《電機與拖動 第4版》 課件 第1、2章 電機學基礎、直流電機

第一章電機學基礎知識目錄1.1電機的基本功能與主要類型1.2電機的基本原理1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識2/991.1電機的基本功能第一章電機學基礎知識3/99電機（包括變壓器和旋轉電機）是實現(xiàn)能量轉換和信號傳遞的電磁裝置。電機是一種機電能量轉換或信號轉換的電磁機械裝置。電機是實現(xiàn)能量轉換和信號轉換的電磁裝置。電機泛指所有實施電能特性變換的機械裝置。電氣工程學科關注的電機，研究限于依據(jù)磁場耦合實現(xiàn)機電能量轉換和信號傳遞與轉換的裝置（電磁式電機）。thedevicesusedintheinterconversionofelectricandmechanicalenergy.Emphasisisplacedonelectromagneticrotatingmachinery,bymeansofwhichthebulkofthisenergyconversiontakesplace.However,thetechniquesdevelopedaregenerallyapplicabletoawiderangeofadditionaldevicesincludinglinearmachines,actuators,andsensors.1.1電機的類型第一章電機學基礎知識4/99按功能分，有發(fā)電機、電動機、變壓器和控制電機四大類。按電機結構及電源性質分，有變壓器和旋轉電機。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識5/99電機(電磁)能量轉換過程電功率ui電氣損耗機械損耗機械功率TΩ1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識6/991)磁場基本概念磁場：由電流或永磁體產(chǎn)生。磁感應強度B（單位：特斯拉T）。用于表征磁場的強弱和方向，矢量。用磁感線的疏密程度描述B的大小。無頭無尾，不相交。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識7/991)磁場基本概念同性相斥、異性相吸。鐵磁材料性質。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識8/991)磁場基本概念磁通量Φ（單位：韋伯Wb

）垂直穿過某截面的磁感線總和。磁通連續(xù)性定理—通過任意封閉曲面的磁通量等于零。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識9/991)磁場基本概念磁場強度H（單位：安培每米A/m

）H∝I，與介質無關；B與電流大小和介質性質都有關。磁導率μ（單位：亨利每米H/m

）介質導磁能力。

0=4×10－7H/m磁化強度M（單位：安培每米A/m

）表明介質磁化狀態(tài)和磁化程度（又稱磁化矢量）1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識10/991)磁場基本概念物質按磁導率分類：非磁性物質、磁性物質。非磁性物質μ

≈μ0

。順磁物質如空氣：μ

稍大于μ0

。反磁物質如銅：μ

稍小于μ0

。磁性物質—高導磁性μ

>>μ0

。鑄鋼

≈1000

0；硅鋼片

≈7000

0；玻莫合金

≈20000

0。磁場能量密度1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識11/992)磁路及基本定律安培環(huán)路定律（全電流定律）—磁場強度沿任意的閉合路徑的線積分等于閉合路徑包圍的導體電流的代數(shù)和。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識12/992)磁路及基本定律磁路歐姆定律磁動勢F=Ni（單位安匝At）

磁阻Rm

=l/(μA)（單位每亨H-1）1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識13/992)磁路及基本定律基爾霍夫第一定律基爾霍夫第二定律1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識14/992)磁路及基本定律磁路電路磁通路徑-磁路電流路徑-電路磁通=磁動勢/磁阻電流=電動勢/電阻磁通Φ

(Wb)電流I(A)磁動勢NI(At)電動勢E

(V)磁阻Rm=l/(μA)(At/Wb)電阻R=lρ

/A=l/(σA)(Ω)磁導=1/磁阻(H)電導=1/電阻(S)磁密B=Φ/A(Wb/m2)電密J=I/A(A/m2)磁場強度H=NI/l(A/m)電場強度E=V/d(V/m)1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識15/992)磁路及基本定律磁路電路磁通并不流動，但建立磁化對齊。電流是電子定向運動。磁性材料磁導率大于非磁性材料。導體電導率遠遠大于絕緣體。磁阻不是常數(shù)，磁導率會跟隨磁感應強度顯著的改變。電阻一般認為是常數(shù)，隨溫度輕微變化。一但磁通建立，即使其流過磁阻，也不再消耗能量。電流流過電阻會消耗能量，變成熱量耗散。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識16/992)磁路及基本定律氣隙磁阻例，環(huán)形鐵心1m，1mm氣隙；200匝繞組1A電流；相對磁導率500；計算磁通密度B。解，NI=ΦRmRm=Rmc+Rm0=lc/(μcAc)+l0/(μ0A0)

A0=Ac,μc=μrμ0=2000μ0>>μ0,

Rmc>>Rm0

因此，由于氣隙的存在，如果保持相同的磁通，需要增大磁動勢F（勵磁電流）。

N

I=B

A

(

lc/(μ0μrAc)+l0/(μ0A0))2000

1=B

(0.1/(2000

4π

10-7)+0.001/(4π

10-7))B=200/835.35=0.239Wb/m2

1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識17/99例1-1磁路由電工鋼片疊壓而成，鐵心疊壓系數(shù)為kFe=0.94,各段鐵心截面積相同，A=0.8×10-3m2，各段磁路的長度分別為l1=0.08m,l2=0.1m,l3=0.037m,l4=0.037m,l5=0.1m,δ=0.006m,已知μFe=1900μ0,N=2000，如要求鐵心中?=1×10-3Wb,求需要多大的勵磁電流。解：鐵心

Ak

=kFeA=0.94×0.8×10-3m2=0.752×10-3m2

1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識18/99例1-1磁路由電工鋼片疊壓而成，鐵心疊壓系數(shù)為kFe=0.94,各段鐵心截面積相同，A=0.8×10-3m2，各段磁路的長度分別為l1=0.08m,l2=0.1m,l3=0.037m,l4=0.037m,l5=0.1m,δ=0.006m,已知μFe=1900μ0,N=2000，如要求鐵心中?=1×10-3Wb,求需要多大的勵磁電流。解：氣隙總磁動勢及電流1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識19/993)電磁感應定律動生電動勢導體相對切割磁感線；右手定則。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識20/993)電磁感應定律變壓器電動勢（感生電動勢）線圈和磁場相對靜止；磁通隨時間變化產(chǎn)生。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識21/994)線圈電路方程直流線圈U→I→N

I→

→

I=U/RP=I2R電磁吸力F在動鐵心吸合后，

→磁阻變小→磁通增加→吸力變大；電阻不變→電流不變→電功率不變。Φ＋U－SNNSIF

1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識22/994)線圈電路方程交流線圈u→i→Ni→

→e=-Nd/dt→

→e

=-L

di/dtL=Ψ/i=N2/Rmu=Ri－e=Ri+Ldi/dtX=ωL=2πfLUE=4.44fNm電磁吸力F在動鐵心吸合后，

→磁阻變小→磁通幅值不變，→平均吸力不變；→電流有效值變小，→電阻不變→電功率變小。Φ＋u－iFe

eσ

1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識23/995)電磁力定律載流導體在磁場中，左手定則。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識24/996)電機可逆性原理任何電機既可以作為發(fā)電機運行，也可以作為電動機運行。電動機->施加電流->電磁力->電磁轉矩->旋轉->驅動機械負載->輸出機械功率。發(fā)電機->施加轉矩->旋轉->感應電動勢->輸出電流->驅動電氣負載->輸出電功率。1.2電機的基本原理第一章電機學基礎知識25/996)電機可逆性原理機電能量轉換過程發(fā)電機->

Wmec=Pmec+Pfe+Pcu+We電動機<-

Wmec+Pmec+Pfe+Pcu=We電能-機械能-磁場能-熱能電氣連接機械系統(tǒng)Wmec電

機儲能增量Wm鐵損Pfe電磁力F耦合磁場/氣隙磁場感應電動勢E電氣系統(tǒng)We傳動機構1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識26/991)電機的主要制造材料導電材料：銅線。構成電路。導磁材料：硅鋼片。構成磁路。結構材料：鑄鐵、鑄鋼和鋼板等。承受力。絕緣材料：聚酯漆、環(huán)氧樹脂、玻璃絲帶等。用于導體之間和各類構件之間的絕緣處理。電機常用絕緣材料按性能劃分為A、E、B、F、H、C等6個等級。如B級絕緣材料可在130℃下長期使用，超過130℃則很快老化，但H級絕緣材料允許在180℃下長期使用。其它材料（散熱、冷卻、潤滑材料）。1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識27/992)鐵磁材料特性高導磁率

>>

0(

r>>1)磁性物質內(nèi)部存在著很多很小的“磁疇”。鐵磁材料的高導磁性被廣泛應用于變壓器和電機中。將磁感線約束在特定的路徑中（磁路）；使用盡可能小的勵磁電流產(chǎn)生更大的磁場（磁感應強度）。磁疇（磁化前）磁疇（磁化后）1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識28/992)鐵磁材料特性磁飽和

B=H（

不是常數(shù)）磁滯非線性1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識29/992)鐵磁材料特性磁滯硬磁材料（永磁體）Br大、Hc大，BH曲線寬；軟磁材料（電器的鐵心）Br小、Hc小，BH曲線窄；矩磁材料（記憶單元）Br大、Hc小，BH曲線接近矩形。剩磁Hm－Hm矯頑磁力－HcHcBHOBr－Br磁滯回線BHO基本磁化曲線1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識30/992)鐵磁材料特性磁滯1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識31/992)鐵磁材料特性磁滯損耗1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識32/992)鐵磁材料特性渦流損耗鐵心導磁，同時導電。交變磁場在鐵心中產(chǎn)生環(huán)形感應電動勢；產(chǎn)生環(huán)形漩渦狀的感應電流。降低渦流的方法增大鐵心電阻率，摻雜硅，硅鋼；減小渦流截面積，增大環(huán)路路徑上的電阻，使用疊片結構，片。1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識33/992)鐵磁材料特性鐵心損耗渦流損耗磁滯損耗鐵損綜合確定其中m鐵心質量。Bm一般可取1T-1.8T。1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識34/993)永磁材料特性退磁曲線剩磁Br矯頑力Hc磁能積曲線最大磁能積(BH)max性能參數(shù)回復線局部磁滯回線很窄，用直線代替-回復線回復磁導率1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識35/993)永磁材料特性直線型退磁曲線回復線與退磁曲線重合；永磁材料的工作點在退磁曲線上；有拐點的退磁曲線，工作點如在拐點下P點，回復線是過P點與退磁曲線平行的直線。大多數(shù)稀土永磁材料為直線型退磁曲線。內(nèi)稟退磁曲線內(nèi)稟磁感應強度Bi（磁極化強度J）J=μ0M（M-磁化強度）內(nèi)稟矯頑力-Hcj反映永磁體抗去磁

能力，越大穩(wěn)定性越好。1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識36/993)永磁材料特性熱穩(wěn)定性可逆損失-溫度系數(shù)不可逆損失IL-溫度回復后，磁性能不能回復。居里溫度TC-磁性能消失的溫度臨界值。最高溫度-長時間保持某溫度，回復到室溫后保證IL<5%。1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識37/993)永磁材料特性磁穩(wěn)定性表示在外磁場干擾下永磁材料磁性能變化的大小。永磁材料的內(nèi)稟矯頑力越大，內(nèi)稟退磁曲線的矩形度越好，則這種永磁材料的磁穩(wěn)定性就越高，即抗外磁場干擾能力越強。化學穩(wěn)定性受酸堿、氧氣和氫氣等化學因素的作用，永磁材料內(nèi)部或表面化學結構會發(fā)生變化，將嚴重影響材料的磁性能。時間穩(wěn)定性永磁材料內(nèi)部磁疇的排列狀態(tài)隨時受到內(nèi)部和外部的擾動而重新排列達到低能狀態(tài)，因此，永磁材料的剩磁隨時間變化而降低。1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識38/994)電機中常用的永磁材料鐵氧體陶瓷鋁鎳鈷系合金釤鈷（稀土永磁合金）釹鐵硼（稀土永磁合金）Nd-Fe-B系合金是以Nd2Fe14B化合物為基的一種不含Co的高性能永磁材料。材料磁性：最大磁能積407.6kJ/m3，矯頑力2244.7kA/m被譽為“磁王”。Nd-Fe-B系合金原材料豐富，價格便宜，其價格只相當于釤鈷合金的50%左右。1.3電機的制造材料第一章電機學基礎知識39/994)電機中常用的永磁材料釹鐵硼（稀土永磁合金）剩磁高，Br可達1.4T矯頑力大，Hc可達992kA/m;退磁曲線為直線；相對于釤鈷價格便宜。居里溫度較低，一般為310~410oC。溫度系數(shù)較大，αBr=-0.13%（K-1）。含鐵、釹，容易銹蝕。磁體可加工性一般。1.x作業(yè)第一章電機學基礎知識40/99作業(yè)：1-21-71-81-9Pleaseenjoythepain

whichisunabletoavoid.第二章直流電機目錄2.1直流電機的工作原理2.2直流電機的基本結構和額定值2.3直流電機的磁場和電樞反應2.4電流電機的感應電動勢和電磁轉矩2.5直流電動機的運行分析2.6直流發(fā)電機的運行分析第二章直流電機43/99i克服S2.1直流電機的工作原理第二章直流電機44/99+-UetoNBee1)直流電動機的工作原理永磁體磁場、導體繞組、旋轉軸換向器-電刷、換向片電能->機械能直流電流->換向->交流電流->電磁轉矩->機械負載交流電流電磁轉矩（拖動轉矩）換向機械負載Φ旋轉反電動勢做功電樞繞組直流電流itoirirS2.1直流電機的工作原理第二章直流電機45/99+-eetoNB2)直流發(fā)電機的工作原理機械能->電能機械轉矩->感應電動勢->換向->直流電壓->換向->交流電流->電磁轉矩原動機做功感應電動勢電流輸出直流電Φ換向電磁轉矩（阻轉矩）S2.1直流電機的工作原理第二章直流電機46/99+-eNetoB3)直流電機的工作原理換向器和電刷配合實現(xiàn)換向繞組中是交流電流電磁轉矩在電動機中是拖動轉矩，在發(fā)電機中是阻轉矩。etoeto2.2直流電機的結構第二章直流電機47/99定子主磁極換向極機座、端蓋、電刷轉子電樞鐵心電樞繞組換向器2.2直流電機的結構直流電機結構爆炸圖第二章直流電機48/992.2直流電機的結構第二章直流電機49/99定子轉子2.2直流電機的結構第二章直流電機50/99定子轉子2.2直流電機的結構第二章直流電機51/99定子N和S成對、交替、均勻分布。極對數(shù)p極數(shù)2p2.2直流電機的結構第二章直流電機52/99定子轉子2.2直流電機的結構第二章直流電機53/99定子主磁極-疊片勵磁繞組轉子鐵心-疊片電樞繞組2.3直流電機的繞組

單疊繞組元件單波繞組元件極距：一個磁極在電樞表面跨過的距離。τ=Q/(2p)=槽數(shù)/極數(shù)節(jié)距第一節(jié)距y1=τ整距繞組；y1<τ短距繞組；y1>τ長距繞組。第二節(jié)距y2

合成節(jié)距y=y1±y2

第二章直流電機54/992.3直流電機的繞組繞組第二章直流電機55/992.3直流電機的繞組繞組

τ=4，2p=2，y=4※電刷的中心線對著磁極的中心線。

※電刷之間的電動勢最大；

※被電刷短接的元件電動勢為零。第二章直流電機56/992.3直流電機的繞組繞組電樞連接規(guī)律※整個電樞繞組通過換向片連成一個閉合的回路。第二章直流電機57/992.3直流電機的繞組原理圖中，省去換向器，假定電刷直接與導體接觸，

電刷放置在磁極的幾何中性線位置。習慣稱“電刷放在幾何中性線位置”。

交軸，直軸，符號。第二章直流電機58/992.3直流電機的繞組3)分類-按照勵磁方式發(fā)電機他勵并勵串勵復勵第二章直流電機59/992.3直流電機的繞組3)分類-按照勵磁方式電動機他勵并勵串勵復勵第二章直流電機60/992.3直流電機的繞組4)額定值額定電壓UN額定電流IN額定功率PN額定轉矩TN額定轉速nN額定勵磁電壓UfN額定勵磁電流IfN額定狀態(tài)--UIPn均為額定值的狀態(tài)滿載狀態(tài)--I=IN的狀態(tài)第二章直流電機61/992.3磁場和電樞反應1)空載磁場

氣隙磁感應強度第二章直流電機62/992.3磁場和電樞反應2)電樞磁場第二章直流電機63/99xFa(x)2.3磁場和電樞反應2)電樞磁場第二章直流電機64/99xFa(x)Ba(x)2.3磁場和電樞反應3)電樞反應第二章直流電機65/99B0(x)Ba(x)Bδ(x)2.3磁場和電樞反應3)電樞反應第二章直流電機66/99B0(x)Ba(x)Bδ(x)α2.3磁場和電樞反應3)電樞反應對主磁極磁場的影響。總磁場發(fā)生畸變，零點偏移；物理中性線偏離幾何中心線；被電刷短路的元件的e≠0，增加了換向難度。一半磁極的磁通增加，另外一半磁極的磁通減少。不飽和時，每極磁通量不變；飽和時，每極磁通量會減少，感應電動勢和電磁轉矩相應減少?？梢酝ㄟ^改變電刷位置改善換向問題。第二章直流電機67/99α物理中心線幾何中心線2.4電動勢和電磁轉矩1)感應電動勢E：產(chǎn)生—電樞旋轉n，總磁場Φ，感應電動勢。支路中各串聯(lián)元件感應電動勢的代數(shù)和。每極磁通Φ，電樞元件邊長度l，極距τ，可知氣隙平均磁密Bav=Φ/(lτ)。一根導體的平均電動勢eav=Bavlv；又有，元件邊導體的線速度v=2pτn/60；得到，導體平均電動勢eav=2pΦn/60。

已知導體數(shù)N，電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)a，則每條支路的串聯(lián)導體數(shù)為N/(2a)。這樣，電機總的感應電動勢：第二章直流電機68/992.4電動勢和電磁轉矩2)電磁轉矩Tem：產(chǎn)生—導體中電流i，總磁場Φ，電磁力->電磁轉矩。所有導體產(chǎn)生的電磁轉矩的代數(shù)和。每極磁通Φ，電樞元件邊長度l，極距τ，可知氣隙平均磁密Bav=Φ/(lτ)。一根導體的fav=Bavial；假設電樞繞組直徑為Da

=2pτ

/

π；得到，一根導體的平均轉矩Tav=BavliaDa/2。

電樞繞組電流Ia，并聯(lián)支路數(shù)a，則每條支路電流ia=Ia/(2a)。這樣，電機總的電磁轉矩：第二章直流電機69/992.4電動勢和電磁轉矩3)電磁功率Pe：在電樞中發(fā)生的轉換的功率。感應電動勢E，電樞電流Ia；電磁轉矩Tem，轉子轉速n

Ω；電功率機械功率

Pe=EIa

=Te

Ω第二章直流電機70/99電功率機械功率轉換成的2.5電動機的運行分析1)基本方程式正方向--（電動機慣例）

U→Ia

E與Ia反向

Te與n同向

TL與n反向電壓平衡方程勵磁回路電樞回路第二章直流電機71/99ETenTL＋U

－Ia2.5電動機的運行分析1)基本方程式功率平衡方程輸入功率P1=UIa銅損Pcua=Ia2Ra電磁功率Pe=P1-Pcu輸出功率P2=T2Ω空載損耗P0=Pe–P2P0=PFe+Pfw+Pad第二章直流電機72/99轉換電功率機械功率EIa

Te

ΩP1PCuPeP0P22.5電動機的運行分析1)基本方程式轉矩平衡方程空載Te=T0帶載

Te=T2+T0穩(wěn)態(tài)電樞電流IaTe=TL，

Ia

∝TL，

電樞電流大小取決于負載大小。Ia=IaN

滿載，Ia>IaN

過載。Ua↓，（n不變

E不變）

Ia↓

Te↓

<TL

n↓

E↓

Ia↑

Te↑

=TL第二章直流電機73/99TeTLn2.5電動機的運行分析2)他勵（并勵）直流電動機的特性轉速特性n=f(Ia)轉矩特性Te

=f(Ia)效率特性η

=f(Ia)機械特性n=f(Te)轉速特性n

=f(Ia)IaRa以及電樞反應Φ影響轉矩特性Te

=f(Ia)電樞反應Φ影響效率特性η

=f(Ia)不變損耗P0=可變損耗Pcu時取得極值。第二章直流電機74/99TeTLnOn,Te,ηIa2.5電動機的運行分析2)他勵（并勵）直流電動機的特性機械特性n

=f(Te)硬特性，Te增加，n下降較慢。動態(tài)方程*第二章直流電機75/99OnTen02.5電動機的運行分析2)他勵（并勵）直流電動機的特性轉動方向電樞電壓反向--改變電樞電流方向轉矩方向改變，轉向改變。磁場反向--改變勵磁電壓極性轉矩方向改變，轉向改變。同時改變電樞電壓方向和磁場方向–轉向不變。第二章直流電機76/99FFT,nFFT,nFFT,n2.5電動機的運行分析2)他勵（并勵）直流電動機的特性他例和并勵區(qū)別他勵并勵輸入電壓U=UaU=Ua=Uf輸入電流

I=IaI=Ia+If輸入功率P=UIaP=UI=UIa+UIf第二章直流電機77/992.5電動機的運行分析3)串勵直流電動機電壓電流轉矩Ia較小時，磁路未飽和，Φ∝Ia→Te∝Ia2

Ia較大時，磁路飽和，Φ

約為常數(shù)

→Te∝Ia

第二章直流電機78/99OTeIa2.5電動機的運行分析3)串勵直流電動機特點相同負載轉矩變化?T，電流變化?Ia較小。

最大電流Iamax，能夠產(chǎn)生更大的電磁轉矩Te。起動轉矩大，過載能力強。轉速電樞電流Ia增加時，轉速n下降很快。(1)電流增加時，IaRa壓降增大，IaRf壓降增大；(2)電流增加時，磁通Φ增加。第二章直流電機79/99OTeIaOTeIan2.5電動機的運行分析3)串勵直流電動機轉速當Te=0時，Ia

=

If

=0，Φ=

Φr，n很大，n=(5~6)nN

！當Te

較小時，Ia

很小，磁路未飽和，Te↑→Ia↑

→Φ↑→n

迅速下降！當Te很大時，Ia

很大，磁路已飽和，Te↑→Ia↑

→Φ

基本不變→n下降較少！

第二章直流電機80/99OTeIanOnTe2.5電動機的運行分析3)串勵直流電動機轉速適用場合軟特性適用于負載的轉矩變化范圍較大情況；適用于起重機和電氣機車等運輸機械；

絕不允許在輕載或空載下運行；

需采用機械直接耦合，不能用皮帶輪傳動。第二章直流電機81/99OTeIanOnTe2.5電動機的運行分析4)復勵直流電動機積復勵–串勵繞組的磁動勢和并勵繞組的磁動勢方向相同；差復勵–串勵繞組的磁動勢和并勵繞組的磁動勢方向相反。機械特性介于并勵電動機和串勵電動機之間：(1)有較大的起動轉矩

；(2)可以空載運行。第二章直流電機82/99OnT并復串2.5電動機的運行分析例2-3并勵直流電動機，PN=96kW，UN=440V，IN=255A，IfN=5A，nN=500r/min，電樞回路總電阻Ra=0.078Ω。忽略電樞反應影響，求額定輸出轉矩和額定電流時的電磁轉矩。解，額定轉矩：電樞電流：電動勢：電磁功率：電磁轉矩：第二章直流電機83/992.5電動機的運行分析例2-4并勵直流電動機，PN=22kW,UN=220V,IN=115A,nN=1500r/min,電樞電阻Ra=0.18

，勵磁電阻Rf＝628。試求(1)CEΦN，CTΦN；(2)

電磁轉矩Te；(3)額定輸轉矩TN；(4)空載轉矩T0；(5)理想空載轉速n0與實際空載轉速n

0

。

解，(1)(2)電磁轉矩：(3)額定輸出轉矩：(4)空載轉矩：(5)空載轉速：第二章直流電機84/992.6發(fā)電機的運行分析1)基本方程式正方向--（發(fā)電機慣例）

E→U→Ia

T1與n同向

T0與n反向

Te與n反向電壓平衡方程勵磁回路電樞回路第二章直流電機85/99ETenT1＋U

－IaT02.6發(fā)電機的運行分析直流電機運行狀態(tài)的判斷（1）電樞電壓電動機U=E+IaRaU>E發(fā)電機U=E

-

IaRaE>U（2）轉矩轉速關系電動機Te

n同向發(fā)電機n

Te反向第二章直流電機86/992.6發(fā)電機的運行分析1)基本方程式功率平衡方程輸入功率空載損耗P0=PFe+Pfw+Pad電磁功率Pe=P1–P0=TeΩ

=EIa銅損Pcu=Ia2Ra輸出功率P2=UI第二章直流電機87/99轉換電功率機械功率EIa

Te

ΩP1P0PePCuP22.6發(fā)電機的運行分析1)基本方程式轉矩平衡方程輸入轉矩空載轉矩電磁轉矩第二章直流電機88/99ETenT1＋U

－IaT02.6發(fā)電機的運行分析2)他勵發(fā)電機的工作特性工作過程外電源Uf

If

Φ

原動機T1

n

…

E

Ua

U空載運行勵磁電路If=Uf/Rf電樞電路Ia=0，U=U0=E調節(jié)Rf

If

Φ

E

Ua

空載特性

U0=E=f(If)（n=nN,Ia=0）(1)本質上就是通過實驗方法測定發(fā)電機實際的磁化曲線；(2)測定均按他勵發(fā)電機接線方式，與電機的勵磁方式無關。第二章直流電機89/99OIfU0Er剩磁感應電動勢2.6發(fā)電機的運行分析2)他勵發(fā)電機的工作特性負載運行勵磁電路If=Uf/Rf電樞電路I=Ia，U=Ua電壓平衡方程調節(jié)Rf

If

Φ

E

Ua

負載特性

U=f(If)（n=nN,Ia=const）(1)I=0空載特性曲線；(2)相同勵磁電流，不同端電壓；AU電樞電阻壓降，EA產(chǎn)生相同感應電動勢E的不同勵磁電流；I=const

AU長度不變，且EA長度不變；?EAU特征三角形。第二章直流電機90/99UO

I'f1

If1

IfEI=0

I=constAU2.6發(fā)電機的運行分析2)他勵發(fā)電機的工作特性負載運行負載增加，Ia↑

RaIa↑

E↓

Ua↓

Φ↓

E↓

Ua↓

外特性U=f(I)（n=nN,If=IfN）電壓調整率外特性隨負載電流增大呈下降趨勢；是由電樞回路電阻壓降和電樞反應去磁效應引起的；機端電壓隨負載變化的程度用電壓調整率衡量。第二章直流電機91/99OIUn=nNIf

=IfNINUNU02.6發(fā)電機的運行分析2)他勵發(fā)電機的工作特性負載運行調整特性If=f(I)

（n=nN,U=UN）表明負載變化，如何調節(jié)勵磁電流才能維持發(fā)電機端電壓維持不變。勵磁電