电工基础及技术应用.ppt

电工基础及技术应用
第1页，共44页，2022年，5月20日，4点48分，星期五
第9章 直流电动机
概述
工作原理
电枢电动势及电压平衡关系
电磁转矩
机械特性

U
+
–
N
S
电刷
换向片
I
I
E
E
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二、 电枢绕组中电压的平衡关系
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
U：外加电压
Ra:绕组电阻
M
Ra
Ia
E
+
–
+
–
U
以上两公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想
改变E，只能改变 或 n。
(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则 ，
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反
比，通过改变 可调速。
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电磁转矩
KT：与线圈的结构有关的常数
（与线圈大小，磁极的对数等有关）
 ：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
一、电磁转矩
单位：  （韦伯），Ia（安培），T（牛顿米）
由转矩公式可知：
(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。
(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者
改变磁通的方向。
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二、 转矩平衡关系
电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外
加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
TL： 负载转矩
T0 ：空载转矩
转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时，
通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁
转矩自动调整，以实现新的平衡。
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例：
设外加电枢电压 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，这时，
若TL突然增加，则调整过程为：
与原平衡点相比，新的平衡点：Ia 、 P入
TL 
n
E
Ia 
T 
最后达到新的平衡点。
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机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例说明。
他励电动机和并励电动机的特性一样。
机械特性
一、 他励电动机的机械特性
即：
其中
，
M
他励
Uf
If
Ia
U
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n0： 理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的T不会为0。）
当 T时n ，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小，
所以在负载变化时， 转速 n 的变化不大，属硬机械
特性。
根据 n-T 公式
画出特性曲线
n0
nN
TN
T
n
 n
其中
，
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串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。
二、 串励电动机的机械特性
设磁通和电流成正比，即  =K Ia ,则
据此公式做出 T-n 曲线
n
T
M
串励
U
Ia
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(1) T=0时，在理想情况下，n。但实际上负
载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态，
但空载时 T 很小，n 很高。串励不允许空载
运行，以防转速过高。
串励特性：
(2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属
软机械特性。
n
T
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(2) 恒功率负载（P 一定时，T 和 n 成反比），
要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
直流电动机特性类型的选择:
(1) 恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关）要
选硬特性的电动机，如： 金属加工、起重机
械等。
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直流电动机的调速
与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价
格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。
下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。
（1）调速均匀平滑，可以无级调