直流电机的工作原理及机械特性

第三章 直流电机的工作原理及其特性

3-1 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压或电枢附加电阻改

变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小?为什么?这时拖动系统中哪些量必然 要发生变化?

提示：注意负载转矩TL=常数这个已知条件。

3-2 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5kW，UN=220V，nN=1500r／min，

ηN=88.5％，试求该电机的额定电流和额定转矩。

3-3一台并励直流电动机的技术数据如下：PN=5.5kW，UN=220V，IN=61A，额定

励磁电流IfN=2A，nN=1500r／min，电枢电阻RN=0.2Ω，若忽略机械摩损和铜耗铁损，认

为额定运行状态下的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出它近似的固有机械特性曲 线。

提示：应先求出IaN，才能求出n0。

3-4一台他励直流电动机的技术数据如下：PN=6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，nN=

1500r／min，Ra=0.242Ω，试计算出此电动机的如下特性： (1)固有机械特性；

(2)电枢附加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性； (3)电枢电压为UN／2时的人为机械特性； (4)磁

直流电机原理

电机与拖动

第

三

章

直 流 电 机 的 原 理

直流电机原理

电机与拖动

直 流 电 机 原 理结构和原理 空载磁场及磁化曲线 电 枢 绕 组 电 枢 反 应

感应电势与电磁转矩

直流电机原理

第三章本 章 要 求：

直流电机的原理

电机与拖动

掌握直流发电机和直流电动机的工作原理。 了解直流电机的结构、电枢绕组。 熟练掌握并能正确使用直流电机的额定值。 熟练掌握直流电机的励磁方式。

搞清直流电机空载磁场，正确理解磁化曲线。 正确理解电枢反应概念及其影响。 正确理解电势及转矩公式，并能正确使用。 了解直流电机的换向原理，掌握换向方法。

直流电机原理

电机与拖动

直流电机的特点 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高

直流电机原理

第一节 直流电机的用途结构和原理一、直流电机的用途和结构

电机与拖动

端盖定子 转子

上一张 下一张

直流电机原理

电机与拖动

直流电机的原理和结构一、直流电机的结构

直流电机原理

电机与拖动

定子和转子

直流电机原理

电机与拖动

直流电机电枢绕组结构

直流电机原理

电机与拖动

直流电机电刷和换向器结构

直流电机原理

电机与拖动

机电传动控制课件

第三章直流电机的工作原理及特性

一、直流电机的基本结构与工作原理二、三、直流他励电动机的启动、调速及制动特性

直流电动机的机械特性

机电传动控制课件

直流电机的基本结构与工作原理

3.1

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3.1.1

直流电机的基本结构

机电传动控制课件

3.1.1

直流电机的基本结构

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3.1.2 直流电机的基本工作原理

TM=KmfIa

( E=Ke·φ·n；Km=9.55Ke )

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3.1.2 直流电机的基本工作原理

直流电机在不同运行方式下,E和T的作用

电机运行方式 E与Ia的方向

E的作用

T的性质

电路方程式

转矩之间的关系

发电机 电动机

相同 相反

电源电动势 阻转矩

E=U＋IaRa T1=T+T0 (T1-输入转矩)

反电动势 驱动转矩 U=E＋IaRa T=TL+T0 (T0-摩擦转矩)

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3.1.3 直流电机的种类

根据直流电机的励磁方式（主磁通产生方式），直流电机分类为：

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3.1.3直流电机的种类⑵并励式

Ua Ia If

Uf=Ua

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3.1.3直流电机的种类⑶串励式

U If Ia If=I a

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3.1.3直流电机的种类⑷复励式 (复励=串励+他励/

DC Machine

Implement separately excited DC machine (continuous and discrete blocks)

Library Machines Description

The DC Machine block and the Discrete DC Machine block (also in the Machines library) both implement a separately excited DC machine. The DC Machine block implements a continuous model, and the Discrete DC Machine block implements a discrete model. The following description applies to both blocks.

An access is provided to the field terminals (F+, F-) so that the machine model can be used as a shunt-connected or

说明：打“*”的题目有一定的难度。

1．直流电机的导体里流过的是直流电流还是交流电流？

解：交流电流，其频率为 f?pn 60 通过换向器和电刷后引出来的才是直流电流。

2．已知一台直流发电机的额定功率PN?145kW，额定电压UN?230V，额定效率

?N?89%。求该发电机的额定输入功率P1和额定电流IN。

解： P1?PN?N?145?163(kW) 0.89PN145?103 IN???630(A)

UN230

3．已知一台直流电动机铭牌数据如下：额定功率PN?30kW，额定电压UN?220V，额定转速nN?1500r/min，额定效率?N?87%。求该电动机的额定电流和额定输出转矩。

解： 输入功率 P1? 所以

PN?N?30?34.48(kW) 0.87P34.48?1031 IN???156.7(A)

UN220PNPN?6030?103?60

直流电机

一、填空

1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是 。 答：交流的。

2. ★★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功

率 ，而电刷电压 。 答：减小，不变。

3. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流If不变，当加上一恒定转矩的负载后，

发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 。串入电阻后，电动机的输入功率P1将 ，电枢电流Ia ，转速n将 ，电动机的效率η将 。 答：不行，不变，不变，下降，下降。

4. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，

则稳定后电机的电流为 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。 答：1.25倍。

5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中Ia的方向 ，转速方向 。

答：反向，不变。

6. 直流发电机的电磁转矩是 转矩，直流电动机的电磁转矩是 转矩。 答：制动，驱动。

7. 一台串励直流电动机与一台并

第二篇 直流电机

一、填空题：

1. 直流电机电枢导体中的电势是 电势，电刷间的电势是 电势。

2. 直流电机电枢绕组中流过的电流方向是___________的，产生电磁转矩的方向是___________的（填变化或不变）。 3. 直流电机的主磁路不饱和时，励磁磁动势主要消耗在________上。

4. 直流电机空载时气隙磁密的波形曲线为____________波。 5. 直流电机的磁化特性曲线是指电机空载时______________与______________之间的关系曲线。

6. 一台6极他励直流发电机，额定电流为150A，若采用单叠绕组，则电枢绕组的支路电流为 A，若采用单波绕组，则电枢绕组的支路电流为 A。

7. 一直流电机，Qu=S=K=22，2p=4，右行单叠绕组，绕组节距y=yK= ，y1= ， y2= 。

8. 一台四极直流电机，元件数为21，换向片数为____________，构成左行单波绕组，则合成节距为____________，第一节距为____________，并联支路数为______________。 9. 直

习题

2.1 直流发电机是如何发出直流电的？如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？ 2.2 直流电机有哪些励磁方式？各有何特点？不同的励磁方式下，负载电流、电枢电流与励磁电流有何关系？

2.3 什么是电机的可逆性？为什么说发电机作用和电动机作用同时存在于一台电机中？ 2.4 试述直流发电机和直流电动机主要额定参数的异同点。 2.5 直流电机由哪些主要部件组成？其作用如何？

2.6 一台Z2型直流电动机，额定功率为PN=160kW，额定电压UN=220V，额定效率?N=90%，额定转速nN=1500r/min，求该电机的额定电流。

2.7 一台Z2型直流发电机，额定功率为PN=145kW，额定电压UN=230V，额定转速

nN=1450r/min，求该发电机的额定电流。

2.8 一台直流发电机额定容量PN=180kW，额定电压UN=230V，额定转速nN＝1450r/min，额定效率?N=89.5%,求额定输入功率和额定电流。

2.9 一台四极直流电机，采用单叠绕组，问：

(1) 若取下一只或相邻两只电刷，电机是否可以工作？ (2) 若只用相对两只电刷，是否可以工作？ (3) 若有一磁极失去励磁将产生什么后果？

2.10 直流发电机和直流电动

直流电机原理

计算题

例题1、 一台并励直流发电机

PN=16kW, UN=230V,IN=69.6A,nN=1600r/min,电枢回路电阻

=150?,额定效率

Ra=0.128?,励磁回路电阻Rf?N=85.5%.试求额定工作状态下的励磁电流、

电枢电流、电枢电动势、电枢铜耗、输入功率、电磁功率。

解

IfNUN230===1.53A IaN=IN+IfN=69.6+1.53=71.13A Rf150Ra=230+71.13?0.128=239.1V

EaN=UN+IaN

2pcua=IaNRa=71.132?0.128=647.6W

EaNIaN=239.1?71.13=17kW

PN1616p输出功率1N=

?N=85.5?.5%=18.7kW

例题2、并励直流电动机PN=7.5kW,

UN=220V, IN=40.6A, nN=3000r/min,Ra=0.213?.额定励磁电流

IfN=0.683A,不计附加损耗，求电机工作在额定状态下的电枢电流、额定效率、输出转矩、电枢铜耗、励

磁铜耗、空载损耗、电磁功率、电磁转矩及空载转矩。

解：

Ia=IN-IfN=40.6-0.683=40A

UNIN=220?40.6=8932W

pN

河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书

课程名称 ＿＿现代电子系统课程设计＿＿ 题 目 ＿＿＿直流电机控制设计＿＿＿

学 院 ＿＿＿＿＿＿＿＿ 班 级 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 学生姓名 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 指导教师 ＿＿ ＿＿＿ 日 期 ＿＿ ＿＿＿＿＿＿

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课程设计任务书 （指导教师填写）

课程设计名称 现代电子系统课程设计 学生姓名 专业班级 设计题目 直流电机控制设计 一、 课程设计目的

学习直流电机PWM的FPGA控制； 掌握PWM控制的工作原理；

掌握GW48_SOPC实验箱的使用方法； 了解基于FPGA的电子系统的设计方法。 二、 设计内容、技术条件和要求

利用PWM控制技术实现直流电机的速度控制。 （1）基本要求：

a．速度调节：不少于4档，可实现加减档控制。 b．能控制电机的旋转方向。

c．通过红外光电电路测得电机的转速，设计频率计用4位10进制显示电机的转速。 （2）发挥部分