直流電動機的機械特性課件

第2章直流電機的機械特性第2章直流電機的機械特性第2章直流電動機的機械特性2本章的內容2.1直流電機的基本結構及類型2.2直流電機的基本原理2.3直流電動機的機械特性第2章直流電動機的機械特性2本章的內容2.1直流電機的基本結構及類型31.直流電機的功能作用利用電與磁的相互作用，實現(xiàn)“電能

機械能”的轉換；電磁作用的基本定律1）電磁力定律：（左手定理）載流導體在磁場中，受電磁力作用；2）電磁感應定律：（右手定理）運動導體切割磁力線，產(chǎn)生感應電動勢；2.1直流電機的基本結構及類型31.直流電機的功能作用利用2.1直流電機的基本結構及類型42.直流電機的基本結構1）基本結構組成定子部分——作用產(chǎn)生磁場；由主磁極、機座、軸承、電刷裝置等組成。轉子部分——作用產(chǎn)生電磁力矩；由電樞繞組、電樞鐵心、轉軸等組成。換向器：由線圈兩端的換向片與正負極電刷構成。2.1直流電機的基本結構及類型42.直流電機的基本結構1）2.1直流電機的基本結構及類型52.直流電機的基本結構1）基本結構組成定子部分——作用產(chǎn)生磁場；由主磁極、機座、軸承、電刷裝置等組成。轉子部分——作用產(chǎn)生電磁力矩；由電樞繞組、電樞鐵心、轉軸等組成。換向器：由線圈兩端的換向片與正負極電刷構成。2.1直流電機的基本結構及類型52.直流電機的基本結構1）2.1直流電機的基本結構及類型62.直流電機的基本結構2）直流電機的等效電路RRBIBUIUBE+--+--nI

IB

FnFU+_2.1直流電機的基本結構及類型62.直流電機的基本結構2）2.1直流電機的基本結構及類型73.直流電動機的基本類型按定子磁極的勵磁方式分永磁電機——小功率勵磁電機他勵電機串勵電機并勵電機復勵電機勵磁電機：nI

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FnFU+_RRBIBUIUBE+--+--2.1直流電機的基本結構及類型73.直流電動機的基本類型他勵電機串勵電機并勵電機復勵電機2.1直流電機的基本結構及類型83.直流電動機的基本類型按定子磁極的勵磁方式分RUIE+--nI

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FnFU+_永磁電機——小功率勵磁電機勵磁電機：他勵電機2.1直流電機的基本結構及類型83.直流電動機的基他勵電機串勵電機并勵電機復勵電機2.1直流電機的基本結構及類型93.直流電動機的基本類型按定子磁極的勵磁方式分RUIE+--nI

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FnFU+_永磁電機——小功率勵磁電機勵磁電機：他勵電機2.1直流電機的基本結構及類型93.直流電動機的基2.1直流電機的基本結構及類型103.直流電動機的基本類型按定子磁極的勵磁方式分UIE+--他勵電機串勵電機并勵電機復勵電機nI

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FnFU+_永磁電機——小功率勵磁電機勵磁電機：2.1直流電機的基本結構及類型103.直流電動機的基本類型2.1直流電機的基本結構及類型113.直流電動機的基本類型按定子磁極的勵磁方式分復勵串勵并勵他勵TnnI

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FnFU+_他勵電機串勵電機并勵電機復勵電機永磁電機——小功率勵磁電機勵磁電機：2.1直流電機的基本結構及類型113.直流電動機的基本類型2.2直流電機的基本原理121.電動機原理電磁力定律：（左手定理）載流導體在磁場中，受電磁力作用；nI

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FnFU+_圖2-11直流電動機工作原理2.2直流電機的基本原理121.電動機原理電磁力定律：2.2直流電機的基本原理132.發(fā)電機原理nI

IB

TnU+_電磁感應定律：（右手定理）運動導體切割磁力線，產(chǎn)生感應電動勢；圖2-12直流發(fā)電機工作原理2.2直流電機的基本原理132.發(fā)電機原理nIIB2.2直流電機的基本原理143.原理的應用nI

IB

TnU+_1）電動機原理直流電機I，UT，n

直流電機I，UT，n

2）發(fā)電機原理應用：機電系統(tǒng)驅動控制電機：電能

機械能，稱可逆原理應用：機電系統(tǒng)制動控制nI

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FnFU+_2.2直流電機的基本原理143.原理的應用nIIB2.2直流電機的基本原理154.直流電動機的基本關系nI

IB

FnFU+_電磁力定律：（左手定理）載流導體在磁場中，受電磁力作用；1）電磁力矩方程電磁力大小:電磁力方向：左手定律2.2直流電機的基本原理154.直流電動機的基本關系nI2.2直流電機的基本原理164.直流電動機的基本關系1）電磁力矩方程電磁力定律：（左手定理）載流導體在磁場中，受電磁力作用；電磁力方向：左手定律導體電磁力矩：nI

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FnFU+_電磁力大小:2.2直流電機的基本原理164.直流電動機的基本關系1）電2.2直流電機的基本原理174.直流電動機的基本關系1）電磁力矩方程轉子導體總電磁力矩電機的電磁力矩方程（2-1）式中電機轉矩常數(shù)；nI

IB

FnFU+_2.2直流電機的基本原理174.直流電動機的基本關系1）電2.2直流電機的基本原理184.直流電動機的基本關系1）電磁力矩方程（2-1）式中電機轉矩常數(shù)；當磁場

一定時—轉矩系數(shù)；式中nI

IB

FnFU+_2.2直流電機的基本原理184.直流電動機的基本關系1）電2.2直流電機的基本原理194.直流電動機的基本關系2）電勢方程式電磁感應定律：（右手定理）運動導體切割磁力線，產(chǎn)生感應電動勢；n

IB

TnU+_E（2-3）式中電動勢常數(shù)；nI

IB

FnFU+_2.2直流電機的基本原理194.直流電動機的基本關系2）電2.2直流電機的基本原理204.直流電動機的基本關系2）電勢方程式（2-3）式中電動勢常數(shù)；當磁場

一定時（2-3）—電勢系數(shù)；式中n

IB

TnU+_EnI

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FnFU+_2.2直流電機的基本原理204.直流電動機的基本關系2）電2.2直流電機的基本原理214.直流電動機的基本關系3）轉矩平衡方程式中為電機的空載阻轉矩為電機的輸出轉矩為電機的負載轉矩穩(wěn)定運行時（2-5）nI

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FnFU+_2.2直流電機的基本原理214.直流電動機的基本關系3）轉2.2直流電機的基本原理224.直流電動機的基本關系n

IB

TnU+_E4）電壓平衡方程（2-6）電樞回路電壓平衡方程nI

IB

FnFU+_2.2直流電機的基本原理224.直流電動機的基本關系n2.2直流電機的基本原理234.直流電動機的基本關系5）功率平衡關系由電壓平衡方程，得式中（2-7）RaRBIBUIaUBEa+--+--為電動機從電源輸入的電功率為電樞回路的總消耗功率，稱銅損耗（2-8）為電磁功率，轉換成機械功率的部分電功率2.2直流電機的基本原理234.直流電動機的基本關系5）功2.2直流電機的基本原理244.直流電動機的基本關系5）功率平衡關系同理，由轉矩平衡方程，得式中（2-9）為電磁功率為空載損耗，包括鐵損耗和機械摩擦損耗為電機轉軸上輸出的機械功率（2-10）2.2直流電機的基本原理244.直流電動機的基本關系5）功2.2直流電機的基本原理254.直流電動機的基本關系5）功率平衡關系得電機功率總損耗其中為鐵損耗為機械摩擦損耗為附加損耗2.2直流電機的基本原理254.直流電動機的基本關系5）功2.2直流電機的基本原理264.直流電動機的基本關系5）功率平衡關系他勵電機穩(wěn)態(tài)運行時的功率流程圖2.2直流電機的基本原理264.直流電動機的基本關系5）功2.3直流電動機的機械特性272.3.1他勵電動機的機械特性1．機械特性方程根據(jù)穩(wěn)定運行狀態(tài)下的基本方程得機械特性方程（2-17）電流表達式力矩表達式（2-18）2.3直流電動機的機械特性272.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性282.3.1他勵電動機的機械特性1．機械特性方程機械特性的表達方式1）特性方程（2-17）電流表達式力矩表達式（2-18）式中電機的運行條件參數(shù)電機的結構常數(shù)2.3直流電動機的機械特性282.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性292.3.1他勵電動機的機械特性1．機械特性方程機械特性的表達方式2）特性曲線當參數(shù)U、R及

均固定不變時，機械特性曲線是一條直線；由確定一條直線的方法：（1）已知：一個點的坐標和斜率；（2）已知：兩個點的坐標；2.3直流電動機的機械特性292.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性302.3.1他勵電動機的機械特性1．機械特性方程機械特性的表達方式3）特征參數(shù)理想空載轉速特性斜率稱為轉速降落特性方程可寫成2.3直流電動機的機械特性302.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性312.3.1他勵電動機的機械特性2．固有特性定義：在額定運行條件下，即UN、

N、R=Ra，所得到的機械特性為固有特性。理想空載轉速特性斜率2.3直流電動機的機械特性312.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性322.3.1他勵電動機的機械特性2．固有特性例題2-2已知：PN

=75kW，UN=220V，IN=383A，

nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192

，求：（1）理想空載轉速；固有機械特性的斜率；額定轉速降；（2）若負載轉矩T=0.82TN（TN為額定電磁轉矩），問電動機的轉速、電樞電流以及電樞電動勢為多大？2.3直流電動機的機械特性322.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性332.3.1他勵電動機的機械特性2．固有特性解：理想空載轉速特性斜率轉速降落例題2-2已知：PN

=75kW，UN=220V，IN=383A，

nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192

，2.3直流電動機的機械特性332.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性342.3.1他勵電動機的機械特性2．固有特性解：例題2-2已知：PN

=75kW，UN=220V，IN=383A，

nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192

，2.3直流電動機的機械特性342.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性352.3.1他勵電動機的機械特性2．固有特性解：例題2-2已知：PN

=75kW，UN=220V，IN=383A，

nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192

，2.3直流電動機的機械特性352.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性362.3.1他勵電動機的機械特性2．固有特性例題2-2已知：PN

=75kW，UN=220V，IN=383A，

nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192

，解：負載時的轉速降（2）若負載轉矩T=0.82TN（TN為額定電磁轉矩），問電動機的轉速、電樞電流以及電樞電動勢為多大？2.3直流電動機的機械特性362.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性372.3.1他勵電動機的機械特性2．固有特性例題2-2已知：PN

=75kW，UN=220V，IN=383A，

nN=1500r/min，電樞總電阻Ra=0.0192

，電機轉速電樞電流電樞電動勢得：2.3直流電動機的機械特性372.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性382.3.1他勵電動機的機械特性3．人為特性定義人為改變運行參數(shù)（U,R,

），所得到機械特性。由機械特性的基本方程可人為改變的參數(shù)有：U、

R、

；2.3直流電動機的機械特性382.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性392.3.1他勵電動機的機械特性3．人為特性1）改變電樞回路電阻的人為特性機械特性方程串入附加電阻Ri，保持UN與

N不變RaRBIBUNIaUBEa+--+--Ri理想空載轉速轉速降落2.3直流電動機的機械特性392.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性402.3.1他勵電動機的機械特性3．人為特性2）改變電樞端電壓的人為特性機械特性方程改變端電壓U，保持Ra與

N不變理想空載轉速轉速降落RaRBIBUNIaUBEa+--+--2.3直流電動機的機械特性402.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性412.3.1他勵電動機的機械特性3．人為特性3）改變磁通的人為特性機械特性方程改變勵磁磁通

，保持Ra與UN不變改變磁通的方法改變勵磁電阻RB→IB→

RaRBIBUNIaUBEa+--+--2.3直流電動機的機械特性412.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性422.3.1他勵電動機的機械特性3．人為特性3）改變磁通的人為特性機械特性方程改變勵磁磁通

，保持Ra與UN不變RaRBIBUNIaUBEa+--+--理想空載轉速轉速降落2.3直流電動機的機械特性422.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性432.3.1他勵電動機的機械特性3．人為特性3）改變磁通的人為特性機械特性方程改變勵磁磁通

，保持Ra與UN不變RaRBIBUNIaUBEa+--+--理想空載轉速轉速降落2.3直流電動機的機械特性432.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性442.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制應用：工程設計與性能分析基本方法：1）通過實測數(shù)據(jù)繪制；（用于實驗室）a、測量n、T；b、測量n、I；2）根據(jù)電動機銘牌數(shù)據(jù)來繪制；（用于工程實際）

計算特殊工況點，繪制機械特性圖2.3直流電動機的機械特性442.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性452.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制1）繪制固有特性已知條件：電動機銘牌數(shù)據(jù)（UN

、IN

、PN

、nN

）基本方法：求：理想空載點（0、n0）、

額定運行點（TN、nN）；通過兩點作直線，得固有特性n

=f(T)；2.3直流電動機的機械特性452.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性462.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制1）繪制固有特性已知條件：電動機銘牌數(shù)據(jù)（UN

、IN

、PN

、nN

）（1）求理想空載點（0、n0）；理想空載轉速電勢系數(shù)計算Ra2.3直流電動機的機械特性462.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性472.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制1）繪制固有特性已知條件：電動機銘牌數(shù)據(jù)（UN

、IN

、PN

、nN

）①用電橋或萬用表實際測試計算Ra②按電樞的銅損耗估算（1）求理想空載點（0、n0）；2.3直流電動機的機械特性472.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性482.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制1）繪制固有特性已知條件：電動機銘牌數(shù)據(jù)（UN

、IN

、PN

、nN

）理想空載轉速電勢系數(shù)（1）求理想空載點（0、n0）；2.3直流電動機的機械特性482.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性492.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制1）繪制固有特性已知條件：電動機銘牌數(shù)據(jù)（UN

、IN

、PN

、nN

）（2）求額定運行點（TN、nN）額定電磁力矩TN

的計算方法輸出力矩電磁力矩方程2.3直流電動機的機械特性492.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性502.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制1）繪制固有特性已知條件：電動機銘牌數(shù)據(jù)（UN

、IN

、PN

、nN

）（3）作特性曲線圖根據(jù)計算得：（0、n0）、

（TN、nN）；通過兩點作直線圖，得固有特性n

=f(T

)；2.3直流電動機的機械特性502.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性512.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制2）繪制人為特性n0△nNTn0TNRaRa+Ri1Ra+Ri2Ri1<Ri2已知：固有特性、附加電阻Ri，求：人為特性基本方法：計算（0，n0）（TN、n）兩點坐標，作直線；n0、TN

與固有特性相同，需計算△ni或ni△nini轉速降落（1）改變電樞電阻的人為特性曲線；2.3直流電動機的機械特性512.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性522.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制2）繪制人為特性依據(jù)：△nini主要結論：在轉矩相同時，不同特性的轉速降落△n與其電樞回路總電阻R=(Ra+Ri)成正比；(2-33)n0△nNTn0TNRaRa+Ri1Ra+Ri2Ri1<Ri2已知：固有特性、附加電阻Ri，求：人為特性（1）改變電樞電阻的人為特性曲線；2.3直流電動機的機械特性522.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性532.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制2）繪制人為特性（2）改變電樞端電壓的人為特性；基本方法：已知Ui

，求n0i，作平行于固有特性的人工特性；n0Tn0UNU1U2UN>U1>U2n01n02TN理想空載轉速2.3直流電動機的機械特性532.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性542.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制2）繪制人為特性（3）改變磁通

的人為特性；基本方法：已知

i

，求n0i和特性的斜率Ki，作人工特性；理想空載轉速n0Tn0

N

1

2

N>

1>

2n01n02特性斜率2.3直流電動機的機械特性542.3.1他勵電動機的機械2.3直流電動機的機械特性552.3.1他勵電動機的機械特性4．機械特性的繪制例題2-3Z-86型他勵直流電動機銘牌數(shù)據(jù)如下PN=l0kW，UN=220V，IN=52.9A，n