《直流電機(jī)原》PPT課件.ppt

* 掌握直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。 * 了解直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、電樞繞組。 * 熟練掌握并能正確使用直流電機(jī)的額定值。 * 熟練掌握直流電機(jī)的勵(lì)磁方式。 * 搞清直流電機(jī)空載磁場(chǎng)，正確理解磁化曲 線。 * 正確理解電樞反應(yīng)概念及其影響。 * 正確理解電勢(shì)及轉(zhuǎn)矩公式，并能正確使用。,第三章 直流電機(jī)原理 DC Motor fundamentals, 3.1 直流電機(jī)的用途及其基本工 作原理,3.1.1直流電機(jī)的用途,直流電機(jī),DC Machine,直流電機(jī)的用途 直流電機(jī)是一種通過(guò)磁場(chǎng)耦合作用實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與直流電能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械裝置。,把直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的電機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)； 反之，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿碾姍C(jī)是直流發(fā)電機(jī)。,直流電機(jī)具有可逆性: 一臺(tái)直流電機(jī)既可以工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，也可以工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，取決于電機(jī)的運(yùn)行條件。 直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)相比，其主要特點(diǎn)是： (1)調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速； (2)起動(dòng)、制動(dòng)和過(guò)載轉(zhuǎn)矩大； (3)易于控制，控制裝置可靠性較高。 直流電動(dòng)機(jī)常應(yīng)用于調(diào)速要求較高的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合： (1)大型可逆式軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、大型車床、 大型起重機(jī)； (2)電動(dòng)車輛牽引、電力機(jī)車牽引； (3)挖掘機(jī)械、紡織機(jī)械。,直流發(fā)電機(jī)供電質(zhì)量較好，常作為大型直流電動(dòng)機(jī)以及大型交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁直流電源。 直流電機(jī)與交流電機(jī)相比的主要缺點(diǎn)是: (1)電機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，維護(hù)困難，可靠性稍差； (2)主要是換向問(wèn)題，直流電機(jī)在運(yùn)行時(shí)由于電刷與換向器之間易產(chǎn)生火花，它限制了直流電機(jī)的極限容量和轉(zhuǎn)速，又增加了維護(hù)的工作量；使得直流電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用受到限制。 近年出，由于電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，與電力電子裝置結(jié)合而具有直流電機(jī)性能的電機(jī)不斷涌現(xiàn)，直流電機(jī)有被取代的趨勢(shì)。盡管如此，直流電機(jī)仍有相當(dāng)重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。,3.1.2直流電機(jī)的基本工作原理 （一）直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理,產(chǎn)生電能要兩個(gè)必要條件：有一個(gè)磁場(chǎng)存在；導(dǎo)體在磁場(chǎng)中有運(yùn)動(dòng),基本原理：電磁感應(yīng)定律,從以上分析可以看出： 線圈中的電動(dòng)勢(shì)及電流的方向是交變的，只是經(jīng)過(guò)電刷和換向片的整流作用，才使外電路得到方向不變的直流電。直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)。,磁極,電刷,(二) 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理,基本原理：電磁力定律,產(chǎn)生力矩要兩個(gè)必要條件：有一個(gè)磁場(chǎng)存在；導(dǎo)體中有電流,從以上分析可見，在直流電動(dòng)機(jī)中，線圈中的電流是交變的， 但產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向是恒定的。,3.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與型號(hào)3.2.1 主要結(jié)構(gòu) 定子部分(Stator) 、轉(zhuǎn)子部分 (rotator) (電樞，Armature) 、 氣隙（Air-gap）,一、 定子部分: 主磁極； 換向磁極； 機(jī)座；電刷 main Magnetic pole ;commutation Magnetic pole ; machine bearing; Brush,主磁極,換向磁極,25/new/dianji/dianjijiegou.htm,爆炸圖,裝配圖,1 、主磁極 主磁極的作用: 使用材料及結(jié)構(gòu)形狀：,2、換向極： 3、機(jī)座： 4 、電刷裝置：,二 轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子又稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、軸和軸承等。 1 電樞鐵心： 2 電樞繞組：,換向器,電刷,刷架,電刷,電樞鐵心,電樞鐵心硅鋼片(0.5mm),電樞鐵心,轉(zhuǎn)子下線,換向器,3.2.2 直流電機(jī)的額定值（銘牌數(shù)據(jù)）,1、額定功率PN 發(fā)電機(jī)是出線端輸出的電功率。 PN= UN*IN 電動(dòng)機(jī)是軸上輸出的機(jī)械功率PN= UN*INN 2、額定電壓UN （V） 3、額定電流IN （A） 4、額定轉(zhuǎn)速nN （rpm） 5 、勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流 (A）,額定運(yùn)行狀態(tài),欠載運(yùn)行,過(guò)載運(yùn)行,例:一臺(tái)直流發(fā)電機(jī),其額定功率PN=145kw,額定電壓UN=230V, 額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min,額定效率N=90%,求該發(fā)電機(jī)的輸入功率p1及額定電流IN各為多少? 例:一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī),其額定功率PN=160KW,額定電壓UN=220V,額定效率N=90%,額定轉(zhuǎn)速nN=1500r/min,求該電動(dòng)機(jī)的輸入功率,額定電流及額定輸出轉(zhuǎn)矩各是多少?,解: 額定電流,額定輸入功率,電機(jī)型號(hào)表明電機(jī)的主要特點(diǎn)，第一部分為產(chǎn)品代號(hào)；第二部分為規(guī)格代號(hào)；,Z231,一般用途的防護(hù)式 中小型直流電機(jī),表示第二次設(shè)計(jì),表示機(jī)座號(hào),表示鐵芯長(zhǎng)度順序號(hào),3.2.3 直流電機(jī)的主要系列,3.3.4國(guó)產(chǎn)直流電機(jī)的主要系列產(chǎn)品 國(guó)產(chǎn)的直流電機(jī)種類很多，常見的產(chǎn)品系列: Z2系列是一般用途的中、小型直流電機(jī)，包括發(fā)電機(jī)和電 動(dòng)機(jī)。 Z和ZF系列是一般用途的大、中型直流電機(jī)系列。Z是直流電動(dòng)機(jī)系列；ZF是直流發(fā)電機(jī)系列。 ZT系列是用于恒功率且調(diào)速范圍比較大的拖動(dòng)系統(tǒng)里的廣調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)。 ZJ系列是冶金輔助拖動(dòng)機(jī)械用的冶金起重直流電動(dòng)機(jī)。 ZJ系列是冶金輔助拖動(dòng)機(jī)械用的冶金起重直流電動(dòng)機(jī)。,ZQ系列是電力機(jī)車、工礦電機(jī)車和蓄電池供電電車用的直流牽引電動(dòng)機(jī)。 ZH系列是船舶上各種輔助機(jī)械用的船用直流電動(dòng)機(jī)。 ZA系列是用于礦井和有易爆氣體場(chǎng)所的防爆安全型直流電動(dòng)機(jī)。 ZU系列是用于龍門刨床的直流電動(dòng)機(jī)。 ZKJ系列是冶金、礦山挖掘機(jī)用的直流電動(dòng)機(jī)。,3.3 直流電機(jī)的磁場(chǎng) (magnetic field),在介紹直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)之前，我們先來(lái)了解一下直流電機(jī)是如何建立磁場(chǎng)的。 3.3.1電機(jī)的勵(lì)磁方式： 即：我們要看一下直流電機(jī)是如何給他的 勵(lì)磁繞組通電的。,根據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的 直流電機(jī)又可細(xì)分為：,他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。,并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。,串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。,復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在 同一電源上。,3.3.2 直流電機(jī)的空載氣隙磁密分布 Main-field flux-density distribution with no-load,一 空載時(shí)直流電機(jī)的磁路： (magnetic route of DC machine with no load) 空載(no load condition),直流電機(jī)空載時(shí)的磁路,主磁通：,漏磁通：,經(jīng)過(guò)主磁極、氣隙、電樞鐵心及機(jī)座構(gòu)成磁回路。它同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞 組交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通,僅交鏈勵(lì)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)電動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為漏磁通,特點(diǎn)：,1）由同一個(gè)磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生 2）所走的路徑不同，這就導(dǎo)致了它們對(duì)應(yīng)磁路上所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的分布規(guī)律不同，在這里，氣隙磁場(chǎng)的大小和分布直接關(guān)系到電機(jī)的運(yùn)行性能，所以，這一點(diǎn)將是我們主要研究的方向。,二、空載氣隙磁密分布波形,分別是氣隙.電樞齒.電樞磁軛.主磁極和定子磁軛等段磁路的磁阻,(b) The air-gap Flux-density distribution curve with no-load,極靴下的氣隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極靴之外的氣隙， 顯然，極靴下沿電樞圓周各點(diǎn)的主磁場(chǎng)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(chǎng)等于零。對(duì)于這一點(diǎn)，我們可以通過(guò)數(shù)學(xué)形式來(lái)看一下： 設(shè)電樞圓周為 軸而磁極軸線處為縱軸，又設(shè)電樞長(zhǎng)度為 ，則離開坐標(biāo)原點(diǎn)為 的 范圍內(nèi)的氣隙主磁通為：,則空載時(shí)每極主磁通為：,空載每極主磁通與空載平均氣隙磁密成正比，而對(duì)于尺寸已定的電機(jī)，空載氣隙磁密的大小由勵(lì)磁磁勢(shì)Ff所決定。當(dāng)勵(lì)磁繞組匝數(shù)一定時(shí)，F(xiàn)f和If成正比。 換言之，空載時(shí)的每極磁通是隨磁動(dòng)勢(shì)或勵(lì)磁電流的變化而變化。,Air-gap line,Magnetization curve of a dc machine,3.3.3電機(jī)的磁化曲線,為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通 ，空載時(shí)，氣隙磁通 與空載磁動(dòng)勢(shì) 或空載勵(lì)磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖所示。,曲線特點(diǎn),電機(jī)的磁化曲線具有飽和特點(diǎn)，當(dāng)主磁通0較小時(shí)，鐵磁材料的磁位降較小，勵(lì)磁磁通主要消耗在氣隙中；當(dāng)主磁通0較大時(shí)，鐵磁材料出現(xiàn)飽和，磁位降迅速增大，使0=（If）曲線離開氣隙線彎曲呈非線性。,分析,磁化曲線表征的磁路的飽和程度對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能有很大的影響。設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，要考慮節(jié)省材料，磁通密度B值盡量取得大些，但又不能使磁路太飽和，所以，為了更有效經(jīng)濟(jì)地利用材料，一般額定磁通取在直流電機(jī)磁化曲線開始彎曲的地方。,3.3.4 直流電機(jī)負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng),(一) 電樞磁勢(shì)和磁場(chǎng) Armature MMF (Magnetic Motive Force) and Magnetic field,1、負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)：,(1)電刷在幾何中性線上的電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)：(Armature MMF and flux-density distribution) 如圖可見：,(2)電刷不在幾何中性線上的電樞磁動(dòng)勢(shì)： 看圖：引出了直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)， 直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)：電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線與主磁極軸線重合，稱為直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。以電動(dòng)機(jī)為例,直流電機(jī)的電樞磁勢(shì)是幅值固定的空間分布波，只是空間的函數(shù) 交流電機(jī)的電樞磁勢(shì)是幅值隨時(shí)間按正弦規(guī)律脈動(dòng)的空間分布波 如沿電樞分布的線圈無(wú)限增多，則級(jí)形波將趨近于三角形波,如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無(wú)窮多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中 所示。,由于主磁極下氣隙長(zhǎng)度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長(zhǎng)度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的馬鞍型，如圖中 所示。,負(fù)載時(shí)的 氣隙磁勢(shì)和磁場(chǎng),交軸,直軸,電樞磁勢(shì)位置取決于電刷位置，電刷位于交軸，電樞磁勢(shì)軸線也在交軸，為交軸電樞反應(yīng)。,極尖處磁密最大 且由于其飽和程度的提高，飽和影響使高峰略有下降，即極面下的總磁通略減小， 呈先去磁作用,負(fù)載時(shí)的 氣隙磁勢(shì)和磁場(chǎng),交軸,直軸,交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響： 使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變 使物理中心線偏移幾何中心線一個(gè)角度（對(duì)發(fā)電機(jī)：順著旋轉(zhuǎn)方向） 磁路未飽和時(shí)，每極磁通不變 如考慮磁路飽和的影響，則交軸電樞反應(yīng)有去磁作用,主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線,電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線,兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線,(二) 交軸(quadrature axis)、直軸(direction axis)電樞反應(yīng)： 1）交軸電樞反應(yīng)：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響。,在這里，我們?yōu)榱朔治鰡?wèn)題的簡(jiǎn)單， 假定（1）磁場(chǎng)是不飽和的，（2）發(fā)電機(jī)電樞轉(zhuǎn)向是逆時(shí)針，電動(dòng)機(jī)為順時(shí)針。這樣，我們就可以對(duì)上圖進(jìn)行疊加，可知 A:交軸電樞磁場(chǎng)在半個(gè)極內(nèi)對(duì)主極磁場(chǎng)起去磁作用，在另半個(gè)極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場(chǎng)畸變，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。 B:不計(jì)飽和，交軸電樞反應(yīng)即無(wú)增磁，亦無(wú)去磁作用?？紤]飽和時(shí)，起到去磁作用。,2）直軸電樞反應(yīng)：當(dāng)電刷不在幾何中性線上，出現(xiàn)了直軸電樞反應(yīng)，從圖上可以看出： A:若為發(fā)電機(jī)，電刷順著旋轉(zhuǎn)的方向移動(dòng)一個(gè)夾角，對(duì)主極磁場(chǎng)而言，直軸起去磁反應(yīng)，若電刷逆著旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一個(gè)夾角，則直軸電樞反應(yīng)將是增磁的， B:若為電動(dòng)機(jī)，剛好相反，這里不再具體分析。,交軸電樞反應(yīng)： 1）將主磁場(chǎng)扭曲，磁場(chǎng)為零的位 置發(fā)生偏轉(zhuǎn)至物理中性線。 2）主磁通量減少，稱為電樞反應(yīng) 的附加去磁. 3)呈去磁作用,（直動(dòng)）,電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分，在電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中起著重要的作用。 因此，電樞繞組須滿足以下要求： 在能通過(guò)規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動(dòng)勢(shì)前提下，盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料，并且要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等。,3.4 直流電機(jī)的電樞繞組 Armature winding of DC machine,一、名詞術(shù)語(yǔ)介紹,(1）極軸線：磁極的中心線； （2）幾何中性線：磁極之間的平分線， （3） ：極對(duì)數(shù)； （4） 極距：在電樞鐵心表面上，一個(gè)極所占的距離。 可用槽數(shù)表示， （槽），式 中Z為電樞總槽數(shù)； （5）元件（線圈）：是繞組的一個(gè)基本單元，可為單匝，也可為多匝，,元件（線圈）：兩端分別連接兩個(gè)換向片的一匝或多匝線圈,元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。,(6) 元件節(jié)距（第一節(jié)距） ：元件兩條邊的距離，以槽數(shù)計(jì)，總是整數(shù)。 整數(shù) 其中： ：湊整分?jǐn)?shù)。 ，繞組稱為整距繞組 取負(fù)值， 稱為短距繞組 取正號(hào)時(shí) ， 稱長(zhǎng)距繞組。短距繞組端接短、省銅，且有利于換向，故常用；,合成節(jié)距 ：連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。,第一節(jié)距 ：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過(guò)的距離。,第二節(jié)距 ：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。,單疊繞組,單波繞組,換向節(jié)距 ：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。,疊繞組,波繞組,疊繞組：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。,波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來(lái)，象波浪式的前進(jìn)。,疊繞組示意圖,波繞組示意圖,大的分類為環(huán)形和鼓形；環(huán)形繞組只曾在原始電機(jī)用過(guò)，由于容易理解故講原理時(shí)也用此類繞組；現(xiàn)代直流電機(jī)均用鼓形繞組，它又分為疊繞組、波繞組和蛙形繞組。鼓形繞組比環(huán)形繞組制造容易，又節(jié)省導(dǎo)線，運(yùn)行較可靠，經(jīng)濟(jì)性好，故現(xiàn)在均用鼓形繞組。,環(huán)形繞組示意圖,鼓形繞組示意圖,波繞組示意圖,疊繞組示意圖,單波繞組，單疊繞組，復(fù)波繞組，復(fù)疊繞組，復(fù)合繞組,各種形式的直流電機(jī)繞組的區(qū)別，主要表現(xiàn)在合成節(jié)矩上，其公式為： 疊繞組：y = y1 - y2 若為雙疊右行時(shí)，則合成節(jié)距 y + 2。因單疊左行繞組端接部分交叉，故很少采用。 波繞組：y = y1 + y2按單波繞組的接線規(guī)律得知 式中： K - 電機(jī)的換向片數(shù)； P - 極對(duì)數(shù)； 單波左行：y 取負(fù)號(hào) 單波右行：y 取正號(hào) 因?yàn)橛倚袉尾ɡ@組端接部分交叉，故很少采用。,單疊右行：y = + 1,單疊左行：,y = - 1,例：已知某直流電機(jī)的極對(duì)數(shù)P=2，槽數(shù)Z、元件數(shù)S及換向片數(shù)K為Z=S=K=16。試?yán)@成單疊繞組,二、單疊繞組,1、計(jì)算節(jié)距 第一節(jié)距: 換向器節(jié)距和合成節(jié)距: 第二節(jié)距:,2 、繪制繞組展開圖 1）畫16根等長(zhǎng)、等距的平行實(shí)線代表16個(gè)槽的上層，在實(shí)線旁再畫16根虛線代表16個(gè)槽的下層。一根實(shí)線和一根虛線代表一個(gè)槽，編好槽號(hào) 2）按節(jié)距 連接一個(gè)元件,第一個(gè)元件的上下層邊（15槽），令上層邊所在的槽號(hào)為元件號(hào)；,3）接上換向片,4）畫出第二個(gè)元件,5）放磁極：,6）放電刷,3 單疊繞組元件聯(lián)接次序圖,4.單疊繞組電路圖:,單疊繞組的電路圖和和并聯(lián)支路數(shù)(a=p),/article/article_229_1.html,單疊繞組有以下特點(diǎn):,(1)元件的兩端連接于相鄰的兩片換向片上 (2)位于同一個(gè)極下的各元件串聯(lián)起來(lái)組成了 一個(gè)支路,即支路對(duì)數(shù)等于極對(duì)數(shù).a=p (3)當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱,電刷放在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線時(shí),正負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大,被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小 (4)電刷桿數(shù)等于極數(shù) (5)正負(fù)電刷之間引出的電動(dòng)勢(shì)即為每一支路的電動(dòng)勢(shì),電樞電壓等于支路電壓 (6)電樞電流Ia=2aia,三、單波繞組,1.節(jié)距 (1) 第一節(jié)距 (2)合成節(jié)距和換向器節(jié)距 (3)第二節(jié)距,單波繞組展開圖： 我們以一個(gè)具體的例子來(lái)看這個(gè)問(wèn)題： 已知某直流電機(jī)極對(duì)數(shù)p2，槽數(shù)、元件 數(shù)及換向片數(shù)為z=s=k15。要求繞成單 波繞組。 解：1）計(jì)算相關(guān)節(jié)距： 2）連圖：,3）繞組元件連接次序： 從繞組展開圖可以后出，全部15個(gè)元件是按下列次序串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)閉合回路的，即： 1815714613512411310291,這樣，我們就可以作出他的次序圖：,4)、繞組并聯(lián)支路圖（瞬間） 根據(jù)單波繞組15個(gè)元件的串聯(lián)次序及 電刷位置，可以畫出本例單波繞組的電路圖如圖所示。；,可以看出，元件15、7、14、6、13串聯(lián)在一起，即處在S極下的所有元件串聯(lián)在一起構(gòu)成一條支路，各元件的電動(dòng)勢(shì)方向是相同的。元件4、11、3、10、2串聯(lián)在一起，構(gòu)成另一條支路，它們的電動(dòng)勢(shì)方向也是相同的。由此可見，單波繞組是把所有N極下的全部元件串聯(lián)起來(lái)組成了一條支路，把所有S極下的全部元件串聯(lián)起來(lái)組成了另一支路。由于磁極只有N、S之分，所以單波繞組的支路圖對(duì)數(shù)與極對(duì)數(shù)多少無(wú)關(guān)，永遠(yuǎn)為1，即：a1 .,單波繞組的特點(diǎn): （1)位于相同極性下的各元件串聯(lián)起來(lái)組 成了一個(gè)支路, a=1 即支路對(duì)數(shù)與極對(duì)數(shù)無(wú)關(guān). (2)當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱,電刷放在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn) 主磁極中心線時(shí),正負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大,被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小 (3)電刷桿數(shù)等于極數(shù),從上面的分析可知，相同元件數(shù)時(shí)，疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(lián)元件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的電機(jī)。對(duì)于單波繞組，支路對(duì)數(shù)永遠(yuǎn)等于1，每條支路里所包含的元件數(shù)較多，所以這種繞組適應(yīng)于較高電壓、較小電流的電機(jī)。至于大容量的電機(jī)，可以采用混合繞組。,3-5 直流電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩,一、電樞電動(dòng)勢(shì)： 電樞電動(dòng)勢(shì)是指直流電機(jī)正負(fù)電刷之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。所以，我們可以先求一根導(dǎo)體的在一個(gè)極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)，再求一條支路的。 一個(gè)磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用 表示，極距為 ，電樞的軸向有效長(zhǎng)度為 ，每極磁通為，則,又因?yàn)椋?所以：,一根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)為：,因?yàn)橐粭l支路里的串聯(lián)總導(dǎo)體數(shù) （N 為電樞總導(dǎo)體數(shù)， ）， 于是，電樞電動(dòng)勢(shì)為： 式中， 是一個(gè)常數(shù)，稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。,叫電勢(shì)常數(shù),:每極磁通量,n:電機(jī)轉(zhuǎn)速 N:繞組總導(dǎo)體數(shù) P:極對(duì)數(shù) a:繞組并聯(lián)支路對(duì)數(shù),1、電樞繞組電勢(shì)與磁 通、轉(zhuǎn)速成正比。 2、Ea表達(dá)式雖然在整距繞組情況下推導(dǎo)出，但對(duì)短距、長(zhǎng)距也適用。 3、若電刷不在幾何中性線時(shí)， Ea將減小。,結(jié)論：,二.電磁轉(zhuǎn)矩 先求一根導(dǎo)體所受的平均電磁力為: 式中: 是導(dǎo)體里流過(guò)的電流; 是電樞電流; a是支路對(duì)數(shù) 一根導(dǎo)體受的轉(zhuǎn)矩為:,式中 是電樞的直徑. 總電磁轉(zhuǎn)矩用T表示,為 把 代入上式,得 為轉(zhuǎn)矩常數(shù),CT=9.55Ce,三、直流電機(jī)的電磁功率,一、直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的基本方程式,他勵(lì)直流發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)慣例：,1.電動(dòng)勢(shì)平衡方程式,3-6直流發(fā)電機(jī),2. 轉(zhuǎn)矩平衡方程式,空載損耗轉(zhuǎn)矩 由機(jī)械損耗、鐵耗引起,拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩,電磁轉(zhuǎn)矩,方向同n,方向-n,方向-n,3. 功率平衡方程式,發(fā)電機(jī)的輸入功率P1，除小部分損耗外，大部分轉(zhuǎn)換為電磁功率，由機(jī)械功率電功率,電磁功率，除去電樞回路的銅損耗外，其余部分輸出電功率,發(fā)電機(jī)的輸出功率,電樞回路的銅損耗,并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的基本方程式 (一)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式,(二) 轉(zhuǎn)矩平衡方程式：,直流發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n,作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個(gè)：一個(gè)是原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T1 ；一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T；還有一個(gè)是電機(jī)的機(jī)械摩擦、風(fēng)阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫空載轉(zhuǎn)矩，用T0表示,空載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩,永遠(yuǎn)與轉(zhuǎn) 速n的方向相反 由上圖可得：,(三) 功率平衡方程式： 從原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率可用下式表示 ： 式中電磁功率PM為轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：,其中， 空載損耗 為： 由以上各式可得：,如此，則發(fā)電機(jī)的效率為： 額定負(fù)載時(shí)，直流發(fā)電機(jī)的效率與電機(jī)的容量有關(guān)。10kW以下的小電機(jī)，效率約為75%88.5%；10100kW的，效率約為85%9;1001000kW的電機(jī)，效率約為88%93%。,二、他勵(lì)直流電發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,4個(gè)主要物理量： 電樞端電壓U 勵(lì)磁電流If 負(fù)載電流I=Ia 轉(zhuǎn)速n一般保持為額定值不變 運(yùn)行特性即：3個(gè)量，其中1個(gè)不變，其余2個(gè)物理量之間的關(guān)系。,所謂運(yùn)行特性，就是要找出電機(jī)在工作的過(guò)程中所展現(xiàn)的某些特性，并將這些特性用曲線的形式進(jìn)行表示，在直流電機(jī)中，,（1） 負(fù)載特性 指當(dāng)n=常數(shù)且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。,（2） 外特性 指當(dāng)n=常數(shù)且If=常數(shù)或Rf=常數(shù)時(shí)，U=f(I)的關(guān)系 （3）調(diào)節(jié)特性 指當(dāng)n=常數(shù)且U=常數(shù)時(shí)，If=f(I)的關(guān)系。 （4）效率曲線 下面進(jìn)行詳細(xì)的幾種主要特性的介紹 (一)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī) (1)空載特性： 實(shí)驗(yàn)條件：如圖所示，,他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載與負(fù)載實(shí)驗(yàn)線路,打開閘刀開關(guān)Q，調(diào)節(jié)電阻 從而改變勵(lì)磁電流 ， 由零開始單調(diào)增長(zhǎng)直至 ，然后讓 單調(diào)減小至 零 。 再反向單調(diào)增加直至 為負(fù)的 后又使 單調(diào)減小至零 。 在調(diào)節(jié)過(guò)程中， 讀取空載端電壓 與勵(lì)磁電流 數(shù)組數(shù)據(jù)，即空載特性，如圖 所示。,直流發(fā)電機(jī)的空載特性,分析特性： 1）由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，使測(cè)得的曲線 是一閉合的回線。 2）由于電機(jī)有剩磁，使得 時(shí)仍有一個(gè)很低的電壓，稱之為剩磁電壓，其值約為的%。實(shí)際使用時(shí)，一般取回線的平均值（如圖中的虛線所示）作為空載特性。,3）空載特性 與電機(jī)的磁化 曲線 形狀相似，只差一個(gè)比例常數(shù)。 （為什么？） 4）空載特性與勵(lì)磁方式無(wú)關(guān)，因此并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性也可以用上述方法求取，他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性是直流電機(jī)最基本的特性曲線,(2) 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性：,實(shí)驗(yàn)條件：使發(fā)電機(jī)接上負(fù)載，當(dāng)原動(dòng)機(jī)保持 調(diào)節(jié) 使之不變，然后改變負(fù)載使 從零增加到 ， 讀取 、 之值， 即 得到外特性曲線 ， 如圖所示。 電流增大時(shí)，端電壓下降， 其原因有兩個(gè)：,試驗(yàn)方法： 1.IfIfN保持 2.nnN保持 3.I從0調(diào)節(jié)1.2IN,由于電樞反應(yīng)使磁通減小，使端電壓與電流的關(guān)系不是一條直線。,發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載電流的增大而減小的程度,電壓調(diào)整率,重要性能指標(biāo),負(fù)載增大時(shí)，電樞反映的去磁作用增強(qiáng)，使每極磁通量減小，從而使電樞電動(dòng)勢(shì)減小 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。 而我們發(fā)現(xiàn)并勵(lì)方式下，端電壓下降的更快一些：負(fù)載增大時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用增強(qiáng)，使每極磁通量減小，這樣不僅影響了電樞電動(dòng)勢(shì)，使端電壓下降，同時(shí)端電壓的下降進(jìn)一步也影響了勵(lì)磁電流使之減小，這樣一來(lái)，又使得的電樞電動(dòng)勢(shì)雙重減小，所以，并勵(lì)下降的更快一些。,(3) 調(diào)節(jié)特性,負(fù)載電流的增大端電壓下降，原因？ 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流達(dá)到保持端電壓不變,(4) 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的效率曲線： 不變損耗：電機(jī)的鐵損耗和機(jī)械損耗等與負(fù)載的大小小無(wú)關(guān)，稱為不變損耗。 可變損耗：負(fù)載運(yùn)行時(shí)電樞繞組的銅損耗與 成正比，稱為可變損耗。同樣，我們可用實(shí)驗(yàn)的方法得到效率曲線。如圖：,我們發(fā)現(xiàn)效率特性在經(jīng)過(guò)一個(gè)峰值后開始下降，那么，這是為什么呢？,分析：我們知道在負(fù)載較小時(shí)，電機(jī)內(nèi)的損耗主要以不變損耗為主，隨著負(fù)載的增加，電樞電流也在隨之增加，這樣，銅損耗的作用開始顯著，當(dāng)增加到和不變損耗相等時(shí)，出現(xiàn)效率最大點(diǎn)，隨后，若繼續(xù)增加負(fù)載，可變損耗將急劇增大，盡管p2也增大，但增大的速度比不上銅損耗增加速度，使效率反而隨著輸出的增大而降低 。,四、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,空載特性 該接成他勵(lì)方式后，測(cè)量得到空載特性，方法和特性曲線與他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)相同。,并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性,2. 外特性 同一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，分別接成并勵(lì)方式、他勵(lì)方式，得到外特性分別如圖1、2曲線。,3. 并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性,(5).幷勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過(guò)程,(1)自勵(lì)過(guò)程,在前面我們講過(guò)直流電機(jī)的勵(lì)磁方式有兩種：他勵(lì)式和自勵(lì)式，現(xiàn)在，我們就來(lái)看看這種自勵(lì)過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的：如圖所示 由于電機(jī)磁路中總有一定剩磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)推動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)兩端將發(fā)出一個(gè)數(shù)值不大的剩磁電壓。而勵(lì)磁繞組又是接到電樞兩端的，于是在剩磁電壓的作用下，勵(lì)磁繞組將流過(guò)一個(gè)不大的電流，并產(chǎn)生一個(gè)不大的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。如果勵(lì)磁繞組接法正確，即這個(gè)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的方向和電機(jī)的剩磁磁動(dòng)勢(shì)的方向相同，從而使電機(jī)內(nèi)的磁通和由它產(chǎn)生的電樞端電壓有所增加。在比較高的勵(lì)磁電壓作用下，勵(lì)磁電流又進(jìn)一步加大，導(dǎo)致磁通的進(jìn)一步增加，繼而電樞端電壓又進(jìn)一步加大。如此反復(fù)作用下去，發(fā)電機(jī)的端電壓便自動(dòng)建立起來(lái)。這就是發(fā)電機(jī)自勵(lì)過(guò)程。,機(jī)座,磁極,勵(lì)磁 繞組,轉(zhuǎn)子,勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu),(2)建立穩(wěn)定工作點(diǎn) 在自勵(lì)過(guò)程中，發(fā)電機(jī) 的電壓是否會(huì)無(wú)限制地 增長(zhǎng)下去呢？從圖可以 清楚地看出，當(dāng)發(fā)電機(jī) 的電壓上升到P點(diǎn)所對(duì)應(yīng) 的電壓時(shí)，恰好等于勵(lì)磁 電流通過(guò)勵(lì)磁回路所需的 電阻壓降，因此電樞電壓 和勵(lì)磁電流都不會(huì)再增加， 自勵(lì)過(guò)程達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài).,(3)自勵(lì)條件 (a)電機(jī)必須有剩磁 (b)極性正確 (c)勵(lì)磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻,必須明確，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同時(shí)，空載特性也不同。 因此，對(duì)應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。,如果勵(lì)磁繞組本身的電阻 即已超過(guò)所對(duì)應(yīng)的臨界電阻值， 電機(jī)是不可能自勵(lì)的，這時(shí)唯一的 辦法是提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而提高其臨界電阻值。,額定值,1. 額定功率PN :電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。,2. 額定電壓UN ：額定工作情況下的電樞上加的直流電壓。（例：110V，220V，440V）,3. 額定電流IN ： 額定電壓下，軸上輸出額定功率時(shí)的電流（并勵(lì)應(yīng)包括勵(lì)磁電流和電樞電流）三者關(guān)系：PN=UNIN （ ：效率）,3-7直流電動(dòng)機(jī),注意：調(diào)速時(shí)對(duì)于沒有調(diào)速要求的電機(jī)，最大轉(zhuǎn)速 不能超過(guò) 1.2nN 。,4.額定轉(zhuǎn)速nN ：在PN，UN，IN 時(shí)的轉(zhuǎn)速。直流電 機(jī)的轉(zhuǎn)速等級(jí)一般在 500r/min 以上。特殊的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速可以做到很低（如：每分鐘幾轉(zhuǎn)）或很高（每分鐘3000轉(zhuǎn)以上）。,他勵(lì)電動(dòng)機(jī),一 . 直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式,正方向?yàn)殡妱?dòng)機(jī)慣例 1)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式： U=Ea+Ia(Ra+Rc) 在電動(dòng)機(jī)中，顯然端電壓必須大于反電動(dòng)勢(shì)，由此得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：,勵(lì)磁回路的電動(dòng)勢(shì)方程為：,2)轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系,電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須和外 加負(fù)載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即,轉(zhuǎn)矩平衡過(guò)程：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（TL）發(fā)生變化時(shí)， 通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電樞電流的變化，電磁 轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)新的平衡。,例：,設(shè)外加電樞電壓 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，這時(shí)， 若TL突然增加，則調(diào)整過(guò)程為：,與原平衡點(diǎn)相比，新的平衡點(diǎn)：Ia 、 P入,勵(lì)磁回路的電動(dòng)勢(shì)方程為：,3）功率平衡方程式：并勵(lì)直流電機(jī)從電源輸入的電功率為： P1 = UI=U（Ia+If）=Ea+Ia（Ra+Rc）Ia+UIf= EaIa+ （Ra+Rc） + UIf=PM+pCUa+pCUf,所以，綜合以上分析可的： 式中的 為電機(jī)的總損耗。,二、直流電動(dòng)機(jī)的 工作特性： 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性，是指在U=UN， 時(shí), 轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率 隨輸出功率 而變化的關(guān)系。 (一)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性： 1 轉(zhuǎn)速特性： 條件： ， ， 時(shí)， 的關(guān)系，叫做轉(zhuǎn)速特性。,2 轉(zhuǎn)矩特性,當(dāng)U=UN, If=IfN時(shí)，T=f(Ia)的關(guān)系叫轉(zhuǎn)矩特性。當(dāng)不計(jì)電樞反應(yīng)的去磁作用時(shí)，,3 效率特性,(二)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性,1.轉(zhuǎn)速特性,2.轉(zhuǎn)矩特性,3.效率特性,當(dāng)可變損耗pcu等于不變損耗時(shí)，效率達(dá)到最大值。,直流發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)的區(qū)別,能量關(guān)系:,機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能,電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能,電樞電勢(shì):,電源電勢(shì),反電勢(shì),電磁轉(zhuǎn)矩:,制動(dòng),驅(qū)動(dòng),電勢(shì)平衡方程:,直流發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)的區(qū)別,轉(zhuǎn)矩平衡方程：,功率平衡方程：,特性：,(1)若電動(dòng)機(jī)原本靜止，由于勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩 T = KT Ia， 而 0 ，電機(jī)將不能啟動(dòng)，因此，反電動(dòng)勢(shì) 為零，電樞電流會(huì)很大，電樞繞組有被燒毀 的危險(xiǎn)。,（2）如果電動(dòng)機(jī)在有載運(yùn)行時(shí)磁路突然斷開， 則 E ，Ia ，T 和 ，可能不滿 足TL的要求，電動(dòng)機(jī)必將減速或停轉(zhuǎn)，使 Ia更大，也很危險(xiǎn)。,措施： 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一定要有失磁保護(hù)。一般在勵(lì)磁繞組加失壓繼電器或欠流繼電器。當(dāng)失壓或欠流時(shí)，自動(dòng)切斷電樞電源U。,3.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,一. 機(jī)械特性的一般表達(dá)式,其中：,稱為理想空載轉(zhuǎn)速； 機(jī)械特性斜率,電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性指：電壓、磁通為額定值，電樞回路外串電阻為時(shí)，T與n的關(guān)系，即n=f(T).,二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性,特性分析：,（）機(jī)械特性是一條下斜直線 （）當(dāng)時(shí)， 為理想空載轉(zhuǎn)速 （） 為電動(dòng)機(jī)的實(shí)際空載轉(zhuǎn)速,（） 為機(jī)械特性斜率 增大時(shí)， 也增大 通常稱 小的機(jī)械特性為硬特性，通常稱 大的機(jī)械特性為軟特性一般他勵(lì)直流電機(jī)的 小，特性硬，轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速 變化小,（）額定轉(zhuǎn)速變化率,是表示電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速比 降落的程度令 稱為機(jī)械特性硬度， 越小， 越大 ，特性越平，特性越硬,例:一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定功率 , 額定電壓 , 額定電流 , 額定轉(zhuǎn)速 電樞回路總電阻 忽略電樞反應(yīng)的影響,求 (1)理想空載轉(zhuǎn) ; (2)固有機(jī)械特性斜率 ; (3)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性,1.理想空載轉(zhuǎn)速計(jì)算,=,=,=0.841 :,2. 斜率,計(jì)算,斜率,:,電動(dòng)機(jī)的固有特性:,理想空載轉(zhuǎn)速,三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性,（一）電樞回路串電阻時(shí)的人為特性,（二）改變端電壓時(shí)的人為特性,（三）減弱電動(dòng)機(jī)主磁通時(shí)的人為特性,例:某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)如下: , , 試求 1)固有機(jī)械特性表達(dá)式 2） 電樞回路串 時(shí)的人為特 性表達(dá)式 3）端電壓 時(shí)的人為特 性表達(dá)式 4）磁通為 時(shí)的人為特 性表達(dá)式,1.固有特性:,2.串電阻的人為特性:,3.降低電源的人為特性 此時(shí) 不變,所以對(duì)應(yīng) 的轉(zhuǎn)速為,4.弱磁時(shí)的人為特性,四、根據(jù)電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 估算機(jī)械特性,（一）固有特性的繪制 ( ,0 )和額定工作點(diǎn)( , ),1.估算額定電樞電動(dòng)勢(shì) 2. 根據(jù)所選電機(jī)直流電動(dòng)機(jī),實(shí)測(cè)它的電樞回路電阻 或估算:因?yàn)?額定轉(zhuǎn)矩: (二)人為特性的繪制,他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,步驟：,1）估算,2）計(jì)算,3）計(jì)算理想空載點(diǎn)：,4）計(jì)算額定工作點(diǎn)：,他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,2、人為機(jī)械特性的求取,在固有機(jī)械特性方程 的基礎(chǔ)上，根據(jù)人為特性所對(duì)應(yīng)的參數(shù) 或 或 變化，重新計(jì)算 和 ，然后得（ ）、（ ）。,例:一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)為: , , , , .求: (1)電勢(shì) (2) (3) (4) (5) (6) (7),(1)根據(jù)額定容量知道,本臺(tái)電機(jī)屬于中等容量電機(jī),取 (2) (3) (4),(5) 先求空載損耗功率 (7),例:某他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)如下: , , 試求 1)固有機(jī)械特性表達(dá)式 2)50%額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速 3)轉(zhuǎn)速為1050r/min時(shí)的轉(zhuǎn)速 ） 電樞回路串 時(shí)的人為特 性表達(dá)式 ）端電壓 時(shí)的人為特 性表達(dá)式 ）磁通為 時(shí)的人為特 性表達(dá)式,一、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性： 由于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)，所以勵(lì)磁電流就是電樞電流，即它是隨負(fù)載的變化而變化的。因此，其工作特性將與他（并）勵(lì)直流電機(jī)的工作特性有所不同。,3.9 串勵(lì)串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī),1) 轉(zhuǎn)速特性：n=f(Ia）,研究條件：,U=UN,RC=0,且If=Ia時(shí)的n=f(Ia)關(guān)系曲線， 當(dāng)磁路不飽和時(shí)，主磁通與勵(lì)磁電流成正比,2)轉(zhuǎn)矩特性 U=UN,RC=0,且If=Ia時(shí)的T=f(Ia)關(guān)系曲線 . 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與過(guò)載能力，這是兩個(gè)很好的優(yōu)點(diǎn)。 當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械過(guò)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降，其輸出功率變化不大，使電機(jī)不致因負(fù)載 過(guò)重而損壞。當(dāng)負(fù)載減輕時(shí)，轉(zhuǎn)速又自動(dòng)上升。因此，電力機(jī)車、電車等一類牽引機(jī)械大都采用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。,串勵(lì)電動(dòng)機(jī),適合于作牽引機(jī).當(dāng)負(fù)載輕（TL小）時(shí),轉(zhuǎn)速高,可以提高生產(chǎn)效率;負(fù)載重（TL大）時(shí), 轉(zhuǎn)速小,而P=TL近似不變與輕載相同, 可以保護(hù)電機(jī)。,3）機(jī)械特性：,(1) T=0時(shí)，在理想情況下，n。但實(shí)際上負(fù) 載轉(zhuǎn)矩不會(huì)為 0，不會(huì)工作在 T=0 的狀態(tài)， 但空載時(shí) T 很小，n 很高。串勵(lì)不允許空載 運(yùn)行，以防轉(zhuǎn)速過(guò)高。,串勵(lì)特性：,(2) 隨轉(zhuǎn)矩的增大，n 下降得很快，這種特性屬 軟機(jī)械特性。,串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的效率特性，和他（并）勵(lì)電動(dòng)機(jī) 相似,四、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性： 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常接成積復(fù)勵(lì)，它的工作特性介乎并勵(lì)與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性之間。如果并勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)起主要作用，它的工作特性就接近并勵(lì)電動(dòng)機(jī)；如果串勵(lì) 磁動(dòng)勢(shì)起主要作用，它的工作特性就接近串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。因?yàn)橛胁?lì)磁動(dòng)勢(shì)的存在，空載時(shí)沒有飛車的危險(xiǎn) ，復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性如圖所示。,3.10 直流電機(jī)的換向,一、換向的物理過(guò)程：如圖所示，,一、直流電機(jī)的