第十九章直流電機(jī)的的基本方程式和運(yùn)行特性課件

第十九章直流電機(jī)的基本方程式和運(yùn)行特性19.1直流發(fā)電機(jī)的基本方程式+-EaRfΦIIaIfT1TT0nU并勵(lì)發(fā)電機(jī)正方向：按發(fā)電機(jī)慣例規(guī)定電樞電流Ia和電樞電動勢Ea方向一致T1（原動機(jī)輸入驅(qū)動轉(zhuǎn)矩）與轉(zhuǎn)速n同向；電磁轉(zhuǎn)矩T和n反向，為制動轉(zhuǎn)矩PM=EaIa=TΩ，將軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率第十九章直流電機(jī)的基本方程式和運(yùn)行特性19.1直流發(fā)電119.1.1電勢平衡方程式電勢方程:式中:－電樞電阻－勵(lì)磁回路總電阻－勵(lì)磁繞組電阻－勵(lì)磁繞組調(diào)節(jié)電阻注：發(fā)電機(jī)中必有Ea>U－電刷接觸壓降+-EaRfΦIIaIfT1TT0nU并勵(lì)發(fā)電機(jī)rΩ19.1.1電勢平衡方程式電勢方程:式中:－電樞電阻－勵(lì)磁219.1.2轉(zhuǎn)矩平衡方程式T1－轉(zhuǎn)軸上輸入的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T0－阻力轉(zhuǎn)矩（如摩擦，鐵耗，風(fēng)阻等）T－電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩方程式+-EaRfΦIIaIfT1TT0nU并勵(lì)發(fā)電機(jī)19.1.2轉(zhuǎn)矩平衡方程式T1－轉(zhuǎn)軸上輸入的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T319.1.3直流發(fā)電機(jī)的損耗、功率平衡方程式原動機(jī)輸入功率電磁功率19.1.3直流發(fā)電機(jī)的損耗、功率平衡方程式原動機(jī)輸入功率電4機(jī)械損耗pm：軸與軸承摩擦、電刷與換向器摩擦、通風(fēng)損耗等。這些損耗主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，基本為常量。電機(jī)損耗鐵心損耗pFe:電樞鐵心中磁場交變，會產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。鐵耗近似與磁密的平方及轉(zhuǎn)速的1.2～1.5次方成正比。勵(lì)磁損耗pCuf:pCuf=UfIf=If2Rfpm+pFe+pad統(tǒng)稱為空載損耗(不變損耗)。附加損耗（也稱雜散損耗）pad:齒槽引起磁場脈動引起的鐵耗，一些機(jī)械部件切割磁通產(chǎn)生的鐵耗等pad=(0.5～1)%P2機(jī)械損耗pm：軸與軸承摩擦、電刷與換向器摩擦、通風(fēng)損耗等。這5直流發(fā)電機(jī)功率流程圖發(fā)電機(jī)效率注：額定負(fù)載時(shí)，直流發(fā)電機(jī)的效率與容量有關(guān)。10kW以下的小電機(jī)，效率為75％～88.5％；10～100kW的電機(jī)，效率為85％～90％；100～1000kW的電機(jī)效率為88％～93％其中負(fù)載損耗：電樞回路電阻損耗pCua=Ia2Ra;電刷接觸壓降損耗（可變損耗）直流發(fā)電機(jī)功率流程圖發(fā)電機(jī)效率注：額定負(fù)載時(shí)，直流發(fā)電機(jī)的效6例一臺四極并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=6kW,UN=230V,nN=1450r/min,電樞回路電阻ra=0.92Ω,勵(lì)磁回路的電阻Rf=177Ω,2ΔU=2V，損耗pFe＋pm＝295W。試求額定負(fù)載下的電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩及效率（雜散損耗取輸出功率的1％）。解：額定電流勵(lì)磁電流額定負(fù)載時(shí)的電樞電流額定負(fù)載時(shí)的電樞電勢例一臺四極并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=6kW,UN=7額定運(yùn)行時(shí)的電磁功率電磁轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的輸入功率效率額定運(yùn)行時(shí)的電磁功率電磁轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的輸入功率效率819.2直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由原動機(jī)轉(zhuǎn)帶動，保證其恒速運(yùn)行，一般認(rèn)為轉(zhuǎn)速恒定表征其運(yùn)行狀態(tài)的物理量主要有：發(fā)電機(jī)的端電壓U、負(fù)載電流I和勵(lì)磁電流If當(dāng)發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，3個(gè)物理量中1個(gè)保持不變，另外2個(gè)之間的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性①負(fù)載特性②外特性③調(diào)節(jié)特性n＝常數(shù)、I＝常數(shù)時(shí)，U=f(If)的關(guān)系。其中，當(dāng)I＝0時(shí)的特性U0=f(If)稱為發(fā)電機(jī)的空載特性n＝常數(shù)、If＝常數(shù)（并勵(lì)時(shí)Rf＝常數(shù)）時(shí)，U=f(I)的關(guān)系n＝常數(shù)、U＝常數(shù)時(shí)，If=f(I)的關(guān)系19.2直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由原動機(jī)轉(zhuǎn)帶動919.2.1它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性定義：n=常數(shù)，I=0時(shí)，U0=f(If)的關(guān)系結(jié)論：經(jīng)過一定比例轉(zhuǎn)換后，開路特性U0=f(If)與電機(jī)的磁化曲線Φ=f(Ff)形狀完全相同。一般電機(jī)的工作點(diǎn)位于開路特性上曲線開始彎曲的膝點(diǎn)附近。據(jù)此可以判斷電機(jī)的飽和程度。

+-EarfΦIIfUVA改變勵(lì)磁電流If以改變主磁通Φ的大小，可得到不同的空載電勢Ea值。繪制U0＝f(If)曲線—空載特性曲線氣隙線Uf19.2.1它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性定義：n=常數(shù)，I=01019.2.2它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性定義：n=常數(shù)，If=常數(shù)時(shí)，U=f(I)的關(guān)系保證If=常數(shù)，改變負(fù)載（負(fù)載電流I）的大小，測得到不同的端電壓U值。繪制U＝f(I)曲線—外特性曲線結(jié)論：外特性U=f(I)是略微下垂的曲線電壓調(diào)整率：從空載到滿載電壓變化的程度注：一般他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)ΔU=（5~10）%,可認(rèn)為是恒壓源19.2.2它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性定義：n=常數(shù)，If=常11他勵(lì)發(fā)電機(jī)端電壓下降的原因1、電樞電流Ia增加，引起電樞壓降IaRa增大2、發(fā)電機(jī)負(fù)載增加，由于電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通減少，導(dǎo)致電勢Ea下降分析根據(jù)公式他勵(lì)發(fā)電機(jī)端電壓下降的原因1、電樞電流Ia增加，引起電樞壓降1219.2.3它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性定義：n=常數(shù)，U=UN，If=f(I)的關(guān)系保證U=UN，改變負(fù)載（負(fù)載電流I）的大小，測得到不同的勵(lì)磁電流If值。繪制If＝f(I)曲線—調(diào)節(jié)特性曲線結(jié)論：調(diào)節(jié)特性If=f(I)是上翹的曲線19.2.3它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性定義：n=常數(shù)，U=U13當(dāng)電壓上升到P點(diǎn)時(shí)，If將穩(wěn)定19.2.4并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和特性EarfIIaIfrΩ自勵(lì)：勵(lì)磁繞阻并聯(lián)于電樞繞組兩端，由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供勵(lì)磁，而發(fā)電機(jī)的端電壓又必須在有了勵(lì)磁電流后才能產(chǎn)生，所以并勵(lì)發(fā)電機(jī)由初始的U=0到正常運(yùn)行時(shí)U為一定值，有一個(gè)自己建立電壓的過程(自勵(lì)過程)。

Φ自勵(lì)同時(shí)受到空載特性和勵(lì)磁回路方程的限制當(dāng)電壓上升到P點(diǎn)時(shí)，If將穩(wěn)定19.2.4并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的14并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件1、電機(jī)中應(yīng)有剩磁2、勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接與電樞的方向必須正確配合，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方向一致3、勵(lì)磁回路電阻小于與電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速相應(yīng)的臨界電阻。（對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速有不同的臨界電阻）臨界電阻不正確配合U=-IfRf并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件1、電機(jī)中應(yīng)有剩磁2、勵(lì)磁繞組與電樞繞組15并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性定義：n=常數(shù)，Rf=常數(shù)時(shí)，U=f(I)的關(guān)系保證Rf=常數(shù)，改變負(fù)載（負(fù)載電流I）的大小，測得不同的端電壓U值。繪制U＝f(I)曲線—外特性曲線它勵(lì)并勵(lì)并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性定義：n=常數(shù)，Rf=常數(shù)時(shí)，U=f(I)1619.2.5復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)EaIIIf復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)同時(shí)存在兩種勵(lì)磁繞組即串勵(lì)和并勵(lì)繞組如果串勵(lì)與并勵(lì)繞組的磁勢方向相同，則稱為加復(fù)勵(lì)（積復(fù)勵(lì)）；如果串勵(lì)與并勵(lì)繞組的磁勢方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)一般來說，并勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，串勵(lì)繞組起調(diào)節(jié)性能的作用用的較多的是積復(fù)勵(lì)a19.2.5復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)EaIIIf復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)同時(shí)17復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性并勵(lì)欠復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì)過復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)對積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)來說串勵(lì)磁勢起增磁作用即升壓作用，而電阻壓降和電樞反應(yīng)的去磁作用起降壓作用，二者的相對影響力會決定發(fā)電機(jī)的外特性如果串勵(lì)繞組作用較大，即在額定電流時(shí)端電壓超過空載電壓，則為過復(fù)勵(lì)如果串勵(lì)繞組的作用不足，即在額定電流時(shí)端電壓小于空載電壓，則為欠復(fù)勵(lì)如果串勵(lì)繞組的作用適當(dāng)，即在額定電流時(shí)端電壓等于空載電壓則為平復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的串勵(lì)繞組為一個(gè)去磁磁勢，負(fù)載增大時(shí)端電壓迅速下降復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性并勵(lì)欠復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì)過復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)對積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)1819.3直流電動機(jī)正方向：按電動機(jī)慣例規(guī)定電流I和端電壓U方向一致電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n同向，為拖動轉(zhuǎn)矩；輸出轉(zhuǎn)矩T2及空載轉(zhuǎn)矩T0和轉(zhuǎn)速n反向，為制動轉(zhuǎn)矩PM=EaIa=TΩ，將電樞回路的電功率轉(zhuǎn)換成軸上輸入的機(jī)械功率+-EarfΦIIaIfTT2T0nU電樞電流Ia和電樞電動勢Ea方向相反，是反電勢rΩ19.3直流電動機(jī)正方向：按電動機(jī)慣例規(guī)定電流I和端電壓1919.3.1直流電動機(jī)的基本方程式一、電動勢平衡方程式電勢方程式式中－電樞電阻－勵(lì)磁回路總電阻－勵(lì)磁繞組電阻－勵(lì)磁繞組調(diào)節(jié)電阻注：電動機(jī)中必有U>Ea－電刷接觸壓降+-EarfΦIIaIfTT2T0nUrΩ19.3.1直流電動機(jī)的基本方程式一、電動勢平衡方程式電勢20二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式T2－轉(zhuǎn)軸上輸出的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T0－阻力轉(zhuǎn)矩（如摩擦，鐵耗，風(fēng)阻等）T－電磁轉(zhuǎn)矩（拖動轉(zhuǎn)矩）轉(zhuǎn)矩方程式TL－總負(fù)載轉(zhuǎn)矩+-EarfΦIIaIfTT2T0nUrΩ二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式T2－轉(zhuǎn)軸上輸出的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T0－阻力21三、功率平衡方程式直流電動機(jī)功率流程圖電動機(jī)效率注：額定負(fù)載時(shí)，直流電動機(jī)的效率與容量有關(guān)。10kW以下的小電機(jī)，效率為75％～88.5％；10～100kW的電機(jī)，效率為85％～90％；100～1000kW的電機(jī)效率為88％～93％其中三、功率平衡方程式直流電動機(jī)功率流程圖電動機(jī)效率注：額定負(fù)載22例一臺四極它勵(lì)直流電動機(jī)，電樞采用單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N＝372，電樞回路總電阻Ra=0.208Ω(包含電刷的接觸電阻)。此電機(jī)運(yùn)行在電源電壓U=220V,電機(jī)轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，氣隙每極磁通Φ＝0.011Wb的條件下，此時(shí)電機(jī)的鐵耗pFe＝362W，機(jī)械損耗pm＝204W，忽略附加損耗。問：（1）該電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是多少？（2）輸入功率和效率各是多少？解：電樞電流（1）電磁功率電樞電動勢電磁轉(zhuǎn)矩例一臺四極它勵(lì)直流電動機(jī)，電樞采用單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N＝23輸出功率總損耗效率（2）輸入功率輸出功率總損耗效率（2）輸入功率2419.3.2直流電動機(jī)的工作特性工作特性：直流電動機(jī)外加電壓U＝UN=常數(shù)，電樞回路不串入外加電阻，勵(lì)磁電流If＝常數(shù)時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T、和效率η與輸出功率P2之間的關(guān)系曲線，即n＝f(P2)，T=f(P2)，η=f(P2)一、并勵(lì)電動機(jī)的工作特性并勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)、If＝IfN＝常數(shù)條件下，改變電動機(jī)的負(fù)載，測得不同負(fù)載下的轉(zhuǎn)速n、負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2和輸出功率P2，繪制特性曲線。注：額定勵(lì)磁電流IfN

是指：電機(jī)輸出功率為額定值PN，轉(zhuǎn)速為額定值nN時(shí)對應(yīng)的勵(lì)磁電流。19.3.2直流電動機(jī)的工作特性工作特性：直流電動機(jī)外加電251、轉(zhuǎn)速特性n=f(P2)和理想空載轉(zhuǎn)速n0—理想空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速變化率：空載到滿載時(shí)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化程度。并勵(lì)直流電動機(jī)的Δn＝3～8％，基本可認(rèn)為是一種恒速電機(jī)。根據(jù)1、轉(zhuǎn)速特性n=f(P2)和理想空載轉(zhuǎn)速n0—理想空載轉(zhuǎn)速26一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低。由于電阻Ra的值很小，所以轉(zhuǎn)速下降比較平緩。n=f(P2)是一條較平的下降曲線（硬特性）。影響轉(zhuǎn)速n的因素：（1）電流Ia增大時(shí)電樞電阻壓降IaRa也增大，使轉(zhuǎn)速趨于下降（2）電流增大時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用使得磁通Φ下降，使轉(zhuǎn)速趨于上升。并勵(lì)電動機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁回路開路時(shí)，If＝0（φ≈0），電機(jī)轉(zhuǎn)速將會達(dá)到很高的數(shù)值，以致?lián)p壞電機(jī)的轉(zhuǎn)子。故并勵(lì)電動機(jī)不允許失磁一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低。272、轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡方程輸出轉(zhuǎn)矩若n不變，則T2=f(P2)為過原點(diǎn)的直線并勵(lì)電動機(jī)中，P2增加時(shí)n略為下降,T2=f(P2)為略為上翹曲線因n變化不大，則T0可認(rèn)為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)也為一條略為上翹曲線2、轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡方程輸出轉(zhuǎn)矩若n不變，283、效率特性η=f(P2)并勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)、If＝IfN＝常數(shù)條件下，η＝f（P2）的關(guān)系曲線3、效率特性η=f(P2)并勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)、29二、串勵(lì)電動機(jī)的工作特性串勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)條件下，改變電動機(jī)的負(fù)載，測得不同負(fù)載下的轉(zhuǎn)速n、負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2和輸出功率P2或Ia，繪制n、T、η與P2或Ia的關(guān)系曲線。

串勵(lì)電機(jī)勵(lì)磁電流If等于電樞電流二、串勵(lì)電動機(jī)的工作特性串勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)條件下30其中—為時(shí)的轉(zhuǎn)速1、轉(zhuǎn)速特性n=f(P2)假設(shè)磁路不飽和，有轉(zhuǎn)速特性影響轉(zhuǎn)速n的因素：（1）電流Ia增大時(shí)電樞電阻壓降IaRa也增大，使轉(zhuǎn)速趨于下降（2）電流Ia＝If增大，磁通Φ相應(yīng)的增大，轉(zhuǎn)速將迅速下降。串勵(lì)電動機(jī)，在輕載時(shí)（P2很?。?，Ia＝If很小，磁通Φ也很小，轉(zhuǎn)速將很高，以致達(dá)到危險(xiǎn)的高度，這種現(xiàn)象稱“飛車”轉(zhuǎn)速變化率：其中—為時(shí)的轉(zhuǎn)速1、轉(zhuǎn)速特312、轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)輸出轉(zhuǎn)矩由于轉(zhuǎn)速n隨P2的增加而迅速下降，因此T2隨P2的增大而迅速上升，T2=f(P2)為迅速上翹曲線3、效率特性η=f(P2)2、轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)輸出轉(zhuǎn)矩由于轉(zhuǎn)速n隨P2的增加而迅32三、復(fù)勵(lì)電動機(jī)的工作特性復(fù)勵(lì)電動機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組，兩種繞組的比例不同，就得到不同的特性1、并勵(lì)電動機(jī)3、串勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動機(jī)2、并勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動機(jī)4、串勵(lì)電動機(jī)5、差復(fù)勵(lì)電動機(jī)三、復(fù)勵(lì)電動機(jī)的工作特性復(fù)勵(lì)電動機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組，3319.3.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性：n=f(T)是指U=UN=常數(shù)，If=IfN=常數(shù)，電樞回路和勵(lì)磁回路沒有串接外加電阻條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n兩個(gè)機(jī)械量之間的函數(shù)關(guān)系一、并勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性式中—理想空載轉(zhuǎn)速—機(jī)械特性的斜率EaIaIIf19.3.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性：n=f(T)是指34機(jī)械特性1、自然機(jī)械特性U=UN、If＝IfN、Rj=0由于Ra很小，并勵(lì)電動機(jī)的固有機(jī)械特性是一條比較平的下降曲線。（硬特性）此時(shí)2、人工機(jī)械特性（1）U=UN、If＝IfN、Rj≠0n0不變，k隨Rj增大而增大，斜率增大，機(jī)械特性變軟機(jī)械特性1、自然機(jī)械特性U=UN、If＝IfN、Rj=0由于35變端電壓U，不變，隨U而變化，機(jī)械特性硬度不變

（2）U=UN、If≠IfN、Rj=0增大勵(lì)磁回路電阻rΩ，磁通φ減小，則

增大，增大，機(jī)械特性變軟（3）U≠UN、If=IfN、Rj=0變端電壓U，不（2）U=UN、If≠36二、串勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性串勵(lì)電動機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，故有電流If=IaEaI（1）當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，磁路不飽和，Φ∝Ia（C1為比例常數(shù)）或結(jié)論：串勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性為一雙曲線（2）當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，磁路飽和，Φ≈常數(shù)，機(jī)械特性同并勵(lì)機(jī)二、串勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性串勵(lì)電動機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，37當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小時(shí)，T也很小，n會達(dá)到危險(xiǎn)的高度，所以串勵(lì)電動機(jī)不允許空載起動和運(yùn)行同樣大的起動電流時(shí)，串勵(lì)電動機(jī)能產(chǎn)生更大的起動轉(zhuǎn)矩，常用于起動較為困難的場合串勵(lì)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩增大時(shí)轉(zhuǎn)速在減少，功率增加緩慢，故轉(zhuǎn)矩過載能力較強(qiáng)串勵(lì)電動機(jī)的特點(diǎn)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小時(shí)，T也很小，n會達(dá)到危險(xiǎn)的高度，所以串勵(lì)電動38三、復(fù)勵(lì)電動機(jī)機(jī)械特性復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組。其機(jī)械特性介于并勵(lì)和串勵(lì)電動機(jī)之間如果并勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則特性接近并勵(lì)電動機(jī)。如果串勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則接近串勵(lì)電動機(jī)復(fù)勵(lì)電動機(jī)空載時(shí)，由于有并勵(lì)繞組接通，所以起空載轉(zhuǎn)速不會太高并勵(lì)積復(fù)勵(lì)串勵(lì)三、復(fù)勵(lì)電動機(jī)機(jī)械特性復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組3919.3.4直流電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行的概念：原運(yùn)行于某一狀態(tài)的機(jī)組，由于受到外界某種短時(shí)擾動而使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，當(dāng)擾動消失后，機(jī)組能恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速，稱機(jī)組能穩(wěn)定運(yùn)行，否則為不穩(wěn)定運(yùn)行。分析：A點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，B點(diǎn)不是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件:19.3.4直流電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行的概念：原運(yùn)行4019.4直流電機(jī)的換向概念：旋轉(zhuǎn)電樞元件從一條支路經(jīng)過電刷進(jìn)入另一條支路時(shí)，元件中電流的方向改變的過渡過程稱為換向過程

一、換向過程分析

121212后刷邊前刷邊一個(gè)元件換向過程所需的時(shí)間就是稱為換向周期Tk，即一個(gè)換向片通過電刷所用的時(shí)間。（Tk=0.0005～0.02秒）。

19.4直流電機(jī)的換向概念：旋轉(zhuǎn)電樞元件從一條支路經(jīng)過電41二、換向元件中的電勢2．旋轉(zhuǎn)電勢（切割電勢）（包含電樞反應(yīng)電勢ea）1．電抗電勢換向區(qū)有磁場存在，會產(chǎn)生切割電勢。這一磁場可能由主極、換向極及電樞反應(yīng)磁勢所建立?！獡Q向元件的匝數(shù)—換向元件邊的有效長度—電樞表面的線速度電流的變化會在繞組元件中產(chǎn)生自感和互感電勢,兩者的合成電勢稱為電抗電勢電抗電勢總是阻礙線圈中電流的變化,與＋ia同向—換向周期—換向片數(shù)二、換向元件中的電勢2．旋轉(zhuǎn)電勢（切割電勢）（包含電樞反應(yīng)電42三、電刷下產(chǎn)生火花的電磁原因如果換向元件中電動勢為零，則元件換向時(shí)不會出現(xiàn)環(huán)流，其中電流變化曲線iL＝f(t)為一條直線，稱直線換向換向元件中有電動勢ea＋er時(shí)，產(chǎn)生附加換向電流Σe＝0時(shí)，iK＝0，總的換向電流為iK＋iL＝iL(直線換向)，是一種理想的換向情況，不會產(chǎn)生火花Σe>0時(shí)，iK>

0，總的換向電流為iK＋iL>iL，——延時(shí)換向在后刷端可能產(chǎn)生火花Σe<0時(shí)，iK<

0，總的換向電流為iK＋iL<iL，——超前換向在前刷端可能產(chǎn)生火花延時(shí)換向超前換向直線換向iL三、電刷下產(chǎn)生火花的電磁原因如果換向元件中電動勢為零，則元件43四、改善換向的方法裝換向極：在換向元件處產(chǎn)生一個(gè)磁勢以抵消該處的電樞反應(yīng)磁勢。（換向極繞組一般與電樞繞組串聯(lián)）換向極的磁場方向應(yīng)該與電樞反應(yīng)的磁場方向相反發(fā)電機(jī)中，換向極的極性與換向元件邊即將進(jìn)入的主磁極的極性相同電動機(jī)中，換向極的極性與換向元件邊剛離開的主磁極的極性相同注：為了充分發(fā)揮換向極的作用，換向極的磁路均設(shè)計(jì)為不飽和換向極主磁極發(fā)電機(jī)n電動機(jī)n四、改善換向的方法裝換向極：在換向元件處產(chǎn)生一個(gè)磁勢以抵消該44主極磁場電樞磁場合成磁場合成磁場NSNS主極磁場電樞磁場45移動電刷位置：對于無換向極的小型直流電機(jī)，把電刷從幾何中性線移開一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌?，利用主極磁場來代替換向極的磁場。+++++++++++++發(fā)電機(jī)中，電刷應(yīng)自幾何中性線順著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動一適當(dāng)角度極性確定電動機(jī)中，電刷應(yīng)自幾何中性線逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動一適當(dāng)角度移動電刷的缺點(diǎn):移動電刷產(chǎn)生去磁的直軸電樞反應(yīng)，使發(fā)電機(jī)的電勢降低，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速增高（可能出現(xiàn)不穩(wěn)定）由于電抗電勢er隨負(fù)載變化，因此電刷的位置需要不斷的調(diào)整（實(shí)際操作很難做到）物理中性線移動電刷位置：對于無換向極的小型直流電機(jī)，把電刷從幾何中性線46裝補(bǔ)償繞組：產(chǎn)生抵消電樞反應(yīng)的磁勢，與電樞繞組串聯(lián)（能有效的消除環(huán)火）

選用合適的電刷：電刷對換向有很大的影響。選用電刷是一個(gè)重要而復(fù)雜的問題裝補(bǔ)償繞組一般換向不困難的中、小型電機(jī)，常采用石墨電刷；換向比較困難的電機(jī)常采用碳－石墨電刷；低壓大電流電機(jī)則常采用接觸壓降較小的青銅－石墨電刷或紫銅－石墨電刷；對換向困難大型電機(jī)，要根據(jù)長期試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來選定裝補(bǔ)償繞組：產(chǎn)生抵消電樞反應(yīng)的磁勢，與電樞繞組串聯(lián)（能有效的4719.5直流電動的起動、制動與調(diào)速19.5.1直流電動機(jī)的起動起動過程：電動機(jī)接到規(guī)定電源后，轉(zhuǎn)速從0上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程直流電動機(jī)起動的基本要求：足夠大的起動轉(zhuǎn)矩起動電流限制在一定范圍內(nèi)起動時(shí)間短，符合生產(chǎn)技術(shù)要求起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠19.5直流電動的起動、制動與調(diào)速19.5.1直流電動48直流電動機(jī)的起動方法一、直接起動將直流電動機(jī)直接接到額定電壓的電源起動電機(jī)起動瞬間，n＝0，Ea＝CeΦn＝0起動電流起動轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)：不需要起動設(shè)備，操作簡單，起動轉(zhuǎn)矩大，但起動電流很大，可達(dá)（10～20）INM直流電動機(jī)的起動方法一、直接起動將直流電動機(jī)直接接到額定電49二、電樞電路串變阻器起動M在起動過程中，在電樞回路中串接可變電阻（稱為起動電阻），起到限制起動電流目的為了在起動過程中始終保持足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，一般將起動器設(shè)計(jì)為多級，隨著轉(zhuǎn)速n的增大，串在電樞回路的起動電阻Rst逐級切除，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后全部切除特點(diǎn)：所需起動設(shè)備不多，操作簡單，在中、小型電機(jī)中廣泛采用。但容量大時(shí)，起動電阻器十分笨重，且能耗大，不經(jīng)濟(jì)二、電樞電路串變阻器起動M在起動過程中，在電樞回路中串接可變50三、降壓起動對于他勵(lì)直流電動機(jī)，可以采用專門設(shè)備降低電樞回路的電壓以減小起動電流特點(diǎn)：起動電流小，起動消耗能耗也較小，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)升速。但降壓起動需要專用可變電源，設(shè)備投大。三、降壓起動對于他勵(lì)直流電動機(jī)，可以采用專門設(shè)備降低電樞回路5119.5.2直流電動機(jī)的制動制動：在電動機(jī)軸上施加一個(gè)與轉(zhuǎn)速方向相反的轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)盡快停車或由高速降為低速直流電機(jī)的電磁制動類型：能耗制動、反接制動和回饋制動實(shí)現(xiàn)制動有兩種方法，機(jī)械制動和電磁制動。

電磁制動是使電機(jī)在制動時(shí)使電機(jī)產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩,其特點(diǎn)是制動轉(zhuǎn)矩大,操作控制方便19.5.2直流電動機(jī)的制動制動：在電動機(jī)軸上施加一個(gè)與轉(zhuǎn)52一、能耗制動制動時(shí)，保持勵(lì)磁電流不變，將電樞電流從電網(wǎng)斷開，并立即將它接在限流電阻R上。在這一瞬間，U＝0，而Φ、n、Ea數(shù)值不變，電樞電流為電流的反向，產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，來實(shí)現(xiàn)制動機(jī)組的動能全部變成電能消耗在限流電阻R和機(jī)組自身的損耗上，直到停轉(zhuǎn)，所以稱為能耗制動一、能耗制動制動時(shí)，保持勵(lì)磁電流不變，將電樞電流從電網(wǎng)斷53二、反接制動1、電樞反接制動制動時(shí)，保持勵(lì)磁電流不變，將電樞電流從電網(wǎng)斷開，立即將它通過限流電阻R反接到電網(wǎng)上在這一瞬間，U＝-UN，而Φ、n、Ea數(shù)值不變，電樞電流為電流的反向，產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，來實(shí)現(xiàn)制動二、反接制動1、電樞反接制動制動時(shí)，保持勵(lì)磁電流不變，將電542、倒拉反轉(zhuǎn)制動電動機(jī)接線不變的情況下，外力使電機(jī)反轉(zhuǎn)，例如起重機(jī)放重物時(shí)由于電機(jī)反轉(zhuǎn)，電勢方向改變，電樞電流為正向的電磁轉(zhuǎn)矩對反轉(zhuǎn)的電機(jī)實(shí)現(xiàn)電磁制動2、倒拉反轉(zhuǎn)制動電動機(jī)接線不變的情況下，外力使電機(jī)反轉(zhuǎn)，例如55三、回饋制動電動機(jī)在運(yùn)行過程中，由于某種原因是電機(jī)轉(zhuǎn)速n>n0時(shí)，Ea>U，電樞電流為電流的反向，產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩，來實(shí)現(xiàn)制動，在此過程中，電機(jī)發(fā)出電能回饋給電網(wǎng)，故稱回饋制動三、回饋制動電動機(jī)在運(yùn)行過程中，由于某種原因是電機(jī)轉(zhuǎn)速n>5619.5.3直流電動機(jī)的調(diào)速調(diào)速：在人為的改變電動機(jī)的機(jī)械特性，得到不同的運(yùn)行速度(2)改變電樞端電壓U調(diào)速并勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性直流電動機(jī)的調(diào)速有三種:(3)改變勵(lì)磁電流（即改變磁通Φ）調(diào)速(1)電樞回路串電阻Rj調(diào)速三種調(diào)速方法實(shí)質(zhì)上都是改變了電動機(jī)的機(jī)械特性，使之與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)改變，達(dá)到調(diào)速的目的19.5.3直流電動機(jī)的調(diào)速調(diào)速：在人為的改變電動機(jī)的機(jī)械57調(diào)節(jié)電阻Rj增大時(shí)，電動機(jī)機(jī)械特性的斜率增大，與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)也會改變，達(dá)到調(diào)速目的

(1)電樞回路串電阻Rj調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、操作簡單缺點(diǎn)：只能降速，低轉(zhuǎn)速時(shí)變化率較大，電樞電流較大，不易連續(xù)調(diào)速，有損耗。調(diào)節(jié)電阻Rj增大時(shí)，電動機(jī)機(jī)械特性的斜率增大，與負(fù)載機(jī)械特性58(2)改變電樞端電壓U調(diào)速改變電樞電壓時(shí)，電動機(jī)機(jī)械特性平行移動。負(fù)載不變時(shí)，交點(diǎn)也移動，速度也隨之改變

優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速后，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性不變、無級、平滑、損耗小。缺點(diǎn)：需要專用電壓，設(shè)備投資大。（可控硅調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)）(2)改變電樞端電壓U調(diào)速改變電樞電壓時(shí)，電動機(jī)機(jī)械特性平行59(3)改變勵(lì)磁電流（即改變磁通Φ）調(diào)速減少勵(lì)磁電流時(shí)，磁通Φ減少，電動機(jī)機(jī)械特性n0點(diǎn)和斜率增大。負(fù)載不變時(shí)，交點(diǎn)也下移，速度也隨之改變

優(yōu)點(diǎn)：勵(lì)磁回路電流小(1~3)%IN,損耗小，連續(xù)調(diào)速，易控制缺點(diǎn)：只能上調(diào)(3)改變勵(lì)磁電流（即改變磁通Φ）調(diào)速減少勵(lì)磁電流時(shí)，磁通Φ60謝謝！謝謝！61第十九章直流電機(jī)的基本方程式和運(yùn)行特性19.1直流發(fā)電機(jī)的基本方程式+-EaRfΦIIaIfT1TT0nU并勵(lì)發(fā)電機(jī)正方向：按發(fā)電機(jī)慣例規(guī)定電樞電流Ia和電樞電動勢Ea方向一致T1（原動機(jī)輸入驅(qū)動轉(zhuǎn)矩）與轉(zhuǎn)速n同向；電磁轉(zhuǎn)矩T和n反向，為制動轉(zhuǎn)矩PM=EaIa=TΩ，將軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率第十九章直流電機(jī)的基本方程式和運(yùn)行特性19.1直流發(fā)電6219.1.1電勢平衡方程式電勢方程:式中:－電樞電阻－勵(lì)磁回路總電阻－勵(lì)磁繞組電阻－勵(lì)磁繞組調(diào)節(jié)電阻注：發(fā)電機(jī)中必有Ea>U－電刷接觸壓降+-EaRfΦIIaIfT1TT0nU并勵(lì)發(fā)電機(jī)rΩ19.1.1電勢平衡方程式電勢方程:式中:－電樞電阻－勵(lì)磁6319.1.2轉(zhuǎn)矩平衡方程式T1－轉(zhuǎn)軸上輸入的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T0－阻力轉(zhuǎn)矩（如摩擦，鐵耗，風(fēng)阻等）T－電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩方程式+-EaRfΦIIaIfT1TT0nU并勵(lì)發(fā)電機(jī)19.1.2轉(zhuǎn)矩平衡方程式T1－轉(zhuǎn)軸上輸入的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T6419.1.3直流發(fā)電機(jī)的損耗、功率平衡方程式原動機(jī)輸入功率電磁功率19.1.3直流發(fā)電機(jī)的損耗、功率平衡方程式原動機(jī)輸入功率電65機(jī)械損耗pm：軸與軸承摩擦、電刷與換向器摩擦、通風(fēng)損耗等。這些損耗主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，基本為常量。電機(jī)損耗鐵心損耗pFe:電樞鐵心中磁場交變，會產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。鐵耗近似與磁密的平方及轉(zhuǎn)速的1.2～1.5次方成正比。勵(lì)磁損耗pCuf:pCuf=UfIf=If2Rfpm+pFe+pad統(tǒng)稱為空載損耗(不變損耗)。附加損耗（也稱雜散損耗）pad:齒槽引起磁場脈動引起的鐵耗，一些機(jī)械部件切割磁通產(chǎn)生的鐵耗等pad=(0.5～1)%P2機(jī)械損耗pm：軸與軸承摩擦、電刷與換向器摩擦、通風(fēng)損耗等。這66直流發(fā)電機(jī)功率流程圖發(fā)電機(jī)效率注：額定負(fù)載時(shí)，直流發(fā)電機(jī)的效率與容量有關(guān)。10kW以下的小電機(jī)，效率為75％～88.5％；10～100kW的電機(jī)，效率為85％～90％；100～1000kW的電機(jī)效率為88％～93％其中負(fù)載損耗：電樞回路電阻損耗pCua=Ia2Ra;電刷接觸壓降損耗（可變損耗）直流發(fā)電機(jī)功率流程圖發(fā)電機(jī)效率注：額定負(fù)載時(shí)，直流發(fā)電機(jī)的效67例一臺四極并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=6kW,UN=230V,nN=1450r/min,電樞回路電阻ra=0.92Ω,勵(lì)磁回路的電阻Rf=177Ω,2ΔU=2V，損耗pFe＋pm＝295W。試求額定負(fù)載下的電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩及效率（雜散損耗取輸出功率的1％）。解：額定電流勵(lì)磁電流額定負(fù)載時(shí)的電樞電流額定負(fù)載時(shí)的電樞電勢例一臺四極并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN=6kW,UN=68額定運(yùn)行時(shí)的電磁功率電磁轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的輸入功率效率額定運(yùn)行時(shí)的電磁功率電磁轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載時(shí)發(fā)電機(jī)的輸入功率效率6919.2直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由原動機(jī)轉(zhuǎn)帶動，保證其恒速運(yùn)行，一般認(rèn)為轉(zhuǎn)速恒定表征其運(yùn)行狀態(tài)的物理量主要有：發(fā)電機(jī)的端電壓U、負(fù)載電流I和勵(lì)磁電流If當(dāng)發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，3個(gè)物理量中1個(gè)保持不變，另外2個(gè)之間的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性①負(fù)載特性②外特性③調(diào)節(jié)特性n＝常數(shù)、I＝常數(shù)時(shí)，U=f(If)的關(guān)系。其中，當(dāng)I＝0時(shí)的特性U0=f(If)稱為發(fā)電機(jī)的空載特性n＝常數(shù)、If＝常數(shù)（并勵(lì)時(shí)Rf＝常數(shù)）時(shí)，U=f(I)的關(guān)系n＝常數(shù)、U＝常數(shù)時(shí)，If=f(I)的關(guān)系19.2直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由原動機(jī)轉(zhuǎn)帶動7019.2.1它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性定義：n=常數(shù)，I=0時(shí)，U0=f(If)的關(guān)系結(jié)論：經(jīng)過一定比例轉(zhuǎn)換后，開路特性U0=f(If)與電機(jī)的磁化曲線Φ=f(Ff)形狀完全相同。一般電機(jī)的工作點(diǎn)位于開路特性上曲線開始彎曲的膝點(diǎn)附近。據(jù)此可以判斷電機(jī)的飽和程度。

+-EarfΦIIfUVA改變勵(lì)磁電流If以改變主磁通Φ的大小，可得到不同的空載電勢Ea值。繪制U0＝f(If)曲線—空載特性曲線氣隙線Uf19.2.1它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性定義：n=常數(shù)，I=07119.2.2它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性定義：n=常數(shù)，If=常數(shù)時(shí)，U=f(I)的關(guān)系保證If=常數(shù)，改變負(fù)載（負(fù)載電流I）的大小，測得到不同的端電壓U值。繪制U＝f(I)曲線—外特性曲線結(jié)論：外特性U=f(I)是略微下垂的曲線電壓調(diào)整率：從空載到滿載電壓變化的程度注：一般他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)ΔU=（5~10）%,可認(rèn)為是恒壓源19.2.2它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性定義：n=常數(shù)，If=常72他勵(lì)發(fā)電機(jī)端電壓下降的原因1、電樞電流Ia增加，引起電樞壓降IaRa增大2、發(fā)電機(jī)負(fù)載增加，由于電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通減少，導(dǎo)致電勢Ea下降分析根據(jù)公式他勵(lì)發(fā)電機(jī)端電壓下降的原因1、電樞電流Ia增加，引起電樞壓降7319.2.3它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性定義：n=常數(shù)，U=UN，If=f(I)的關(guān)系保證U=UN，改變負(fù)載（負(fù)載電流I）的大小，測得到不同的勵(lì)磁電流If值。繪制If＝f(I)曲線—調(diào)節(jié)特性曲線結(jié)論：調(diào)節(jié)特性If=f(I)是上翹的曲線19.2.3它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性定義：n=常數(shù)，U=U74當(dāng)電壓上升到P點(diǎn)時(shí)，If將穩(wěn)定19.2.4并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和特性EarfIIaIfrΩ自勵(lì)：勵(lì)磁繞阻并聯(lián)于電樞繞組兩端，由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供勵(lì)磁，而發(fā)電機(jī)的端電壓又必須在有了勵(lì)磁電流后才能產(chǎn)生，所以并勵(lì)發(fā)電機(jī)由初始的U=0到正常運(yùn)行時(shí)U為一定值，有一個(gè)自己建立電壓的過程(自勵(lì)過程)。

Φ自勵(lì)同時(shí)受到空載特性和勵(lì)磁回路方程的限制當(dāng)電壓上升到P點(diǎn)時(shí)，If將穩(wěn)定19.2.4并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的75并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件1、電機(jī)中應(yīng)有剩磁2、勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接與電樞的方向必須正確配合，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方向一致3、勵(lì)磁回路電阻小于與電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速相應(yīng)的臨界電阻。（對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速有不同的臨界電阻）臨界電阻不正確配合U=-IfRf并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件1、電機(jī)中應(yīng)有剩磁2、勵(lì)磁繞組與電樞繞組76并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性定義：n=常數(shù)，Rf=常數(shù)時(shí)，U=f(I)的關(guān)系保證Rf=常數(shù)，改變負(fù)載（負(fù)載電流I）的大小，測得不同的端電壓U值。繪制U＝f(I)曲線—外特性曲線它勵(lì)并勵(lì)并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性定義：n=常數(shù)，Rf=常數(shù)時(shí)，U=f(I)7719.2.5復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)EaIIIf復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)同時(shí)存在兩種勵(lì)磁繞組即串勵(lì)和并勵(lì)繞組如果串勵(lì)與并勵(lì)繞組的磁勢方向相同，則稱為加復(fù)勵(lì)（積復(fù)勵(lì)）；如果串勵(lì)與并勵(lì)繞組的磁勢方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)一般來說，并勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，串勵(lì)繞組起調(diào)節(jié)性能的作用用的較多的是積復(fù)勵(lì)a19.2.5復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)EaIIIf復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)同時(shí)78復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性并勵(lì)欠復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì)過復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)對積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)來說串勵(lì)磁勢起增磁作用即升壓作用，而電阻壓降和電樞反應(yīng)的去磁作用起降壓作用，二者的相對影響力會決定發(fā)電機(jī)的外特性如果串勵(lì)繞組作用較大，即在額定電流時(shí)端電壓超過空載電壓，則為過復(fù)勵(lì)如果串勵(lì)繞組的作用不足，即在額定電流時(shí)端電壓小于空載電壓，則為欠復(fù)勵(lì)如果串勵(lì)繞組的作用適當(dāng)，即在額定電流時(shí)端電壓等于空載電壓則為平復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的串勵(lì)繞組為一個(gè)去磁磁勢，負(fù)載增大時(shí)端電壓迅速下降復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性并勵(lì)欠復(fù)勵(lì)平復(fù)勵(lì)過復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)對積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)7919.3直流電動機(jī)正方向：按電動機(jī)慣例規(guī)定電流I和端電壓U方向一致電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n同向，為拖動轉(zhuǎn)矩；輸出轉(zhuǎn)矩T2及空載轉(zhuǎn)矩T0和轉(zhuǎn)速n反向，為制動轉(zhuǎn)矩PM=EaIa=TΩ，將電樞回路的電功率轉(zhuǎn)換成軸上輸入的機(jī)械功率+-EarfΦIIaIfTT2T0nU電樞電流Ia和電樞電動勢Ea方向相反，是反電勢rΩ19.3直流電動機(jī)正方向：按電動機(jī)慣例規(guī)定電流I和端電壓8019.3.1直流電動機(jī)的基本方程式一、電動勢平衡方程式電勢方程式式中－電樞電阻－勵(lì)磁回路總電阻－勵(lì)磁繞組電阻－勵(lì)磁繞組調(diào)節(jié)電阻注：電動機(jī)中必有U>Ea－電刷接觸壓降+-EarfΦIIaIfTT2T0nUrΩ19.3.1直流電動機(jī)的基本方程式一、電動勢平衡方程式電勢81二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式T2－轉(zhuǎn)軸上輸出的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T0－阻力轉(zhuǎn)矩（如摩擦，鐵耗，風(fēng)阻等）T－電磁轉(zhuǎn)矩（拖動轉(zhuǎn)矩）轉(zhuǎn)矩方程式TL－總負(fù)載轉(zhuǎn)矩+-EarfΦIIaIfTT2T0nUrΩ二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式T2－轉(zhuǎn)軸上輸出的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T0－阻力82三、功率平衡方程式直流電動機(jī)功率流程圖電動機(jī)效率注：額定負(fù)載時(shí)，直流電動機(jī)的效率與容量有關(guān)。10kW以下的小電機(jī)，效率為75％～88.5％；10～100kW的電機(jī)，效率為85％～90％；100～1000kW的電機(jī)效率為88％～93％其中三、功率平衡方程式直流電動機(jī)功率流程圖電動機(jī)效率注：額定負(fù)載83例一臺四極它勵(lì)直流電動機(jī)，電樞采用單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N＝372，電樞回路總電阻Ra=0.208Ω(包含電刷的接觸電阻)。此電機(jī)運(yùn)行在電源電壓U=220V,電機(jī)轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，氣隙每極磁通Φ＝0.011Wb的條件下，此時(shí)電機(jī)的鐵耗pFe＝362W，機(jī)械損耗pm＝204W，忽略附加損耗。問：（1）該電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是多少？（2）輸入功率和效率各是多少？解：電樞電流（1）電磁功率電樞電動勢電磁轉(zhuǎn)矩例一臺四極它勵(lì)直流電動機(jī)，電樞采用單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N＝84輸出功率總損耗效率（2）輸入功率輸出功率總損耗效率（2）輸入功率8519.3.2直流電動機(jī)的工作特性工作特性：直流電動機(jī)外加電壓U＝UN=常數(shù)，電樞回路不串入外加電阻，勵(lì)磁電流If＝常數(shù)時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T、和效率η與輸出功率P2之間的關(guān)系曲線，即n＝f(P2)，T=f(P2)，η=f(P2)一、并勵(lì)電動機(jī)的工作特性并勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)、If＝IfN＝常數(shù)條件下，改變電動機(jī)的負(fù)載，測得不同負(fù)載下的轉(zhuǎn)速n、負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2和輸出功率P2，繪制特性曲線。注：額定勵(lì)磁電流IfN

是指：電機(jī)輸出功率為額定值PN，轉(zhuǎn)速為額定值nN時(shí)對應(yīng)的勵(lì)磁電流。19.3.2直流電動機(jī)的工作特性工作特性：直流電動機(jī)外加電861、轉(zhuǎn)速特性n=f(P2)和理想空載轉(zhuǎn)速n0—理想空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速變化率：空載到滿載時(shí)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化程度。并勵(lì)直流電動機(jī)的Δn＝3～8％，基本可認(rèn)為是一種恒速電機(jī)。根據(jù)1、轉(zhuǎn)速特性n=f(P2)和理想空載轉(zhuǎn)速n0—理想空載轉(zhuǎn)速87一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低。由于電阻Ra的值很小，所以轉(zhuǎn)速下降比較平緩。n=f(P2)是一條較平的下降曲線（硬特性）。影響轉(zhuǎn)速n的因素：（1）電流Ia增大時(shí)電樞電阻壓降IaRa也增大，使轉(zhuǎn)速趨于下降（2）電流增大時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用使得磁通Φ下降，使轉(zhuǎn)速趨于上升。并勵(lì)電動機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁回路開路時(shí)，If＝0（φ≈0），電機(jī)轉(zhuǎn)速將會達(dá)到很高的數(shù)值，以致?lián)p壞電機(jī)的轉(zhuǎn)子。故并勵(lì)電動機(jī)不允許失磁一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低。882、轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡方程輸出轉(zhuǎn)矩若n不變，則T2=f(P2)為過原點(diǎn)的直線并勵(lì)電動機(jī)中，P2增加時(shí)n略為下降,T2=f(P2)為略為上翹曲線因n變化不大，則T0可認(rèn)為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)也為一條略為上翹曲線2、轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡方程輸出轉(zhuǎn)矩若n不變，893、效率特性η=f(P2)并勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)、If＝IfN＝常數(shù)條件下，η＝f（P2）的關(guān)系曲線3、效率特性η=f(P2)并勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)、90二、串勵(lì)電動機(jī)的工作特性串勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)條件下，改變電動機(jī)的負(fù)載，測得不同負(fù)載下的轉(zhuǎn)速n、負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2和輸出功率P2或Ia，繪制n、T、η與P2或Ia的關(guān)系曲線。

串勵(lì)電機(jī)勵(lì)磁電流If等于電樞電流二、串勵(lì)電動機(jī)的工作特性串勵(lì)電動機(jī)保持U＝UN=常數(shù)條件下91其中—為時(shí)的轉(zhuǎn)速1、轉(zhuǎn)速特性n=f(P2)假設(shè)磁路不飽和，有轉(zhuǎn)速特性影響轉(zhuǎn)速n的因素：（1）電流Ia增大時(shí)電樞電阻壓降IaRa也增大，使轉(zhuǎn)速趨于下降（2）電流Ia＝If增大，磁通Φ相應(yīng)的增大，轉(zhuǎn)速將迅速下降。串勵(lì)電動機(jī)，在輕載時(shí)（P2很?。?，Ia＝If很小，磁通Φ也很小，轉(zhuǎn)速將很高，以致達(dá)到危險(xiǎn)的高度，這種現(xiàn)象稱“飛車”轉(zhuǎn)速變化率：其中—為時(shí)的轉(zhuǎn)速1、轉(zhuǎn)速特922、轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)輸出轉(zhuǎn)矩由于轉(zhuǎn)速n隨P2的增加而迅速下降，因此T2隨P2的增大而迅速上升，T2=f(P2)為迅速上翹曲線3、效率特性η=f(P2)2、轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2)輸出轉(zhuǎn)矩由于轉(zhuǎn)速n隨P2的增加而迅93三、復(fù)勵(lì)電動機(jī)的工作特性復(fù)勵(lì)電動機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組，兩種繞組的比例不同，就得到不同的特性1、并勵(lì)電動機(jī)3、串勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動機(jī)2、并勵(lì)為主的復(fù)勵(lì)電動機(jī)4、串勵(lì)電動機(jī)5、差復(fù)勵(lì)電動機(jī)三、復(fù)勵(lì)電動機(jī)的工作特性復(fù)勵(lì)電動機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組，9419.3.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性：n=f(T)是指U=UN=常數(shù)，If=IfN=常數(shù)，電樞回路和勵(lì)磁回路沒有串接外加電阻條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n兩個(gè)機(jī)械量之間的函數(shù)關(guān)系一、并勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性式中—理想空載轉(zhuǎn)速—機(jī)械特性的斜率EaIaIIf19.3.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性：n=f(T)是指95機(jī)械特性1、自然機(jī)械特性U=UN、If＝IfN、Rj=0由于Ra很小，并勵(lì)電動機(jī)的固有機(jī)械特性是一條比較平的下降曲線。（硬特性）此時(shí)2、人工機(jī)械特性（1）U=UN、If＝IfN、Rj≠0n0不變，k隨Rj增大而增大，斜率增大，機(jī)械特性變軟機(jī)械特性1、自然機(jī)械特性U=UN、If＝IfN、Rj=0由于96變端電壓U，不變，隨U而變化，機(jī)械特性硬度不變

（2）U=UN、If≠IfN、Rj=0增大勵(lì)磁回路電阻rΩ，磁通φ減小，則

增大，增大，機(jī)械特性變軟（3）U≠UN、If=IfN、Rj=0變端電壓U，不（2）U=UN、If≠97二、串勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性串勵(lì)電動機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，故有電流If=IaEaI（1）當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，磁路不飽和，Φ∝Ia（C1為比例常數(shù)）或結(jié)論：串勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性為一雙曲線（2）當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，磁路飽和，Φ≈常數(shù)，機(jī)械特性同并勵(lì)機(jī)二、串勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性串勵(lì)電動機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，98當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小時(shí)，T也很小，n會達(dá)到危險(xiǎn)的高度，所以串勵(lì)電動機(jī)不允許空載起動和運(yùn)行同樣大的起動電流時(shí)，串勵(lì)電動機(jī)能產(chǎn)生更大的起動轉(zhuǎn)矩，常用于起動較為困難的場合串勵(lì)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩增大時(shí)轉(zhuǎn)速在減少，功率增加緩慢，故轉(zhuǎn)矩過載能力較強(qiáng)串勵(lì)電動機(jī)的特點(diǎn)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小時(shí)，T也很小，n會達(dá)到危險(xiǎn)的高度，所以串勵(lì)電動99三、復(fù)勵(lì)電動機(jī)機(jī)械特性復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組。其機(jī)械特性介于并勵(lì)和串勵(lì)電動機(jī)之間如果并勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則特性接近并勵(lì)電動機(jī)。如果串勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則接近串勵(lì)電動機(jī)復(fù)勵(lì)電動機(jī)空載時(shí)，由于有并勵(lì)繞組接通，所以起空載轉(zhuǎn)速不會太高并勵(lì)積復(fù)勵(lì)串勵(lì)三、復(fù)勵(lì)電動機(jī)機(jī)械特性復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組10019.3.4直流電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行的概念：原運(yùn)行于某一狀態(tài)的機(jī)組，由于受到外界某種短時(shí)擾動而使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，當(dāng)擾動消失后，機(jī)組能恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速，稱機(jī)組能穩(wěn)定運(yùn)行，否則為不穩(wěn)定運(yùn)行。分析：A點(diǎn)是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，B點(diǎn)不是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件:19.3.4直流電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行條件穩(wěn)定運(yùn)行的概念：原運(yùn)行10119.4直流電機(jī)的換向概念：旋轉(zhuǎn)電樞元件從一條支路經(jīng)過電刷進(jìn)入另一條支路時(shí)，元件中電流的方向改變的過渡過程稱為換向過程

一、換向過程分析

121212后刷邊前刷邊一個(gè)元件換向過程所需的時(shí)間就是稱為換向周期Tk，即一個(gè)換向片通過電刷所用的時(shí)間。（Tk=0.0005～0.02秒）。

19.4直流電機(jī)的換向概念：旋轉(zhuǎn)電樞元件從一條支路經(jīng)過電102二、換向元件中的電勢2．旋轉(zhuǎn)電勢（切割電勢）（包含電樞反應(yīng)電勢ea）1．電抗電勢換向區(qū)有磁場存在，會產(chǎn)生切割電勢。這一磁場可能由主極、換向極及電樞反應(yīng)磁勢所建立?！獡Q向元件的匝數(shù)—換向元件邊的有效長度—電樞表面的線速度電流的變化會在繞組元件中產(chǎn)生自感和互感電勢,兩者的合成電勢稱為電抗電勢電抗電勢總是阻礙線圈中電流的變化,與＋ia同向—換向周期—換向片數(shù)二、換向元件中的電勢2．旋轉(zhuǎn)電勢（切割電勢）（包含電樞反應(yīng)電103三、電刷下產(chǎn)生火花的電磁原因如果換向元件中電動勢為零，則元件換向時(shí)不會出現(xiàn)環(huán)流，其中電流變化曲線iL＝f(t)為一條直線，稱直線換向換向元件中有電動勢ea＋er時(shí)，產(chǎn)生附加換向電流Σe＝0時(shí)，iK＝0，總的換向電流為iK＋iL＝iL(直線換向)，是一種理想的換向情況，不會產(chǎn)生火花Σe>0時(shí)，iK>

0，總的換向電流為iK＋iL>iL，——延時(shí)換向在后刷端可能產(chǎn)生火花Σe<0時(shí)，iK<

0，總的換向電流為iK＋iL<iL，——超前換向在前刷端可能產(chǎn)生火花延時(shí)換向超前換向直線換向iL三、電刷下產(chǎn)生火花的電磁原因如果換向元件中電動勢為零，則元件104四、改善換向的方法裝換向極：在換向元件處產(chǎn)生一個(gè)磁勢以抵消該處的電樞反應(yīng)磁勢。（換向極繞組一般與電樞繞組串聯(lián)）換向極的磁場方向應(yīng)該與電樞反應(yīng)的磁場方向相反發(fā)電機(jī)中，換向極的極性與換向元件邊即將進(jìn)入的主磁極的極性相同電動機(jī)中，換向極的極性與換向元件邊剛離開的主磁極的極性相同注：為了充分發(fā)揮換向極的作用，換向極的磁路均設(shè)計(jì)為不飽和換向極主磁極發(fā)電機(jī)n電動機(jī)n四、改善換向的方法裝換向極：在換向元件處產(chǎn)生一個(gè)磁勢以抵消該105主極磁場電樞磁場合成磁場合成磁場NSNS主極磁場電樞磁場106移動電刷位置：對于無換向極的小型直流電機(jī)，把電刷從幾何中性線移開一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌龋弥鳂O磁場來代替換向極的磁場。+++++++++++++發(fā)電機(jī)中，電刷應(yīng)自幾何中性線順著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動一適當(dāng)角度極性確定電動機(jī)中，電刷應(yīng)自幾何中性線逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動一適當(dāng)角度移動電刷的缺點(diǎn):移動電刷產(chǎn)生去磁的直軸電樞反應(yīng)，使發(fā)電機(jī)的電勢降低，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速增高（可能出現(xiàn)不穩(wěn)定）由于電抗電勢er隨負(fù)載變化，因此電刷的位置需要不斷的調(diào)整（實(shí)際操作很難做到）物理中性線移動電刷位置：對于無換向極的小型直流電機(jī)，把電刷從幾何中性線107裝補(bǔ)償繞組：產(chǎn)生抵消電樞反應(yīng)的磁勢，與電樞繞組串聯(lián)（能有效的消除環(huán)火）

選用合適的電刷：電刷對換向有很大的影響。選用電刷是一個(gè)重要而復(fù)雜的問題裝補(bǔ)償繞組一般換向不困難的中、小型電機(jī)，常采用石墨電刷；換向比較