直流電動(dòng)機(jī)的原理及特性

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1、參考書(shū)（1）電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)周紹英編，冶金工業(yè)出版社。周紹英編，冶金工業(yè)出版社。（2）電力拖動(dòng)電力拖動(dòng)牛秀巖主編，冶金工業(yè)出版社。牛秀巖主編，冶金工業(yè)出版社。2.1 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第2章 直流電動(dòng)機(jī)的原理及特性（1）定子部分（靜止）定子部分（靜止）（2）轉(zhuǎn)子部分（旋轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)子部分（旋轉(zhuǎn)）（3）氣隙）氣隙2.1.1基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)圖圖2.1 直流電機(jī)縱剖面圖直流電機(jī)縱剖面圖 1.定子部分定子部分(stator)（1）機(jī)座）機(jī)座機(jī)座機(jī)座主磁極主磁極換向極換向極電刷裝置電刷裝置組成組成導(dǎo)磁導(dǎo)磁機(jī)械支撐機(jī)械支撐作用作用圖圖2.2 直流電動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng)分布圖直流電

2、動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng)分布圖（2）主磁極）主磁極 作用作用 在定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙里產(chǎn)生一定形狀分布在定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙里產(chǎn)生一定形狀分布的氣隙磁通密度（簡(jiǎn)稱(chēng)氣隙磁密）。的氣隙磁通密度（簡(jiǎn)稱(chēng)氣隙磁密）。主磁極主磁極鐵心鐵心極身極身極靴極靴勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 組成組成 為了讓氣隙磁密度在沿氣隙圓周方向的空間分布更為了讓氣隙磁密度在沿氣隙圓周方向的空間分布更加合理，主磁極鐵心做成如圖加合理，主磁極鐵心做成如圖2.3所示的形狀。其中套勵(lì)所示的形狀。其中套勵(lì)磁線圈的部分叫極身，沿氣隙表面的部分叫極靴，極靴磁線圈的部分叫極身，沿氣隙表面的部分叫極靴，極靴也能起到支撐勵(lì)磁線圈的作用。也能起到支撐勵(lì)磁線圈的作用。圖圖2

3、.3 主磁極裝配圖主磁極裝配圖1-機(jī)座機(jī)座2-主磁極鐵心主磁極鐵心3-勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組 由于極靴下的氣由于極靴下的氣隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外的氣隙，所以極靴下的氣隙，所以極靴下沿電樞圓周各點(diǎn)的磁沿電樞圓周各點(diǎn)的磁場(chǎng)將明顯大于極靴范場(chǎng)將明顯大于極靴范圍以外的磁場(chǎng)強(qiáng)度，圍以外的磁場(chǎng)強(qiáng)度，在兩極之間的幾何中在兩極之間的幾何中心線處，磁場(chǎng)將等于心線處，磁場(chǎng)將等于零。零。圖圖2.4 直流電動(dòng)機(jī)的空載直流電動(dòng)機(jī)的空載磁場(chǎng)曲線磁場(chǎng)曲線 當(dāng)勵(lì)磁繞組通入直流電流時(shí)，各主磁極都產(chǎn)當(dāng)勵(lì)磁繞組通入直流電流時(shí)，各主磁極都產(chǎn)生一定的極性。直流電機(jī)中要求相鄰主磁極的極生一定的極性。直流電機(jī)中要求相鄰主磁極的極性

4、應(yīng)為性應(yīng)為N、S交替出現(xiàn)。交替出現(xiàn)。注意注意:為此，在把各主磁極上的勵(lì)磁線圈相為此，在把各主磁極上的勵(lì)磁線圈相連接時(shí)，應(yīng)該注意它們的極性問(wèn)題。連接時(shí)，應(yīng)該注意它們的極性問(wèn)題。（3）換向極）換向極 換向極又稱(chēng)附加極或間極。換向極又稱(chēng)附加極或間極。作用作用 改善改善直流電動(dòng)機(jī)的換向。直流電動(dòng)機(jī)的換向。換向極換向極鐵心鐵心繞組繞組 安裝安裝 換向極一般安裝在兩個(gè)主磁極之間的幾何換向極一般安裝在兩個(gè)主磁極之間的幾何中線上中線上.組成組成（4）電刷裝置）電刷裝置 作用作用 把轉(zhuǎn)子部分的電流引出到靜止的電路中（發(fā)電把轉(zhuǎn)子部分的電流引出到靜止的電路中（發(fā)電機(jī)），或者把靜止電路中的電流引入到電動(dòng)機(jī)的機(jī)），或者

5、把靜止電路中的電流引入到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中（電動(dòng)機(jī)）。轉(zhuǎn)子電路中（電動(dòng)機(jī)）。組成組成 電刷裝置電刷裝置電刷電刷電刷座電刷座2.轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分(rotor)轉(zhuǎn)子又稱(chēng)為電樞轉(zhuǎn)子又稱(chēng)為電樞(armature)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞鐵心電樞繞組電樞繞組換向器換向器風(fēng)扇風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸承軸承（1）電樞鐵心電樞鐵心 電樞鐵心是直流電動(dòng)機(jī)主磁路的一部分。電樞鐵心是直流電動(dòng)機(jī)主磁路的一部分。圖圖2.5 電樞鐵心沖片電樞鐵心沖片3-軸向通風(fēng)孔構(gòu)成：構(gòu)成：將冷軋硅鋼片沖成有齒、槽的沖片，將冷軋硅鋼片沖成有齒、槽的沖片，然后把這些沖片疊裝起來(lái)就構(gòu)成電樞鐵心，其然后把這些沖片疊裝起來(lái)就構(gòu)成電樞鐵心，其片間有很薄的絕緣

6、層。沖片外形如下圖所示。片間有很薄的絕緣層。沖片外形如下圖所示。1-齒2-槽電樞鐵心的安裝電樞鐵心的安裝 小型電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心直接壓裝在軸上；小型電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心直接壓裝在軸上；大型電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心先壓裝在轉(zhuǎn)子支架上，大型電動(dòng)機(jī)的電樞鐵心先壓裝在轉(zhuǎn)子支架上，然后再將支架固定在軸上。然后再將支架固定在軸上。說(shuō)明說(shuō)明 電樞鐵心上開(kāi)槽是為了安放電樞繞組用；電樞鐵心上開(kāi)槽是為了安放電樞繞組用；為改善通風(fēng)，電樞鐵心可沿軸分成幾段，以形為改善通風(fēng)，電樞鐵心可沿軸分成幾段，以形成徑向通風(fēng)道。成徑向通風(fēng)道。（2）電樞繞組電樞繞組 構(gòu)成構(gòu)成 用包有絕緣層的導(dǎo)體構(gòu)成電樞線圈；用包有絕緣層的導(dǎo)體構(gòu)成電樞線圈；將線圈

7、按一定的次序嵌入電樞鐵心槽內(nèi)的上、下將線圈按一定的次序嵌入電樞鐵心槽內(nèi)的上、下層中；層中；每個(gè)元件的兩個(gè)出線端都按一定的規(guī)律與換向器每個(gè)元件的兩個(gè)出線端都按一定的規(guī)律與換向器的換向片相連。的換向片相連。連接方式連接方式單疊繞組單疊繞組單波繞組單波繞組圖圖2.6 典型的換向器結(jié)構(gòu)圖典型的換向器結(jié)構(gòu)圖1-V形套筒形套筒2-云母環(huán)云母環(huán)3-換向片換向片4-連接片連接片（3）換向器）換向器圖圖2.7 直流電機(jī)定、轉(zhuǎn)子剖面示意圖直流電機(jī)定、轉(zhuǎn)子剖面示意圖1-電樞繞組電樞繞組2-電樞鐵心電樞鐵心3-機(jī)座機(jī)座4-主磁極鐵心主磁極鐵心5-勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組6-換向極繞組換向極繞組7-換向極鐵心換向極鐵心8-極靴

8、極靴9-底腳底腳2.1.2 勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式（1）他勵(lì)）他勵(lì)I(lǐng)fIaUMUf(a)他勵(lì)式接線圖接線圖特點(diǎn)特點(diǎn)勵(lì)磁繞組與電樞繞組勵(lì)磁繞組與電樞繞組不相連接。不相連接。直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的供電方式稱(chēng)為勵(lì)磁方式。直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的供電方式稱(chēng)為勵(lì)磁方式。勵(lì)勵(lì)磁方式主要分成他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。磁方式主要分成他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。（2）并勵(lì)）并勵(lì)I(lǐng)IfIaUM(b)并勵(lì)式接線圖接線圖特點(diǎn)特點(diǎn)勵(lì)磁繞組上的電壓勵(lì)磁繞組上的電壓等于電樞繞組的端等于電樞繞組的端電壓。電壓。（3）串勵(lì)式）串勵(lì)式IaIfIUM(c)串勵(lì)式接線圖接線圖特點(diǎn)特點(diǎn)勵(lì)磁繞組的電流等于勵(lì)磁繞組的電流等于電樞繞組的電流。電樞繞組

9、的電流。（4）復(fù)勵(lì)式）復(fù)勵(lì)式IIf1IaUM(d)復(fù)勵(lì)式If2 接線圖接線圖 特點(diǎn)特點(diǎn)一部分勵(lì)磁繞組和電樞繞組一部分勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，另一部分和電樞繞組并聯(lián)，另一部分和電樞繞組串聯(lián)。串聯(lián)。2.1.3 額定數(shù)據(jù)額定數(shù)據(jù) 直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)主要有：直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)主要有：（1）額定功率）額定功率PN：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下軸上輸出的機(jī)械功率，用下軸上輸出的機(jī)械功率，用W或或kW表示；表示；（2）額定電壓）額定電壓UN：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下電機(jī)兩端的電壓，用下電機(jī)兩端的電壓，用V表示；表示；（3）額定電流）額定電流IN：指電動(dòng)機(jī)在額定

10、電壓下運(yùn)：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，輸出功率為額定功率時(shí)流過(guò)電機(jī)的電流，行，輸出功率為額定功率時(shí)流過(guò)電機(jī)的電流，用用A表示；表示；額定功率、額定電壓、額定電流之間的關(guān)系為：額定功率、額定電壓、額定電流之間的關(guān)系為：PN=UNINN式中，式中，N為直流電動(dòng)機(jī)的額定效率。為直流電動(dòng)機(jī)的額定效率。（4）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速nN：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下轉(zhuǎn)：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，用子的轉(zhuǎn)速，用r/min表示；表示；（5）額定勵(lì)磁電流）額定勵(lì)磁電流IfN：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，輸出功率為額定功率時(shí)，勵(lì)磁繞組端的電流。行，輸出功率為額定功率時(shí)，勵(lì)磁繞組端的電流。除此

11、之外，電機(jī)的額定參數(shù)還應(yīng)該包括絕緣除此之外，電機(jī)的額定參數(shù)還應(yīng)該包括絕緣等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、冷卻方式、溫升、重量等。等級(jí)、防護(hù)等級(jí)、冷卻方式、溫升、重量等。2.1.4 工作原理工作原理1.直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖圖2.8 直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖t0eda 圖圖2.9 線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化曲線線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化曲線 圖圖2.10 電刷之間的電動(dòng)勢(shì)波形電刷之間的電動(dòng)勢(shì)波形t0edaeda0t圖圖2.11 四個(gè)線圈時(shí)換向后的電勢(shì)波形四個(gè)線圈時(shí)換向后的電勢(shì)波形 圖2.11是一臺(tái)兩極電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子上裝有在空間互差90o的四個(gè)線圈并連接到四個(gè)換向片時(shí)的電勢(shì)波形圖(感興趣

12、的同學(xué)可參見(jiàn)參考書(shū)(1)的202頁(yè))。結(jié)論：若電機(jī)在每極下的導(dǎo)體數(shù)大于結(jié)論：若電機(jī)在每極下的導(dǎo)體數(shù)大于8時(shí)，電勢(shì)脈動(dòng)的幅度將小于其平均電勢(shì)的時(shí)，電勢(shì)脈動(dòng)的幅度將小于其平均電勢(shì)的1%。這時(shí)電勢(shì)的脈動(dòng)是不易明顯察覺(jué)的，。這時(shí)電勢(shì)的脈動(dòng)是不易明顯察覺(jué)的，可以認(rèn)為是恒定的電勢(shì)?？梢哉J(rèn)為是恒定的電勢(shì)。teda0圖圖2.12 多個(gè)線圈時(shí)換向后的電勢(shì)波形多個(gè)線圈時(shí)換向后的電勢(shì)波形 綜上所述可知：在直流發(fā)電機(jī)中，線綜上所述可知：在直流發(fā)電機(jī)中，線圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交變的，但在電刷上圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交變的，但在電刷上的電動(dòng)勢(shì)方向卻是始終不變的。此時(shí)換向的電動(dòng)勢(shì)方向卻是始終不變的。此時(shí)換向片所起的作用是將線圈內(nèi)

13、的交流電動(dòng)勢(shì)改片所起的作用是將線圈內(nèi)的交流電動(dòng)勢(shì)改變?yōu)橥怆娐飞系闹绷麟妱?dòng)勢(shì)，即所謂的整變?yōu)橥怆娐飞系闹绷麟妱?dòng)勢(shì)，即所謂的整流作用。流作用。2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖圖2.13 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖 從以上分析可見(jiàn)：在直流電動(dòng)機(jī)中，從以上分析可見(jiàn)：在直流電動(dòng)機(jī)中，線圈中的電流是交變的，但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)線圈中的電流是交變的，但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向卻是恒定的。此時(shí)換向片所起的作矩方向卻是恒定的。此時(shí)換向片所起的作用是將外電路的直流電流改變?yōu)榫€圈內(nèi)的用是將外電路的直流電流改變?yōu)榫€圈內(nèi)的交變電流，即所謂的逆變作用。交變電流，即所謂的逆變作用。2.4 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電

14、磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電樞繞組內(nèi)流過(guò)電流時(shí)，載流導(dǎo)體與氣隙磁場(chǎng)相作用，就會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使得電樞導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)；電樞導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)又將切割氣隙磁場(chǎng)，在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。本節(jié)將討論電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算問(wèn)題。2.4.1 電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 計(jì)算公式為：Ea=CEn 式中：稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，p是電機(jī)極對(duì)數(shù)；Na為電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)；2a為電樞繞組的支路個(gè)數(shù)，對(duì)于單疊繞組，其a=p，而對(duì)于單波繞組，其a=1；為電機(jī)每極的磁通量（Wb）；n是電機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）。2.4.2 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 其計(jì)算公式為T(mén)=CTIa式中，稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，其中

15、p，Na，a的含義同CE；Ia為電樞電流。轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT與電動(dòng)勢(shì)常數(shù)CE之間的關(guān)系為：CT=9.55 CE2.5 直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式和功率關(guān)系的基本方程式和功率關(guān)系2.5.1 基本方程式基本方程式1.電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式 圖圖2.14標(biāo)出了他勵(lì)直流標(biāo)出了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)各物理量的參考方向電動(dòng)機(jī)各物理量的參考方向（即規(guī)定正方向）。圖中：（即規(guī)定正方向）。圖中：TLTnIfIaUEaUf圖圖2.14 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)各量的規(guī)定正方向各量的規(guī)定正方向U 電樞兩端的端電壓；電樞兩端的端電壓；Ea電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；I

16、a電樞電流；電樞電流；T 電磁轉(zhuǎn)矩；電磁轉(zhuǎn)矩；TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩；負(fù)載轉(zhuǎn)矩；N 電機(jī)的轉(zhuǎn)速；電機(jī)的轉(zhuǎn)速；Uf 勵(lì)磁電壓；勵(lì)磁電壓；If 勵(lì)磁電流；勵(lì)磁電流；主磁通。主磁通。根據(jù)圖2.14所規(guī)定的正方向，可以列出直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的基本方程式為U=Ea+IaRaEa=CEnT=CTIaT=T0+T2If=Uf/Rf =f(If,Ia)式中，Ra是電樞繞組回路的電阻；T0是電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩；T2是電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；Rf是勵(lì)磁繞組回路的電阻。舉例：當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電源電壓U、電樞回路電阻Ra、每極磁通量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL已知情況下，如何根據(jù)基本方程式計(jì)算直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速n？2.基本方程式的應(yīng)用基本方

17、程式的應(yīng)用（1）計(jì)算Ia（2）計(jì)算Ea（3）計(jì)算n2.5.2 功率關(guān)系功率關(guān)系 U=Ea+IaRa兩邊同乘以Ia得UIa=EaIa+Ia2Ra即 P1=PM+pCua式中，P1=UIa為電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電功率；PM=EaIa為電磁功率，即把電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的那部分功率；pCua=Ia2Ra為電樞回路總的銅損耗。把式T=T0+T2兩邊同乘以得T=T0+T2即 PM=p0+P2式中，PM=T為電磁功率，理論上可以證明：T=EaIa；p0=T0是空載損耗，包括鐵損耗pFe和機(jī)械摩擦損耗pm；P2=T2為轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的總損耗為:p=pCua+pFe+pm+ps式

18、中，ps為附加損耗或雜散損耗，它的具體產(chǎn)生原因可參見(jiàn)參考書(shū)(1)中的231頁(yè)。pCuap0=pm+pFeP1=U IaPM=EaIa=TP2=T2圖圖2.15 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率流他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率流程圖程圖 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的總損耗還應(yīng)包含勵(lì)磁損耗pCuf，即p=pCua+pFe+pm+ps+pCuf 此時(shí)電動(dòng)機(jī)的效率為：例題：已知一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定功率PN=110kW，額定電壓UN=400V，額定電流IN=276A，額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，電樞回路總電阻Ra=0.0807，忽略磁飽和影響。求額定運(yùn)行時(shí)：(1)電磁轉(zhuǎn)矩；(2)輸出轉(zhuǎn)矩；(3)輸入功率；(4)

19、效率。解：電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電磁功率（1）電磁轉(zhuǎn)矩（2）輸出轉(zhuǎn)矩（3）輸入功率（4）效率2.6 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即n=f(T)。式中，稱(chēng)為理想空載轉(zhuǎn)速；稱(chēng)為機(jī)械特性的斜率。2.6.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的電樞電壓U、勵(lì)磁電流If保持一定（通常保持額定值）時(shí)，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。圖圖2.16 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線nn0nNTNT0 這種特性稱(chēng)之為硬特性，因?yàn)殡S電磁轉(zhuǎn)矩的增加，轉(zhuǎn)速只稍有變化。考慮磁飽和時(shí)的機(jī)

20、械特性曲線TT Ian0圖圖2.17考慮磁飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線考慮磁飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線nT0 去磁作用1.固有機(jī)械特性 當(dāng)電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電源電壓為額定電壓、氣隙磁通為額定值、電樞回路不外串電阻，即U=UN、=N、電樞回路外串電阻R=0時(shí)，這種情況下的機(jī)械特性稱(chēng)為固有機(jī)械特性。圖圖2.18他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線nn0nNT0TNT0（3）實(shí)際的空載轉(zhuǎn)速為 ；（4）當(dāng)T=TN時(shí)，轉(zhuǎn)速n=nN；他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性具有以下的特點(diǎn)：（1）其特性曲線是一條略為下斜的直線；（2）其特性為硬特性；（5）直流電動(dòng)機(jī)在額定電壓下剛起動(dòng)時(shí)，電樞電流 ，稱(chēng)為起動(dòng)

21、電流，電磁轉(zhuǎn)矩T=CTNIs=Ts，稱(chēng)為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)電流Is、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ts一般很大，所以他勵(lì)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一般不允許在額定電壓下直接起動(dòng)。（6）電磁轉(zhuǎn)矩反向時(shí)的情況Tn0T的實(shí)際方向與n的方向相反 T由拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿?dòng)性轉(zhuǎn)矩T0PM=EaIa0P1=UNIa0電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)IaUNEa+-TnTL1UNIaUNEa(a)TABTL1(TL2 TL1)0nnAnBn0(c)圖圖2.19 電車(chē)下坡時(shí)的回饋制動(dòng)電車(chē)下坡時(shí)的回饋制動(dòng)a電車(chē)平路行駛；b電車(chē)下坡；c機(jī)械特性Ea+-TTL1UNIaTL2EaUN(b)n例題：已知一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為：PN=75kW，UN=220V，IN=383A

22、，nN=1500r/min，電樞回路總電阻Ra=0.0192，忽略磁路飽和的影響。求：(1)理想空載轉(zhuǎn)速；(2)固有機(jī)械特性的斜率；(3)額定轉(zhuǎn)速降；(4)若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL=0.82TN運(yùn) 行(TN為額定電磁轉(zhuǎn)矩)，問(wèn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電樞電流以及電樞電動(dòng)勢(shì)為多大？解：（1）理想空載轉(zhuǎn)速（2）斜率（3）額定轉(zhuǎn)速降（4）負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速電樞電流電樞電動(dòng)勢(shì)2.人為機(jī)械特性 當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的電源電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路串接電阻等參數(shù)由于生產(chǎn)機(jī)械的需要而做人為調(diào)整時(shí)，其機(jī)械特性將相應(yīng)發(fā)生變化，變化后的特性稱(chēng)為人為機(jī)械特性。（1）電樞回路串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性+UREaRaIaUfIf圖

23、圖2.20 電樞回路串接電阻的原理圖電樞回路串接電阻的原理圖電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電源電壓為額定電壓UN；條件：氣隙磁通量為額定值N；電樞回路總電阻為(Ra+R)。機(jī)械特性表達(dá)式為：人為人為固有固有R2 R1圖圖2.21 電樞回路串接電阻的人為機(jī)械特性曲線電樞回路串接電阻的人為機(jī)械特性曲線nn0RaRa+R1Ra+R20TTL特點(diǎn)：理想空載轉(zhuǎn)速n0不變，與固有機(jī)械特性相同；斜率隨(Ra+R)的增大成正比例地增加，因而形成一組過(guò)n0的放射狀直線。電樞回路串接電阻的人為機(jī)械特性主要用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速（額定轉(zhuǎn)速以下）。用途：（2）改變電樞電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性條件：保持氣隙磁通量為額定值N不變；電樞

24、回路不串接電阻(即R=0)；改變電樞兩端的電源電壓U。機(jī)械特性表達(dá)式為：圖圖2.22 改變電樞電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性曲線改變電樞電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性曲線nn00Tn0n0nnnTLUNUUU U UN人為固有特點(diǎn)：理想空載轉(zhuǎn)速n0與U成正比。斜率不變，與固有機(jī)械特性相同，各條人為特性曲線平行；改變電樞電源電壓的人為機(jī)械特性主要用于電機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速（額定轉(zhuǎn)速以下），并且調(diào)速時(shí)能保持機(jī)械特性的硬度不變。用途：（3）減少氣隙磁通量時(shí)的人為機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)電樞兩端電源電壓為UN；條件：電樞回路不外串電阻(R=0)；改變氣隙磁通。機(jī)械特性表達(dá)式為：NN人為固有圖圖2.23 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)減弱磁通時(shí)的

25、人為機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)減弱磁通時(shí)的人為機(jī)械特性曲線械特性曲線nn00TTL特點(diǎn)：磁通減弱會(huì)使斜率加大，因與磁通的平方成反比；磁通減弱會(huì)使n0升高，因n0與磁通成反比；減弱磁通的人為機(jī)械特性主要用于調(diào)速（額定轉(zhuǎn)速以上），但由于受到電機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，其向上調(diào)速的范圍并不是很大。人為機(jī)械特性是一組直線，它們既不平行也非放射狀。磁通減弱時(shí)，特性上移而且變軟。用途：2.7 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件 所謂電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，也就是系統(tǒng)的工作點(diǎn)穩(wěn)定問(wèn)題，是指電力拖動(dòng)系統(tǒng)在某種擾動(dòng)作用下離開(kāi)了原工作點(diǎn)（或平衡狀態(tài)）后，是否能在新的條件下運(yùn)行于新的工作點(diǎn)（或平衡狀態(tài)）；且在擾

26、動(dòng)消失后，系統(tǒng)是否還能回到原來(lái)的工作點(diǎn)（或平衡狀態(tài)）?！皵_動(dòng)”一般是指電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的微小變化。電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行于平衡狀態(tài)的充要條件是：T=TL是否每一個(gè)工作點(diǎn)（平衡狀態(tài)）都是穩(wěn)定的呢？問(wèn)題：圖圖2.24 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行分析nn02ABC1TTCTLTB0圖圖2.25 拖動(dòng)系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行分析拖動(dòng)系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行分析n2AB1TTL0CDTB 對(duì)于拖動(dòng)系統(tǒng)，其工作點(diǎn)（平衡狀態(tài)）穩(wěn)定的充分必要條件是：在T=TL處有：結(jié)論：證明：nnTL=f(n)T=f(n)ATLTTLT0圖圖2.26 探討穩(wěn)定運(yùn)行條件的例子探討穩(wěn)定運(yùn)行條件的例子 現(xiàn)設(shè)系統(tǒng)在某種擾動(dòng)作用下離開(kāi)了原

27、工作點(diǎn)A，轉(zhuǎn)速變?yōu)閚=nA+n，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變?yōu)門(mén)=T+T，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變?yōu)門(mén)L=TL+TL，于是運(yùn)動(dòng)方程式變?yōu)椋杭僭O(shè)系統(tǒng)運(yùn)行于工作點(diǎn)A，則根據(jù)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)的充要條件可知，在A點(diǎn)處有：T=TL，。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩都是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，且各增量都很小，所以上式可以近似地表示為：式中：dT/dn為電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度；dTL/dn為負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的硬度。將系統(tǒng)運(yùn)行于平衡狀態(tài)的充要條件代入后，上式可變?yōu)閷⑸鲜絻蛇叿e分，于是有根據(jù)初始條件：t=0，n=nqs可以得到積分常數(shù)C式中：nqs為起始轉(zhuǎn)速的增量。由上式可以看出：只有e的指數(shù)為負(fù)，才能保證轉(zhuǎn)速增量n在擾動(dòng)消失后，隨時(shí)間t的增加按指數(shù)曲線衰減為零。因此，系統(tǒng)工作點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的充要條件應(yīng)該是在T=TL處：對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因?yàn)閐TL/dn=0，所以平衡狀態(tài)穩(wěn)定的充要條件是：在T=TL處，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度即機(jī)械特性曲線應(yīng)稍微向下傾斜。