直流電機(jī)課件

1、3.3 3.3 直流電機(jī)電樞繞組直流電機(jī)電樞繞組3.4 3.4 直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場 本章主要討論直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機(jī)的磁場分布、感應(yīng)電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法。3.5 3.5 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩3.7 3.7 直流電機(jī)的運行特性直流電機(jī)的運行特性 3.8 3.8 直流電動機(jī)的起動、調(diào)速和制動直流電動機(jī)的起動、調(diào)速和制動 3.9 3.9 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向3.2 3.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與基本工作原理直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與基本工作原理第三章第三章 直流電機(jī)直流電機(jī)3.6 3.6 直流電機(jī)

2、的直流電機(jī)的基本平衡關(guān)系基本平衡關(guān)系 3.1 3.1 直流電機(jī)概述直流電機(jī)概述直流電機(jī)是一種轉(zhuǎn)換與直流電能有關(guān)的機(jī)器。3.1 3.1 直流電機(jī)概述直流電機(jī)概述直流電能 機(jī)械能（直流電動機(jī)）一一. .直流電機(jī)直流電機(jī) 機(jī)械能 直流電能（直流發(fā)電機(jī)）二二. . 直流電機(jī)的可逆性直流電機(jī)的可逆性 同一臺直流電機(jī)，既可以作為直流電動機(jī)運行，又可以作為直流發(fā)電機(jī)。三三. . 直流電機(jī)的優(yōu)缺點直流電機(jī)的優(yōu)缺點1. 1. 優(yōu)點：優(yōu)點：（1）調(diào)速性能好，主要表現(xiàn)在調(diào)速范圍廣、調(diào)速方便、調(diào)速平滑。（2）起動性能好，主要表現(xiàn)在起動力矩大。 作為直流電動機(jī)，主要用于廣泛調(diào)速的地方，比如電力機(jī)車、城市地鐵、城市電車等

3、。也可以用于快速可逆電力拖動系統(tǒng)，比如卷揚(yáng)機(jī)、軋鋼機(jī)等。作為直流發(fā)電機(jī)，既可以作為獨立的直流電源，也可以作為發(fā)電機(jī)電動機(jī)拖動系統(tǒng)。2. 2. 缺點：缺點： 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運行時可能產(chǎn)生環(huán)火。四四. . 直流電機(jī)的用途直流電機(jī)的用途一、一、 直流電機(jī)的主要結(jié)直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)3.2 3.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與基本工作原理直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與基本工作原理2. 2. 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋 1. 1. 定子部分定子部分（1）主磁極 作用：建立主磁場。 構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組。（2）機(jī)座 作用：主磁路的一部分； 電機(jī)的結(jié)構(gòu)框架，

4、主要起支撐和防護(hù)作用。 構(gòu)成：用厚鋼板彎成筒形焊成或鑄鋼件制成。（3）換向極 作用：改善換向。 構(gòu)成：由鐵心和繞組組成。（4）電刷裝置 作用：電樞電路的引出（或引入）裝置。 構(gòu)成：電刷、刷盒、刷桿和連線等。（5）端蓋 作用：起支撐、保護(hù)作用。（6）電樞鐵心 作用：主磁路的一部分； 電樞繞組的支撐部件。 構(gòu)成：一般用厚0.5且沖有齒、槽的DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成。（8）換向器 作用：整流（發(fā)電機(jī)）或逆變（電動機(jī)）。 構(gòu)成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個圓筒片間用V形云母絕緣，兩端再用兩個形環(huán)夾緊而構(gòu)成。（7）電樞繞組 作用：直流電機(jī)的電路部分。 構(gòu)成：用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)

5、線繞成，上下層以及線圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊。 上圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進(jìn)行的。二二. . 直流電機(jī)的工作原理直流電機(jī)的工作原理 1. 1. 直流發(fā)電機(jī)工作原理直流發(fā)電機(jī)工作原理 當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn) 后，如下圖。180 導(dǎo)體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點低電位，d點高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)。 可見

6、，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。 在磁場作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時電樞線圈中將電流流過。如圖（a）。 實際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對。 2. 2. 直流電動機(jī)

7、工作原理直流電動機(jī)工作原理直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 （a） （b） 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到圖（b）所示位置時，原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S 極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 同直流發(fā)電機(jī)相同，實際的直流電動機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。三三. . 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 額定值是制造廠對各種電氣設(shè)備（本章指直流電機(jī)）在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證各電氣設(shè)備長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和

8、用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計或試驗的依據(jù)。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。 額定功率額定功率 PN 指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機(jī)的輸出功率，以 “W” 為量綱單位。若大于 1kW 或 1MW 時,則用 kW 或 MW 表示。 對于直流發(fā)電機(jī)，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。PNUNIN 對于直流電機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率N存在。PNUNINN 額定勵磁電流額定勵磁電流 If 指電機(jī)在額定狀態(tài)時的勵磁電流值。 額定電壓額定電壓 UN 指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 “V” 為量綱單位。 額定電流額定電流 IN 指電機(jī)在額定電壓、額定功率

9、時的電樞電流值，以 “A” 為量綱單位。 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN 指額定狀態(tài)下運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為量綱單位。6.6. 額定額定溫升溫升 指電機(jī)允許高出環(huán)境溫度的最高允許值，它表示了電機(jī)允許發(fā)熱的限度。 三、直流電機(jī)的主要系列三、直流電機(jī)的主要系列1 1、Z2Z2系列系列2 2、Z Z和和ZFZF系列系列3 3、ZTZT系列系列4 4、ZZJZZJ系列系列5 5、ZQZQ系列系列6 6、Z-HZ-H系列系列7 7、ZAZA系列系列8 8、ZUZU系列系列9 9、ZWZW系列系列1010、ZLJZLJ系列系列 疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整

10、個繞組成折疊式前進(jìn)。 波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。3.3 3.3 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 對電樞繞組的基本要求對電樞繞組的基本要求1. 1. 產(chǎn)生盡可能大的電動勢，并有良好的波形。產(chǎn)生盡可能大的電動勢，并有良好的波形。2. 2. 能通過足夠大的電流，以產(chǎn)生并承受所需要的電磁力和電能通過足夠大的電流，以產(chǎn)生并承受所需要的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。磁轉(zhuǎn)矩。3. 3. 結(jié)構(gòu)簡單，連接可靠。結(jié)構(gòu)簡單，連接可靠。4. 4. 便于維修和檢修。便于維修和檢修。5. 5. 對直流電機(jī)，應(yīng)保證換向良好。對直流電機(jī)，應(yīng)保證換向良好。二二. . 電樞繞組的分類

11、電樞繞組的分類1. 1. 疊繞組，又分為單疊和復(fù)疊繞組。疊繞組，又分為單疊和復(fù)疊繞組。2. 2. 波繞組，又分為單波和復(fù)波繞組。波繞組，又分為單波和復(fù)波繞組。3. 3. 蛙繞組，即疊繞和波繞混合的繞組。蛙繞組，即疊繞和波繞混合的繞組。合成節(jié)距 ：連接同一換向片上的兩個元件對應(yīng)邊之間的距離。y第一節(jié)距 ：一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離。1y第二節(jié)距 ：連至同一換向片上的兩個元件中第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊間的距離。2ypD22. 2. 極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用 表示。表示。單疊繞組單波繞組21yyy21

12、yyy三三. . 元件、極距與節(jié)距元件、極距與節(jié)距1. 1. 元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端：每一個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。 單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對位置關(guān)系。 單疊繞組的特點是相鄰元件(線圈)相互疊壓,合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即： 。1kyy四四. . 單疊繞組單疊繞組單疊繞組的的特點： 1. 同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。 2. 電刷

13、數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。 3. 電樞電流等于各支路電流之和。單疊繞組的展開圖單疊繞組的并聯(lián)支路圖 兩個串聯(lián)元件放在同極磁極下，空間位置相距約兩個極距；沿圓周向一個方向繞一周后，其末尾所邊的換向片落在與起始的換向片相鄰的位置。五五. . 單波繞組單波繞組單波繞組的合成節(jié)距與換向節(jié)距相等。單波繞組的特點：1. 同極下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，支路對數(shù)為1，與磁極對數(shù)無關(guān)；2. 當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動勢最大；3. 電刷數(shù)等于磁極數(shù)；4. 電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；5. 電樞電流等于兩條支路電

14、流之和。單波繞組的并聯(lián)支路圖單波繞組的展開圖3.4 3.4 直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場 直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為電樞反應(yīng)。 下圖為一臺四極直流電機(jī)空載時的磁場示意圖。當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)匝為 ，流過電流為 ，每極的勵磁磁動勢為：fNfIfffNIF 一一. . 直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的空載磁場幾何中性線極靴極身（a）氣隙形狀 空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。如下圖 (a) 所示，磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖

15、處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。 直流電機(jī)中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。 空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b) 所示。 空載時主磁極磁通的分布情況，如下圖(c) 所示。xB（b）氣隙磁密分布 為了感應(yīng)電動勢或產(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，氣隙磁通 與空載磁動勢 或空載勵磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖所示。000f

16、F0fIfNI0fF0fIINfIA0N0N 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運行時，額定磁通 設(shè)定在圖中A點，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。 右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布情況。二二. . 直流電機(jī)負(fù)載時的磁場直流電機(jī)負(fù)載時的磁場 直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。 假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中 所示

17、。axF 由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中 所示。axBaxBaxF 當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。 1. 1. 當(dāng)電刷在幾何中性線上時當(dāng)電刷在幾何中性線上時三三. . 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況，如圖（a）所示。xB0 xBaxB 為兩條曲線逐點疊加后得到負(fù)載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線xB為主磁場的磁通密

18、度分布曲線xB0為電樞磁場磁通密度分布曲線axB由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：（1）使氣隙磁場發(fā)生畸變空載時電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線角，磁通密度的曲線與空載時不同。（2）對主磁場起去磁作用磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機(jī)正常運行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。 電刷從幾何中性線偏移角，電樞磁動勢軸線

19、也隨之移動 角，如圖（a）、（b）所示。2. 2. 當(dāng)電刷不在幾何中性線上時當(dāng)電刷不在幾何中性線上時 這時電樞磁動勢可以分解為兩個垂直分量：交軸電樞磁動勢 和直軸電樞磁動勢 。如圖（a）、（b）所示。adFaqF電刷不在幾何中性線時的電樞反應(yīng)可用下列表格說明3.5 3.5 直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩一一. . 直流電機(jī)的電樞電動勢直流電機(jī)的電樞電動勢電樞電勢Ea 每一支路串聯(lián)導(dǎo)體電勢之和。lvBaNeaNavav22式中，N 電樞導(dǎo)體總數(shù) 2a 并聯(lián)支路數(shù)aN2 一個支路內(nèi)串聯(lián)的導(dǎo)體數(shù)ave（一個導(dǎo)體內(nèi)平均電勢）lvBavavB 氣隙平均磁密l 導(dǎo)體的有效長度

20、 v（圓周線速度）60260npnDa 電樞旋轉(zhuǎn)時,主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動勢簡稱為電樞電動勢。nCnapNnplBaNEeava606022式中，為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)（電動勢常數(shù)）apNCe60lBav為每極磁通量說明：(1) Ea 公式是電刷處于幾何中心線時推導(dǎo)出來的，故Ea 是 最大值。 (2)電樞電動勢在電動機(jī)中屬于反電勢。(3)若要改變Ea的方向，只需改變n和的方向即可。二二. . 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 當(dāng)電樞繞組中有電流流過時,在磁場內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。結(jié)論結(jié)論: :直流電機(jī)的電樞電動勢與每極的磁通量和轉(zhuǎn)速的乘積成正比。Ia 為電樞

21、電流 結(jié)論：結(jié)論：電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流和每極磁通量的乘積成正比。該電磁轉(zhuǎn)矩對電動機(jī)而言是拖動轉(zhuǎn)矩，對發(fā)電機(jī)而言是制動轉(zhuǎn)矩。式中，aPNCM2為結(jié)構(gòu)常數(shù)（電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)）eMCC55. 9aMaaaaMICIaPNnInaPNnIEPM2260)60(6023.6 3.6 直流電機(jī)的基本平衡關(guān)系直流電機(jī)的基本平衡關(guān)系 一一. .直流發(fā)電機(jī)的基本平衡關(guān)系直流發(fā)電機(jī)的基本平衡關(guān)系1.1.電路平衡（以并勵發(fā)電機(jī)為例）電路平衡（以并勵發(fā)電機(jī)為例）Ea If IIaUfaIIIUrIUEaaa2ffrIU式中，ar為電樞回路總電阻fr為勵磁回路總電阻U為一個電刷的接觸電壓降，一般為1V2.2.功率平衡功率平衡

22、電磁功率bsfaaafaaaaaaaaaMpppPUIrIUIUIUIrIUIIUrIUIEP22222)2( M 為電磁轉(zhuǎn)矩，它的方向由左手定則決定，在發(fā)電機(jī)時正好與 反向。1M二二. .直流電動機(jī)的基本平衡關(guān)系直流電動機(jī)的基本平衡關(guān)系1.1.電路平衡（以并勵電動機(jī)為例）電路平衡（以并勵電動機(jī)為例）faIIIUrIEUaaa2ffrIU式中，ar為電樞回路總電阻fr為勵磁回路總電阻U為一個電刷的接觸電壓降，一般為1V2.2.功率平衡功率平衡If IaUIEa )(12fjbCufCuaFejMPPPPPPPPPP電磁功率jFeMppPPPP2023.3.轉(zhuǎn)矩平衡轉(zhuǎn)矩平衡02MMMMPM式中，

23、M 為電磁轉(zhuǎn)矩，2M為軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，22PM0M為空載制動轉(zhuǎn)矩，fjFejpppPM003.7 3.7 直流電機(jī)的運行特性直流電機(jī)的運行特性 1.1.直流發(fā)電機(jī)的勵磁方式直流發(fā)電機(jī)的勵磁方式一一. .直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)（1）他勵：直流電機(jī)的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。如圖所示。aII 他勵直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：aIIGUfIFfU（2）并勵：發(fā)電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足 afII I fIFIGUaI（3）串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足IIIfaGIaIfIFU（4）復(fù)勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞

24、組并聯(lián)。2fIFGIaI1fIFUIGUaI1fI2fIF2.2.并勵直流發(fā)電機(jī)的電壓建立過程并勵直流發(fā)電機(jī)的電壓建立過程 并勵的勵磁是由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供的，而端電壓是在勵磁電流作用下建立的，這一點與他勵發(fā)電機(jī)不同。并勵發(fā)電機(jī)建立電壓的過程稱為自勵過程，滿足建壓的條件稱為自勵條件。 原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動勢。在電動勢作用下勵磁回路產(chǎn)生 。如果勵磁繞組和電樞繞組連接正確， 產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動勢增大， 增加。如此不斷增長，直到勵磁繞組兩端電壓與 相等時，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點A。電壓建立過程如右圖所示。 fIfIfI

25、ffRIfI0U0fIA0U剩aE 圖中OA為場阻線，它的斜率為 ，由此可見，場阻線的斜率與勵磁回路電阻 成正比。ffffRIRItgfR（1）自勵條件 主磁極要有磁。 初始勵磁電流產(chǎn)生的磁場必須加強(qiáng)剩磁磁通。 必須與場阻線有交點 。)(faIfE （2）不能自勵的原因及解決辦法 。直流電機(jī)多年不用，無剩磁，可加直流重新充磁。0剩aE 加強(qiáng)勵磁后， 反而下降，原因是連接錯誤，出現(xiàn)剎磁。解決辦法是：改變電樞與勵磁繞組的相對連接；改變原動機(jī)的轉(zhuǎn)向。注意上述兩種方法不能同時使用。剩aE 加強(qiáng)勵磁后， 無變化，原因是勵磁回路斷線。解決辦法是重新檢查后讓勵磁回路接通。剩aE 加強(qiáng)勵磁后，發(fā)電機(jī)的端電壓有

26、所升高，但穩(wěn)定點電壓較低，原因是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速太低或勵磁回路電阻太大。解決辦法是調(diào)節(jié)原動機(jī)轉(zhuǎn)速或減小勵磁回路電阻。3.3.空載特性空載特性 并勵發(fā)電機(jī)的空載特性與一般電機(jī)的空載特性一樣，也是磁化曲線。由于勵磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線只在第一象限。4.4.外特性外特性5.5.調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性 引起并勵發(fā)電機(jī)端電壓下降較多的原因： 并勵發(fā)電機(jī)的外特性與他勵發(fā)電機(jī)相似，也是一條下降曲線。I0UeIeU0U他勵并勵（1）電樞回路電阻壓降（2）電樞反應(yīng)的去磁作用 （3）端電壓下降將造成勵磁電流 的下降，所以 進(jìn)一步降低，造成端電壓下降比他勵發(fā)電機(jī)更多，如上圖所示。fIaE 調(diào)節(jié)特性是指當(dāng) 時，欲保

27、持端電壓U = 常數(shù)， 常數(shù)Nnn)(LfIfI時的特性曲線。以上分析可知，負(fù)載負(fù)載電流變化大時LI0NIfNIfI端電壓降有所下降，為要保持端電壓不變，負(fù)載電流增大時，勵磁電流應(yīng)當(dāng)相應(yīng)的增加，以抵消電樞反應(yīng)的取磁作用和電樞回路的電壓降。所以調(diào)節(jié)特性是一條略有上翹的曲線,如右圖所示。圖 中 指電壓和負(fù)載電流為額定值時的勵磁電流。fNI1.1.直流電動機(jī)的運行特性直流電動機(jī)的運行特性轉(zhuǎn)速特性（1）他勵（并勵）直流電動機(jī)的運行特性由方程式可得aeaeNICRCUn二二. . 直流電動機(jī)直流電動機(jī) 忽略電樞反應(yīng)的去磁作用， 是一條略有下降的直線。如右圖所示。)(aIfn aI0)(aIfn2M0MM

28、Mn 定義：當(dāng) ， 時，電樞電流 與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系曲線，即 。NUU fNfII)(aIfn aI 從上圖中可以看出，并勵電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載電流變化不大，故稱為硬特性。其缺點是不能過載。轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 ,當(dāng) = N 時，MIa 。 aMICM 考慮電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢，當(dāng)Ia較大時，M 稍有降低，如上圖所示。 注意：并勵電動機(jī)的勵磁回路不能斷開。如果斷開， =剩 ，由于剩很小，當(dāng)電動機(jī)輕載時，其轉(zhuǎn)速將急劇上升，出現(xiàn)“飛速”現(xiàn)象。當(dāng)電動機(jī)重載時，將停轉(zhuǎn)。兩種情況將給電動機(jī)帶來很大危害。 定義：當(dāng) ， 時，電磁轉(zhuǎn)矩M與電樞電流 之間的關(guān)系曲線，即 。NUU fN

29、fII)(aIfM aI效率特性 定義：當(dāng) ， 時，效率與電樞電流 之間的關(guān)系曲線，即 。NUU fNfII)(aIfaI由方程式可得aNaaIUIrPPPPn20111 空載損耗為不變損耗，不隨負(fù)載電流變化，當(dāng)負(fù)載電流較小時效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負(fù)載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流增大到一定程度時銅損快速增大此時效率又變小。如右圖所示。aI0機(jī)械特性 定義：當(dāng) ， 時，電磁轉(zhuǎn)矩M與電樞電流 之間的關(guān)系曲線，即 。NUU fNfII)(aIfM aI可得 由 可得： ，并將其入 ，aMICMMaCMIEaaCrIUnEaMCrCMUn 當(dāng)

30、 時， ，NNUU,2NMEaNENCCrMCUn 由此可見，隨著電磁轉(zhuǎn)矩M的增大，轉(zhuǎn)速n是一條略有下降的直線，如右圖所示。Mn00nNnNMNn（2）串勵直流電動機(jī)的運行特性轉(zhuǎn)速特性 定義：當(dāng) 時，電樞電流 與轉(zhuǎn)速n 之間的關(guān)系曲線，即 。NUU )(aIfn aIIf IaUIEa cfrafIII根據(jù)串勵電動機(jī)的電路特點，得)(cfaaarrIEU由電壓平衡方程可得：EacfaENCIrrCUn)(當(dāng)磁路不飽和時， ，所以aKIKCrrKICUKICIrrKICUnEcfaaENaEacfaaEN)( 從上式可以看出，當(dāng)磁路不飽和時，轉(zhuǎn)速特性為雙曲線關(guān)系；當(dāng)磁路飽和時，基本不變，所以轉(zhuǎn)速

31、特性為一條略有下降的直線。EacfaENCIrrCUn)( 串勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化率%100410NNnnnnaI0nMn M41aNI410n410n為串勵電動機(jī)輕載（ ）時的轉(zhuǎn)速。aNaII41 注意：串勵電動機(jī)不能空載運行，否則要發(fā)生“飛速”事故；在調(diào)速過程中，串勵繞組不能過多的旁路，因為 被削弱過多，轉(zhuǎn)速將超過額定轉(zhuǎn)速比較多。轉(zhuǎn)矩特性 定義：當(dāng) 時，電磁轉(zhuǎn)矩M與電樞電流 之間的關(guān)系曲線，即 。NUU )(aIfM aI 根據(jù) ，式中 ，由此可分兩種情況討論：當(dāng)磁路不飽和時， 所以 ，由此可見，轉(zhuǎn)矩特性為拋物線；當(dāng)磁路飽和時，基本不變轉(zhuǎn)矩特性為一上升的直線。 aMICM)()(afIf

32、IfaKI2aMKICM aMICM機(jī)械特性 定義：當(dāng) 時，電磁轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n 之間的關(guān)系曲線，即 。NUU )(Mfn 當(dāng)磁路不飽和時， ， ，所以aKI2aMKICM KCMIMa將 代入轉(zhuǎn)速公式，可得aIbMaUKCrrMKCKCUKCrrKICUnNEcfaMENEcfaaEN式中， ，KCKCaMEKCrrbEcfa 由此可見，當(dāng)磁路不飽和時， 為一雙曲線；當(dāng)磁路飽和時，基本不變， ，所以 ，并代入轉(zhuǎn)速公式，可得：)(Mfn aMaMICICMMaCMI2)()(EMcfaENEacfaENCCrrMCUCIrrCUn 由此可見， 為一下降的直線。如右圖所示。)(Mfn 0)(Mfn

33、 nM恒功率特性 將轉(zhuǎn)速特性和轉(zhuǎn)矩特性結(jié)合起來，可以發(fā)現(xiàn)串勵直流電動機(jī)在輕載和重載時其輸出功率基本不變，即具有恒功率特性，如右下圖所示。0MaInnM輕載輕載重載重載 從圖中可以看出：輕載時轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小；重載時轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)矩大。電磁功率Mn 輕載時的Mn近似等于重載時的Mn ，即具有恒功率特性。3.8 3.8 直流電動機(jī)的起動、調(diào)速和制動直流電動機(jī)的起動、調(diào)速和制動 一一. .直流電動機(jī)的起動直流電動機(jī)的起動 起動時n = 0，所以 ,起動時的電流 ，一般 ，起動電流過大會造成電機(jī)損壞，沖擊電源，影響其他的用戶。為此，對起動提出兩種要求： 0nCEEaNstII)2010(aNstrUI1.1

34、.起動電流起動電流 盡量?。ㄐ∮谠试S值）盡量小（小于允許值）stI2.2.起動力矩起動力矩 足夠大（可在額定磁場下起動）足夠大（可在額定磁場下起動）stM 為了減小起動電流，可采用如下起動方法： （1）直接起動）直接起動直接將電樞投入直接將電樞投入 起動起動 此法只有在電源容量足夠大時才能采用。NU（2）電樞回路串變阻器起動）電樞回路串變阻器起動起動時在電樞回路串入起動起動時在電樞回路串入起動電阻電阻 此法可用圖解法和解析法求出各級起動電阻 。stRstR（3）降壓起動）降壓起動起動時降低電樞繞組電壓，即起動時降低電樞繞組電壓，即NUU 此法可用專用可調(diào)電壓電源或者變阻起動。二二. .直流電動

35、機(jī)的調(diào)速直流電動機(jī)的調(diào)速2.2.調(diào)速方法調(diào)速方法 根據(jù)轉(zhuǎn)速公式 可得調(diào)速方法有三種：EataENCIrrCUn)( 1 1對調(diào)速性能的要求：對調(diào)速性能的要求： （1） 調(diào)速范圍大調(diào)速范圍大 （2） 調(diào)速平滑調(diào)速平滑 （3） 經(jīng)濟(jì)性好經(jīng)濟(jì)性好 （4） 方法簡便可靠方法簡便可靠（1）電樞回路串電阻調(diào)速）電樞回路串電阻調(diào)速 電樞回路串電阻調(diào)速的規(guī)律是：所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低。這種方法設(shè)備簡單，調(diào)速方便，但技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能較差，屬于有級調(diào)速。 （3）弱磁調(diào)速）弱磁調(diào)速 這種方法是減小磁通，使轉(zhuǎn)速升高。其基本規(guī)律是 ,這種方法的優(yōu)點是控制方便，平滑性較好，設(shè)備容量小，消耗功率小。1221nn三三. .

36、直流電動機(jī)的制動直流電動機(jī)的制動 制動分為機(jī)械制動和電氣制動兩種。我們研究的是電氣制動。 電氣制動又可以分為制動過程和制動運行。其共同點是使電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n的方向相反。 （2）降壓調(diào)速）降壓調(diào)速 這種方法可分為大功率系統(tǒng)和小功率系統(tǒng)兩種調(diào)速系統(tǒng)。其基本規(guī)律是：電壓與轉(zhuǎn)速成正比。其優(yōu)點是調(diào)速平滑，調(diào)速范圍大，經(jīng)濟(jì)性能好，但投資大，還可能出現(xiàn)諧波公害。 制動方法有：制動方法有： （1）能耗制動）能耗制動 它主要是靠系統(tǒng)的儲存的動能進(jìn)行發(fā)電，從而產(chǎn)生反向電流、反向力矩來阻止電動機(jī)的繼續(xù)運行。制動電阻 可按以下公式進(jìn)行計算：NNzaIURr2zR （2）反接制動）反接制動 反接制動可以分為轉(zhuǎn)速反向的反接制動和電源反接的反接制動。它的制動力量更強(qiáng)，其制動電阻aNNzrIUR （3）回饋制動）回饋制動 回饋制動可以分為轉(zhuǎn)向不變的回饋制動和轉(zhuǎn)向改變的回饋制動。它們的主要特點是由位能性的負(fù)載拖動電動機(jī)進(jìn)行發(fā)電，將電能反送給電網(wǎng)。一、換向概述一、換向概述3.9 3.9 直流電機(jī)的換向直流電機(jī)的換向 為了