直流电机的特性

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1、第五篇直流电机上海交通大学周顺荣第二十三章直流电动机第一节直流电动机的基本方程式以并励直流电机为例一、电势平衡方程式I=Ia+If（23-1）U=E+IaRa（23-2）二、功率平衡方程式电源输入电动机的电功率（23-3）电磁功率空载损耗并励电动机总损耗（23-4）（23-5）（23-6）电磁功率=输出功率+三、转矩平衡方程式电动机的电磁驱动转矩（23-7）由于，在直流电动机和被它拖动的机械负载所组成的机组中往往需要变速，变速时电动机的转子本身及被它拖动的机械负载均具有转动惯量。于是，转矩平衡方程式则为（23-8）J—机组旋转部分的转动惯量TC—机组总负载制动转矩(简化

2、总制动转矩)Tj—惯性转矩四、效率（23-9）第二节直流电动机的工作特性一、并励和他励电动机的工作特性1．速率特性n=f(Ia)（23-10）电动机空载时，Ia=0，其转速为，称电动机空载转速。电动机的转速调整率（23-11）并励电动机运行时，励磁绕组不能断路。重载下励磁绕组断开，将导致Tem减小，电动机停转，反电势为零，电枢电流非常大，电机过热以致烧毁；若在轻负载下发生励磁绕组断开，将导致电动机“飞速”，可能损坏电机。2．转矩特性Tem=f(Ia)当Ia比较小时，电枢反应去磁作用影响较小，气隙磁通φ近似不变，Tem=f(Ia)呈线性关系；当Ia比较大时，电枢反应去磁作

3、用增大，故Tem=f(Ia)较原直线要向下弯曲。3.效率特性η=f(Ia)4.机械特性n=f(Tem)在并励电动机中，U=常值且励磁回路电阻不变时，If不变。如果忽略电枢反应的影响，则φ为常值。故n=f(Tem)为一条直线。由于，通常Ra<

4、2）二、串励电动机的工作特性1．速率特性n=(Ia)串励电动机速率特性表达式与并励电动机(他励电动机)的相同，即当电机磁路饱和时，φ随Ia上升变缓，故n随Ia的增加而下降程度变小。当电机磁路线性时，Ia与φ呈线性关系，n与Ia成反比关系，即n=f(Ia)为一条双曲线。可见，串励电动机的一个特点是转速随负载的增加而下降得很快。转速调整率由于串励电动机在空载或轻载时，If=Ia很小，φ随之也很小。由式(23-10)可见，将导致转速非常高，俗称“飞车”(危险)。这种情况可从物理过程来分析：由于φ很小，根据关系式E=CEφn，电枢必须以非常高的转速才能产生足够的反电势，从而来与

5、电网电压相平衡。因此，串励电动机不允许空载运行。（23-13）由于串励电动机不允许空载运行，按GB755-87规定，串励电动机转速调整率定义为式中，n1/4—电动机负载P2=PN／4时的转速。2．转矩特性Tem=(Ia)电磁转矩Tem将随Ia的增加而很快上升是串励电动机的又一个特点。在串励电动机中，由于If=Ia，当负载转矩增加时，P1和Ia随之增加，若磁路未饱和，磁通φ∝Ia，Tem=φIa∝；若磁路高度饱和，则φ基本不变，Tem∝Ia。电磁转矩Tem将随Ia的增加而很快上升是串励电动机的又一个特点串励电动机具有较大的起动转矩。并且当发生过载时，转速n会自动下降，电动

6、机的输出功率P2=T2Ω因此变化不大，从而避免电动机受损。当负载减轻时，转速又会自动上升。串励电动机的这些特点特别适用于电力机车等场合。3.机械特性n=f(Tem)当电机磁路线性时，φ=CφIa，则（23-14）代入上式（23-14）得（23-15）式中当电机磁路饱和时，φ≠CφIa，则（23-15）三、复励电动机的工作特性由于复励电动机同时具有并励绕组和串励绕组，故其工作特性介于并励和串励电动机两者之间。为避免运行时产生不稳定现象，通常采用积复励。在复励电动机中，若并励绕组起主要作用时，其工作特性接近于并励电动机。但当电枢反应的去磁作用较强时，仍能获得下降的速率特性，

7、以保证电动机的稳定运行。此时，称串励绕组为“稳定绕组”；若串联绕组起主要作用时，其工作特性接近于串励电动机。但空载时不会出现“飞车”危险。第三节直流电动机的起动一、直接起动（23-17）以并励电动机为例图23-11并励电动机直接起动时电枢电流和转速的变化过程Tst=CTφIst（23-18）二、电枢回路串接变阻器起动（23-19）图23-12三点起动器自动起动器随着转速的上升，感应电势也增大，则电枢电流随之减小。当电枢电流等于设定值时，接通接触器1。随着转速进一步的上升，逐级接通接触器2、3，电枢电流重复上述过程在与之间变化，直至稳态三、