电机及拖动---直流电机

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1、直流电动机的运行特性   本节主要讨论串励式直流电动机和永磁直流电动机的运行特性。   电动机的主要参数有电动机输出功率、电压、电枢电流、转速、电磁转矩、输出转矩和效率等。电动机运行特性即是指这些参数间的变化关系，或是指这些参数随时间的变化规律。电动机各参数之间的关系可由电动势平衡方程式和转矩平衡方程式来确定。1．电动势平衡方程式电动机稳定运行情况下，电动机的电压满足以下关系式：     （1）为电枢电动势。当电枢在两极的磁场内旋转时，随着电枢绕组断面的变化，就出现磁力线的变化，因此在电枢绕组内产生了电枢电动势，此电动势方向与外加电压相反，所以又称反电动势。电枢

2、电动势为：式中：——电势常数，其大小决定于电动机的结构；      ——电枢相对于磁系统的转速；      ——由电动机磁极产生的磁通量。（2）为电动机电路内的电压降。对于串励式直流电动机，电流流过绕组时，会引起电枢和磁系统内的电压降。     式中和分别是电枢电路和磁系统电路内的电阻。对于永磁直流电动机，则有：         2．转矩平衡方程式电动机稳定运转情况下，电动机产生的电磁转矩为：                          （1）电磁转矩是由通过电枢电路的电流与电动机总磁通量相互作用而产生的。它使电枢和磁系统旋转，电磁转矩与磁通量及电枢电路上

3、的电流成正比，即式中为电机常数，与电动机结构因素有关。（2）空载转矩是因电动机上的轴承、电刷和整流环间的摩擦、电枢和磁系统的旋转以及铜损耗而形成的阻力矩。空载转矩的值可以用没有负载时的电动机功率来计算。空载功率是能保持额定转速时的最低电压与电流乘积。通常功率很小，大约只是输出功率的2%～3%，故空载转矩也为输出转矩的2%～3%。（3）输出转矩用来克服负载。对于鱼雷，就是有推进装置克服水的阻力所需的转矩。此时，输出转矩取决于水的密度、推进装置的转速、推进装置的尺寸等。3．串励式直流电动机的运行特性串励式直流电动的励磁绕组与电枢绕组串联，因此励磁绕组与电枢绕组的电流

4、相等。其气隙磁通量随电枢电流而变化。并且，在磁路处于未饱和状态时，磁通量正比于电枢电流。由式（7-5）可得，电磁转矩：或式中为比例系数，由产生气隙磁场的结构确定。串励式电动机启动转矩与电流的平方成正比，这就说明了串励式电动机具有较大的启动转矩。以下来分析启动过程电动机转速的变化情况。          从式（7-8）可看出，电枢和磁系统之间的相对转速与所加电压、通过的电流、磁通量及电机的结构等因素有关。转速与电磁转矩的关系就是串励式直流电动机的机械特性，如图7-9所示。串励式直流电动机的机械特性是软特性，随着电磁转矩的增大，转速下降得很快。当电磁转矩较小时，由于

5、气隙磁通的减小，转速迅速增大。为零时，理想空载转速为无穷大。由此可见，串励式直流电动机不允许空载运行，尤其是不能在空载状态下用全电压启动。此外，对于串励式直流电动机的机械特性，总是有，因此，串励式直流电动机工作时，总是稳定的。             串励式直流电动机的机械特性4．永磁直流电动机的运行特性永磁直流电动机的运行特性包括工作特性和机械特性。工作特性是指当外加电压为额定值，运行时的转速、电磁转矩、输出转矩、效率、输出功率与电枢电流的关系。机械特性是指电枢电压为额定值，电枢回路电阻保持不变时，电动机的转速与电磁转矩的关系。（1）工作特性由式（7-1）、（

6、7-2）、（7-4）可得：（7-9）由上式可以看出，当电枢电流增加时，如气隙磁通不变，转速将随的增加而直线下降，一般因为电枢回路电阻值很小，转速下降不多。如果考虑去磁的电枢反应，会变小，转速下降会更小些。由式（7-5）可知，当气隙磁通不变时，电磁转矩与电枢电流成正比。实际上，随着电枢电流的增加，气隙磁通略有减小。（2）机械特性由式（7-1）、（7-2）、（7-3）、（7-5）可得：（7-10）式中是理想空载转速；是机械特性斜率。永磁直流电动机的机械特性曲线如图7-10所示。通常把机械特性斜率较小的机械特性叫作硬特性，较大的，叫作软特性。一般串励式直流电动机的机械

7、特性是硬特性，永磁直流电动机的机械特性是软特性。            永磁直流电动机的机械特性曲线3．串励式直流电动机的运行特性串励式直流电动的励磁绕组与电枢绕组串联，因此励磁绕组与电枢绕组的电流相等。其气隙磁通量随电枢电流而变化。并且，在磁路处于未饱和状态时，磁通量正比于电枢电流。由式（7-5）可得，电磁转矩：（7-6）或（7-7）式中为比例系数，由产生气隙磁场的结构确定。串励式电动机启动转矩与电流的平方成正比，这就说明了串励式电动机具有较大的启动转矩。以下来分析启动过程电动机转速的变化情况。由式（7-1）、（7-2）、（7-3）可得：          （

8、7-8）从式（7-8）可