2.5并勵直流發(fā)電機、直流電動機

并勵發(fā)電機的勵磁繞組是與電樞并聯(lián)的，要產(chǎn)生勵磁電流If，電樞兩端必須要有電壓，而在電壓建立起來之前，If=0,沒有勵磁電流，電樞兩端又不可能建立起電壓，因此有必要在分析并勵發(fā)電機的運行特性前，先討論一下它的電壓建立過程，也稱為“自勵過程”。2.5并勵直流發(fā)電機、直流電動機一、并勵直流發(fā)電機1、自勵過程2021/5/91設(shè)發(fā)電機由原動機拖動至額定轉(zhuǎn)速，由于電機有一定的剩磁，在發(fā)電機的端點將會有一個不大的剩磁電壓。這時把并勵繞組并接到電樞上去，便有電流流過勵磁繞組，產(chǎn)生一個勵磁磁動勢。勵磁磁動勢產(chǎn)生的磁場與剩磁同方向，使電機內(nèi)的磁場得到加強，從而使電機的端電壓升高。在這一較高端電壓的作用下，勵磁電流又進一步升高，如此反復(fù)作用，發(fā)電機的端電壓便“自勵”起來。2021/5/921-空載特性2-場阻線3-臨界場阻線的場阻線斜率，即可調(diào)節(jié)空載電壓的穩(wěn)定點。如果逐步增大電阻Rf（即增大磁場調(diào)節(jié)電阻Rpf），場阻線斜率增大，空載電壓穩(wěn)定點就沿空載特性向原點移動，空載電壓減??；當(dāng)場阻線與空載特性的直線部分相切時，兩線無固定的交點或交點很低，空載電壓為不穩(wěn)定，如圖中的直線3，這時對應(yīng)的勵磁回路的總電阻稱為臨界電阻。并勵發(fā)電機的空載穩(wěn)定電壓UO的大小決定于空載特性與場阻線的交點。因此調(diào)節(jié)勵磁回路中的電阻，也就是改變發(fā)電機的電壓能否穩(wěn)定在某一數(shù)值？2021/5/93自勵條件1）發(fā)電機的主磁極必須要有一定的剩磁。2）勵磁繞組與電樞的聯(lián)接要正確，使勵磁電流產(chǎn)生的磁場與剩磁同方向。3）勵磁回路的總電阻要小于臨界電阻。若在某一轉(zhuǎn)向下，勵磁繞組與電樞的聯(lián)接能使電機自勵，則改變轉(zhuǎn)向后，電機便不能自勵。這是因為發(fā)電機的轉(zhuǎn)向改變后，剩磁電壓的方向也隨之改變，由此產(chǎn)生的勵磁電流對剩磁起去磁作用。所以，所謂勵磁繞組與電樞的連接正確是對某一旋轉(zhuǎn)方向而言的。發(fā)電機應(yīng)按制造廠規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向運行。由于對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速，電機的空載特性位置不同，因此對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。如果保持勵磁回路的總電阻不變，發(fā)電機在高速時能自勵，而在低速時也許就不能自勵（為什么？）。2021/5/942、運行特性并勵發(fā)電機的空載特性和調(diào)節(jié)特性與他勵發(fā)電機無多大差別。只分析并勵發(fā)電機的外特性。定義：在n=nN、Rf=RfN=常數(shù)（注意：不是If=常數(shù)）時，U=f（I）的關(guān)系曲線。將電機拖到額定轉(zhuǎn)速，使電機自勵建立電壓，然后調(diào)節(jié)勵磁電流和負載電流，使電機達到額定運行狀態(tài)，即U=UN、I=IN,此時勵磁回路的總電阻即為RfN。保持RfN不變，求取不同負載時的端電壓，就可得到圖中曲線1所示的外特性曲線，圖中曲線2表示接成他勵時的外特性。2021/5/95比較兩條曲線，可以看出并勵發(fā)電機的外特性有兩個特點1）并勵發(fā)電機的電壓調(diào)整率較他勵時大，這時因為他勵發(fā)電機的勵磁電流If=IfN=常數(shù)，它不受端電壓變化的影響；而并勵發(fā)電機的勵磁電流卻隨電樞端電壓的降低而減小，這就使電樞電動勢進一步下降。因此并勵發(fā)電機的外特性比他勵時要下降得快一些。并勵發(fā)電機的電壓調(diào)整一般在20%左右。2）穩(wěn)態(tài)短路電流小，當(dāng)負載電阻短路時（R=0），電樞端電壓U=0，勵磁電流If也為零。這時電樞繞組中的電流由剩磁電動勢所產(chǎn)生。由于剩磁電動勢不大，所以穩(wěn)態(tài)短路電流也不大。UI2021/5/96并勵發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)短路電流雖然不大，若發(fā)生突然短路，則因為勵磁繞組有很大的電感，勵磁電流及其所建立的磁通不能立即消失，因此短路電流的最大值仍可達到額定電流的8-12倍，還是有損壞電機的危險。強調(diào)2021/5/97二、直流電動機1直流電機的可逆原理

以他勵電機為例說明可逆原理：把一臺他勵直流發(fā)電機并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運行保持電源電壓不變。

一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行，這就是直流電機的可逆原理。

減少原動機的輸出功率，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定程度時，使得，此時電樞電流為零，發(fā)電機輸出的電功率為零，原動機輸入的機械功率僅用來補償電機的空載損耗。

繼續(xù)降低原動機的轉(zhuǎn)速，將有，電樞電流反向，這時電網(wǎng)向電機輸入電功率，電機進入電動機狀態(tài)運行。

同理，上述的物理過程也可以反過來，電機從電動機狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機狀態(tài)。2021/5/982直流電動機按勵磁方式分類直流電動機的勵磁電流都是由外電源供給的，和直流發(fā)電機相似，勵磁方式不同也會使直流電動機的運行性能產(chǎn)生很大差異。按照勵磁方式的不同，直流電動機可分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵電動機。一）、他勵電動機電樞繞組和勵磁繞組分別由兩個獨立的電源供電。二）、并勵電動機勵磁繞組和電樞并聯(lián)，由同一電源供電。2021/5/99三）、串勵電動機勵磁繞組與電樞串聯(lián)后再接于直流電源，如圖所示。四）、復(fù)勵電動機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，它也分積復(fù)勵和差復(fù)勵兩類。差復(fù)勵電動機運行時轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，實際上不采用。2021/5/9103直流電動機的基本方程式（1）、電動勢平衡方程式直流電動機穩(wěn)定運行時，設(shè)電樞兩端外加電壓為U，電樞電流為Ia，電樞電動勢為Ea，則從電動機的工作原理可以知道，這時Ea與Ia是反向的，即Ea是個反電動勢。

U=Ea+IaR+2△Ub

式中R——電樞電路總電阻，R=Ra+Rpa，包括電樞電阻Ra和與電樞串聯(lián)的附加電阻Rpa。若以U、Ea、Ia的實際方向為正方向，則可列出直流電動機的電動勢平衡方程式：2021/5/911（2）、轉(zhuǎn)矩平衡方程式電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是個驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動機以恒定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與負載轉(zhuǎn)矩Tz及空載轉(zhuǎn)矩TO相平衡，即

Tem=TZ+TO可見，電動機軸上的輸出轉(zhuǎn)矩Td只是電磁轉(zhuǎn)矩的一部分，它與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，即：

Td=Tem-TO=TZ

2021/5/912(3)、并勵直流電動機功率平衡方程式直流電動機工作時，從電網(wǎng)吸取電功率P1，除去電樞回路的銅損耗pcua，電刷接觸損耗pcub及勵磁回路銅耗pcuf，其余部分便是轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功率的電磁功率Pem，所以直流電動機的電磁功率Pem也就是電樞所發(fā)出的全部機械功率Temω。從電的觀點來看，由于電動機的電樞電動勢是個反電動勢，它與Ia反向，所以EaIa表示電樞所吸收的電功率。因此和發(fā)電機一樣，電動機的電磁功率：

Pem=Temω=EaIa電磁功率并不能全部用來輸出，它必須補償機械損耗pΩ、鐵耗pFe和附加損耗ps，最后剩下的部分才是對外輸出的機械功率P2Pem=（PΩ+PFe+Ps）+P2=PO+P2

2021/5/913直流電動機的功率平衡方程式：

P1=UI=(Ea+IaRa+2△Ub)（Ia+If）=pcua+pcub+pcuf+Pem=（pcua+pcub+pCuf）+（pΩ+pFe+ps）+P2=Σp+P2

直流電動機的功率圖2021/5/9141、轉(zhuǎn)速特性4、他勵（并勵）直流電動機的工作特性定義：當(dāng)、時，由方程式可得

忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負載電流按線性關(guān)系變化2、轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩表達式

考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。定義：當(dāng)、