電機與電器——直流電機2.

1、直流發(fā)電機的運行原理直流發(fā)電機的運行原理:aaaaaaaaaaEUIREUIREU感 應 電 動 勢輸 出 端 電 壓電 樞 電 流電 樞 回 路 內 阻注 意 ：2 2、發(fā)電機的轉矩平衡方程式、發(fā)電機的轉矩平衡方程式1010:MMMMMM原動機驅動轉矩電磁轉矩電機的各種損耗引起的空載轉矩，永遠與n反向3 3、發(fā)電機的功率平衡關系、發(fā)電機的功率平衡關系110022222():():mma aaaaaa aaaaaaaPMMMPPPME IUI R IU II RPI RPI R原動機輸入功率：電磁功率輸出電功率電樞回路內阻功耗二、二、 直流發(fā)電機的特性直流發(fā)電機的特性aUaIfIaI直流發(fā)電機

2、的四個基本物理量：直流發(fā)電機的四個基本物理量： 、 、I If f、n n。（n n由原動機拖動，保持不變）由原動機拖動，保持不變）運行特性運行特性：在：在 、 、 n 之間，保證其中一個量之間，保證其中一個量不變，另外兩個物理量之間的函數關系。不變，另外兩個物理量之間的函數關系。aU二、二、 直流發(fā)電機的特性直流發(fā)電機的特性主要特性：（1）n額定轉速， 常數， f（If）；負載特性（2）n額定轉速， If常數， f（ ）；外特性（3）n額定轉速， 常數，Iff（ ）；調節(jié)特性注意：不同勵磁方式的發(fā)電機，特性不同，需分別討論注意：不同勵磁方式的發(fā)電機，特性不同，需分別討論aIaIaIaUaUa

3、U他勵直流發(fā)電機的特性他勵直流發(fā)電機的特性aIaUfI空載時，aEU nCEea n等于常數aE)()(0ffIfIfu空載特性曲線實質即為磁化曲線空載特性曲線實質即為磁化曲線他勵直流發(fā)電機的特性他勵直流發(fā)電機的特性aIaUaaaaeaaUEI RC nI R 定義：定義：n n額定轉速，額定轉速， I If f常數，常數， f f（ ）他勵直流發(fā)電機的特性他勵直流發(fā)電機的特性端電壓下降有兩個原因：端電壓下降有兩個原因：1 1、負載電流增大，電樞反應的去磁作用增強，電動勢減小；、負載電流增大，電樞反應的去磁作用增強，電動勢減??；2 2、電樞回路上的電阻壓降增加、電樞回路上的電阻壓降增加他勵直流

4、發(fā)電機的特性他勵直流發(fā)電機的特性%1000NNUUUU一般他勵直流發(fā)電機的電壓變化率約為510%。他勵直流發(fā)電機的特性他勵直流發(fā)電機的特性并勵直流發(fā)電機的特性并勵直流發(fā)電機的特性1 1）當電機內部有剩磁時，原動機帶動電樞旋轉時切割剩磁，）當電機內部有剩磁時，原動機帶動電樞旋轉時切割剩磁，產生剩磁電動勢產生剩磁電動勢2 2）若勵磁繞組與電樞繞組并聯極性正確，即使此時勵磁繞組）若勵磁繞組與電樞繞組并聯極性正確，即使此時勵磁繞組中電流所建立的磁動勢與原先的剩磁方向一致，則電樞電動中電流所建立的磁動勢與原先的剩磁方向一致，則電樞電動勢因為磁場的增強而增大，則勵磁電流也增大（勢因為磁場的增強而增大，則勵

5、磁電流也增大（ U U0 0 I If f R Rf f）。）。若二者方向相反，則磁場抵消，無法建立穩(wěn)定電壓。若二者方向相反，則磁場抵消，無法建立穩(wěn)定電壓。3 3）3 3）若）若RfRf 小于某一個值，則在小于某一個值，則在U0U0 If If RfRf的同時也滿足的同時也滿足空載特性空載特性U0U0f f（If0If0）時，則會使空載端電壓穩(wěn)定在某一個時，則會使空載端電壓穩(wěn)定在某一個數值處。數值處。并勵直流發(fā)電機的自激過程并勵直流發(fā)電機的自激過程并勵直流發(fā)電機的自激過程并勵直流發(fā)電機的自激過程IUdtdILRIUffff0)(fffIfRI)(0fIfU )(ffRIdtd并勵直流發(fā)電機的自

6、激條件并勵直流發(fā)電機的自激條件 注意：不同的轉速，注意：不同的轉速， 具有不同的臨界電阻具有不同的臨界電阻并勵直流發(fā)電機的特性 1 1、空載特性：、空載特性： 并并勵勵發(fā)電機的空載特性與一般電機的空載特發(fā)電機的空載特性與一般電機的空載特性一樣，也是磁化曲線。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。線只在第一象限。并勵直流發(fā)電機的特性并勵直流發(fā)電機的特性 1 1、外特性、外特性：端電壓下降有三個原因：端電壓下降有三個原因：1 1、負載電流增大，電樞反應的去磁作用增強，電動勢減小；、負載電流增大，電樞反應的去磁作用增強

7、，電動勢減小；2 2、電樞回路上的電阻壓降增加、電樞回路上的電阻壓降增加3 3、由于上述兩個原因使端電壓下降，引起勵磁電流減小，、由于上述兩個原因使端電壓下降，引起勵磁電流減小，端電壓進一步下降。端電壓進一步下降。直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機電磁式直流測速發(fā)電機（微型他勵直流發(fā)電機）永磁式直流測速發(fā)電機（微型直流發(fā)電機）直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機aLaRRUEIREU00CnnRRCULae10直流測速發(fā)電機URL 1RL= RL 2RL 1RL 2直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機直流電動機一、直流電動機的基本方一、直流電動機的基本方程程1 1、電勢平衡方程、電勢平衡方程aaaaa

8、aaaeaaaeUEI REUI RC nUI RnC直流電動機的基本方程2 2、轉矩平衡方程、轉矩平衡方程00:LLMMMMMM驅動轉矩（電磁轉矩）負載轉矩空載轉矩直流電動機的機械特性機械特性：在一定的電壓和勵磁電流下，轉速機械特性：在一定的電壓和勵磁電流下，轉速n n和和電磁轉電磁轉 矩矩M M之間的關系。之間的關系。注意：不同勵磁方式的電機，機械特性不同。注意：不同勵磁方式的電機，機械特性不同。特性大：表示機械特性為軟特性?。罕硎緳C械特性為硬機械特性的斜率一、他勵（并勵）直流電動機的工作特性一、他勵（并勵）直流電動機的工作特性:maaeaaaMCIEC nUEI R電磁轉矩感應電勢電勢方

9、程20aeemRUnMCC CnM機械特性：直流電動機的機械特性0:eUnC理想空載轉速aIn0n直流電動機的機械特性當當電壓電壓和和電樞繞組回路總電阻電樞繞組回路總電阻不變時，不變時，轉速與轉矩呈直線關系轉速與轉矩呈直線關系時aNNRRUU,TCCRCUnNTeaNeN2時RRRUUaNN,TCCRRCUnNTeaNeN2naR1 RRa2 RRa12321 RR特點：1、電樞串電阻的人為機械特性比固有機械特性軟；2、但理想空載轉速不變。串接不同電阻時的機械特性為交于縱坐標一點的射線族。T時aNRR ,TCCRCUnNTeaNe2nTNU1U2U21UUUN時aNRRUU,TCCRCUnTe

10、aeN2TscNT1scT2scT21N曲線不同時的)(Tfn 12NTCCRCUnNTeaNeN2aaaaUI RRI很小， 很大，容易燒壞電機。 當負載電流較小時，電機磁路不飽和，每極氣隙磁通與勵磁電流呈線性關系。即：21222212amamaamaeemamaaeaemaaeemkIMCIC IMIC kRUnMCC CRUnC kI IC kIC C k IRUnC kMC kC k 又： 結論： n與sqrt(M)成反比emTn串勵電動機的機械特性生產機械的負載機械特性生產機械的負載機械特性zTnzTn反抗性恒轉矩負載特性反抗性恒轉矩負載特性位能性恒轉矩負載特性位能性恒轉矩負載特性生

11、產機械的負載機械特性nKTz/nzT生產機械的負載機械特性2KnTznzT電機拖動穩(wěn)定運行的條件nT1 1、必要條件：電動機的、必要條件：電動機的機械特性與負載轉矩特性機械特性與負載轉矩特性有交點有交點2 2、充分條件：干擾消除、充分條件：干擾消除后，拖動系統(tǒng)必須有能力后，拖動系統(tǒng)必須有能力使轉速恢復到原來的穩(wěn)定使轉速恢復到原來的穩(wěn)定點點0dMdn直流伺服電動機直流伺服電動機fUfIcUcI直流伺服電動機直流伺服電動機 n n1 1 Uc1U c 2Uc3 n2 2 1 Uc1 n3 3 2 Uc2 3 Uc3 0 T1 T2 T3 3、特性分析（電樞控制）：、特性分析（電樞控制）：1 1）2

12、0aeemRUnMCC CnM機械特性：改變控制電壓改變控制電壓U U，斜率，斜率不變，理想空載轉速不變，理想空載轉速改變。因此，改變。因此，直流伺服電動機的機直流伺服電動機的機械特性是一組平行的械特性是一組平行的直線。直線。直流伺服電動機直流伺服電動機2aeemRUnMCC C直流伺服電動機直流伺服電動機20aeemaamaaaRUnMCC CRUMCUR I n T2T10 1 T=0 n1 T1 2 n2 1 T2 3 n3 2 3 0 U1 Uc3 U2 Uc2 Uc1 Uc直流伺服電動機直流伺服電動機直流電機的起動直流電機的起動1 1、起動過程：直流電動機接到電源以后，、起動過程：直

13、流電動機接到電源以后，轉速從零達到穩(wěn)定轉速的過程。轉速從零達到穩(wěn)定轉速的過程。2 2、起動的特點：、起動的特點：電流很大，易造成線路電壓瞬間降低，對電流很大，易造成線路電壓瞬間降低，對其他設備產生影響。其他設備產生影響。3 3、對電動機起動的基本要求：、對電動機起動的基本要求：（1 1）起動轉矩要大；）起動轉矩要大；（2 2）起動電流要??；）起動電流要?。唬? 3）起動設備要簡單、經濟、可靠。）起動設備要簡單、經濟、可靠。0,0aaaaEnREUI則，又起動時是額定電流的十幾倍直接起動時aI直流電機的起動直流電機的起動（1）他勵直流電機直接起動：將電動機的電樞投入額定電壓的電源上起動。aNaa

14、aRUIREn, 0, 0, 0優(yōu)點：操作簡單，無需另加設備。缺點：沖擊電流大，引起換向困難，產生火花；電源會發(fā)生瞬時跌落。適用于容量很小的電動機。（2）電樞回路串變阻器起動將起動電阻串入電樞回路，待轉速上升后，逐步將起動電阻切除。直流電機的起動直流電機的起動直流電機的起動直流電機的起動n1QT2QTzTbacdefg1232R1RaRh直流電機的起動直流電機的起動 起動時，串接所有外接電阻，機械特性為起動時，串接所有外接電阻，機械特性為1 1，起動電流大，對應的起動轉矩大于負載轉矩，轉起動電流大，對應的起動轉矩大于負載轉矩，轉速沿機械特性速沿機械特性1 1開始上升；開始上升； 在在b b點處

15、切除部分外接電阻，機械特性變?yōu)辄c處切除部分外接電阻，機械特性變?yōu)? 2，設計恰當時，轉矩又增大到設計恰當時，轉矩又增大到c c點，轉速再次上升；點，轉速再次上升； 在在d d點再切除剩下的電阻，電機沿機械特性為點再切除剩下的電阻，電機沿機械特性為3 3繼續(xù)升速，直到繼續(xù)升速，直到g g點穩(wěn)定，起動完畢。點穩(wěn)定，起動完畢。直流電機的起動直流電機的起動12121221abababUEUEIIRRnnEEIRIR因為所以nT1QTzTbacdefg1232R1RaRhaRRII121aRRRRII11221直流電機的起動直流電機的起動mamammmmRRRRRRRRII121121.（6 6）計算各

16、級起動電阻。）計算各級起動電阻。（1 1）估算或查出電樞電阻）估算或查出電樞電阻 ；（2 2）根據過載倍數選取最大轉矩根據過載倍數選取最大轉矩 對應的最大電流對應的最大電流I I；（3 3）選取起動級數選取起動級數 ；（4 4）計算起動電流比：）計算起動電流比： m 取整數取整數（5 5）計算轉矩）計算轉矩: :，校驗：校驗：如果不滿足，應另選如果不滿足，應另選 或或 值并重新計算，直到滿足該值并重新計算，直到滿足該條件為止條件為止. .直流電機的起動直流電機的起動-計算各級起動電阻的步驟：計算各級起動電阻的步驟：2(1.1LT 1mNaUI R aRm1Tm1T12TT 直流電機的起動直流電機的起動在已知起動電流比在已知起動電流比和電樞電阻前提下，經推和電樞電阻前提下，經推導可得各級串聯電阻為導可得各級串聯電阻為: :12123211(1)(1)(1).(1)stastaststastms