chap2-第1章直流电机工作原理与特性概要.ppt

结 束 * * * * 对于电动机，电磁转矩带动负载转动，输出机械能，是拖动性转矩； 对于发电机，电磁转矩与电机的转向相反，是制动性转矩； 对于一个具体的电机而言， 是一个常数，并且通过换算，两者之间有一固定的关系 或 从电磁角度看： 为电动机（或发电机）通过电磁感应作用，从电源吸取（或发出）电磁功率。 从机械角度看： 为电动机的电磁转矩对机械负载所作的机械功率，而在发电机中为原动机克服制动性电磁转矩所需输入电机的机械功率。 电机在机电能量转换中满足能量守恒 1.6 直流电机的运行原理 一、直流电机的基本方程式 （一）电动势平衡方程式 电动机情形 对于并励电动机 若电动机处于稳态运行 发电机情形 若电动机处于稳态运行 （a）发电机惯例 （b）电动机惯例 注意事项： 直流电机内存在两种电流，两套绕组，为什么这些绕组之间没有耦合？ 电枢磁势轴线 励磁磁势轴线 由于这两套绕组是互相垂直的，其互感为零 因此直流电机的两套绕组之间不存在耦合，所有参量可以独立控制。这是直流电机易于控制的根本原因。 运动方程式 单位为kg · m2 对于旋转运动 转动惯量 式中 m——旋转部分的质量（kg）; G ——旋转部分的重量（N）; r ——惯性半径（m）; D ——惯性直径（m）。 对于直线运动 （二）转矩平衡方程式 等效折算图 （二）转矩平衡方程式 对于电动机： 稳态运行时 对于发电机： 其中T1为原动机拖动转矩。 稳态运行时 电机拖动系统中任何瞬间必须保证转矩平衡。 其中T2为负载制动转矩，T0为空载损耗转矩， 为惯性转矩。 （三）功率平衡关系（并励为例） 输入电功率P1 励磁损耗PCuf 电枢铜耗PCua 电刷接触损耗Pc 电磁功率Pe 机械损耗Pmech 铁心损耗PFe 机械功率P2 电动机情形： 直流电动机电磁功率Pe, Pe=Ea×Ia Pe＝Te× 并励直流电动机功率流程图 输入机械功率P1 铁心损耗Pe 机械损耗Pmech 电枢铜耗PCu 电磁功率Pe 电刷接触损耗Pc 励磁损耗PCuf 电功率P2 发电机情形： 直流发电机电磁功率Pe, Pe=Ea×Ia Pe＝Te× 转矩平衡与功率平衡方程式关系 电动机转矩平衡方程式Te=T2+T0两边同乘以角速度Ω可得：TeΩ=T2Ω+T0Ω， 则有：Pe=P2+p0 也可表示为： P2=Pe-p0 式中P2为输出机械功率，p0为空载损耗： p0=pFe+pm+pad。 由于电枢电流便于测量，因此往往将工作特性表示为： 二、直流电动机工作特性 条件: U=UN ,If=IfN ,电枢回路无外加电阻。 特性: 转速n，转矩Te，效率η和输出功率P2的关系。 转速特性 转矩特性 效率特性 （一）并励直流电动机的工作特性 1. 转速特性 理想转速特性 实际转速特性 理想转速特性和实际转速特性为什么不一致？ 思考 提示： 1、从参数变化的角度思考？ 2、什么原因导致了Φ的变化？ 当电机电流较大时，电枢反应表现出明显的去磁特性，从而使Φ减小，磁通减小将会使 （1）理想空载转速n0略微上升， （2）使转速曲线上翘。 综合两方面的因素，设计时使得并励直流电机具有略微下降的转速特性。 2. 转矩特性 当U=UN ,If=IfN时，Te=f(Ia)的关系曲线 理想转速特性和实际转速特性为什么不一致？ 思考 提示： 1、从参数变化的角度思考？ 2、什么原因导致了Φ的变化？ 理想转矩特性 实际转矩特性 3. 效率特性 当U=UN ,If=IfN时，η=f(Ia)的关系曲线 主磁通在电枢铁磁材料中交变所产生的损耗，分为磁滞损耗和涡流损耗。 当电机主磁通和转速变化不大时，铁耗近似不变，因此这部分损耗也被称为不变损耗。 机械损耗包括轴承及电刷的摩擦损耗、电机通风散热引起的风阻损耗。在电机转速不变时，机械损耗也是大致不变的。 励磁回路铜耗，一般可以忽略不计。 电枢绕组铜耗，当电枢绕组有电流流过时，产生的发热损耗。 这一部分损耗是随着电枢电流变化的，或者说输出功率变化的，因此也被称为可变损耗。 电刷接触损耗。 当电机可变损耗等于不变损耗时，电机的效率达到最高（对其它电机、变压器也适用）。 一般电机的最高效率点出现在80％的额定功率附近。 （二）串励直流电动机的工作特性 电动势平衡方程式 电动势公式 转矩平衡方程式 转矩公式 （其中，Rfc