劳动出版社精品课件 《电机与变压器（第五版）》 A041206§8—2

直流电动机与电源接通，当负载恒定时，直流电动机将以恒定的速度旋转，即电动机处于稳定运行状态。该状态下，电动机的电枢电动势、功率、转矩保持着平衡关系。 忽略两个电刷上的压降，他励直流电动机的电压平衡方程式： U=Ea+IaRa,§82 直流电动机的基本性能分析,一、电压平衡方程,1电压平衡方程,2.电枢电动势,直流电动机运行时，电枢绕组元件在磁场中运动切割磁力线产生电动势，称为电枢电动势。 电枢电动势是指直流电动机正、负电刷之间的感应电动势，也就是每个支路里的感应电动势。 其表达式为：,当电动机制造好以后，与电动机结构有关的常数Ce不再变化，因此，电枢电动势仅与气隙磁通和转速有关，改变转速和气隙磁通均可改变电枢电动势的大小。 直流电动机的电枢反电动势Ea小于外加电源电压U 。,电磁转矩的计算公式为： 转矩平衡方程：,二、转矩平衡方程式,三、功率平衡方程 式,1.电磁功率,电磁功率是电功率与机械功率互相转换的部分，它既可以表示成电功率EaIa，也可以表示出机械功率T。,2.功率平衡方程,铜损耗PCu是随着负载电流的变化而变化,为可变损耗。输入电功率中扣除铜损耗PCu就等于电磁功率,转换为机械功率。,空载损耗功率P0主要是由转动时候产生的机械损耗P和电枢铁心中铁损耗PFe组成。由电功率转换过来的机械功率（即电磁功率）扣除空载损耗功率P0后，都输出给负载。,直流电动机功率流程图,直流电动机的功率平衡方程式：,直流电动机的效率为：,1.他励电动机的机械特性,T=0时，n= n0= 称为理想空载转速，当T=TN时(满载)，n=nN。 他励直流电动机固有机械特性是一条稍向右下倾斜的直线，由于电枢电阻Ra很小，其斜率 也较小，从空载到满载，电动机转速降落n 不是很大，称为硬特性。,四、机械特性,（1）他励直流电动机的固有机械特性,他励电动机的固有 机械特性,（2）他励直流电动机人为机械特性,他励直流电动机的人为机械特性,改变电枢电阻 改变电枢电压 减少励磁电流,1)电枢串电阻时的人为机械特性,2)改变电枢电压时的人为机械特性,3)减少励磁电流时的人为机械特性,2.并励直流电动机的机械特性,并励直流电动机具有与他励电动机相似的“硬的”机械特性，由于并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，共用一个电源，电枢电压的变化会影响励磁电流的变化，使机械特性比他励稍软。,3. 串励直流电动机的机械特性,串励电动机的转速随转矩变化而剧烈变化，这种机械特性称为软特性。在轻负载时，电动机转速很快；负载转矩增加时，其转速较慢。 电动机空载时，理想空载转速n0为无限大，实际中也可达到额定转速nN的57倍(亦称为飞车)。串励电动机不允许空载或轻载运行。,串励电动机的机械特性,四、并励与串励电动机性能比较,五、直流电动机的电枢反应,主磁场分布图,1.主磁场,当直流电动机的励磁极绕组中通入励磁电流后，在直流电动机气隙中将产生主磁场。,2.电枢磁场,当直流电动机拖动负载运行时,电枢绕组中有负载电流通过,电枢电流产生的磁场称为电枢磁场。,电枢磁场分布图,气隙合成磁场分布图,3.电枢反应,直流电动机带负载后,电枢磁场对主磁场的影响叫电枢反应。,六、直流电动机的换向,1.换向过程,换向前流过6号元件内的电流示意图,电刷短路时流过6号元件内的电流示意图,换向后流过6号元件内的电流示意图,火花等级,2.换向火花产生的原因,在换向过程中，换向元件与电刷之间的环流将使电刷与换向片表面的电流密度不均匀，导致产生火花。 如果电刷的大小和材料选择不当，换向器表面不平整和不清洁，电刷的弹簧压力不合适，转动时就会造成电刷跳动，此时也会产生火花。 如果直流电动机工作环境含有大量粉尘或化学气体也会使火花加剧；电动机过载运行或负载瞬间突变，也会产生过大火花。 火花超过一定限度,会损坏电刷与换向器,严重时会使直流电动机不能继续正常运行。 如果直流电动机在额定负载运行时火花过大,则要采取措施,改善换向。,3.改善换向方法,为了减小直流电动机中电刷与换向器之间的火花，改善换向，常用的方法是在几何中心线处装置换向磁极。,选择适当电刷,增加电刷与换向片间的接触电阻，也可以减小换向元件被电刷短路时的环流，达到改善换向的目的。 如果将电刷移到物理中性线上，让换向元件在物理中性线上换向，也可以不产生感应电动势，换向元件中也将不会产生环流，同样可以达到改善换向的目的。,