n
0
Ia
B、转矩特性： ' 2 M CM I a CM I a 当 I a 增大，n 很快减小，使 M 升很快。即，随 M 将以高于 I a 的一次方比例增大。 着 I a 增大， 在同样大小的起动电流 I st 下， 串励电动机的 M st 大于并励电动机的 M st 。
第七节 直流电机的运行原理
直流电机的基本方程式 直流电动机的工作特性 直流发电机的特性
一、直流电机的基本方程式：
（电系统的电势平衡方程式，机械系统的转矩平 衡方程式，能量系统的功率平衡方程式。） 1、电势平衡方程式： A、不计磁路饱和效应，并励电动机电枢回路和 励磁回路的电势方程式：
Ea
1、并励直流电动机的工作特性： A、转速特性：
Ea Ce n U Ea Ra I a
Ra U ' n I a n0 I a Ce Ce
U 其中， n0 为理想空载转速。 Ce Ra ' 转速特性为一斜率为 Ce 的直线。 M n M 当电机磁路饱和时，随着 P2 的增大， I a 增大， n0 n 电枢反应的去磁作用使 n 增大，直线上翘。 Ia 为保证电机稳定运行， 0 采取措施使特性略为下降。 B、转矩特性： ' M CM I a 不计去磁 M CM Ia 特性为一过原点的直线。当考虑电枢反应时，实 ' I a ，仍接近于一条直线。 际曲线偏离直线 CM

max
0
Ia
2、串励直流电动机的工作特性： 基本方程式：
U Ea R f I f Ra I a Ea ( Ra R f ) I a M M M I I 2 0 f a
不计饱和时：
Ea Ce n C e I f n C I n ' ' 2 M C I C I I C I M a M a f M a
PM 电磁功率
P2 电功率
p Fe
p
pcuf
pcua
ps
PM Ea I a (U I a r a 2 U s ) I a pcuf pcua ps P2 P 1 M 1 ( M M 0 ) P M p0 P M p pFe
二、直流电动机的工作特性：
C、效率特性： p P2 100% (1 ) 100% P P 1 1
2 pFe p pcuf I a ra 2 U s I s [1 ] 100% U (Ia I f ) 是 I a 的二次曲线。
max 取得最大。 当不变损耗＝可变损耗时，
2 Us
为一对电刷总接触电压降。
机械损耗： p 包括轴承摩擦损耗、电刷摩擦 损耗、定转子和空气的摩擦损耗。 附加损耗： p 电枢齿、槽存在，使气隙磁通产 生脉动，电枢反应使磁场畸变引起的铁耗。换向 电流引起的损耗。 按额定容量的１% 计算 ， 无补偿绕组 按额定容量的 0.5% 计算 ， 有补偿绕组 在以上损耗中， pcua ，ps 随负载变化而变化，称 为可变损耗；pcuf ， p ， p 为不变损耗。 电机的效率 P p
' ' e a
C Ce K f ' CM CM K f
' e
A、转速特性：
U Ea I a Ra I f R f Ea Ce n C I n
' e a
' U I a Ra U 1 ' n Ra ' ' Ce Ce I a Ce
' Ra Ra R f
当端电压为额电压，电枢回路无外串电阻，励磁 电流为额定励磁电流时，电机转速 n ，电磁转矩 M ， 和效率 与输出功率 P2 之间的关系。
即：
n, M , f ( P2 )
实际运行中，I a 可测，且 I a 随 P2 增大而增大，所以，
工作特性可表示为：
n, M , f ( I a )
分析：a、转速 n 随着 I a 的增大而迅速减小。 （因为 I a I f ）。 ' I R b、空载时， I a 很小， 及 a a 很小，电机必须 产生反电势 Ea Ce n 与电源电压相平衡， 因此, n 很高。 理论上，I a 0 时， 0 ，n 。 故串励电动机不允许空载或轻负载运行。 M n M
U U a Gaf I f Ra I a Ea Ra I a U U f Rf I f
Ia
If
B、并励发电机电势方程式：
Ea U a Ra I a U R I f f f
If
Ea Ia
发电机的
Ea大于 U a 。
2、转矩平衡方程式： A、电动机： 空载转矩

2
P 1
100% (1

P 1
) 100%
[1
2 pFe p pcuf I a ra 2 U s I s
U (Ia I f )
] 100%
max 取得最大， 当不变损耗＝可变损耗时， 是 I a 的二次曲线。 B、并励电动机的功率方程式：
电功率 P 1
PM 电磁功率
P2
机械功率
pcua
pcuf ps
p p Fe
P 1 UI U ( I f I a ) pcuf pcua ps P M PM M Ea I a (M 2 M 0 ) P2 pFe p
C、并励发电机的功率方程式：
P 1
机械功率
惯性转矩 瞬态方程
d M (t ) M 2 (t ) M 0 (t ) J dt
（电磁转矩 负载转矩
M M2 M0
稳态方程
B、发电机：
d 瞬态方程 M 1 (t ) M (t ) M 0 (t ) J dt
原动机拖动转矩
M1 M M 0 稳态方程
3、功率方程式： A、直流电机中的损耗、效率： 损耗有三类 消耗于导体电阻中。 消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。 消耗于铁心中的损耗。 铁耗：p Fe 由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内 交变而引起的。 铜耗：pcu1 2 p I a ra 电枢回路铜耗 cua 2 p I f rf 励磁回路铜耗 cuf 电刷接触铜耗 p s 2 I a U s