第3章 直流電機原理

1、hxp2022-7-3直流電機1第第3 3章章 直流電機原理直流電機原理n直流電機基本結(jié)構(gòu)直流電機基本結(jié)構(gòu)n直流電機基本原理直流電機基本原理n直流電機主要工作特性直流電機主要工作特性hxp2022-7-3直流電機23.1.1 3.1.1 概述概述 直流電機是電機的主要類型之一。一臺直流電直流電機是電機的主要類型之一。一臺直流電機即可作為機即可作為發(fā)電機發(fā)電機使用，也可作為使用，也可作為電動機電動機使用。使用。 用作發(fā)電機可以獲得用作發(fā)電機可以獲得直流電源直流電源，用作電動機，由，用作電動機，由 于其具有良好的于其具有良好的調(diào)速性能調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求，在許多調(diào)速性能要求 較高的場合，得

2、到廣泛使用。較高的場合，得到廣泛使用。 hxp2022-7-3直流電機3直流電機的優(yōu)、缺點直流電機的優(yōu)、缺點 本章分析直流電機工作原理、結(jié)構(gòu)工作原理、結(jié)構(gòu)及換向等問題，為電力拖動自動控制系統(tǒng)提供元件的基本知識。 直流電動機的直流電動機的調(diào)速范圍寬廣調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。，調(diào)速特性平滑。直流電動機直流電動機過載能力較強過載能力較強，起動起動和和制動制動轉(zhuǎn)矩較大。轉(zhuǎn)矩較大。由于存在由于存在換向器換向器，其，其制造復(fù)雜制造復(fù)雜，價格較高價格較高；由于存在由于存在換向器換向器，其，其應(yīng)用場合受到限制應(yīng)用場合受到限制。hxp2022-7-3直流電機43.1.2直流電機基本工作原理直流電機基本工作原

3、理一一 、交流發(fā)電機基本工作原理、交流發(fā)電機基本工作原理物理模型:e=BXlv;磁極都是成對出現(xiàn);整流 ;電子式電子式機械式機械式aBehxp2022-7-3直流電機5二二 、直流發(fā)電機基本工作原理、直流發(fā)電機基本工作原理換向器;內(nèi)部(ab,cd):交流; 外部(AB):直流;實質(zhì)實質(zhì):帶有換向器的交流電機帶有換向器的交流電機;實際電機:多根導(dǎo)體有規(guī)律連接tehxp2022-7-3直流電機6三三 、直流電動機基本工作原理、直流電動機基本工作原理f=Bxli;DM DG的可逆性的可逆性;直流電機僅是能量轉(zhuǎn)換工具直流電機僅是能量轉(zhuǎn)換工具;直流電機的可逆性：直流電機的可逆性： 一臺直流電機原則上既可

4、以作為電動機運一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已。這種同一臺電機能作電動機或作不同而已。這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。原理。hxp2022-7-3直流電機73.2直流電機的主要結(jié)構(gòu)直流電機的主要結(jié)構(gòu)hxp2022-7-3直流電機8直流電機由靜止的部分直流電機由靜止的部分定子定子和旋轉(zhuǎn)的部分和旋轉(zhuǎn)的部分轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成：兩大部分構(gòu)成：1、定子定子：機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。：機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。主極的作用是

5、在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場,使電樞繞祖使電樞繞祖在此磁場的作用下感應(yīng)電動勢在此磁場的作用下感應(yīng)電動勢(E)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩(T).1）主磁極）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵，為了：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用11.2mm厚厚的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。hxp2022-7-3直流電機92）換向極）換向極：換向極又稱附加極或間極：換向極又稱附加極或間極,其作用是用以改其作用是

6、用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。和繞組構(gòu)成。4）電刷裝置）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。作用。3）機座）機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用。來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用。因此要求機座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機械強度與剛度。因此要求機座有好的導(dǎo)磁性能及

7、足夠的機械強度與剛度。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。hxp2022-7-3直流電機102、轉(zhuǎn)子：、轉(zhuǎn)子：電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等。扇、軸和軸承等。 1）電樞鐵心）電樞鐵心：電機主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的，：電機主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。硅鋼片疊壓而成。2）電樞繞組）電

8、樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機的主要電路部分，也是通過電流和感應(yīng)電動勢，它是直流電機的主要電路部分，也是通過電流和感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。參P31圖hxp2022-7-3直流電機113.2.2 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)直流電機的銘牌數(shù)據(jù)(額定值額定值) 為了使電機安全可靠地工作，且保持優(yōu)良的運為了使電機安全可靠地工作，且保持優(yōu)良的運行性能，電機廠家根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及電機的設(shè)計數(shù)據(jù)，行性能，電機廠家根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及電機的設(shè)計數(shù)據(jù)，對每臺電機在運行中的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)對

9、每臺電機在運行中的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)定了保證值，這些保證值稱為電機的額定值。定了保證值，這些保證值稱為電機的額定值。 1額定功率額定功率PN （kW）:輸出的最大功率；輸出的最大功率； 2額定電壓額定電壓 UN（V）: 3額定電流額定電流 IN （A）: 4額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN （rmin）: 5勵磁方式和額定勵磁電流勵磁方式和額定勵磁電流 IfN（A）ML+ -IaUhxp2022-7-3直流電機12額定功率額定功率，對直流發(fā)電機來說，是指輸出的電功率，對，對直流發(fā)電機來說，是指輸出的電功率，對直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率直流電動機來說，是指軸上輸出的機械功率。直流發(fā)電機

10、的額定功率為：直流發(fā)電機的額定功率為：NNNIUPNNNNIUP2( )( )9.559550260NNNNNNNNNPPP wP kwTnnn直流電動機的額定功率為：直流電動機的額定功率為：直流電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩：直流電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩：額定 過載 欠載運行狀態(tài) eg3.1,3.2(p32)hxp2022-7-3直流電機133.4 直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組 電樞繞組電樞繞組是直流電機的核心部分，在電機的機電能量是直流電機的核心部分，在電機的機電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。 a.據(jù)原理據(jù)原理:兩個有效邊組成一個兩個有效邊組成一個元件元件;b.許多元件

11、互聯(lián)組成一個許多元件互聯(lián)組成一個繞組繞組;c.元件組成的原則元件組成的原則:兩個相鄰異性極兩個相鄰異性極 相對應(yīng)的位置相對應(yīng)的位置.hxp2022-7-3直流電機14S(元件數(shù)元件數(shù))=K(換向片數(shù)換向片數(shù))=Z(槽數(shù)槽數(shù))NShxp2022-7-3直流電機15幾何中性線：幾何中性線：磁極之間的平分線，磁極之間的平分線，極對數(shù)極對數(shù)p：2p:極數(shù)極數(shù);極距極距 :在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離?？稍陔姌需F心表面上，一個極所占的距離?？杀硎緸楸硎緸? ()()22ZDpp槽米NS元件節(jié)距元件節(jié)距 （第一節(jié)距）：元件兩條邊的距離，以（第一節(jié)距）：元件兩條邊的距離，以槽數(shù)計，總是整數(shù)槽數(shù)計，總是

12、整數(shù)(整距、長距、短距整距、長距、短距), pZy211y整數(shù)整數(shù)hxp2022-7-3直流電機16 eg:單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖已知某直流電機的極對數(shù)已知某直流電機的極對數(shù)P=2 ,Z=K=S=16,試畫出單疊試畫出單疊繞組展開圖。繞組展開圖。4221621pZy1計算繞組數(shù)據(jù)計算繞組數(shù)據(jù)hxp2022-7-3直流電機172畫繞組展開圖畫繞組展開圖（1）先畫）先畫16根等長、等距的實線根等長、等距的實線;（2）放磁極）放磁極:N.S(0.7 );（3）換向片）換向片;（4）聯(lián)繞組）聯(lián)繞組;（5）確定感應(yīng)電勢方向）確定感應(yīng)電勢方向;（6）放電刷）放電刷.畫圖3.15hxp2022-7-3

13、直流電機181216hxp2022-7-3直流電機19單疊繞組并聯(lián)支路圖單疊繞組并聯(lián)支路圖:hxp2022-7-3直流電機20單疊繞組的特點單疊繞組的特點n元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片 上；上；n并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，2a=2p ； n整個電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動勢的總和為零，整個電樞繞組的閉合回路中，感應(yīng)電動勢的總和為零，繞組內(nèi)部無繞組內(nèi)部無“環(huán)流環(huán)流”；n每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；刷數(shù)等于磁極數(shù)； n正負(fù)電刷之間引出的電動勢即為每一支路的

14、電動勢，正負(fù)電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓；電樞電壓等于支路電壓；n由正負(fù)電刷引出的電樞電流由正負(fù)電刷引出的電樞電流 Ia 為各支路電流之為各支路電流之 和，即和，即 Ia=2ia （式中（式中 ia 為每一條支路的電流，即為每一條支路的電流，即 繞組元件中流過的電流）。繞組元件中流過的電流）。 hxp2022-7-3直流電機213.3 直流電機的磁場、電樞反應(yīng)直流電機的磁場、電樞反應(yīng)一、直流電機的磁路和勵磁方式一、直流電機的磁路和勵磁方式：1.磁路磁路換向極換向極hxp2022-7-3直流電機222.直流電機的磁勢直流電機的磁勢n主極磁勢主極磁勢:Ff=IfN

15、fn電樞磁勢電樞磁勢:Fa=IaNan換向極磁勢換向極磁勢:FK=IKNK ( IK=Ia)3.直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式(NaNf的供電方式)他勵式積復(fù)勵差復(fù)勵1 . 串勵式2 . 并勵式3 . 復(fù)勵式自勵式直流電機的勵磁方式ML+ -IaUUfhxp2022-7-3直流電機23(不同勵磁方式電機的特性不同勵磁方式電機的特性不同)hxp2022-7-3直流電機24二、空載時直流電機的磁場分布：二、空載時直流電機的磁場分布：空載空載：發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機軸上不帶機械負(fù)發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機軸上不帶機械負(fù) 載，載，即電樞電流為零的狀態(tài)。即電樞電流為零的狀態(tài)。那么那

16、么 ，這時的氣隙磁這時的氣隙磁 場，只由主極的勵磁電流所建立，又稱勵磁磁場。場，只由主極的勵磁電流所建立，又稱勵磁磁場。0漏磁通漏磁通 ：僅交鏈勵磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心，僅交鏈勵磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心， 不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電 動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。主磁通主磁通 ：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機座構(gòu)成磁回經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機座構(gòu)成磁回 路。它同時與勵磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞路。它同時與勵磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞 組中感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。組中感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。hxp20

17、22-7-3直流電機25極靴下氣隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外的氣隙，顯然，極靴下沿電極靴下氣隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外的氣隙，顯然，極靴下沿電樞圓周各點的主磁場將明顯大于極靴范圍以外，在兩極之樞圓周各點的主磁場將明顯大于極靴范圍以外，在兩極之間的幾何中心線處，磁場等于零。間的幾何中心線處，磁場等于零。磁管寬為磁管寬為任主磁路磁勢相同任主磁路磁勢相同hxp2022-7-3直流電機26應(yīng)用磁路歐姆定律求出應(yīng)用磁路歐姆定律求出)(fBxRFf2如上圖示如上圖示:磁管寬為磁管寬為mfRF220mRl0fxFBhxp2022-7-3直流電機27磁極中心及附近處磁極中心及附近處:靠近極見尖處靠近極見尖處:極靴以外極靴以外:

18、兩極之間的幾何中心線處兩極之間的幾何中心線處:hxp2022-7-3直流電機28三、直流電機的電樞反應(yīng)三、直流電機的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)電樞反應(yīng):電樞磁場對主極磁場的影響電樞磁場對主極磁場的影響.勵 磁 電 流 所 建 立 的 磁 場 電 樞 電 流 所 建 立 的 磁 場氣 隙 磁 場hxp2022-7-3直流電機29電刷位置、交軸磁場電刷位置、交軸磁場幾何中性線幾何中性線物理中性線物理中性線交軸交軸(q)磁動勢磁動勢直軸直軸(d)磁動勢磁動勢hxp2022-7-3直流電機30電樞反應(yīng)對主極磁場的影響電樞反應(yīng)對主極磁場的影響A:電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁作用，在另電樞磁場在半個極內(nèi)對主極

19、磁場起去磁作用，在另半個極內(nèi)則起增磁作用，半個極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場畸變引起氣隙磁場畸變;B:使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，新的等于零的我們稱之為物理中性線新的等于零的我們稱之為物理中性線,物理中性線偏移物理中性線偏移;C:考慮飽和時，起到考慮飽和時，起到去磁作用去磁作用。問題問題:1.如何抑制電樞反應(yīng)如何抑制電樞反應(yīng)? 2.電樞磁場是靜止的嗎電樞磁場是靜止的嗎?hxp2022-7-3直流電機313.5 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩一、電樞電動勢一、電樞電動勢E(每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢每條并

20、聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢)avBl一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用 表示，極距表示，極距為為 ，電樞的軸向有效長度為，電樞的軸向有效長度為 ，每極磁通為，每極磁通為，則則電樞電動勢是指直流電機正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動電樞電動勢是指直流電機正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。lBavhxp2022-7-3直流電機32lvBeavav602npv602npeav一根導(dǎo)體的平均電動勢為：一根導(dǎo)體的平均電動勢為：所以：所以：又因為：又因為：hxp2022-7-3直流電機33因為一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù)因為

21、一條支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù) （z為電為電樞總導(dǎo)體數(shù)樞總導(dǎo)體數(shù) ），于是，電樞電動勢為：），于是，電樞電動勢為：2za2yzSz2226 06 0aa vezznEepaap znCna6 0ep zCa式中，式中， 是一個常數(shù)，稱為是一個常數(shù)，稱為電動勢常數(shù)電動勢常數(shù) aeECnhxp2022-7-3直流電機34二、電磁轉(zhuǎn)矩二、電磁轉(zhuǎn)矩(所有導(dǎo)體所有導(dǎo)體)2aavavaavIfB l iB la2DfTavx2）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導(dǎo)）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導(dǎo) 體所受的平均轉(zhuǎn)矩：體所受的平均轉(zhuǎn)矩：1）先求一個導(dǎo)體的平均電磁力：）先求一個導(dǎo)體的平均電磁力：SNhxp2

22、022-7-3直流電機353）電機總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：）電機總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：222222aaavataIIDpTB lzlzalapzICIa2tpzCaaaaiI2式中：式中： 是一個常數(shù)，稱為是一個常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)， 是電樞總電流，是電樞總電流，taTCIhxp2022-7-3直流電機36 ， 對于一個具體的電機而言，是一個常數(shù)，并且對于一個具體的電機而言，是一個常數(shù)，并且通過換算，兩者之間有一固定的關(guān)系，通過換算，兩者之間有一固定的關(guān)系，eCtC609.552teCC9.55teCCTIapNIapNnICIEPaaaeaaM226060三、直流電機的電磁功率（三、直流電機的電

23、磁功率（物理意義）hxp2022-7-3直流電機37四、幾點說明四、幾點說明nCEeataTCI1.大小及物理意義大小及物理意義2.方向方向Ea:右手定則右手定則 T:左手定則左手定則3. T,Ea同時存在（舉例）同時存在（舉例）4.穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài):2lTalaTTTTCITI大大問題問題:如何改變電磁轉(zhuǎn)如何改變電磁轉(zhuǎn)矩及感應(yīng)電勢的方向矩及感應(yīng)電勢的方向?TNSnEhxp2022-7-3直流電機383.6直流發(fā)電機直流發(fā)電機一一 、運行原理、運行原理(他勵、并勵他勵、并勵)發(fā)電機規(guī)定正方向發(fā)電機規(guī)定正方向:Ea Ia同向同向TNSn并勵并勵直流直流發(fā)電機：發(fā)電機：faIIIhxp2022-7-3直流

24、電機39二二 、基本關(guān)系、基本關(guān)系電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式:()aaafffffEUIRUIrrIRnCEea他勵他勵直流直流發(fā)電機發(fā)電機UIaEa+-nTT1T0IfRahxp2022-7-3直流電機40 轉(zhuǎn)矩平衡方程式：轉(zhuǎn)矩平衡方程式：01TTTtTC n直流發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)運行時，電機的轉(zhuǎn)速為直流發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)運行時，電機的轉(zhuǎn)速為n,作用在電樞上的作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個：一個是原動機輸入給發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩共有三個：一個是原動機輸入給發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩矩T1 ；一個是；一個是電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T；還有一個是電機的機械摩擦、風(fēng)；還有一個是電機的機械摩擦、風(fēng)阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)

25、矩，叫阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩，用，用T0表示表示,.空載轉(zhuǎn)空載轉(zhuǎn)矩是一個制動性轉(zhuǎn)矩矩是一個制動性轉(zhuǎn)矩,永遠(yuǎn)與轉(zhuǎn)永遠(yuǎn)與轉(zhuǎn) 速速n的方向相反的方向相反 UIaEa+-nTT1T0hxp2022-7-3直流電機41功率平衡方程式：功率平衡方程式：0011)(PPTTTPM電磁功率電磁功率PM:轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：aaaaaaaaMRIUIIRIUIETP2)(cuacuapPpUI2他勵cuacufcuafppPpIIU2)(并勵銅損耗銅損耗0Femppphxp2022-7-3直流電機42附加損耗為：附加損耗為：12FemscufcuaP Pppppp

26、pP2發(fā)電機的效率為：發(fā)電機的效率為：pPpPP2121P50,eg3.5spFemscufcuapppppphxp2022-7-3直流電機43UIaEa+-nTT1T0IfRaaaEUIR01TTT12FemcuascufPPppppp0phxp2022-7-3直流電機44三、直流發(fā)電機的運行特性三、直流發(fā)電機的運行特性（1） 負(fù)載特性負(fù)載特性(n=常數(shù)常數(shù),Ia=常數(shù)常數(shù)) U=f(If) 當(dāng)當(dāng)Ia=0時的特性時的特性U0=f(If)稱為發(fā)電機的稱為發(fā)電機的空載特性?？蛰d特性。主要物理量主要物理量:U,Ia,If,n; nc(在發(fā)電機中在發(fā)電機中)（2） 外特性外特性(n=常數(shù)常數(shù),If=

27、常數(shù)常數(shù)) U=f(Ia)(2Pf（3）調(diào)節(jié)特性）調(diào)節(jié)特性(n=常數(shù)常數(shù),U=常數(shù)常數(shù)) If=f(Ia)（4）效率曲線）效率曲線運行特性運行特性:研究兩者之間的關(guān)系研究兩者之間的關(guān)系UIaEa+-nTT1T0hxp2022-7-3直流電機45他勵直流發(fā)電機的空載特性他勵直流發(fā)電機的空載特性(nc Ia=0)0eeUECnK與相似0()fUf IaaaRIEU0()()ffUf If Ihxp2022-7-3直流電機46hxp2022-7-3直流電機47他勵直流發(fā)電機外特性他勵直流發(fā)電機外特性(nc If= IfN)aaaUEIRaaeRInC理想空載電壓：理想空載電壓：Ia=0 U=Ea =

28、 U0電流增大時，端電壓下降電流增大時，端電壓下降()aUfIUIaEa+-nTT1T0IfRahxp2022-7-3直流電機48(1)電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從而使端電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從而使端電壓下降。電壓下降。 (2)負(fù)載增大時，電樞反映的去磁作用增強，使每極磁通負(fù)載增大時，電樞反映的去磁作用增強，使每極磁通量減小，從而使電樞電動勢減小量減小，從而使電樞電動勢減小并勵方式下，端電壓下降的更快一些：并勵方式下，端電壓下降的更快一些：負(fù)載增大時，電負(fù)載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每極磁通量減小，這樣不僅樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每極磁通量減小，這樣不僅影響

29、了電樞電動勢，使端電壓下降，同時端電壓的下降影響了電樞電動勢，使端電壓下降，同時端電壓的下降進(jìn)一步也影響了勵磁電流使之減小，這樣一來，又使得進(jìn)一步也影響了勵磁電流使之減小，這樣一來，又使得的電樞電動勢雙重減小，所以，并勵下降的更快一些。的電樞電動勢雙重減小，所以，并勵下降的更快一些。hxp2022-7-3直流電機49他勵直流發(fā)電機的效率曲線：他勵直流發(fā)電機的效率曲線：不變損耗不變損耗：電機的鐵損耗和：電機的鐵損耗和機械損耗等與負(fù)載的大小機械損耗等與負(fù)載的大小無關(guān)，稱為不變損耗。無關(guān)，稱為不變損耗?？勺儞p耗可變損耗：負(fù)載運行時電樞：負(fù)載運行時電樞繞組的銅損耗與電流平方繞組的銅損耗與電流平方成正比

30、，稱為可變損耗。成正比，稱為可變損耗。maxpPpPP2121hxp2022-7-3直流電機50并勵直流發(fā)電機并勵直流發(fā)電機在自勵過程中，發(fā)電機的電壓在自勵過程中，發(fā)電機的電壓是否會無限制地增長下去呢？是否會無限制地增長下去呢？0()*ffffUf IURIhxp2022-7-3直流電機51并勵發(fā)電機的自勵條件：并勵發(fā)電機的自勵條件：1）電機必須有剩磁。電機必須有剩磁。 2）勵磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)方向必須正確配合，以使勵勵磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)方向必須正確配合，以使勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方向一致。磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方向一致。3 3）勵磁回路的電阻應(yīng)小于與電機運行轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的臨界

31、電）勵磁回路的電阻應(yīng)小于與電機運行轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的臨界電阻。阻。發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不同時，空載特性也不同。因此，對應(yīng)于不發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不同時，空載特性也不同。因此，對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。 hxp2022-7-3直流電機523.7直流電動機運行原理直流電動機運行原理一、一、直流電機的可逆原理直流電機的可逆原理UaEaIaIfT1Tn直流電動機工作簡介直流電動機工作簡介hxp2022-7-3直流電機53二、他勵直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本方程二、他勵直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本方程UaEaIaIfUaTTLnTNSnEa原理圖原理圖電動機慣例定電動機慣例定正方向正方向Rahx

32、p2022-7-3直流電機54基本方程基本方程taTCIaeECnLTTTT)(02ffffRIrrIU)(aI：負(fù)載電流負(fù)載電流（穩(wěn)態(tài)時（穩(wěn)態(tài)時 ）LTTUaEaIaIfUaTTLn()aaaaUEI RRhxp2022-7-3直流電機55功率平衡方程式：功率平衡方程式：0202)(pPTTTIEPaaM0F emspppp他勵他勵 (并勵并勵)直流電動機從電源輸入的電功率為：直流電動機從電源輸入的電功率為：fafaUIUIIIUUIP)(1cufcuaMfaaaafaaaaPPPUIRIIEUIIRIE2)(122cufcuaFemsPPpppppPphxp2022-7-3直流電機56三、

33、直流電動機的工作特性：三、直流電動機的工作特性：轉(zhuǎn)速特性：轉(zhuǎn)速特性：NUU fNfII0aRaIfn 0NaaaaNNNURRnInICeCeCeNaaae NaaUEI RCnI RIfN的定義的定義考慮電樞反應(yīng)的轉(zhuǎn)速特性考慮電樞反應(yīng)的轉(zhuǎn)速特性hxp2022-7-3直流電機572）轉(zhuǎn)矩特性）轉(zhuǎn)矩特性：3）效率特性：）效率特性：taTC I)(aIfT NUU fNfII NUU fNfII )(aIf)(aIfcuapppp022hxp2022-7-3直流電機583.8 他勵直流電動機的他勵直流電動機的機械特性機械特性一、機械特性：一、機械特性：n=f（T ）02()aaaeetU I RR

34、RRUnTnTCCCeCTLUaEa RaIaIfTRR:電樞回路附加電阻（可變）電樞回路附加電阻（可變）()aaaaUEIRRhxp2022-7-3直流電機59二二 、固有機械特性與特性曲線分析、固有機械特性與特性曲線分析NUU fNfII 0R2Nae Nt NURnTCCeC決定于電機本身性能，唯一的決定于電機本身性能，唯一的2NaNNe Nt NURnTCCeCNa Ne NNURICnTnn00TNnNhxp2022-7-3直流電機60固有機械特性特點：固有機械特性特點：理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速降：額定轉(zhuǎn)速降：NNCeUnnT0002,NNaNNNtNTTnnRnnnTC

35、e C起動電流：起動電流：0 ,0aNnEC en直接起動電流很大，直接起動電流很大，不能直接起動不能直接起動（eg3.9）NaNsaaaUEUIIRR2NaNNe Nt NURnTCCeChxp2022-7-3直流電機61三三 、人為機械特性（調(diào)速的需要）、人為機械特性（調(diào)速的需要）TCeCRRCUnTae21.電樞回路串電阻電樞回路串電阻2.降低電樞電壓降低電樞電壓3.減少氣隙磁通量減少氣隙磁通量Tn0hxp2022-7-3直流電機62四、四、 機械特性的繪制機械特性的繪制據(jù)產(chǎn)品目錄的數(shù)據(jù)可繪出固有特性據(jù)產(chǎn)品目錄的數(shù)據(jù)可繪出固有特性 n=f(T)為一直線，只要兩個點即可為一直線，只要兩個點

36、即可理想空載點：理想空載點：T=0,n=n0額定運行點：額定運行點：T=TN,n=nNTnn00TNnNhxp2022-7-3直流電機63計算計算n 0 TNNaNNaNNNNNnEnRIUCeCeUn0估算估算EaN=(0.930.97)UN伏安法實測伏安法實測RaNNNNnpTT95502NNNICeT55.9精確：精確：近似：近似：hxp2022-7-3直流電機643.10 直流電機的換向直流電機的換向(簡簡)一一 、什么是換向、什么是換向hxp2022-7-3直流電機65二、換向元件中的感應(yīng)電動勢二、換向元件中的感應(yīng)電動勢1）電抗電動勢）電抗電動勢 ： 換向元件中，在電流變化時，必然出現(xiàn)由自感與互感換向元件中，在電流變化時，必然出現(xiàn)由自感與互感作用所引起的感應(yīng)電動勢，這個電動勢稱為電抗電動作用所引起的感應(yīng)電動勢，這個電動勢稱為電抗電動勢。勢。redtdiLeeerMLrniKLearr30hxp2022-7-3直流電機66可見電機的負(fù)載越重可見電機的