,2.1 直流电机的基本结构及类型,6,2.直流电机的基本结构,2）直流电机的等效电路,2.1 直流电机的基本结构及类型,7,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,永磁电机小功率励磁电机,他励电机串励电机并励电机复励电机,励磁电机：,他励电机串励电机并励电机复励电机,2.1 直流电机的基
3、本结构及类型,8,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,永磁电机小功率励磁电机,励磁电机：,他励电机串励电机并励电机复励电机,2.1 直流电机的基本结构及类型,9,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,永磁电机小功率励磁电机,励磁电机：,2.1 直流电机的基本结构及类型,10,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,他励电机串励电机并励电机复励电机,永磁电机小功率励磁电机,励磁电机：,2.1 直流电机的基本结构及类型,11,3.直流电动机的基本类型,按定子磁极的励磁方式分,他励电机串励电机并励电机复励电机,永磁电机小功率励磁电机,励磁电机：,2.2 直流电机的
4、基本原理,12,1.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；,图2-11直流电动机工作原理,2.2 直流电机的基本原理,13,2.发电机原理,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；,图2-12直流发电机工作原理,2.2 直流电机的基本原理,14,3.原理的应用,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,2.2 直流电机的基本原理,15,4.直流电动机的基本关系,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,电磁力大小:,电磁力方向：左手定律,2.2 直流电机的基本原理,16
5、,4.直流电动机的基本关系,1）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,导体电磁力矩：,电磁力大小:,2.2 直流电机的基本原理,17,4.直流电动机的基本关系,1）电磁力矩方程,转子导体总电磁力矩,电机的电磁力矩方程,（2-1）,2.2 直流电机的基本原理,18,4.直流电动机的基本关系,1）电磁力矩方程,（2-1）,当磁场 一定时,2.2 直流电机的基本原理,19,4.直流电动机的基本关系,2）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；,（2-3）,2.2 直流电机的基本原理,20,4.直流电动机的基本关
6、系,2）电势方程式,（2-3）,当磁场 一定时,（2-3）,2.2 直流电机的基本原理,21,4.直流电动机的基本关系,3）转矩平衡方程,为电机的输出转矩,为电机的负载转矩,稳定运行时,（2-5）,2.2 直流电机的基本原理,22,4.直流电动机的基本关系,4）电压平衡方程,（2-6）,电枢回路电压平衡方程,2.2 直流电机的基本原理,23,4.直流电动机的基本关系,5）功率平衡关系,由电压平衡方程，得,式中,（2-7）,为电动机从电源输入的电功率,为电枢回路的总消耗功率，称铜损耗,（2-8）,为电磁功率，转换成机械功率的部分电功率,2.2 直流电机的基本原理,24,4.直流电动机的基本关系,
7、5）功率平衡关系,同理，由转矩平衡方程，得,式中,（2-9）,为电磁功率,为空载损耗，包括铁损耗和机械摩擦损耗,为电机转轴上输出的机械功率,（2-10）,2.2 直流电机的基本原理,25,4.直流电动机的基本关系,5）功率平衡关系,得,电机功率总损耗,其中,为铁损耗为机械摩擦损耗为附加损耗,2.2 直流电机的基本原理,26,4.直流电动机的基本关系,5）功率平衡关系,他励电机稳态运行时的功率流程图,2.3 直流电动机的机械特性,27,2.3.1 他励电动机的机械特性,1机械特性方程,根据稳定运行状态下的基本方程,得机械特性方程,2.3 直流电动机的机械特性,28,2.3.1 他励电动机的机械特
8、性,1机械特性方程,机械特性的表达方式,1）特性方程,2.3 直流电动机的机械特性,29,2.3.1 他励电动机的机械特性,1机械特性方程,机械特性的表达方式,2）特性曲线,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；,2.3 直流电动机的机械特性,30,2.3.1 他励电动机的机械特性,1机械特性方程,机械特性的表达方式,3）特征参数,理想空载转速,特性斜率,称为转速降落,特性方程可写成,2.3 直流电动机的机械特性,31,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,定义：在额定运行条件下，即UN、N、R=Ra，所得到的机械特性为固有特性。,理想空载转速,
9、特性斜率,2.3 直流电动机的机械特性,32,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,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 直流电动机的机械特性,33,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,解：,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 直流电动机
10、的机械特性,34,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,解：,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 直流电动机的机械特性,35,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,解：,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 直流电动机的机械特性,36,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,例题2-2已知：PN=75kW，UN=220V，IN=383A，nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.019
11、2，,（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 直流电动机的机械特性,37,2.3.1 他励电动机的机械特性,2固有特性,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 直流电动机的机械特性,38,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,定义人为改变运行参数（U,R,），所得到机械特性。,2.3 直流电动机的机械特性,39,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,1）改变电枢回路电阻的人为特性,机械特性方程,串入附加电阻Ri，保持U
12、N与N不变,2.3 直流电动机的机械特性,40,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,2）改变电枢端电压的人为特性,机械特性方程,改变端电压U，保持Ra与N不变,2.3 直流电动机的机械特性,41,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,3）改变磁通的人为特性,机械特性方程,改变励磁磁通，保持Ra与UN不变,2.3 直流电动机的机械特性,42,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,3）改变磁通的人为特性,机械特性方程,改变励磁磁通，保持Ra与UN不变,2.3 直流电动机的机械特性,43,2.3.1 他励电动机的机械特性,3人为特性,3）改变磁通的人为特性,机械特性方程,改
13、变励磁磁通，保持Ra与UN不变,2.3 直流电动机的机械特性,44,2.3.1 他励电动机的机械特性,4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,2.3 直流电动机的机械特性,45,2.3.1 他励电动机的机械特性,4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 直流电动机的机械
14、特性,46,2.3.1 他励电动机的机械特性,4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）；,理想空载转速,电势系数,计算 Ra,2.3 直流电动机的机械特性,47,2.3.1 他励电动机的机械特性,4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 Ra,按电枢的铜损耗估算,（1）求理想空载点（0、n0）；,2.3 直流电动机的机械特性,48,2.3.1 他励电动机的机械特性,4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
15、、nN）,理想空载转速,电势系数,（1）求理想空载点（0、n0）；,2.3 直流电动机的机械特性,49,2.3.1 他励电动机的机械特性,4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,输出力矩,电磁力矩方程,2.3 直流电动机的机械特性,50,2.3.1 他励电动机的机械特性,4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）,（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 直流电动机的
16、机械特性,51,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,2）绘制人为特性,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 ni,转速降落,（1）改变电枢电阻的人为特性曲线；,2.3 直流电动机的机械特性,52,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,2）绘制人为特性,依据：,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；,(2-33),已知：固有特性、附加电阻Ri，求：人为特性,（1）改变电枢电阻的人为特性曲线；,2.3 直流电
17、动机的机械特性,53,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,2）绘制人为特性,（2）改变电枢端电压的人为特性；,基本方法：已知 Ui，求 n0i，作平行于固有特性的人工特性；,理想空载转速,2.3 直流电动机的机械特性,54,2.3.1 他励电动机的机械特性,4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；,理想空载转速,特性斜率,2.3 直流电动机的机械特性,55,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,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
18、=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 直流电动机的机械特性,56,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,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：（1）计算固有特性，求n0，TN,理想空载转速,电势系数,2.3 直流电动机的机械特性,57,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,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/
19、min。试求：,解：（1）计算固有特性，求n0，TN,2.3 直流电动机的机械特性,58,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,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,连接（0，n0）（TN，nN）两点，得固有特性。,解：（1）计算固有特性，求n0，TN,2.3 直流电动机的机械特性,59,2.3.1 他励电动机的机械特性,4机械特性的绘制,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：,（2）求额定输出转矩和空载转矩,额定输出转矩,空载转矩,2.3 直流电动机的机械特性,60,2.3.2 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,
