直流电动机的运行方程和特点

1.他励直流电动机稳态运行的基本方程

电动机带上某一负载，假设原来运行于某一转速，由于受到外界某种短时干扰，如负载的突然变化或电网电压的波动等，而使电动机的转速发生变化，离开原来的平衡状态，如果系统在新的条件下仍能达到新的平衡或者当外界干扰消失后，系统能自动恢复到原来的转速，就称该拖动系统能稳定运行，否则就称为不能稳定运行。不能稳定运行时，即使外界干扰已经消失，系统的速度也会一直上升或一直下降直到停止转动。下面介绍他励直流电动机稳态运行的几个基本方程。

（1）电动势平衡方程为

式中　U——电动机外加直流电压；

Ea——反电动势；

Ia——电枢电流；

If——励磁电流；

Uf——励磁电压；

Rf——励磁调节电阻；

Φ——主磁通；

KE——与电机结构有关的常数其中P为磁极对数，N为切割磁通的电枢总导体数；

n——电枢转速。

（2）转矩平衡方程为

式中　T——电磁转矩；

T0——空载转矩；

T2——负载阻转矩；

KT——与电机结构有的常数，KT＝9.55KE。

（3）功率平衡方程为

式中　P1——电源对电机输入的功率，P＝UIa；(www.xing528.com)

Pe——电机向机械负载转换的电功率，Pe＝EaIa；

PCua——电枢回路总的铜损耗，PCua＝I2aRa。

如图2-32所示为他励直流电动机的功率流程图。

图2-32　他励直流电动机的功率流程图

式中　Pe——电磁功率，Pe＝TΩ；

P2——转轴输出的机械功率P2＝T2Ω；

P0——包括机械摩擦损耗Pm和铁损耗PFe在内的空载损耗，P0＝T0Ω；

PΣ——总损耗，PΣ＝PCua＋Pm＋PFe。

2.工作特性

直流电动机的工作特性是指U＝UN，If＝IfN时，电动机的转速n、电磁转矩T以及效率η与电枢电流Ia之间的关系。

IfN是指当电动机加额定电压UN，拖动额定负载，使Ia＝IaN，转速也为nN时的励磁电流。

（1）转速特性：当U＝UN，If＝IfN时，转速n和电枢电流Ia之间的关系称为转速特性，反映n＝f（Ia）的关系曲线称为转速特性曲线，如图2-33中曲线1所示，其关系式为

上式表明：当Ia增加时，转速n要下降，但因Ra较小，转速n下降不多。随着电枢电流的增加，由于电枢反应的去磁作用又使每极下的气隙磁通减小，反而使转速增加。一般情况下，电枢电阻压降IaRa的影响大于电枢反应的去磁作用的影响。故转速特性是一条略有下倾的直线。

图2-33　他励直流电动机工作特性

（2）转矩特性：当U＝UN，If＝IfN时，转矩T和电枢电流Ia之间的关系称为转矩特性，反映T＝f（Ia）的关系曲线称为转矩特性曲线，如图2-33中曲线2所示，其关系式为

当每极气隙磁通ΦN＝Φ时，电磁转矩与电枢电流成正比，考虑到电枢反应的去磁作用，当Ia增加时，T略有下降。

（3）效率特性：当U＝UN，If＝IfN时，效率η和电枢电流Ia之间的关系称为效率特性，反映η＝f（Ia）的关系曲线称之为效率特性曲线，如图2-33中曲线3所示。由图可知：当Ia从零开始增加时，效率η逐步增加，但当Ia增加到一定程度后，效率η又逐步减小。直流电动机的效率在0.75～0.94。