8
3.直流电动机的基本类型
按定子磁极的励磁方式分 A. 永磁电机——小功率 B. 励磁电机
励磁电机： ① 他励电机 ② 串励电机 ③ 并励电机 ④ 复励电机
+
U
_
+
IB
nF n
I
F
U
--
R
I
E
2.1 直流电机的基本结构及类型
9
3.直流电动机的基本类型
按定子磁极的励磁方式分 A. 永磁电机——小功率 B. 励磁电机
U
_
+
nF n
I
F
U
--
I
E
2.1 直流电机的基本结构及类型
11
3.直流电动机的基本类型
按定子磁极的励磁方式分 A. 永磁电机——小功率 B. 励磁电机
励磁电机： ① 他励电机 ② 串励电机 ③ 并励电机 ④ 复励电机
IB
nF
n
+
I
F
U
_
n
他励 复励 并励 串励 T
2.2 直流电机的基本原理
电枢电流
Ia
TL
CmN

0.82TN
T2 T2 为电机转轴上输出的机械功率
PM p0 P2
（2-10）
2.2 直流电机的基本原理
25
4.直流电动机的基本关系
5）功率平衡关系
得 P1 P2 p0 pCua 其中 p0 pFe pm ps
pFe 为铁损耗 pm 为机械摩擦损耗 ps 为附加损耗
电机功率总损耗
_
2.2 直流电机的基本原理
15
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
+
电磁力定律： （左手定理）
U
_
载流导体在磁场中，受电磁力作用；
IB
nF n
I
F
电磁力大小: F B l ia
电磁力方向：左手定律
2.2 直流电机的基本原理
16
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
+
电磁力定律： （左手定理）
30
2.3.1 他励电动机的机械特性
1．机械特性方程 n f (T )
机械特性的表达方式
3）特征参数
U
n0 Ce
理想空载转速
dn
R
R1
K dT CeCm 2 Ke Km
特性斜率
R n KT Ke Ia
特性方程可写成
称为转速降落
n n0 KT n0 n
I
2 a
Ra

pCua
为电枢回路的总消耗功率，称铜损耗
P1 PM pCua
（2-8）
23
--
Ra
RB
--
2.2 直流电机的基本原理
24
4.直流电动机的基本关系
5）功率平衡关系
同理，由转矩平衡方程，得
Tem T0 T2 （2-9）
式中
Tem Ea Ia PM 为电磁功率 T0 p0 为空载损耗，包括铁损耗和机械摩擦损耗
2.3 直流电动机的机械特性
33
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2
已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，
解：
n0
UN
CeN
UN Ke
理想空载转速
K

Ra
Ce
Cm
2 N

Ra Ke Km
特性斜率
n
KTN

Ra Ke
IN
转速降落
2.3 直流电动机的机械特性
34
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，
解：
Ke

CeN

UN
I N Ra nN

220 383 0.0192 1500
U
_
b
c
a c
d b
d
a
n
I
T
n
e v
图2-12直流发电机工作原理
2.2 直流电机的基本原理
14
3.原理的应用
1）电动机原理

I，U 直流电机
T，n
应用：机电系统驱动控制
IB
nF
n
+
I
F
U
_
2）发电机原理

I，U 直流电机
T，n
应用：机电系统制动控制
IB
n
T
n
+
I
U
电机：电 能 机械能，称可逆原理
Tem T0 T2 （2-5）
d
T2 TL J dt 式中 T0 为电机的空载阻转矩
T2 为电机的输出转矩 TL 为电机的负载转矩
IB
nF
n
+
I
FU_源自稳定运行时 T2 TLTem T0 TL
2.2 直流电机的基本原理
22
4.直流电动机的基本关系
4）电压平衡方程
电枢回路电压平衡方程
U
_
载流导体在磁场中，受电磁力作用；
IB
nF n
I
F
电磁力大小: F B l ia
电磁力方向：左手定律
导体电磁力矩：
Ti

Fi
D 2

B p lia
D 2
2.2 直流电机的基本原理
17
4.直流电动机的基本关系
1）电磁力矩方程
转子导体总电磁力矩
N
D
Tem
Ti NBP lia
i 1
20
4.直流电动机的基本关系
2）电势方程式
Ea Ce n （2-3）
式中
pN Ce 60a
电动势常数；
当磁场 一定时
Ea Ke n （2-3）
式中 Ke Ce —电势系数；
IB
nF
n
+
I
F
U
_
IB
n
T
n
+
E
U
_
2.2 直流电机的基本原理
21
4.直流电动机的基本关系
3）转矩平衡方程

0.14176
60
Cm 2 Ce 9.55Ce
CmN Km 9.55Ke
2.3 直流电动机的机械特性
35
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2
已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A，
nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192，
解：
n0
UN
CeN

220 1552r / min 0.14176
K

Ra KeKm

Ra
9.55
K
2 e

0.0192 9.55 0.141762

0.10004
nN n0 nN (1552 1500) 52r / min
2.3 直流电动机的机械特性
36
2.3.1 他励电动机的机械特性
12
1.电动机原理
电磁力定律： （左手定理）
载流导体在磁场中，受电磁力作用； +
U
b
c_
a c
d
d b
a
IB
nF n
I
F
I
f
图2-11直流电动机工作原理 图 2-11 直流电动机工作原理
2.2 直流电机的基本原理
13
2.发电机原理
IB
电磁感应定律：（右手定理）
运动导体切割磁力线，产生感应电动势； +
U Ea Ia Ra （2-6）
IB
nF
n
+
I
F
U
_
IB
n
T
n
+
E
U
_
2.2 直流电机的基本原理
4.直流电动机的基本关系
5）功率平衡关系
由电压平衡方程，得
+
U
Ia
Ea
UIa

Ea Ia

I
2 a
Ra
（2-7）
式中 UIa P1 为电动机从电源输入的电功率
IB
+
UB
Ea Ia PM 为电磁功率，转换成机械功率的部分电功率
2.3 直流电动机的机械特性
32
2.3.1 他励电动机的机械特性
2．固有特性
例题2-2 已知：PN =75kW，UN=220V， IN=383A， nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.0192， 求： （1）理想空载转速；固有机械特性的斜率； 额定转速降； （2）若负载转矩T=0.82TN（TN为额定电磁转 矩），问电动机的转速、电枢电流以及电枢电 动势为多大？
1）基本结构组成 定子部分——作用产生磁场； 由主磁极、机座、轴承、电刷装置等组成。 转子部分——作用产生电磁力矩； 由电枢绕组、电枢铁心、转轴等组成。 换向器：由线圈两端的换向片与正负极电刷构成。
2.1 直流电机的基本结构及类型
6
2.直流电机的基本结构
2）直流电机的等效电路
+
U
--
I
R
E