直流电动机的工作特性
直流电动机的工作特性
Tem
n
T2
转矩表达式 Tem CTΦN Ia
ห้องสมุดไป่ตู้
T0
考虑电枢反应的作用，转矩上升的速度 0
Ia
比电流上升的慢。
3、效率特性
定义：当 U 、U N I f时，I fN
η f(I a )
由方程式可得 η P1
P
1
P0
Ra
I
2 a
P1
UN Ia η
空载损耗为不变损耗，不随负载电流
η
变化，当负载电流较小时效率较低，输入
η
n UN RaIa UN Ra Rf
CEΦ CEΦ kf CEIa
kf CE
Tem
当负载电流为零时，电机转速趋于无穷
n
大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行。
转矩特性
Tem
CTΦIa
k
f
CT
I
2 a
0
Ia
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。
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。 0
Ia
二、串励直流电动机的工作特性
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：
转速特性
Φ k f I f k f Ia
η n Tem
直流电动机的工作特性
一、他励（并励）直流电动机的工作特性
1、转速特性
定义：当 U 、U N I f时，I fN n f(I a )
由方程式可得
n
UN CEΦ
3.3.7直流电动机的工作特性与机械特性11
2
直流电动机的机械特性
③减弱励磁磁通时的人为特性
改变励磁回路调节电阻Rsf，就可以改变励磁电流，进而改变励磁磁通。由于电动机额定运行时，磁路已经 开始饱和，即使再成倍增加励磁电流，磁通也不会有明显增加，何况由于励磁绕组发热条件的限制，励磁电
流也不允许大幅度地增加，因此，只能在额定值以下调节励磁电流，即只能减弱励磁磁通。
的去磁效应，则转速与负载电流按线性关系变化，
当负载电பைடு நூலகம்增加时，转速有所下降。他励直流电 图3-23 他励电动机的工作特性
动机的工作特性如图3-23所示。
1
直流电动机的工作特性
（2）转矩特性 当U=UN，If=IfN时，Tem f (I a ) 的关系称为转矩特性。根据直流电
机电磁转矩公式可得电动机转矩特性表达如下：
保持R=R a（Rs =0）、U= UN不变，只减弱磁通时的人为机械特性为
n=
(3-29)
对应的转速特性为 n=
（3-30）
在电枢串电阻和降低电压的人为特性中，因为 不变，T ∝I ，所以他们的机械特性n=f(T )曲线也代表了转速 特性n=f(I )曲线。
2
直流电动机的机械特性
但是在讨论减弱磁通的人为特性时，因为磁通 是个变量，所以n=f(I )与n=f(T )两条曲线是不同 的，如图3-29所示
3
机械特性的求取
根据计算所得 (0,n0)和（TN，Nn)两点就可以在 Tem-n平面内画出电动机的固有机械特性。通过式 求出β 后，便可求得他励电动机的固有机械特性方程式n=n0- 。
(2). 人为特性的求取
在固有特性方程式 n=n0-
(n0、β为已知 基础上，根据人为机械特性对应的参数 （U、Rs或Φ）
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械特性_及其工作特性与应用领域1
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域一、他励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域图中：n0为理想空载转速 n’0是实际空载转速。
他励电机的机械特性曲 线斜率小，机械硬度高。
他励直流电动机工作特性 1. 转速特性2. 转矩特性TT C C '=Φ3. 效率特性a ae e R U n I C C =+ΦΦe T a Ta T C I C I '==Φ2Fe mecCufaaa c21a f 2Δ100%1()pp p I R I U P P U I I ⎡⎤++++η=⨯=-⎢⎥+⎣⎦应用领域他励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。
如大型车床、龙门刨床。
二、串励直流电动机的机械特性，串励电动机的机械特性为双曲线，转速随转矩的增加而下降速率很快，称为软特性Rj=0为自然机械特性Rj不等于零为人工机械特性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，R fc 为串励绕组电阻）应用领域串励电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。
a e a a E C n C I n'==Φe 20T T T =+2e T a T aT C I C I '==Φae f C C K '=TT f C C K '=2e 200602πP T T T T n=+=+⋅三、并励直流电动机的机械特性n0为理想空载转速,与端电压有关，直线斜率k<0,表明n是T的减函数，其下降速率与调节电阻Rj大小有关。
Rj=0为自然机械特性Rj不等于零为人工机械特性Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。
即硬度高。
工作特性1. 转速特性当U=U N , I f =I f N 时，n=f (I a )的关系曲线如图2. 转矩特性当U=U N ,I f =I fN 时，T e =f (I a )的关系曲线如图e T a Ta T C I C I '==ΦTT C C '=Φ3. 效率特性当U=U N ,I f =I fN 时，η=f (I a )的关系曲线如图2Fe mec Cuf a a a c 21a f 2Δ100%1()p p p I R I U P P U I I ⎡⎤++++η=⨯=-⎢⎥+⎣⎦应用领域并励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。
《直流电机的工作原理及特性》PPT模板课件
2．电磁转矩TM
电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和 电磁转矩，其大小可用如下公式表示：
TKtIa
式中：T——电磁转矩（N·m）； Φ——对磁极的磁通（Wb）； Ia——电枢电流（A）； Kt——与电机结构有关的常数，Kt=9.55 Ke
3.2 直流他励电动机的机械特性
一、机械特性的一般形式
根据 0,n0、TN,nN
两点，就可作出他励直流电动机近似是机械特性曲线 nfT。
三、人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压U和励磁磁
通Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Rad所得到的机械特性。
1. 电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 U U N , N
n
Rad
If
U
Ia M E
3．3 直流他励电动机的启动特性
nN △n
决于 Rf、 Uf的大小，当 Rf、 Uf
的大小一定时, If为定值，即磁
△T
通为定值。
0
TN T
n 理想空载点 n0
nN △n
1. 理想空载转速： T=0时的转速称为理想空
载转速，用n0表示。 根据机械特性可知：
U
△T
n0 Ke
0
TN T
2. 机械特性硬度
为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性
直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的
发电机的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或 原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时， 原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩T及空载损耗 转矩T0相平衡。
电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此， 电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损 耗转矩T0相平衡。
直流电动机的原理及特性
直流电机
定子
机座 换向极 主磁极 电刷装置 电枢铁心 换向器
转子
电枢绕组 轴承
风扇 转轴
2.1.2 直流电动机的励磁方式 定义：直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式。 实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接，就决定了它是什么 样的励磁方式。
1.他励式
若励磁绕组不与电枢 绕组联接，励磁绕组单独 由其他电源供电的直流电 机称为他励式直流电机。
2.1.2 直流电动机的励磁方式
并励式
励磁绕组与电枢绕组并联，称为并励式直流电机。 并励式直流电机的电枢电流Ia。励磁绕组流过的 电流为If ，经过负载或电源供给电机的总电流 为 I，三者须满足以下关系： 直流发电机：Ia ＝I＋If 直流电动机：Ia ＝I－If
2.1.2 直流电动机的励磁方式
第2章 直流电动机的原理及特性
直流电机的用途
测速
伺服
励磁机
电源
直流电机的特点
• 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 • 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动性能良好。
• 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高
2.1直流电动机的基本结构和工作原理
端盖 —— 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支 撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还 起防护作用。
定子部分
电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入） 装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右 图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在 刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋 转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在 刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同 极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆 装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。
《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性
T = TL +T0
转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时， 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化， 动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 一定， (平衡 此时， 平衡)， 例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL (平衡)，此时， 突然增加， 若TL突然增加，则调整过程为 E = KEΦn E↓ ↓ TL ↑ n↓ ↓ T↑
（3）求理想空载转速
根据（0，n0）和（TN，nN）两点，就可以作出他励电动 机的机械特性曲线。
正反转时的机械特性
2 、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加 电压、励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电 阻所得到的机械特性。直流他励电动机有三种人 为机械特性。
Ra U n= − T = n0 − ∆n 2 KeΦ Ke Kt Φ
n
d T
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组， 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流 方向如图所示 由于换向片和电源固定联接， 如图所示。 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动，总是 极有效边的电流方向向里 N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则 按顺时针方向旋转。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
转子
转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、 电枢铁心、 转子部分 电枢铁心 电枢绕组、换向器、风扇、 电枢绕组、换向器、风扇、轴等
直流电动机与交流电动机
直流电动机与交流电动机直流电动机与交流电动机是常见的电动机类型，它们在我们的日常生活和工业生产中都占据了重要地位。
本文将介绍直流电动机和交流电动机的工作原理、特点以及应用领域。
直流电动机是利用直流电源供电的电动机。
它的工作原理基于电荷在磁场中受到力的作用而产生转动。
直流电动机通常由一个转子和一个固定在轴上的永磁体构成。
当通电时，通过电磁感应作用，电流在转子上产生磁场，这个磁场会与永磁体的磁场相互作用，使得转子开始旋转。
直流电动机的转速与输入电压和电流成正比，因此它可以通过调节电源电压或者外加电阻来实现转速的调节。
直流电动机具有启动扭矩大、转速调节范围宽、反转性能好的特点。
直流电动机广泛应用于各个领域。
在家庭和商业领域，直流电动机被用于风扇、洗衣机、冰箱等家电产品中。
在工业生产中，直流电动机被广泛应用于机械、造纸、化工、纺织等行业。
此外，直流电动机还被应用于电动车辆和无人机等先进技术领域。
交流电动机是利用交流电源供电的电动机。
它的工作原理基于电流在交变电场中产生力矩而产生转动。
交流电动机分为异步电动机和同步电动机两种类型。
异步电动机是最常见的交流电动机类型，它通过感应转子上的涡流而实现转动。
异步电动机通常由一个转子和一个固定在轴上的定子构成。
当定子通电时，产生的磁场会导致转子中感应出涡流，涡流与定子的磁场相互作用产生力矩，使得转子开始旋转。
同步电动机则是通过与电源提供的交流电同步运行的。
交流电动机具有启动扭矩小、结构简单、维护成本低等特点。
它们广泛应用于工业生产、交通运输以及可再生能源等领域。
在工业生产中，交流电动机被用于泵、风机、压缩机、传送带等机械设备上。
在交通运输中，交流电动机被用于电动火车、电动汽车等交通工具的驱动系统。
此外，随着可再生能源的发展，交流电动机也被广泛应用于风力发电和太阳能光伏领域。
综上所述，直流电动机和交流电动机是两种常用的电动机类型。
直流电动机适用于需要启动扭矩大、转速范围宽的场合，而交流电动机适用于结构简单、维护成本低的场合。
直流电动机的特点与应用
直流电动机的特点与应用直流电动机是一种常见的电动机类型，具有许多独特的特点和广泛的应用。
本文将介绍直流电动机的特点和应用，并探讨其在不同领域中的具体应用案例。
一、直流电动机的特点直流电动机具有以下几个独特的特点：1. 可调速性：直流电动机可以通过调整电源电压或外部电阻来实现调速。
这种可调速性使得直流电动机在需要频繁启动、停止以及调整转速的应用场景中非常常见。
2. 良好的起动和启动特性：直流电动机具有良好的起动和启动特性，能够在瞬间产生较大的起动转矩。
这使得直流电动机广泛用于需要短时高转矩的应用中，如起重机、电梯等。
3. 适应性强：直流电动机能够适应不同的负载特性，无论是恒力负载还是恒功率负载，都能够稳定工作。
这种适应性使得直流电动机在工业自动化控制系统中得到广泛应用。
4. 可逆性：直流电动机可以同时作为电动机和发电机使用。
当外部负载对电动机进行制动时，直流电动机可以将动能转化为电能并反馈到电源中，实现能量回收和再利用。
二、直流电动机的应用直流电动机在各个领域中都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：1. 工业自动化：直流电动机是工业自动化系统中最常用的驱动设备之一。
它们被广泛应用于生产线输送带、机器人、纺织设备、印刷机械等自动化设备中，可提供可靠的驱动力和精确的控制。
2. 交通运输：直流电动机在交通运输领域中扮演着重要的角色。
它们被应用于电动车辆、电动自行车、电动船舶等交通工具中，为这些车辆提供动力，并带来更高的能源利用效率和环保性。
3. 家用电器：直流电动机也广泛应用于各种家用电器中，如洗衣机、吸尘器、空调等。
直流电动机通过其可调速性和高效率的特点，提供了更好的用户体验和能源利用效率。
4. 新能源领域：直流电动机在新能源领域中具有重要地位。
它们被应用于风力发电机组、太阳能跟踪器、电动车充电桩等设备中，带来高效的能源转换和利用效率。
综上所述，直流电动机是一种具有独特特点和广泛应用的电动机类型。
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端盖 电枢铁心
转子
电枢绕组 换向器
转轴
轴承
.
8
第二节 直流电机的铭牌数据
直流电机的额定值有： 1、额定功率PN(kW) 2、额定电压UN(V) 3、额定电流IN(A) 4、额定转速nN(r/min) 5、额定励磁电压UfN(V)
.
9
指轴上输出 的机械功率
电动机
额定功率 PN
指电刷间输出的
额定条件下电机 发电机 额定电功率
一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于每极 磁通φ（韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分布无关。
.
21
(2)直流电机的电磁转矩
一根导体的平均电磁力：
favBavli ia
ia
Ia 2a
电磁转矩：
Tem fD 2BavliiaND 2
D 2P
T em lili2 Ia aN 2 2 P 2 P aN Ia K T Ia
=1019N.m
.
17
第三节 直流电机的励磁方式及磁场
一、直流电机的励磁方式
1、他励直流电机——励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而是由 其他直流电源对励磁绕组供电。
2、并励直流电机——励磁绕组与电枢绕组并联。
3、串励直流电机——励磁绕组与电枢绕组串联。
4、复励直流电机——两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，
定转速及额定功率时的励磁电流
指直流电机的励磁线圈与电枢线
圈的连接方式
此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、 出厂编号等。
.
11
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行 于额定状态。
电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；
运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载运行 将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。
转起来。由于换向器配合电刷对电流的换向作用，使得线圈边只要
处在N极下，其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向；而在S
极下时，总是从电刷B流出的方向，就使电动机能够连续地旋转。
.
3
（二）直流发电机的工作原理
用原动机拖动电枢逆时针方向恒速 转动，线圈边ab和cd就分别切割不同 极性磁极下的磁场，线圈中产生了交 变的电动势。由于换向器配合电刷对 电流的换向作用，在电刷A、B端的 电动势确是直流电动势。
另一个与电枢绕组串.联。
18
第四节 感应电动势和电磁转矩的计算
(1)直流电机的感应电势
一、直流电机的电枢电势
电枢电势：直流机正、负电刷之间的感应电势， 即每个支路里的感应电势。
计算：求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁 密的平均感应电势，乘上一个支路里总的导体数。
.
19
(1)直流电机的感应电势
第三章 直流电动机的工作特性
直流电机的工作原理和基本结构 直流他励电机的机械特性 直流他励电机的启动特性 直流他励电机的调速特性 直流他励电机的制动特性 直流他励电机传动系统过渡过程分析
.
1
第一节 直流电机的工作原理及结构
一、直流电机的工作原理 （一）直流电动机的工作原理
载流导体在磁场中受到的力
f Bil
②电流保持为额定值而电压下降为100V时， 原动机的输出功率（设此时η=ηN）
.
14
解：
（1）PN=UNIN IN= PN/UN=180KW/230 IN=782.6A
该发电机的额定电流为782.6A
(2) P= IN*100/ηN P=87.4KW
.
15
一台直流电动机的额定值为： PN=180kW,
B — 磁场的磁感应强度(Wb/m2) i — 导体中的电流(A) l — 导体的有效长度(m)
当线圈ax中通入直流电流时，线圈边a和x上均受到电磁力，根据 左手定则确定力的方向。这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电 磁转矩。
当安装换向器以后，将直流电压加于电刷端，直流电流经电刷流
过电枢上的线圈，则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋
电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机 的运行效率、工作性能等比较好。
.
12
上节复习
1、动力学 2、电磁定律 3、直流电机工作原理 4、电机铭牌数据
.
13
一台直流发电机，其部分铭牌数据如下： PN=180kW, U N=230V, n N=1450r/min,ηN=89.5%，
试求：
①该发电机的额定电流；
U N=220V,n N=1500r/min,ηN=90%，求 该电机的额定输入功率P1N、额定电流IN和额 定输出转矩T2N
.
16
解：额定电流为 IN= P1N/UN=177.8*103/220 =808.2A
额定输出转矩为
T2N=PN/wN=PN/(2*pi*nN/60) =160*103/（2*3.14*1500/60)
具体计算：
一根导体： eavBavli v
v 2P n
60
Bav：平均磁密；li：导体长度； v：电枢旋转线速度
n：电枢旋转速度（r/min)
Bavli
：每极磁通
支路电势：
Ea
N 2aeav
N
2a li
li
2P
n 60
6P0aNnKe n
N：总导体数 Ke：电势常数
.
20
Ea6P0 aN nKen
所能提供的功率
额定电流 IN
额定电U压N 在额定工况下，电机
在额定电压下，运行于 额定功率时对应的电流
出线端的平均电压
额定转速 nN
发电机：是指输出额定电压； 电动机：是指输入额定电压。
在额定电压、额定电流下，运 行于额定功率时对应的转速
.
10
额定励磁电流IfN
励磁方式
对应于额定电压、额定电流、额
KT: 转矩常数
.Leabharlann 22电磁转矩的认识Tem 2 P aN IaKTIa
一台制造好的电机， 它的电磁转矩正比于每极 磁通和电枢电流， 与磁密分布无关。
电势常数Ke和转矩常数KT决定于结构常数。它们 的关系为：
K T 60
K e 2
.
23
(3) 电磁功率
电枢电功率
PemEa Ia Ke nIa 260KT nIa Tem
一台直流电机
作为电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢 旋转，拖动生产机械旋转 ，输出机械能；
作为发动机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直 流电动势，作为直流电源，输出电能。
.
4
直流电机的物理模型
.
5
.
6
二、直流电机的结构
.
7
主磁极
定子
换向磁极 电刷装置
机座
直流电机
机械功率
直流电动机：从电源吸收的电功率， 通过电磁感应 作用， 转换成轴上的机械功率；
直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的 机械功率等于通过电磁感应作用在电枢回路所得到的 电功率。