電機(jī)學(xué)第二章直流電機(jī)(完美解析)

1、電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)Electric Machinery（第（第2章章 直流電機(jī)）直流電機(jī)）2.1 2.1 概述概述 直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)工作原理 直流電機(jī)額定值直流電機(jī)額定值 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件2.1.1 2.1.1 直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)工作原理 2.1.2 2.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)整體結(jié)構(gòu)直流電機(jī)整體結(jié)構(gòu)2.1.2 2.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)主磁極與換向極直流電機(jī)主磁極與換向極2.1.2 2.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)機(jī)座直流電機(jī)機(jī)座2.1.2 2.1.

2、2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)電樞沖片和電樞繞組直流電機(jī)電樞沖片和電樞繞組2.1.2 2.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)換向器直流電機(jī)換向器2.1.2 2.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)電刷裝置直流電機(jī)電刷裝置2.1.3 2.1.3 直流電機(jī)的額定值直流電機(jī)的額定值額定功率：額定功率：PN，單位，單位 W或或kW額定電壓：額定電壓：UN，單位，單位 V額定電流：額定電流：IN，單位，單位 A額定勵(lì)磁電壓：額定勵(lì)磁電壓：UfN，單位，單位 V額定勵(lì)磁電流：額定勵(lì)磁電流：IfN，單位，單位 A額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速：

3、nN，單位，單位 r/min額定效率：額定效率： N額定轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)矩：TN，單位，單位 Nm額定溫升：額定溫升： ，單位，單位C2.2 2.2 直流電機(jī)電樞繞組直流電機(jī)電樞繞組基本特點(diǎn)基本特點(diǎn) 單疊繞組單疊繞組 單波繞組單波繞組 2.2.1 2.2.1 電樞繞組基本特點(diǎn)電樞繞組基本特點(diǎn)電樞繞組設(shè)計(jì)的基本要求電樞繞組設(shè)計(jì)的基本要求 電動(dòng)勢(shì)大，波形好電動(dòng)勢(shì)大，波形好 電流大，產(chǎn)生并承受的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩大電流大，產(chǎn)生并承受的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩大 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠 便于維修便于維修 換向性能好換向性能好 電樞繞組類型電樞繞組類型 疊繞組：?jiǎn)委B繞組疊繞組：?jiǎn)委B繞組和復(fù)疊繞組和復(fù)疊繞

4、組 波繞組：?jiǎn)尾ɡ@組波繞組：?jiǎn)尾ɡ@組和復(fù)波繞組和復(fù)波繞組 蛙繞組：疊繞組與波繞組的組合蛙繞組：疊繞組與波繞組的組合2.2.1 2.2.1 電樞繞組基本特點(diǎn)電樞繞組基本特點(diǎn)基本概念基本概念 繞組元件繞組元件：兩端分別與兩片換向片連接的單匝或多匝線圈。：兩端分別與兩片換向片連接的單匝或多匝線圈。 元件邊元件邊：放在槽中切割磁力線、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效邊。：放在槽中切割磁力線、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效邊。 上（下）元件邊上（下）元件邊：放在某一槽上（下）層。：放在某一槽上（下）層。 端接端接：元件槽外的部分（前端接、后端接）。：元件槽外的部分（前端接、后端接）。2.2.1 2.2.1 電樞繞組基本特點(diǎn)電樞繞組基

5、本特點(diǎn)基本概念基本概念 槽內(nèi)每層元件邊數(shù)槽內(nèi)每層元件邊數(shù)：u 槽數(shù)槽數(shù)Z與虛槽數(shù)與虛槽數(shù)Zi： Zi =uZ 元件數(shù)元件數(shù)S、換向片數(shù)、換向片數(shù)K與虛槽數(shù)與虛槽數(shù)Zi：S=K= Zi2.2.1 2.2.1 電樞繞組基本特點(diǎn)電樞繞組基本特點(diǎn)基本概念基本概念 第一節(jié)距第一節(jié)距y1：兩個(gè)元件邊在電樞表面的跨距，用虛槽數(shù)表示：兩個(gè)元件邊在電樞表面的跨距，用虛槽數(shù)表示 極距極距 ：每個(gè)主磁極在電樞表面占據(jù)的距離，或相鄰兩主極：每個(gè)主磁極在電樞表面占據(jù)的距離，或相鄰兩主極間的距離，用弧長(zhǎng)或虛槽數(shù)表示。間的距離，用弧長(zhǎng)或虛槽數(shù)表示。 y1應(yīng)接近一個(gè)極距應(yīng)接近一個(gè)極距 ，且為整數(shù)。，且為整數(shù)。 整距整距： y

6、1= 短距短距： y1 2.2.1 2.2.1 電樞繞組基本特點(diǎn)電樞繞組基本特點(diǎn)基本概念基本概念 第二節(jié)距第二節(jié)距y2：與同一換向器相連的兩個(gè)元件，第一個(gè)元件的：與同一換向器相連的兩個(gè)元件，第一個(gè)元件的下元件邊到第二個(gè)元件的上元件邊在電樞表面的跨距，也常下元件邊到第二個(gè)元件的上元件邊在電樞表面的跨距，也常用虛槽數(shù)表示。疊繞組，用虛槽數(shù)表示。疊繞組， y2 0; 合成節(jié)距合成節(jié)距y：串聯(lián)的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊在電樞表面的跨距，用：串聯(lián)的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊在電樞表面的跨距，用虛槽數(shù)表示。虛槽數(shù)表示。y= y1+ y2 換向器節(jié)距換向器節(jié)距yK：與每個(gè)元件相連的兩個(gè)換向器：與每個(gè)元件相連的兩個(gè)換向器在換向器表

7、面在換向器表面的跨距，用換向片數(shù)表示的跨距，用換向片數(shù)表示。 y= yK17第一節(jié)距第一節(jié)距 y1第二節(jié)距第二節(jié)距 y2合成節(jié)距合成節(jié)距 y換向節(jié)距換向節(jié)距 yK整數(shù)2i1pZyK21yyyy單疊繞組元件 右行左行單波繞組元件 右行pKyy1K左行pKyy1K右行2.2.2 2.2.2 單疊繞組單疊繞組 4極電機(jī)，極電機(jī)， Z=Zi=S=K=16 單疊右行整距繞組單疊右行整距繞組i1211642411 43Zypyyyy 19 單疊繞組是把一個(gè)主極下的元件串聯(lián)成一條支路單疊繞組是把一個(gè)主極下的元件串聯(lián)成一條支路20并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)，并聯(lián)支路對(duì)數(shù)并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)，并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a=2 電刷放置

8、電刷放置2.2.3 2.2.3 單波繞組單波繞組 4極電機(jī)極電機(jī) Z=Zi=S=K=15 單波左行短整距繞組單波左行短整距繞組i1i211533244115 1727 34ZypZypyyy 22 單波繞組：所有處于同極性下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成一條支路單波繞組：所有處于同極性下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成一條支路 23 并聯(lián)支路數(shù)等于并聯(lián)支路數(shù)等于2，并聯(lián)支路對(duì)數(shù)，并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a=1 電刷放置位置電刷放置位置小結(jié)小結(jié) 直流電機(jī)電樞繞組是無頭無尾的閉合繞組。直流電機(jī)電樞繞組是無頭無尾的閉合繞組。 直流電機(jī)電樞繞組至少有直流電機(jī)電樞繞組至少有2條并聯(lián)支路。條并聯(lián)支路。 在直流電機(jī)中，通常用在直流電機(jī)中，通常用

9、 a 表示表示并聯(lián)支路對(duì)數(shù)并聯(lián)支路對(duì)數(shù)； 單疊繞組，單疊繞組，a = p，即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于電機(jī)極對(duì)數(shù)；即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于電機(jī)極對(duì)數(shù)； 單波繞組，單波繞組，a = 1，即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于，即并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于1。 電刷放置的一般原則：電刷放置的一般原則： 確?？蛰d時(shí)通過正、負(fù)電刷引出的電動(dòng)勢(shì)最大；確?？蛰d時(shí)通過正、負(fù)電刷引出的電動(dòng)勢(shì)最大； 被電刷短路的元件中的電動(dòng)勢(shì)為零；被電刷短路的元件中的電動(dòng)勢(shì)為零； 端接對(duì)稱的元件，電刷放置在主極軸線下的換向片上。端接對(duì)稱的元件，電刷放置在主極軸線下的換向片上。2.3 2.3 直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 磁場(chǎng)是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介。磁場(chǎng)是電機(jī)

10、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介。 主極磁場(chǎng)可由永久磁鐵產(chǎn)生主極磁場(chǎng)可由永久磁鐵產(chǎn)生 主極磁場(chǎng)也可由勵(lì)磁繞組通入直流電流或由產(chǎn)生。主極磁場(chǎng)也可由勵(lì)磁繞組通入直流電流或由產(chǎn)生。 2.3.12.3.1 直流電機(jī)按勵(lì)磁方式分類直流電機(jī)按勵(lì)磁方式分類 他勵(lì)直流電機(jī)他勵(lì)直流電機(jī) 并勵(lì)直流電機(jī)并勵(lì)直流電機(jī) 串勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī) 復(fù)勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)2.3.22.3.2 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 空載磁場(chǎng)（主磁場(chǎng)）：電樞電流空載磁場(chǎng)（主磁場(chǎng)）：電樞電流Ia=0，僅由，僅由If 建立的勵(lì)磁磁場(chǎng)。建立的勵(lì)磁磁場(chǎng)。2.3.22.3.2 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 磁通磁通：空載是電機(jī)中的磁場(chǎng)是

11、對(duì)稱分布的，分為兩部分：空載是電機(jī)中的磁場(chǎng)是對(duì)稱分布的，分為兩部分 主磁通主磁通：經(jīng)氣隙、電樞、相鄰主極下的氣隙、主極鐵芯、定：經(jīng)氣隙、電樞、相鄰主極下的氣隙、主極鐵芯、定子磁軛閉合。子磁軛閉合。p 主磁通同時(shí)交鏈與勵(lì)磁繞組和電樞繞組；主磁通同時(shí)交鏈與勵(lì)磁繞組和電樞繞組；p 在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量交換；在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量交換；p 用用 0表示。表示。 漏磁通漏磁通：經(jīng)主極間的空氣或定子磁軛閉合。：經(jīng)主極間的空氣或定子磁軛閉合。p 不穿過氣隙；不穿過氣隙；p 不參與機(jī)電能量交換；不參與機(jī)電能量交換；p 用用 表示。表示。 總磁通：總磁通：為主磁通與漏磁通之

12、和，用為主磁通與漏磁通之和，用 m表示。表示。2.3.22.3.2 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 磁通間的關(guān)系磁通間的關(guān)系 k 主極漏磁系數(shù)，一般取值主極漏磁系數(shù)，一般取值1.151.2500001mk 2.3.22.3.2 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì) F0 每對(duì)極勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)每對(duì)極勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) Nf 每極主極上的勵(lì)磁繞組匝數(shù)每極主極上的勵(lì)磁繞組匝數(shù) 主磁路結(jié)構(gòu)主磁路結(jié)構(gòu) 五段式五段式 兩個(gè)氣隙兩個(gè)氣隙 兩個(gè)齒兩個(gè)齒 兩個(gè)主極兩個(gè)主極 一個(gè)定子軛一個(gè)定子軛 一個(gè)轉(zhuǎn)子軛一個(gè)轉(zhuǎn)子軛0ffd2FHlN I2.3.22.3.2 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 主磁場(chǎng)分

13、布主磁場(chǎng)分布 氣隙磁密為平頂波氣隙磁密為平頂波 00( )( ) FB x x32磁化曲線磁化曲線起始階段為直線起始階段為直線其延長(zhǎng)線為氣隙線其延長(zhǎng)線為氣隙線鐵磁飽和導(dǎo)致磁化鐵磁飽和導(dǎo)致磁化曲線的彎曲曲線的彎曲01FeFFkFF 2.3.32.3.3 直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng) 電樞繞組中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。電樞繞組中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。主磁極的中心線稱為直軸，相鄰主磁極的中心線稱為直軸，相鄰N極極和和S極的分界線稱為交軸。極的分界線稱為交軸。一般情況下，直流電機(jī)電樞磁場(chǎng)方向一般情況下，直流電機(jī)電樞磁場(chǎng)方向總是對(duì)準(zhǔn)交軸，稱為交軸電樞反應(yīng)?？偸菍?duì)準(zhǔn)交軸，稱為交軸電樞反應(yīng)。34a aaN i

14、AD2aaqAFFpD2a電刷位于幾何中性線上電刷位于幾何中性線上35電刷偏離幾何中性線電刷偏離幾何中性線aq()2FAbadFAb直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)2.3.42.3.4 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響使磁場(chǎng)的零點(diǎn)偏移；使磁場(chǎng)的零點(diǎn)偏移；不飽和時(shí)，每極磁通量不變；不飽和時(shí)，每極磁通量不變；飽和時(shí)，每極磁通量會(huì)減少。飽和時(shí)，每極磁通量會(huì)減少。38直軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響直軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響直軸電樞磁場(chǎng)軸線與主機(jī)軸線重合；直軸電樞磁場(chǎng)軸線與主機(jī)軸線重合；直軸電樞

15、磁場(chǎng)對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)起去磁或助磁的作用；直軸電樞磁場(chǎng)對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)起去磁或助磁的作用；2.3.5 2.3.5 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E：支路中各串聯(lián)元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。：支路中各串聯(lián)元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 Tem：所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的代數(shù)和。：所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的代數(shù)和。為每極磁通量，空載時(shí)由勵(lì)磁電流產(chǎn)生，負(fù)載時(shí)由勵(lì)磁電流為每極磁通量，空載時(shí)由勵(lì)磁電流產(chǎn)生，負(fù)載時(shí)由勵(lì)磁電流和電樞電流共同產(chǎn)生。和電樞電流共同產(chǎn)生。 CE為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)。為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)。ema2TaTTCIpNCa60

16、EaEECnpNCa30TECC2.4 直流發(fā)電機(jī)的基本特性直流發(fā)電機(jī)的基本特性2.4.1 基本方程基本方程并勵(lì)發(fā)電機(jī)等效電路并勵(lì)發(fā)電機(jī)等效電路2.4.1 基本方程基本方程1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程、電動(dòng)勢(shì)平衡方程電樞回路電樞回路ffjfff222aabaaa abaaabaaaaEUI RUI RI rUIrIURrIUIrrI RIIIUb 電刷接觸電阻電壓降，0.3 1V 勵(lì)磁回路勵(lì)磁回路電流方程電流方程2.4.1 基本方程基本方程2、功率平衡方程、功率平衡方程電磁功率：電磁功率：電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與電樞電流與電樞電流Ia的乘積的乘積 2f2CufCua2Cu60230ema

17、aaemaaememaaPEIpNpNPnIInT aaPUIUII RPppPp1mecFead012Cu02211100%1100%ememPPpppPpPPppPppPPP2.4.1 基本方程基本方程3、轉(zhuǎn)矩平衡方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程 轉(zhuǎn)矩平衡方程可由功率平衡方程得出轉(zhuǎn)矩平衡方程可由功率平衡方程得出0110ememPpPTTT2.4.2 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1、空載特性、空載特性 當(dāng)當(dāng) n=常值、常值、I=0 時(shí)，時(shí)，U0=f (If)的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。他勵(lì)發(fā)電機(jī)特性實(shí)驗(yàn)接線圖他勵(lì)發(fā)電機(jī)特性實(shí)驗(yàn)接線圖2.4.2 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1、空載特性、

18、空載特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)空載特性曲線他勵(lì)發(fā)電機(jī)空載特性曲線 空載特性本質(zhì)上就是通空載特性本質(zhì)上就是通過實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定發(fā)電機(jī)實(shí)過實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定發(fā)電機(jī)實(shí)際的磁化曲線際的磁化曲線 空載特性曲線測(cè)定均按空載特性曲線測(cè)定均按他勵(lì)發(fā)電機(jī)接線方式，與他勵(lì)發(fā)電機(jī)接線方式，與電機(jī)的勵(lì)磁方式無關(guān)電機(jī)的勵(lì)磁方式無關(guān)2.4.2 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性2、負(fù)載特性、負(fù)載特性 當(dāng)當(dāng)n=常值、常值、I=常值時(shí)，常值時(shí)，U=f (If)的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。他勵(lì)發(fā)電機(jī)負(fù)載特性曲線他勵(lì)發(fā)電機(jī)負(fù)載特性曲線 空載特性與負(fù)載特性之空載特性與負(fù)載特性之間存在一個(gè)特性三角形間存在一個(gè)特性三角形 EAU。2.4.2 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的

19、運(yùn)行特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性3、外特性、外特性 當(dāng)當(dāng)n=常值、常值、If=常值時(shí)，常值時(shí)，U= f (I) 的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。他勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性曲線他勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性曲線 外特性隨負(fù)載電流增大外特性隨負(fù)載電流增大呈下降趨勢(shì)，是由電樞回呈下降趨勢(shì)，是由電樞回路電阻壓降和電樞反應(yīng)去路電阻壓降和電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)引起的；磁效應(yīng)引起的； 機(jī)端電壓隨負(fù)載變化的機(jī)端電壓隨負(fù)載變化的程度用電壓調(diào)整率衡量程度用電壓調(diào)整率衡量0NN100%UUUU2.4.2 他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性他勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性4、調(diào)節(jié)特性、調(diào)節(jié)特性 當(dāng)當(dāng)n=常值、常值、U=常值時(shí)，常值時(shí)， If =f (I)的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 勵(lì)磁

20、電流隨負(fù)載電流增勵(lì)磁電流隨負(fù)載電流增加而增加，以補(bǔ)償電樞反加而增加，以補(bǔ)償電樞反應(yīng)的去磁作用。應(yīng)的去磁作用。 鐵磁材料的飽和，使勵(lì)鐵磁材料的飽和，使勵(lì)磁電流增加的速率還要高磁電流增加的速率還要高于負(fù)載電流。于負(fù)載電流。他勵(lì)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性曲線他勵(lì)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性曲線2.4.3 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性1、自勵(lì)過程與條件、自勵(lì)過程與條件并勵(lì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)接線并勵(lì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)接線2.4.3 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性1、自勵(lì)過程與條件、自勵(lì)過程與條件并勵(lì)發(fā)電機(jī)自勵(lì)條件并勵(lì)發(fā)電機(jī)自勵(lì)條件電機(jī)有剩磁電機(jī)有剩磁勵(lì)磁繞組連接正確勵(lì)磁繞組連

21、接正確勵(lì)磁回路電阻小于臨界電阻勵(lì)磁回路電阻小于臨界電阻不同轉(zhuǎn)速的臨界電阻不同轉(zhuǎn)速的臨界電阻2.4.3 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和外特性2、外特性、外特性 當(dāng)當(dāng)n=常值、常值、If=常值時(shí)，常值時(shí)，U= f (I) 的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。并勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性并勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性 外特性下降快，有外特性下降快，有“拐彎拐彎” 電壓調(diào)整率可達(dá)電壓調(diào)整率可達(dá)20% 穩(wěn)態(tài)短路電流小穩(wěn)態(tài)短路電流小2.4.3 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)：復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)：勵(lì)磁繞中既含有并勵(lì)繞組，又含有串勵(lì)勵(lì)磁繞中既含有并勵(lì)繞組，又含有串勵(lì)繞組的直流發(fā)電機(jī)，包括繞組的直流發(fā)電機(jī)，包括積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)積

22、復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)（并勵(lì)繞組其（并勵(lì)繞組其主要作用）和主要作用）和差復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)差復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)（串勵(lì)繞組其主要作用）（串勵(lì)繞組其主要作用）復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)接線復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)接線2.4.3 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性曲線復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性曲線2.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性直流電動(dòng)機(jī)的基本特性2.5.1 基本方程基本方程并勵(lì)電動(dòng)機(jī)等效電路并勵(lì)電動(dòng)機(jī)等效電路2.5.1 基本方程基本方程1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程、電動(dòng)勢(shì)平衡方程 電樞回路電壓方程電樞回路電壓方程 電樞繞組電勢(shì)電樞繞組電勢(shì) Ra電樞回路總等效電阻電樞回路總等效電阻baaa abaaa22UI RI rUIrI

23、aaUEI REEC n2.5.1 基本方程基本方程 勵(lì)磁回路電壓方程勵(lì)磁回路電壓方程 Rf=rf+rj勵(lì)磁回路總電阻勵(lì)磁回路總電阻 電流方程電流方程ffjffUIrrI RafIII2.5.1 基本方程基本方程 動(dòng)態(tài)情況下的電動(dòng)勢(shì)平衡方程動(dòng)態(tài)情況下的電動(dòng)勢(shì)平衡方程 電樞回路電樞回路 勵(lì)磁回路勵(lì)磁回路aaa aaf faf fddTiLR ik i utk i EC fff fddiLR iut2.5.1 基本方程基本方程2、功率平衡方程、功率平衡方程 電功率平衡方程電功率平衡方程 電磁功率電磁功率 電樞銅耗電樞銅耗 勵(lì)磁繞組銅耗勵(lì)磁繞組銅耗1PUIafIIIaaUEI R21aaafPEII

24、 RUIaEI2aaI RfUI1emCuaCufemCuPPppPpem2mecFead20+PPpppPp12CuaCufmecFead2Cu02+PPpppppPppPp2.5.1 基本方程基本方程3、轉(zhuǎn)矩平衡方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)0220ememPpPTTT2020d=demTTTJTTTt2.5.2 工作特性工作特性 工作特性工作特性電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩Tem和和效率效率 與負(fù)載與負(fù)載P2的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性因勵(lì)磁方式而異。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性因勵(lì)磁方式而異。 工作特性通常用實(shí)驗(yàn)方法確定。工作特性通常用實(shí)驗(yàn)方

25、法確定。2.5.2 工作特性工作特性1、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 工作特性實(shí)驗(yàn)電路工作特性實(shí)驗(yàn)電路2.5.2 工作特性工作特性（1）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)速率特性）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)速率特性n = f ( P2 )（2）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性Tem = f ( P2 ) （3）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)效率特性）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)效率特性 = f ( P2 ) 工作特性實(shí)驗(yàn)電路工作特性實(shí)驗(yàn)電路2.5.2 工作特性工作特性2、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性接線串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性接線2.5.2 工作特性工作特性2、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性2.5.2 工作特性工作特性3、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)

26、、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性實(shí)驗(yàn)電路復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性實(shí)驗(yàn)電路2.5.3 機(jī)械特性機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性：在：在U=UN=常值時(shí)，轉(zhuǎn)速常值時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電磁與電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩Tem之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線n=f (Tem)。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)jj2emaaaTEaaaemEEETTUI RInCCUIRRRRUnTCCC C2.5.3 機(jī)械特性機(jī)械特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)12j12211,aemETECUnCRRTCCC CC C C2.6 2.6 直流電力傳動(dòng)直流電力傳動(dòng) 電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ) 直流電機(jī)的調(diào)速直流電機(jī)的調(diào)速直流電機(jī)的起動(dòng)直流電機(jī)的起動(dòng)直流

27、電機(jī)的制動(dòng)直流電機(jī)的制動(dòng)2.6.1 電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ) 電力傳動(dòng)的定義：電力傳動(dòng)的定義：用各種電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)用各種電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，機(jī)械，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，電力傳動(dòng)也稱為電力拖動(dòng)電力傳動(dòng)也稱為電力拖動(dòng)。直流電直流電力傳動(dòng)力傳動(dòng)是由直流電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。是由直流電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。 2.6.1 電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ) 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程emLddJTTt2244GDmDJg12DD 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)于均勻圓柱體對(duì)于均勻圓柱體對(duì)于同心圓柱體對(duì)于同心圓柱體22122DDD2.6.1 電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ) 1、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、多軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)222220

28、001111111122222KkkkkkJJJJJ200KkkkJJ轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2、直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量21kkvJm2211122kkJmv2.6.1 電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ) 穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行條件 穩(wěn)定運(yùn)行：電機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械組成的拖動(dòng)機(jī)組已運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行：電機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械組成的拖動(dòng)機(jī)組已運(yùn)行于某一轉(zhuǎn)速，若外界短時(shí)擾動(dòng)（負(fù)載突變）使轉(zhuǎn)速產(chǎn)于某一轉(zhuǎn)速，若外界短時(shí)擾動(dòng)（負(fù)載突變）使轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的變化在擾動(dòng)消失后能隨之消失，即機(jī)組能自行恢生的變化在擾動(dòng)消失后能隨之消失，即機(jī)組能自行恢復(fù)到原來的速度，則稱機(jī)組的運(yùn)行是穩(wěn)定的，否則為復(fù)到原來的速度，則稱機(jī)組的運(yùn)行是穩(wěn)定的，

29、否則為 不穩(wěn)定運(yùn)行。不穩(wěn)定運(yùn)行。2.6.1 電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ) 穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行條件 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)機(jī)組的機(jī)械特性穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)機(jī)組的機(jī)械特性2.6.1 電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ) 穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行條件 不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)機(jī)組的機(jī)械特性不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)機(jī)組的機(jī)械特性2.6.1 電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)電力傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ) 穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行條件 當(dāng)機(jī)組當(dāng)機(jī)組 n0時(shí)，有時(shí)，有 T=Tem-TL0，使機(jī)組速度自行，使機(jī)組速度自行下降；當(dāng)下降；當(dāng)機(jī)組機(jī)組 n0，使機(jī)組速度，使機(jī)組速度自行上升；即可使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。自行上升；即可使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。 即負(fù)載機(jī)械特性曲線的切線斜率要大于電動(dòng)機(jī)機(jī)械即負(fù)載機(jī)械

30、特性曲線的切線斜率要大于電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線的切線斜率。特性曲線的切線斜率。emLddddTTnn2.6.2 直流電機(jī)的起動(dòng)直流電機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)問題的引出電動(dòng)機(jī)起動(dòng)問題的引出 機(jī)械系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩克服機(jī)組的靜止摩擦機(jī)械系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩克服機(jī)組的靜止摩擦轉(zhuǎn)矩、慣性轉(zhuǎn)矩以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩、慣性轉(zhuǎn)矩以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 電氣系統(tǒng)：起動(dòng)瞬間電氣系統(tǒng)：起動(dòng)瞬間n=0，E=0，Ra很小，因此起動(dòng)電流很大。很小，因此起動(dòng)電流很大。 起動(dòng)電流大將導(dǎo)致：電網(wǎng)電壓突然降低；電機(jī)本身遭受巨大電起動(dòng)電流大將導(dǎo)致：電網(wǎng)電壓突然降低；電機(jī)本身遭受巨大電磁力的沖擊。因此，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)限制起動(dòng)電流非常必要。磁力的沖擊。因此，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)限制起動(dòng)電流非常必要。staaaUEUIIRR2.6.2 直流電機(jī)的起動(dòng)直流電機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法 直接起動(dòng)：直接起動(dòng)：只限于小