第1章直流電機(jī)原理_電機(jī)及拖動

1、直流電機(jī)的電樞繞組簡介 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 直流電機(jī)的換向 直流發(fā)電機(jī) 直流電動機(jī) 第1章 直流電機(jī) 1.1.1 1.1.1 直流電機(jī)的基本工作原理 一、直流發(fā)電機(jī) N a A B 換向片 電刷 U ia X S fT f U X A B ia A S f f T eNa ia ea e ia ea 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) lvBeX 原動機(jī)拖動 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，根據(jù) 電磁感應(yīng)定律， 直流發(fā)電機(jī)電 樞繞組產(chǎn)生感應(yīng) 電勢，同時，根 據(jù)電磁力定律， 旋轉(zhuǎn)的電樞繞 組切割磁場，也 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 與旋轉(zhuǎn)方向相 反。 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.

2、1 1.1.1 直流電機(jī)的基本工作原理 A U X N ia S ia f f T X U A N ia S ia f f T 二、直流電動機(jī) 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) lIBfX 1.1.1 1.1.1 直流電機(jī)的基本工作原理 有磁場，電源通過電 刷和換向器向電樞繞組 通入直流電。根據(jù)電磁 力定律，直流電動機(jī)電 樞繞組產(chǎn)生電磁力矩， 驅(qū)動機(jī)械負(fù)載。同時， 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電 樞繞組內(nèi)部也產(chǎn)生感應(yīng) 電勢反電動勢。輸 入的直流電能克服反電 動勢，通過氣隙磁場做 功，電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.1 1.1.1 直流電機(jī)的基本工作原理 端蓋 磁軛

3、主磁極 勵磁繞組 電樞繞組 電樞鐵心 換向器 電刷裝置 軸 端蓋 軸承 風(fēng)扇 換向極繞組 換向磁極 1.1.2 1.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 勵磁繞組 定子磁軛 換向極 電樞齒 電樞槽 極靴 換向極繞組 電樞導(dǎo)體 電樞鐵心 底腳 1.1.2 1.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 主極鐵心 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)主要由定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分） 兩大部分組成。 1.1.2 1.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 一、一、 定子部分產(chǎn)生磁場和作電機(jī)的機(jī)械支撐 1.1.2

4、1.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 主磁極 機(jī)座 勵磁 繞組 絕緣 框架 電樞鐵心 換向極 主磁極 主磁極鐵心 1.1.2 1.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 機(jī)座 螺栓 一、一、 定子部分 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 換向極繞組 銅絲辮 壓緊彈簧 電刷 換向極鐵心 刷握 1.1.2 1.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 換向極和電刷 一、一、 定子部分 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.2 1.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 一、一、 轉(zhuǎn)子部分 換向器 電樞鐵心和繞組 轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 直流電動機(jī) 型號 Z3Z3959

5、5 產(chǎn)品編號70017001 結(jié)構(gòu)類型勵磁方式他勵 功率30kW30kW勵磁電壓220V220V 電壓220V220V工作方式連續(xù) 電流160.5A160.5A絕緣等級定子B B轉(zhuǎn)子B B 轉(zhuǎn)速750r/min750r/min重量685kg685kg 標(biāo)準(zhǔn)編號JB1104JB11046868出廠日期 年 月 1. 銘牌 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.3 1.1.3 直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)及主要系列 Z2系列是普通中小型直流電機(jī)。 ZZJ系列是一種冶金起重輔助傳動直流電動機(jī)適用于軋鋼 機(jī)、起重機(jī)、升降機(jī)、電鏟等。 其他系列的直流電機(jī)型號、技術(shù)數(shù)據(jù)可從產(chǎn)品目錄或相關(guān) 的手冊中查到。 2.

6、直流電機(jī)的型號和系列 國產(chǎn)直流電機(jī)的系列產(chǎn)品代號采用大寫漢語拼音字母表示，型 號采用漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組合表示，例如：“Z2-72”表示 直流電動機(jī)、第二次改進(jìn)設(shè)計型，“7”表示機(jī)座號，7后面的2表 示長鐵心（2號表示長鐵心，1號表示短鐵心）。 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.3 1.1.3 直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)及主要系列 3.額定值 額定電壓 UN(V) 發(fā)電機(jī)的 UN ：指輸出電壓的額定值。 電動機(jī)的 UN ：指輸入電壓的額定值。 額定電流 IN(A) 發(fā)電機(jī)的 IN ：指輸出電流的額定值。 電動機(jī)的 IN ：指輸入電流的額定值。 額定功率 PN (kW) 發(fā)電機(jī)的 PN

7、：指輸出電功率的額定值。 電動機(jī)的 PN ：指輸出機(jī)械功率的額定值。 額定轉(zhuǎn)速 nN(r/min) PN U N I NPN U N I NN 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.3 1.1.3 直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)及主要系列 額定勵磁電壓 UfN(V) 額定勵磁電流 IfN(A) 額定狀態(tài) ： 指 U、I、P、n 均為額定值的狀態(tài)。 滿載狀態(tài) ： 指 I = IN 的狀態(tài)。 例11一臺Z2型直流發(fā)電機(jī)，UN=230V，nN=1450r/min， PN=145kW， N90，求該發(fā)電機(jī)的額定電流和額定輸入功率 例12一臺直流電動機(jī)，UN=110V，nN=1000r/m，PN=22kW，

8、N84，求該電動機(jī)的額定電流和額定輸入功率 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.3 1.1.3 直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)及主要系列 3.額定值 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.3 1.1.3 直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)及主要系列 4.4.勵磁方式 指直流電機(jī)的勵磁線圈與其電樞線圈的連接方式。 （1 1）直流電動機(jī)按勵磁方式分類 1.1 直流電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.3 1.1.3 直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)及主要系列 4.4.勵磁方式 （2 2）直流發(fā)電機(jī)按勵磁方式分類 1. 繞組的基本概念 電樞繞組是由多個形狀相同的繞組元件,按照一定規(guī)律 連接起來組成的。 單疊繞組、單波繞組、復(fù)疊繞組、

9、復(fù)波繞組、 蛙繞組（疊繞和波繞混合繞組）。 (1) 元件 是構(gòu)成電樞繞組的基本 單元，其兩端分別與兩片換 向片相連的單匝或多匝線圈。 后端接 上元件邊 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介 1.2.1 1.2.1 直流電樞繞組基本知識 前端接 下元件邊 匝數(shù)為1的是單匝元件，匝數(shù)大于1的是多匝元件。由于 工藝等原因，電樞不宜開太多的槽，在一實際的槽中，上、 下層嵌放多個(設(shè)為u個)元件邊。 將一個上層邊和一個下層邊在槽內(nèi)所占的空間稱為一個虛 槽。若電樞每槽上、下層只有一個元件邊，則總元件數(shù)Z等于 實槽數(shù)Q；若每槽的上、下層各有u個元件邊時，則有： Z=uQ=Qu，Qu為虛槽數(shù)。 1.2 直流電機(jī)的電

10、樞繞組簡介 1.2.1 1.2.1 直流電樞繞組基本知識 (2) 疊繞組和波繞組 (3) 節(jié)距 各元件在電樞表面的幾何關(guān)系一般用元件的節(jié)距表示 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介 1.2.1 1.2.1 直流電樞繞組基本知識 y1 整數(shù) 第一節(jié)距y1 指同一元件的二個有效邊在電樞表面跨過的距離，用槽數(shù) 表示。其表達(dá)式為： Z 2 p 式中為把y1湊整的小于1的分?jǐn)?shù)。 當(dāng)=0，y1=（極距）稱為整距元件； 當(dāng)0稱為長距元件；當(dāng)0稱為短距元件， 實際電機(jī)中采用短距元件，可節(jié)省銅。 第二節(jié)距y2 指兩個相串聯(lián)的元件中第一個元件的下層邊與第二個元 件的上層邊所跨的距離，用槽數(shù)表示。 (3) 節(jié)距 1.2

11、直流電機(jī)的電樞繞組簡介 合成節(jié)距y 指直接串聯(lián)的兩個元件的對應(yīng)邊所跨的距離。 換相節(jié)距yk 指同一元件的兩個出線端所接的兩換相片之間所跨的距 離，用換相片數(shù)表示。 (4) 極距 相鄰兩個主磁極軸線之間的距離稱作極距，記作，一 般用槽數(shù)表示，即有： (3) 節(jié)距 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介 p D 2 2. 單疊繞組連接 單疊繞組是以相鄰元件依次串聯(lián)的聯(lián)接規(guī)律連成的，每個元 件的兩個出線端分別接到相鄰的兩個換相片上，最后形成一 閉合回路。 例13 以總元件數(shù)為6的電機(jī)為例，說明單疊繞組的聯(lián)接。 設(shè)S（元件數(shù)）=K（換相片數(shù)）=Z（槽數(shù)）=6，u=1，2p=2，則 合成節(jié)距y =1，極距=第一

12、節(jié)距y1=3，換相節(jié)距yk =1（右行 繞），第二節(jié)距y2= y1 - y = 3-1= 2，上述數(shù)據(jù)所表示的實際電機(jī)繞 組安放如圖。 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介 1.2. 2 1.2. 2 單疊繞組 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介 1.2. 2 1.2. 2 單疊繞組 展開圖雖然能反應(yīng)電樞 繞組聯(lián)接規(guī)律，也能說明電 機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系，但畫展開 圖太麻煩，在分析電機(jī)內(nèi)部 電磁關(guān)系時，采用電機(jī)模型。 無論電機(jī)有多少對磁極 都只用N、S一對磁極表示， 不畫換相器，電刷放在幾何 中性線處，并與位于幾何中 性線處的元件接觸，一個圓 圈代表一個元件。 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介 1.2. 2 1.

13、2. 2 單疊繞組 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介 1.2. 2 1.2. 2 單疊繞組 一對極(一對電刷)為兩條并聯(lián)支路a=1， 支路電流 ia I a / 2 支路上串聯(lián)的導(dǎo)體數(shù)N/2a=3 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介 e ee e 發(fā)電機(jī) e ee e e e E A 1234 8765 B Ia 結(jié)論： 整個電樞繞組通過換向片連成一個閉合回路。 1234 8765 A Ia e ee B e e e E 電動機(jī) 電樞電流 Ia支路電流 ia Ia / 2a 并聯(lián)支路對數(shù)a 一個串聯(lián)支路上的導(dǎo)體數(shù) N / 2a N為電樞的全部導(dǎo)體數(shù) 1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介 直流電機(jī)空載是指電

14、機(jī)對外無功率輸出、 不帶負(fù)載空轉(zhuǎn)的一種狀態(tài)。 直流電機(jī)空載時，勵磁繞組內(nèi)有勵磁電流， 電動機(jī)電樞電流很小可忽略，而發(fā)電機(jī)電樞電流 為零，這時電機(jī)的磁場由勵磁電流單獨(dú)建立。 1.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 1.3. 1 1.3. 1 直流電機(jī)的空載磁場 1.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 一、主磁通和漏磁通 二、磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的分布 1.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) B Bav Bm 0 B F0 NI 0 0 A 電機(jī)主磁通與勵磁電流的關(guān)系可以計算或?qū)嶒灉y定 R m CI 0 三、空載磁化特性 I0較小時鐵心不飽和，磁 通勢主要作用在氣隙上。 I0較大時鐵心飽和，勵磁 電流與磁通是非線性關(guān)系。 1.3 直流電機(jī)

15、的電樞反應(yīng) a c 磁化曲線 氣隙線 b I0 0 幾何 中性線 直軸d 交軸q Fa 2 2 O x x Fa(x) Ba(x) 直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時，電樞電流Ia不為 零，氣隙中由電樞電流Ia產(chǎn)生電樞磁動勢Fa。 1.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 1.3. 2 1.3. 2 直流電機(jī)負(fù)載時的磁場 當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后，電樞繞組流過電流，出現(xiàn)電樞磁動勢。電 樞磁動勢對主磁極產(chǎn)生的磁場有影響，故對電機(jī)的運(yùn)行性能也 會產(chǎn)生一定的影響。把電樞磁動勢對勵磁磁動勢產(chǎn)生的影響稱 為電樞反應(yīng)。 當(dāng)電刷位于幾何中性線時，電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變 并使物理中性線偏移, 當(dāng)磁路飽和時有祛磁作用。 直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時主磁極的

16、一端磁通增加，另一端磁 通減少，使氣隙磁場的分布發(fā)生扭斜，氣隙磁密過零的地方 偏離了幾何中心線，呈現(xiàn)不均勻分布，出現(xiàn)了電樞反應(yīng)。 1.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 1.3. 3 1.3. 3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 2 2 O x NS B0 B 將通過圓心和電樞圓周上徑向磁密為 零的點(diǎn)連接成的直線物理中性線。 N Ba S 幾何 中性線 物理 中性線 1.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 1.4.1 直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢 1. 感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生 B 電樞旋轉(zhuǎn) n 磁 場 eaveav Ea 2. 感應(yīng)電動勢的大小 (1) 每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢 eav = Bavlv Bx 導(dǎo)體所在處的氣隙磁密。 l 導(dǎo)體的有效

17、長度。 v 導(dǎo)體切割磁場線的線速度。 1.4 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 (2) 電樞電動勢的大小 設(shè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為 N， N 則每條支路的導(dǎo)體為 2a ， 故 Bav 平均氣隙磁密度 B v= n = n 2R 60 2P 60 nCen a pN e a N Ea av 602 1.4 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 E = Ce n Ce 電動勢常數(shù)。 單位：Wb (V) 單位：r/min 3. 感應(yīng)電動勢的方向和性質(zhì) 方向：由 和 n 共同決定。 性質(zhì)：發(fā)電機(jī)為電源電動勢； 電動機(jī)為反電動勢。 1.4 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 電樞電流 ia 磁 場 f Tem 2. 電磁轉(zhuǎn)

18、矩的大小 設(shè)電刷在幾何中性線處，元件為整距。 (1) 同一極下每根導(dǎo)體受到的平均電磁力為 ia 導(dǎo)體中的電流 。 每根導(dǎo)體受到的平均電磁轉(zhuǎn)矩為 1.4.2 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 1. 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 1.4 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 2 D fT avc aavav liBf 電樞直徑為： 則 電樞電流與支路電流的關(guān)系為： CT = 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 1.4 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 p D 2 a I i a a 2 a a avem I a pND N a I lBT 222 aT IC a pN 2 )(mN 3. 電磁轉(zhuǎn)矩的方向和性質(zhì) 方向：由 和 Ia 共同決定。 性質(zhì)：發(fā)電機(jī)

19、為制動轉(zhuǎn)矩，Tem 與 n 方向相反。 電動機(jī)為拖動轉(zhuǎn)矩，Tem 與 n 方向相同。 4. 電動勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系 因為 1.4 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 eeT Te CCC a pN C a pN C 55. 9 2 60 2 , 60 則 1.5.1 換向概述 （假設(shè)電刷寬度等于換向片寬度） 電樞旋轉(zhuǎn)時，被電刷短路的元件從短路開始到短路結(jié)束， 從一條支路轉(zhuǎn)換到另一條支路， 電流改變了方向。 1.5 直流電機(jī)的換向 有關(guān)換向的一些名詞 進(jìn)行換向的元件，稱為換向元件； 換向元件中的電流，稱為換向電流； 換向元件中電流的變化過程，稱為換向過程； 從換向開始到換向結(jié)束所需時間，稱為換向

20、周期； 1.5 直流電機(jī)的換向 rb1 + rb 2 假定點(diǎn)刷與換向片間是面接觸，電流均勻分布在 它們的接觸面。 接觸電阻的大小與接觸面積成反比。 Tk Tk t Tk Tk t S S1 S S2 rb1 rb rb 2 rb i1 ia + i i2 ia i i1 rb1 i2 rb 2 e e i + i L k ) + 2t Tk i ia (1 直線換向 1.5 直流電機(jī)的換向 直流電機(jī)的勵磁方式分為他勵和自勵兩大類。 1.6 直流發(fā)電機(jī) 1.6.1 直流發(fā)電機(jī)的勵磁方式 勵 磁 Uf If 原動機(jī) 電樞 n EaU 1. 電壓平衡方程 Uf = Rf If U = EaRaIa

21、調(diào)節(jié)Rf If 可調(diào) 可調(diào) Ea 可調(diào) U可調(diào)。 2. 轉(zhuǎn)矩平衡方程 T1 = TemT0 (以他勵電機(jī)為例) 1.6 直流發(fā)電機(jī) 1.6.2 直流發(fā)電機(jī)的基本方程式 當(dāng)發(fā)電機(jī)P2增加時，輸出電流Ia增大、Tem增大，必須 加大外力矩T1才能維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時，其轉(zhuǎn)子的阻轉(zhuǎn)矩只有T0。轉(zhuǎn)矩 平衡方程：T1 =T0。 當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時，其轉(zhuǎn)子的阻（制動）轉(zhuǎn)矩有T0 和電磁轉(zhuǎn)矩Tem。轉(zhuǎn)矩平衡方程為： 發(fā)電機(jī)必須有外力矩T1，才能維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 T1 Tem + T0 其中： Tem C T I a 1.6 直流發(fā)電機(jī) 1.6.2 直流發(fā)電機(jī)的基本方程式 3. 功率平衡方程 T1

22、 = Tem T0 P1 = PemP0 Pem = P2pCua p0 = pFepmpad 輸入功率 P1： 電磁功率 Pem ： Pem = EaIa = UaIaRaIa2 空載損耗 P0 : 1 2 P p0 + Pem p0 + pcu + P 外力矩為了克服制動轉(zhuǎn)矩 （Tem和T0）提供機(jī)械力矩 （功率）；并部分轉(zhuǎn)換成了 電磁功率傳給了電樞。 1.6 直流發(fā)電機(jī) 直流發(fā)電機(jī)中，物理量U（端電壓）、Ia（電樞電流）、If （勵磁電流）兩兩間的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性。 1. 他勵發(fā)電機(jī) (1)空載特性U0 = f (If) O If 當(dāng)n = nN且Ia = 0時，U0與If關(guān)系 也

23、等于E0與If 關(guān)系，即 E0 = f (If) 當(dāng)勵磁電流為零時 的電壓是什么電壓？ U0 Er 剩磁感應(yīng) 電動勢 1.6 直流發(fā)電機(jī) 他勵發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1.6.3 U 0 U N (2)外特性U = f (Ia) 當(dāng)If = IfN ，n = nN時，U與Ia的關(guān)系 曲線下降原因： U = Ea-IaRa 電樞反應(yīng)去磁，使Ea減小 內(nèi)阻Ra有壓降 (主要) 電壓變化的程度用U表示，稱 為電壓變化率 U 100% U N 他勵電機(jī)U = (510)% O Ia U U0 UN IN 1.6 直流發(fā)電機(jī) 他勵發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1.6.3 O I If IfN IaN （3）調(diào)節(jié)特性 當(dāng) n =

24、 nN，U = UN 時： If = f (Ia) （4）效率特性 小型發(fā)電機(jī)： N = 70% 90% 中大型發(fā)電機(jī)： N = 91% 96% 當(dāng) n = nN，U = UN 時： = f (P2) P2 =100% P1 1.6 直流發(fā)電機(jī) 他勵發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性1.6.3 問題：Ea ？ Ea ？ (1)并勵直流發(fā)電機(jī)的自勵 主磁極必須有剩磁r r Er Ifr 與r 方向相同 EaEr 與r 方向相反 EaEr If E If = E RaRf O Ifr If1If2 If Q 勵磁電流產(chǎn)生的磁通 必須與剩磁同方向 r Er Ifr EaEr IfIfr Ea Er 發(fā)電機(jī)何時建立起穩(wěn)

25、定的直流電壓？該電壓為多大？ 1.6 直流發(fā)電機(jī) 1.6.4并勵發(fā)電機(jī)的自勵條件和外特性 Ea If = tan = = RaRf If E Rf =Rk 勵磁電路的電阻必須小于臨界電阻 （磁場電阻線） RaRf 磁場電阻線的斜率： 當(dāng)n不變時，Rf增加，磁場電 阻線斜率會增加。當(dāng)電阻線與空 載曲線直線段重合時，無固定交 點(diǎn)，U0不穩(wěn)定，此狀態(tài)叫臨界狀 態(tài)。此時Rf叫臨界電阻Rk。 Ea If 當(dāng) Rf Rk 時， Ea Er ， 能夠自勵。 當(dāng) Rf = Rk 時， Ea 不確定，不能自勵。 當(dāng) Rf Rk 時， EaEr，不能自勵。 總結(jié)自勵的三個條件 Er O RfRk RfRk 1.6

26、 直流發(fā)電機(jī) I = IaIf，U = Uf I Ia RaIa Ea (電樞反應(yīng)) U U U0 O 當(dāng) n = nN、If = IfN 時： U = f (Ia) = EaRaIa 與他勵相比 他勵 并勵 I Uf 特點(diǎn) 負(fù)載增加時， U 下降較快。 U (2030)% 1.6 直流發(fā)電機(jī) 1.6.4并勵發(fā)電機(jī)的自勵條件和外特性 并勵直流發(fā)電機(jī)的外特性 1.6 直流發(fā)電機(jī) RL = 0，U = 0， If = 0 =r ，Ea = Er ISC 較小。 RL I (Ia) U If 下降不多 RL I (Ia) U If （下降較快） Ea (較大幅度) U 的下降比 RL的減少得更快 I

27、 = U/RL RL U I 穩(wěn)態(tài)短路電流 ISC 不大。 Ea = Ce n U = EaRaIa U = RLI 并勵直流發(fā)電機(jī)的外特性 外特性有拐彎現(xiàn)象。 IN O I U UN 他勵 并勵 U0 1.6 直流發(fā)電機(jī) I f U N 220 【例16】 一臺并勵直流發(fā)電機(jī) UN = 220 V，IN = 76 A, nN =1500 r/min, 電樞電阻 Ra = 0.1，勵磁電阻 Rf 100 ，效率 = 86%。試求額定狀態(tài)下的輸入功率、電磁功 率和電磁轉(zhuǎn)矩。 解：勵磁電流為 電樞電流為 A 2.2A Rf 100 I aN I N + I fN (76 + 2.2)A 78.2A

28、 電樞電動勢為 Ea U N + Ia Ra (220 + 78.2 0.1)V 227.8V P2 U N I N 220 76 0.86 W 19442W 輸入功率為 P1 Tem 電磁功率為 Pem Ea IaN 227.8 78.2W 17814W 電磁轉(zhuǎn)矩為 Pem Ea I a 2nN 60 N m 113.5 N m 17814 2 1500 60 1.6 直流發(fā)電機(jī) UEa 電機(jī)的可逆性：電機(jī)的可逆性：從原理上講，任何電機(jī)既可作為 發(fā)電機(jī)運(yùn)行； 電動機(jī)運(yùn)行。 UEa 發(fā)電機(jī)、亦可作為電動機(jī)運(yùn)行。 1.7.1 直流電機(jī)的可逆原理 1.7 直流電動機(jī) (以他勵電機(jī)為例) 1. 電壓

29、方程 電樞回路電壓 U=Ea+IaRa 勵磁回路電壓 U f I f R f 2. 轉(zhuǎn)矩方程 電磁轉(zhuǎn)矩Tem CT I a 轉(zhuǎn)矩平衡方程T em=T2+T0 穩(wěn)定運(yùn)行時T2+T0=TL 1.7 直流電動機(jī) 輸出轉(zhuǎn)矩 空載轉(zhuǎn)矩 + TL=T0+ T2 1.7.2 直流電機(jī)的基本方程 3. 功率 (1)輸入功率 電壓平衡方程 U = Ea+ IaRa 等式兩邊同時乘以電源電流I(他勵電機(jī)的IIa) (2)電磁功率 + aaaaa xI aaa RIIEUIRIEU a 2 cuaem PPP+ 1 a NP T n a NP C T n a NP nICIEP em T em aeaaem 2 6

30、060 ememem TnTP 60 2 1.7 直流電動機(jī) 1.7.2 直流電機(jī)的基本方程 Tem 9.55T2 9.55T0 9.55 100% (3)輸出功率 根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡方程 Tem T2 + T0T2 Tem T0 等式兩邊同時乘以P2 Pem p0空載損耗 Pem n Pem 2 2 p0 p0 n P P n p0 pFe + pm 鐵損耗機(jī)械損耗 (4)總損耗 1 2 P P p pFe + pC u + pm + pad 附加損耗 (5)效率 P2 P1 1.7 直流電動機(jī) I a (6)功率流程圖 P1 pCu Pem p0 P2 當(dāng)忽略空載損耗不計，Tem=TL，電動機(jī)的電樞 電流由負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL和磁通決定 電樞電流 U Ea Ra I a Tem TL CT CT 1.7 直流電動機(jī) n0 n0 nN 當(dāng)Ia 時，n 下降不多(硬特性)。 研