1、.,第2章 直流電機(jī)的機(jī)械特性,.,2,第2章 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,本章的內(nèi)容 2.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型 2.2直流電機(jī)的基本原理 2.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性,.,3,2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型,1.直流電機(jī)的功能作用,利用電與磁的相互作用，實現(xiàn)“電能 機(jī)械能”的轉(zhuǎn)換；,電磁作用的基本定律 1）電磁力定律： （左手定理） 載流導(dǎo)體在磁場中，受電磁力作用； 2）電磁感應(yīng)定律：（右手定理） 運(yùn)動導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；,.,4,2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型,2.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),1）基本結(jié)構(gòu)組成 定子部分作用產(chǎn)生磁場； 由主磁極、機(jī)座、軸承、電刷裝置等組成。 轉(zhuǎn)子部分作

2、用產(chǎn)生電磁力矩； 由電樞繞組、電樞鐵心、轉(zhuǎn)軸等組成。 換向器：由線圈兩端的換向片與正負(fù)極電刷構(gòu)成。,.,5,2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型,2.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),1）基本結(jié)構(gòu)組成 定子部分作用產(chǎn)生磁場； 由主磁極、機(jī)座、軸承、電刷裝置等組成。 轉(zhuǎn)子部分作用產(chǎn)生電磁力矩； 由電樞繞組、電樞鐵心、轉(zhuǎn)軸等組成。 換向器：由線圈兩端的換向片與正負(fù)極電刷構(gòu)成。,.,6,2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型,2.直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),2）直流電機(jī)的等效電路,.,7,2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型,3.直流電動機(jī)的基本類型,按定子磁極的勵磁方式分,永磁電機(jī)小功率 勵磁電機(jī),他勵電機(jī) 串勵電機(jī) 并勵電機(jī) 復(fù)勵

3、電機(jī),勵磁電機(jī)：,.,8,他勵電機(jī) 串勵電機(jī) 并勵電機(jī) 復(fù)勵電機(jī),2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型,3.直流電動機(jī)的基本類型,按定子磁極的勵磁方式分,永磁電機(jī)小功率 勵磁電機(jī),勵磁電機(jī)：,.,9,他勵電機(jī) 串勵電機(jī) 并勵電機(jī) 復(fù)勵電機(jī),2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型,3.直流電動機(jī)的基本類型,按定子磁極的勵磁方式分,永磁電機(jī)小功率 勵磁電機(jī),勵磁電機(jī)：,.,10,2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型,3.直流電動機(jī)的基本類型,按定子磁極的勵磁方式分,他勵電機(jī) 串勵電機(jī) 并勵電機(jī) 復(fù)勵電機(jī),永磁電機(jī)小功率 勵磁電機(jī),勵磁電機(jī)：,.,11,2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型,3.直流電動機(jī)的基本類型,

4、按定子磁極的勵磁方式分,他勵電機(jī) 串勵電機(jī) 并勵電機(jī) 復(fù)勵電機(jī),永磁電機(jī)小功率 勵磁電機(jī),勵磁電機(jī)：,.,12,2.2 直流電機(jī)的基本原理,1.電動機(jī)原理,電磁力定律： （左手定理） 載流導(dǎo)體在磁場中，受電磁力作用；,.,13,2.2 直流電機(jī)的基本原理,2.發(fā)電機(jī)原理,電磁感應(yīng)定律：（右手定理） 運(yùn)動導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；,.,14,2.2 直流電機(jī)的基本原理,3.原理的應(yīng)用,應(yīng)用：機(jī)電系統(tǒng)驅(qū)動控制,電機(jī)：電 能 機(jī)械能，稱可逆原理,應(yīng)用：機(jī)電系統(tǒng)制動控制,.,15,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,電磁力定律： （左手定理） 載流導(dǎo)體在磁場中，受電磁力作用；,

5、1）電磁力矩方程,電磁力大小:,電磁力方向：左手定律,.,16,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,1）電磁力矩方程,電磁力定律： （左手定理） 載流導(dǎo)體在磁場中，受電磁力作用；,電磁力方向：左手定律,導(dǎo)體電磁力矩：,電磁力大小:,.,17,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,1）電磁力矩方程,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體總電磁力矩,電機(jī)的電磁力矩方程,（2-1）,.,18,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,1）電磁力矩方程,（2-1）,當(dāng)磁場 一定時,.,19,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,2）電勢方程式,電磁感應(yīng)定律：（右手定理）

6、 運(yùn)動導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；,（2-3）,.,20,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,2）電勢方程式,（2-3）,當(dāng)磁場 一定時,（2-3）,.,21,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,3）轉(zhuǎn)矩平衡方程,為電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,為電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,穩(wěn)定運(yùn)行時,（2-5）,.,22,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,4）電壓平衡方程,（2-6）,電樞回路電壓平衡方程,.,23,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,5）功率平衡關(guān)系,由電壓平衡方程，得,式中,（2-7）,為電動機(jī)從電源輸入的電功率,為電樞回路的總消耗功率

7、，稱銅損耗,（2-8）,為電磁功率，轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的部分電功率,.,24,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,5）功率平衡關(guān)系,同理，由轉(zhuǎn)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(jī)械摩擦損耗,為電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率,（2-10）,.,25,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,5）功率平衡關(guān)系,得,電機(jī)功率總損耗,其中,為鐵損耗 為機(jī)械摩擦損耗 為附加損耗,.,26,2.2 直流電機(jī)的基本原理,4.直流電動機(jī)的基本關(guān)系,5）功率平衡關(guān)系,他勵電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的功率流程圖,.,27,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電

8、動機(jī)的機(jī)械特性,1機(jī)械特性方程,根據(jù)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的基本方程,得機(jī)械特性方程,.,28,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,1機(jī)械特性方程,機(jī)械特性的表達(dá)方式,1）特性方程,.,29,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,1機(jī)械特性方程,機(jī)械特性的表達(dá)方式,2）特性曲線,確定一條直線的方法： （1）已知：一個點的坐標(biāo)和斜率； （2）已知：兩個點的坐標(biāo)；,.,30,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,1機(jī)械特性方程,機(jī)械特性的表達(dá)方式,3）特征參數(shù),理想空載轉(zhuǎn)速,特性斜率,稱為轉(zhuǎn)速降落,特性方程可寫成,.,31,2

9、.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,2固有特性,定義： 在額定運(yùn)行條件下，即UN、N、R=Ra，所得到的機(jī)械特性為固有特性。,理想空載轉(zhuǎn)速,特性斜率,.,32,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)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(zhuǎn)速；固有機(jī)械特性的斜率；額定轉(zhuǎn)速降； （2）若負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=0.82TN（TN為額定電磁轉(zhuǎn)矩），問電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電樞電流以及電樞電動勢為多大？,.,33,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.

10、3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)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，,.,34,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)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，,.,35,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)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

11、Ra=0.0192，,.,36,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)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，,（2）若負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=0.82TN（TN為額定電磁轉(zhuǎn)矩），問電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電樞電流以及電樞電動勢為多大？,.,37,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)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，,.,38,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2

12、.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,3人為特性,定義 人為改變運(yùn)行參數(shù)（U, R, ），所得到機(jī)械特性。,.,39,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,3人為特性,1）改變電樞回路電阻的人為特性,機(jī)械特性方程,串入附加電阻Ri，保持UN與N不變,.,40,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,3人為特性,2）改變電樞端電壓的人為特性,機(jī)械特性方程,改變端電壓U，保持Ra與N不變,.,41,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,3人為特性,3）改變磁通的人為特性,機(jī)械特性方程,改變勵磁磁通，保持Ra與UN不變,.,42,

13、2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,3人為特性,3）改變磁通的人為特性,機(jī)械特性方程,改變勵磁磁通，保持Ra與UN不變,.,43,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,3人為特性,3）改變磁通的人為特性,機(jī)械特性方程,改變勵磁磁通，保持Ra與UN不變,.,44,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,應(yīng)用：工程設(shè)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(jī)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(jī)械特性圖,.,4

14、5,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,1）繪制固有特性,已知條件：電動機(jī)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(yùn)行點（TN、nN）； 通過兩點作直線，得固有特性 n = f ( T )；,.,46,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,1）繪制固有特性,已知條件：電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）,（1）求理想空載點（0、n0）；,理想空載轉(zhuǎn)速,電勢系數(shù),.,47,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性

15、,4機(jī)械特性的繪制,1）繪制固有特性,已知條件：電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）,用電橋或萬用表實際測試,計算 Ra,按電樞的銅損耗估算,（1）求理想空載點（0、n0）；,.,48,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,1）繪制固有特性,已知條件：電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN ）,理想空載轉(zhuǎn)速,電勢系數(shù),（1）求理想空載點（0、n0）；,.,49,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,1）繪制固有特性,已知條件：電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（UN 、 IN 、 PN 、 nN

16、）,（2）求額定運(yùn)行點（TN、nN）,額定電磁力矩 TN 的計算方法,電磁力矩方程,.,50,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,1）繪制固有特性,已知條件：電動機(jī)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 )；,.,51,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,2）繪制人為特性,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(biāo)，作直線；,n0

17、、 TN 與固有特性相同，需計算 ni 或 ni,轉(zhuǎn)速降落,（1）改變電樞電阻的人為特性曲線；,.,52,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,2）繪制人為特性,依據(jù)：,主要結(jié)論：在轉(zhuǎn)矩相同時，不同特性的轉(zhuǎn)速降落n與其電樞回路總電阻 R = (Ra+Ri) 成正比；,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；,.,53,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)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

18、性；,理想空載轉(zhuǎn)速,.,54,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)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(zhuǎn)速,特性斜率,.,55,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,例題2-3 Z-86型他勵直流電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)如下 PN=l0kW，UN=220V，IN=52.9A，nN=2250r/min。試求： （1）電動機(jī)固有特性曲線； （2）電動機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩。,.,56,2.3 直流電動機(jī)的機(jī)械特性,2.3.1 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性,4機(jī)械特性的繪制,例題2-3 Z-86型他勵直流電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)如下 PN=