直流電機(jī)工作特性

1、第七節(jié) 直流電機(jī)的運(yùn)行原理 直流電機(jī)的基本方程式 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 直流發(fā)電機(jī)的特性一、直流電機(jī)的基本方程式：（電系統(tǒng)的電勢平衡方程式，機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式，能量系統(tǒng)的功率平衡方程式。）1、電勢平衡方程式： A、不計(jì)磁路飽和效應(yīng)，并勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路和勵(lì)磁回路的電勢方程式：aEaIfIfffaaaaafafaIRUUIREIRIGUUB、并勵(lì)發(fā)電機(jī)電勢方程式：發(fā)電機(jī)的 大于 。aEaIfIfffaaaaIRUIRUEaEaU2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式：A、電動(dòng)機(jī)： 瞬態(tài)方程（電磁轉(zhuǎn)矩 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 穩(wěn)態(tài)方程B、發(fā)電機(jī)： 瞬態(tài)方程原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 穩(wěn)態(tài)方程 dtdJtMtMtM)()()(02dtdJt

2、MtMtM)()()(0102MMM01MMM 空載轉(zhuǎn)矩慣性轉(zhuǎn)矩3、功率方程式：A、直流電機(jī)中的損耗、效率：損耗有三類 消耗于導(dǎo)體電阻中。 消耗于摩擦損耗、通風(fēng)和機(jī)械損耗。 消耗于鐵心中的損耗。鐵耗： 由于電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)主磁通在電樞鐵心內(nèi)交變而引起的。銅耗：電樞回路銅耗勵(lì)磁回路銅耗電刷接觸銅耗 為一對電刷總接觸電壓降。Fep1cupaacuarIp2sU2ffcufrIp2sasUIp 2機(jī)械損耗： 包括軸承摩擦損耗、電刷摩擦損耗、定轉(zhuǎn)子和空氣的摩擦損耗。附加損耗： 電樞齒、槽存在，使氣隙磁通產(chǎn)生脈動(dòng)，電樞反應(yīng)使磁場畸變引起的鐵耗。換向電流引起的損耗。 按額定容量的% 計(jì)算 ， 無補(bǔ)償繞組 按額定

3、容量的 0.5% 計(jì)算 ， 有補(bǔ)償繞組在以上損耗中， ， 隨負(fù)載變化而變化，稱為可變損耗； ， ， 為不變損耗。電機(jī)的效率ppppcuapspcufp %100)(21 %100)1 (%1002112fassaacufFeIIUIUrIpppPpPP當(dāng)不變損耗可變損耗時(shí)， 取得最大， 是 的二次曲線。B、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的功率方程式： 電磁功率 機(jī)械功率 電功率maxaIppPMMIEMPPpppIIUUIPFeaaMMscuacufaf2021)()(1PMP2PFeppspcufpcuapC、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的功率方程式： 電磁功率 電功率 機(jī)械功率FeMMscuacufasaaaaMppPpPMM

4、MPPpppIUrIUIEP00112)()2(1PMP2PFeppcufpcuapsp二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性： 當(dāng)端電壓為額電壓，電樞回路無外串電阻，勵(lì)磁電流為額定勵(lì)磁電流時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，電磁轉(zhuǎn)矩 ，和效率 與輸出功率 之間的關(guān)系。 即：實(shí)際運(yùn)行中， 可測，且 隨 增大而增大，所以，工作特性可表示為：nM2P)(,2PfMnaIaI2P)(,aIfMn1、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性：A、轉(zhuǎn)速特性：aaaeaIREUnCEaaeaeInICRCUn0其中， 為理想空載轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速特性為一斜率為 的直線。當(dāng)電機(jī)磁路飽和時(shí)，隨著 的增大， 增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使 增大，直線上翹。為保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)

5、行， 0采取措施使特性略為下降。B、轉(zhuǎn)矩特性： 不計(jì)去磁特性為一過原點(diǎn)的直線。當(dāng)考慮電樞反應(yīng)時(shí)，實(shí)際曲線偏離直線 ，仍接近于一條直線。 eCUn0eaCRaI0nn2PaInaMaMICMICM aMICMMnC、效率特性： 是 的二次曲線。當(dāng)不變損耗可變損耗時(shí)， 取得最大。 0 %100)(21 %100)1 (%1002112fassaacufFeIIUIUrIpppPpPPaImaxaImax2、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性：基本方程式：不計(jì)飽和時(shí)：afafaaaaffaIIMMMIRREIRIREU )(02fMMaMfaMaMfeeaefeeaKCCICIICICMKCCnICnICnC

6、E2 nICnCERIRIEUaeeaffaaafaaaeaeeaaRRRRCICUCRIUn 1A、轉(zhuǎn)速特性：分析：a、轉(zhuǎn)速 隨著 的增大而迅速減小。 （因?yàn)?）。 b、空載時(shí)， 很小， 及 很小，電機(jī)必須 產(chǎn)生反電勢 與電源電壓相平衡， 因此, 很高。 理論上， 時(shí)， ， 。 故串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或輕負(fù)載運(yùn)行。naIfaII aIaaRInCEean0aI0nnnaIMM0B、轉(zhuǎn)矩特性：當(dāng) 增大， 很快減小，使 升很快。即，隨著 增大， 將以高于 的一次方比例增大。 在同樣大小的起動(dòng)電流 下，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 大于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 。C、效率特性： 與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)類似。 2aMaMICICMaIn

7、MaIMaI %100)(21 %100)1 (%1002112fassaacufFeIIUIUrIpppPpPPstIstMstM并勵(lì)電動(dòng)機(jī)與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性比較：A、串勵(lì)電機(jī)的 隨 增大而迅速下降。B、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或輕負(fù)載運(yùn)行。C、在同樣大小的起動(dòng)電流 下，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 大于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 。naIstIstMstM串勵(lì)并勵(lì)stIMaI0串stM并stM3、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性： 它介于并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性之間。 當(dāng)并勵(lì)繞組磁勢起主要作用，特性接近于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性。 當(dāng)串勵(lì)繞組磁勢起主要作用，特性接近于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性。 在空載時(shí)無飛速現(xiàn)象。三、直流發(fā)電機(jī)的工作特性： 可測物理量

8、有：發(fā)電機(jī)端電壓 ，電樞電流 ，勵(lì)磁電流 ，轉(zhuǎn)速 等。有四種特性曲線：UaIfInCnIIfUaf , 0 , )(0CnCIIfUaf , , )(CnCIIfUfa , , )(CnCUIfIaf , , )(空載特性負(fù)載特性外特性調(diào)節(jié)特性(一)、他勵(lì)發(fā)電機(jī)特性：1、他勵(lì)發(fā)電機(jī)空載特性：當(dāng)電機(jī) 時(shí)，調(diào)節(jié)使發(fā)電機(jī)空載端電壓 ， 然后使 逐漸回到零，測取空載端電壓 與 關(guān)系曲線 即為空載特性曲線 。分析：A、空載特性表明電機(jī)磁路的性質(zhì)。即：當(dāng) 一定時(shí)，電機(jī)繞組感應(yīng)電勢與其對應(yīng)磁勢的關(guān)系。B、改變勵(lì)磁電流 的方向，可測出反方向的 空載特性曲線。C、改變電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，可得不同的空載特性曲線。D、并勵(lì)

9、、復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性都以 他勵(lì)形式測取。enn eUU3 . 11 . 10fI0U0fI)(0fIfU n0fInfI空載特性曲線：0UfIfI0U1n2n21nn ofIo2、負(fù)載特性：當(dāng) ， 時(shí)，端電壓 曲線。與空載特性比較：當(dāng) 上升時(shí)，兩曲線都上升。當(dāng) 一定時(shí)，兩特性的電壓不同。 空載 負(fù)載CnCIafIfI)(fIfU fIUo3、外特性：當(dāng) ， 時(shí)，端電壓 曲線。當(dāng)負(fù)載電流及電樞電流增大時(shí)，曲線略為下垂。 積復(fù)勵(lì) 他勵(lì) 并勵(lì)CnCIf)(aIfU UIoeIeU4、調(diào)節(jié)特性：當(dāng) ， 時(shí)，端電壓 曲線。當(dāng)電樞電流增大時(shí)，曲線往上翹。CnCU )(afIfIaIfI0fIeIfe

10、I(二)、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)空載電壓的建立：并勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)均為自勵(lì)發(fā)電機(jī)，首先應(yīng)在空載時(shí)建立電壓，然后再帶負(fù)載。自勵(lì)電壓建立的三個(gè)條件：必須有剩磁；勵(lì)磁繞組與電樞并聯(lián)的極性正確；勵(lì)磁回路中電阻小于臨界電阻。電機(jī)有剩磁，極性正確氣隙磁場得到加強(qiáng)電樞繞組電勢增加勵(lì)磁電流增加電樞端電壓建立起來如何穩(wěn)定呢？0fI0UrE0A臨界電阻線 勵(lì)磁電阻線 空載特性空載電壓建立能否穩(wěn)定？勵(lì)磁繞組端電壓 與勵(lì)磁電流 ： 在磁路上滿足空載特性 ，在電路上滿足伏安特性 。當(dāng) 時(shí) ，達(dá)穩(wěn)定點(diǎn)A。即兩曲線的交點(diǎn)。0UfI)(0fIfU 0fffIrU0UUf(三)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行：當(dāng) ，建立自勵(lì)電壓后，保

11、持 ，接入負(fù)載 ，逐漸減小 ，測取 與 的曲線。下垂原因： 電樞反應(yīng)； 積復(fù)勵(lì) 電樞繞組壓降； 他勵(lì) 并勵(lì)直流電機(jī)隨 并勵(lì) 的減小，電樞感應(yīng)電勢 大大減??； 串勵(lì)電機(jī) 隨負(fù)載變化，使 不穩(wěn)定，可安自動(dòng)裝置。 CnCRfLRLRUIUUaEafII UIeI0UeU0 第八節(jié) 直流電機(jī)的換向 換向的電磁現(xiàn)象 改善換向的方法 補(bǔ)償繞組 直流電機(jī)電樞繞組中的電勢和電流是交變的。借助于換向器和電刷，在電刷間獲得直流電壓和電流。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的電樞繞組元件從一條支路經(jīng)電刷底而進(jìn)入另一條支路時(shí)，該元件中的電流從一方向變換成另一方向，這種電流方向的變換稱為換向。 換向不良：電刷火花，燒壞電刷和換向器，電機(jī)不能運(yùn)行。

12、 換向過程復(fù)雜：電磁、機(jī)械、電化學(xué)等各方面因素。現(xiàn)僅就電磁現(xiàn)象及改善換向的方法作介紹：一、換向的電磁現(xiàn)象：2 1ai 2kv)(a2 12 1kvkvai 2ai 2)(c)(b 在上述過程中，元件1 中的電流改變了方向。經(jīng)過了一個(gè)換向過程。換向過程經(jīng)歷時(shí)間為換向周期 ，一般為千分之幾秒。 若換向元件中電勢為零，則元件中電流變化為線性的變化。實(shí)際換向元件中會(huì)出現(xiàn)兩種電勢：電抗電勢 ，電樞反應(yīng)電勢 。(一)、電抗電勢 ：換向元件中在電流變化時(shí)，必然出現(xiàn)由自感和互感作用引起的感應(yīng)電勢，稱為電抗電勢 。由元件自感和互感漏磁通產(chǎn)生，作用是阻礙換向。 KTreaerereKararrTiLdttdiLe

13、2)(二)、電樞反應(yīng)電勢 ： 由于電樞反應(yīng)的作用，換向元件的有效邊所處的電樞磁場的磁密不為零，元件邊將切割電樞磁場產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢，稱為電樞反應(yīng)電勢 。 其作用是阻礙換向。（三）、 和 均使電流換向延時(shí)。1、被電刷短路的換向元件瞬時(shí)斷開時(shí)，附加電流不為零，儲(chǔ)能以弧光放電轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生火花。2、 、 均與電樞電流和轉(zhuǎn)速成正比。大電流，高轉(zhuǎn)速電機(jī)換向更困難。aeaeaaalvBe aerereaeitaiaiKiKi0二、改善換向的方法： 從減小和消除附加電流 著手：1、裝換向極。主極間幾何中性線處，繞組與電樞繞組串聯(lián)。作用：抵消電樞磁勢在幾何中性線處的作用； 剩余部分產(chǎn)生附加磁場 ，抵消 。2、移

14、動(dòng)電刷位置。電刷移開幾何中性線一角度。 一般不常用。3、選用合適電刷：減小接觸電阻。 石墨電刷換向不困難的中小型電機(jī)， 碳石墨電刷換向困難的中小型電機(jī)，青銅石墨電刷低壓大電流電機(jī)，紫銅石墨電刷低壓大電流電機(jī)。KireKB三、補(bǔ)償繞組： 在主極極靴上沖出一些均勻分布的槽，放置補(bǔ)償繞組。 補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)。磁勢與電樞磁勢方向相反，其作用是減小電樞反應(yīng)引起磁場畸變，防止環(huán)火。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，一般不采用。環(huán)火產(chǎn)生原因： 電樞反應(yīng)磁場畸變，元件切割極尖下增磁區(qū)的 時(shí)感應(yīng)出很大的電勢，使處于該處換向片間的電位差很大，當(dāng)此電位差值超過一定限制，就發(fā)生換向片間電位差火花。該火花延伸到片間電壓較大處

15、，在正負(fù)電刷間形成電弧連通，使換向器周圍發(fā)生環(huán)火。B作業(yè)：9月29日1、一臺(tái)P對極的直流電機(jī)，電樞繞組為單迭繞組，其電樞繞組電阻為 ，電樞電流為 。若改接為單波繞組，并保持支路電流不變，問電樞繞組電阻和電樞電流將為多少？2、一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在 的條件下運(yùn)行，電樞繞組電阻為 ， 勵(lì)磁繞組電阻為額定負(fù)載時(shí)效率 求：額定輸入功率；額定輸出功率；總損耗；電樞回路銅耗；勵(lì)磁回路銅耗；電刷接觸損耗；附加損耗；機(jī)械損耗與鐵耗之和。安伏，80220NNIUaraI歐 08. 0ar伏， 22sU歐 8 .88fr 85N3、一臺(tái)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，1)、電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩；2)、在額定電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩；3)、當(dāng)電

16、樞電流 時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速；4)、在總制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，當(dāng)電樞中串入一電阻0.1歐，電機(jī)穩(wěn)定時(shí)的轉(zhuǎn)速。安伏，255440NNIU分，轉(zhuǎn)安千瓦，/500 ,596NfNNnIP歐，試求： 078. 0ar0aI4、一臺(tái)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，忽略電樞反應(yīng)作用，試求：1)、當(dāng)電樞電流 時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速；2)、當(dāng)電樞電流 安 時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；3)、若保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，當(dāng)磁通減少15時(shí)，電機(jī)穩(wěn)定時(shí)的電樞電流和轉(zhuǎn)速。安伏，2 .82110NNIU分，轉(zhuǎn)千瓦，/1500 5 . 7NNnP歐，歐， 7 .46 1014. 0farr安60aI0aI 直流電機(jī)小結(jié) 1、直流電機(jī)的工作原理電和磁相互作用。電機(jī)外電路中電壓、電流

17、、電動(dòng)勢為直流性質(zhì)；每個(gè)繞組元件中的為交流性質(zhì)。fNNNNNInIUP、 4、電樞繞組直流電機(jī)的心臟，主要電路。由許多完全相同的繞組元件以一定的規(guī)律連接起來的閉合繞組。 疊繞組、波繞組。 并聯(lián)支路對數(shù)。2、結(jié)構(gòu)靜止的磁極、旋轉(zhuǎn)的電樞、氣隙。3、額定值5、磁場空載、負(fù)載時(shí)氣隙磁密波形。 電樞反應(yīng)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)氣隙磁通變化電路磁鏈變化氣隙儲(chǔ)能變化電氣系統(tǒng)反應(yīng)，產(chǎn)生E。E與I作用，輸入或輸出電能機(jī)械系統(tǒng)反應(yīng)，產(chǎn)生T。T與n作用，輸入或輸出機(jī)械能 標(biāo)志機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的功率。emaaTIE6、能量轉(zhuǎn)換電氣系統(tǒng)（電樞繞組）、 機(jī)械系統(tǒng)（轉(zhuǎn)軸）、聯(lián)系兩系統(tǒng)的耦合介質(zhì) （磁場）。7、基本方程式電勢、轉(zhuǎn)矩、功率平衡方

18、程式。 分析電機(jī)的運(yùn)行特性、工作特性。8、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)恒速電動(dòng)機(jī)，T與I成正比。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化大，T與I平方成正比。復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)介于兩者之間。9、直流發(fā)電機(jī)特性端電壓的建立、變化及調(diào) 節(jié)。勵(lì)磁方式不同特性不同。10、換向幾種電動(dòng)勢阻礙換向。換向不良引起環(huán)火。補(bǔ)償繞組。思考題：1、在直流電機(jī)中，換向器起什么作用？2、在下列情況下，直流發(fā)電機(jī)電刷兩端電壓的性質(zhì)？ 1)、磁極固定，電刷與電樞同時(shí)旋轉(zhuǎn)。 2)、電樞固定，電刷與磁極同時(shí)旋轉(zhuǎn)。3、下列哪種情況可以使連接在電網(wǎng)上的直流電機(jī)逆變?yōu)榘l(fā)電機(jī)？ 1)、加大勵(lì)磁電流，使磁通增加，并使 。 2)、在電機(jī)軸上外加一轉(zhuǎn)矩，使其轉(zhuǎn)速上升，并使 。

19、4、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)能自勵(lì)，反轉(zhuǎn)能否自勵(lì)？為什么?應(yīng)如何處理？UEaUEa5、如何判斷直流電機(jī)是運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)還是電動(dòng)狀態(tài)？它們的電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電樞感應(yīng)電勢、電樞電流和端電壓的方向有何不同？能量轉(zhuǎn)換關(guān)系有何不同？6、一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)電樞電流增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電樞電流如何變化？試分析其變化過程。7、直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電樞電流增大，即電磁轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，轉(zhuǎn)速似乎應(yīng)該上升，但從其轉(zhuǎn)速特性看，其轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的增大而減小，為什么？8、串勵(lì)直流電機(jī)不能在空載下起動(dòng)和運(yùn)行，而并勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電機(jī)就可以，為什么？9、要改變他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，應(yīng)采取什么措施？10、并勵(lì)直流電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，其