第二章 直流电机
直流发电机和直流电动机的电枢电动势和电磁转矩的比较： former:G latter:M Ea?Ce?n Ce：电动势常数 性质：反电动势； eaEa 性质：电源电动势； ea与ia同向 与ia方向相反 Tem?CT?IaTem CT：电磁转矩常数 性质：驱动转矩； Tem 性质：制动转矩； Tem与n 反向 与n 同向
2.6 直流电机的运行原理
(operation principle of DC machine)
一、直流电机的基本方程(basic equation of DC machine) 1.电动势平衡方程(electromotive force balance equation)
Ea?U?IaRa?2?Ub
式中：Ra：电枢回路总电阻；
U?If(rf?r?)?IfRf Ea?Ce?n
2?Ub：正、负电刷电压降，一般为0.6～2伏；
发电机：取“+”；电动机：取“-”； 忽略电刷压降，则Ea?U?IaRa
**结论：发电机：Ea?U；电动机：Ea?U；即根据Ea与U的大小判断直流电机的运行状态。 I
a?T1U?T0Ia?TemU?T0T2nGTemnM??Ea??EaU?I?fIf
Uf??f
发电机 电动机
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第二章 直流电机
2.转矩平衡方程(torque balance equation)
Tem?CT?Ia
1.发电机：Tem?T1?T0 2.电动机：Tem?T2?T0
3.直流电机的功率平衡方程(power balance equation) 1)电动机 电能→机械能
电动机：
Pem?P1?pCua?pCuf?pb
P2?Pem?p0?P1??p
2)发电机 机械能→电能
pCua+p0 p0=pmec+pFe P1 Pem P2 (机) (电)
转子 定子 pCuf 发电机：Pem?P1?p0
P?Pem?pCua?pCuf?pb?P1??p 2 电机效率：??P2P1?1??pP??2p
?p?pcuf?pcua?pFe?pm?pad
二、直流电动机的工作特性(operation characteristics of DC motor) 直流电动机的基本方程
Ea?Ce?n
U?Ea?IaRa?2?Ub?Ea?IaRa
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第二章 直流电机
Ea?U
Tem?CT?Ia
Tem?T2?T0
Pem?P1?pCua?Tem??EaIa
P2?Pem?p0?Pem?(pmec?pFe?pad)
定义：直流电动机的工作特性，是指在U=UN ，If?IfN时, 转速n、电磁转矩
Tem 和效率η随输出功率P2 而变化的关系。
实际运行时,电枢电流Ia 可直接测量, Ia 和P2 成正比,变化趋势大致相同。故可将工作特性表示为n、Tem 、η=f（Ia）。
直流电动机的工作特性因励磁方式不同,差别很大。须分别讨论。 1.他励（并励）直流电动机的工作特性 1)转速特性
定义：当U?UN、If?IfN时，n?f(Ia) 由方程式可得
n?UNCeCT?
忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性关系变化如图所示。
Ce??RaCe?Ian?UCe??Ra2?Tem?n0??TemnTnTemT2T00Ia
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第二章 直流电机
若忽略电枢反应，??C，则为一直线； n n0
2（软）
Tem **说明：①n0为理想空载转速；②β大，机械特性硬；β小，机械特性软。 2)转矩特性
定义：当U?UN、If?IfN时，Tem?f(Ia) 转矩表达式Tem?CT?NIa
考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度比电流上升的慢。 3)效率特性
定义：当U?UN、If?IfN时，??f(Ia) 由方程式可得??
P1??PP1?1?P0?RaIaUNIa2β 1（硬）
??Ia0
损耗分析:
结论:空载损耗为不变损耗，不随负载电流变化，当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分消耗在空载损耗上；负载电流增大，效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流增大到一定程度时铜损快速增大此时效率又变小。如上图所示。
2.串励直流电动机的工作特性：
由于串励电动机的励磁绕组与电枢串联，所以励磁电流就是电枢电流，即它是随负载的变化而变化的。其工作特性与他（并）励直流电动机的工作特性有所
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第二章 直流电机
不同。当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：??kfIf?kfIa。 nTem ?
0?TemnIa 1）转速特性：n?
UNCe??RaIaCe??UNkfCeIa?Ra?RfkfCe
2）转矩特性：Tem?CT?Ia?kfCTIa2
当负载电流为零时，电机转速趋于无穷大， 所以串励电动机不宜轻载或空载运行。
当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动
机的工作特性与他励电动机相同。曲线如图所示。
串励电动机有较大的起动转矩与过载能力。当生产机械过载时，电动机的转速自动下降，其输出功率变化不大，使电机不致因负载过重而损坏。当负载减轻时，转速又自动上升。因此，电力机车、电车等一类牵引机械大都采用串励电动机拖动。
3.复励直流电动机的工作特性： 复励电动机通常接成积复励，它的工作特性介乎并励与串励电动机的特性之间。如果并励磁动势起主要作用，它的工作特性就接近并励电动机；如果串励磁动势起主要作用，它的工作特性就接近串励电动机。
因为有并励磁动势的存在，空载时没有飞车的危险 ，复励电动机的转速特性如图所示。
1.并 2.积复 3.串
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