電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)3章

1、第第3章章 直流電機(jī)原理直流電機(jī)原理本章主要內(nèi)容1. 直流電機(jī)工作原理2. 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與型號(hào)3. 直流電機(jī)的磁路4. 直流電機(jī)的電樞繞組5. 直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩6. 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理7. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理8. 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的的機(jī)械特性9. 串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)10. 直流電機(jī)的換向3.1 直流電機(jī)的用途及基本工作原理直流電機(jī)的用途及基本工作原理3.1.1 直流電機(jī)的用途 直流發(fā)電機(jī)：機(jī)械能直流電能 直流電動(dòng)機(jī)：直流電能機(jī)械能直流發(fā)電機(jī) 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)： 1）調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速 2）啟動(dòng)、制動(dòng)和過載轉(zhuǎn)矩大 3）易于控制，可靠性較高。用于對(duì)調(diào)速要求高的

2、場(chǎng)合。城市電車 電動(dòng)自行車 電動(dòng)汽車 造紙機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例3.1.2 基本工作原理基本工作原理 交流發(fā)電機(jī)的模型N、S：主磁極線圈abcd：電樞K、L：滑環(huán)A、B：電刷 磁場(chǎng)方向NS 原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。n3.1.2 基本工作原理基本工作原理 直流發(fā)電機(jī)的工作原理 用兩個(gè)相對(duì)放置的導(dǎo)電片(換向片)代替交流發(fā)電機(jī)的兩個(gè)滑環(huán)，電刷接觸的換向片始終是相同一側(cè)的線圈邊，所以N極一側(cè)的電刷得到的電壓始終是（+），S極一側(cè)的電刷得到的電壓始終是（-） 。ABabdcabdcnFFabdcnFF3.1.2 基本工作原理基本工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電源通過靜止的電刷與隨電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的換向器

3、的滑動(dòng)接觸把直流電源轉(zhuǎn)換成電樞中的交流電，保證電樞轉(zhuǎn)矩的方向不變，電樞保持逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。線圈不由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)；電刷接直流電源；AB3.1.2 基本工作原理基本工作原理 直流電機(jī)的可逆性：直流電機(jī)的可逆性： 一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是外界條件不同而也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是外界條件不同而已。如果用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以已。如果用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞恒速旋轉(zhuǎn)，就可以從電刷端引出直流電動(dòng)勢(shì)而作為直流電源對(duì)負(fù)從電刷端引出直流電動(dòng)勢(shì)而作為直流電源對(duì)負(fù)載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電動(dòng)載供電；如果在電刷端外加直流電壓，則電

4、動(dòng)機(jī)就可以帶動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電機(jī)就可以帶動(dòng)軸上的機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。這種同一臺(tái)電機(jī)能作電動(dòng)機(jī)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。這種同一臺(tái)電機(jī)能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可可逆原理逆原理。3.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與型號(hào)直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與型號(hào)模型的改進(jìn)：1. 電樞，改用多線圈，相應(yīng)換向器的改進(jìn)。2. 磁路，增加電樞鐵芯。3. 可根據(jù)需要增加磁極對(duì)數(shù)。4. 改進(jìn)電機(jī)的換向等。3.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與型號(hào)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)3.2.1 主要結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)1. 定子部分定子部分 直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子兩大部

5、分構(gòu)成。 定子的作用是產(chǎn)生主磁場(chǎng)和在機(jī)械上支撐電機(jī)，它主要由主磁極、機(jī)座、電刷、端蓋和軸承組成。 機(jī)座：一是作為電機(jī)磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機(jī)械支承的作用。因此要求機(jī)座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度。機(jī)座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。1. 定子部分定子部分 主磁極：在大多數(shù)直流電機(jī)中，主磁極是電磁鐵，主磁極鐵心用11.5mm厚的低碳鋼板疊壓鉚合而成。整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。 主極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場(chǎng),使電樞繞組在此磁場(chǎng)的作用下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。1. 定子部分定子部分 電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換

6、向器相配合，起到整流或逆變器的作用。 換向極：換向極又稱附加極或間極,其作用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。2. 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分 直流電機(jī)轉(zhuǎn)子部分：電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸和軸承等 電樞鐵心：電機(jī)主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。2. 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分 電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，也是通過電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。 換向器：由許多換向片組成，每兩

7、個(gè)換向片中間是絕緣片。換向片數(shù)與線圈元件數(shù)相同。3.端蓋：把定子和轉(zhuǎn)子連為一個(gè)整體，兩個(gè)端蓋分別固定在定子機(jī)座兩端，并支撐著轉(zhuǎn)子。電刷桿也固定在端蓋上。3.2.2 電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 1額定容量 （功率）PN（kW） 2額定電壓 UN（V）； 3額定電流 IN（A）； 4額定轉(zhuǎn)速 nN（rmin）； 5勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流 IfN（A）。3.2.2 電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 額定電壓UN、額定電流 IN：直流發(fā)電機(jī)，出線端輸出的電壓、電流的額定值；直流電動(dòng)機(jī)，出線端輸入的電源的電壓電流的額定值； 額定容量PN：對(duì)直流發(fā)電機(jī)來說，是指電刷端輸出的電功率的額定值，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)來說，

8、是指軸上輸出的機(jī)械功率的額定值。 所以，直流發(fā)電機(jī)的額定容量為： PN =UN IN 而直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為： PN =UN IN NN額定效率，是電動(dòng)機(jī)額定輸出機(jī)械功率與電源輸入電功率之比。3.2.2 電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)NNNNNNN2nP55. 960n2PPT 電動(dòng)機(jī)軸上的輸出額定轉(zhuǎn)矩T2N ： 直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若各個(gè)物理量都與它的額定值一樣，就稱為額定運(yùn)行狀態(tài) 過載運(yùn)行：電樞電流超過額定值 欠載運(yùn)行：電樞電流小于額定值20例題： 一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，其額定功率PN=145 kW，額定電壓UN=230V，額定轉(zhuǎn)速nN=1450rmin，額定效率N=90，求該發(fā)電機(jī)的輸入功率P1

9、及額定電流IN各為多少?解 額定輸入功率額定電流21例題：一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，其額定功率PN=160kW，額定電壓UN=220 V，額定效率N=90，額定轉(zhuǎn)速nN=1500rmin，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 額定輸入功率額定電流或額定輸出轉(zhuǎn)矩3.3 磁路、空載氣隙磁密與磁化特性磁路、空載氣隙磁密與磁化特性3.3.1 直流電機(jī)的磁路絕大多數(shù)直流電機(jī)的主磁場(chǎng)都是由勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生的。空載：發(fā)電機(jī)出線端沒有電流輸出，電動(dòng)機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)載，即電樞電流為零的狀態(tài)。那么 ，這時(shí)的氣隙磁場(chǎng)，只由主極的勵(lì)磁電流所建立，所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)，又稱勵(lì)磁磁場(chǎng)。3.3

10、.1 直流電機(jī)的磁路直流電機(jī)的磁路 當(dāng)勵(lì)磁繞組流過勵(lì)磁電流If 時(shí)，每極勵(lì)磁磁通勢(shì)： Ff =If Nf 漏磁通：漏磁通：僅交鏈勵(lì)磁繞組僅交鏈勵(lì)磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心，不本身，不進(jìn)入電樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。生電磁轉(zhuǎn)矩。約有20%的主極漏磁通。 主磁通：經(jīng)過主磁極、 氣隙、電樞齒及電樞磁軛 、定子磁軛 構(gòu)成磁路 ，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，稱為主磁通主磁路漏磁路3.3.2 空載時(shí)氣隙磁通密度的分布波形空載時(shí)氣隙磁通密度的分布波形電路歐姆定律 磁路歐姆定

11、律SlRRREI21E+-IR1R2FRmRmE FI R RmSlRRRFmmm3.3.2 空載時(shí)氣隙磁通密度的分布波形空載時(shí)氣隙磁通密度的分布波形mfmmmamtmfRR2RR2R2F2 簡化主磁路，根據(jù)磁路歐姆定律，磁管的磁通：Rm，Rmt，Rma，Rmm，Rmf分別為氣隙、電樞齒、電樞磁軛、主磁極和定子磁軛的磁阻。在磁路不飽和情況下， 0 。有：mfmfRFR2F2 il 3.3.2 空載時(shí)氣隙磁通密度的分布波形空載時(shí)氣隙磁通密度的分布波形 磁管氣隙段磁路的磁阻imlR 0 氣隙處的磁密： 磁極中心磁密大，兩極極靴外磁密小，在兩極之間的幾何中心線處，磁密為零。 fixFlB0 ifif

12、mflFlFRF00 3.3.3 空載磁化特性空載磁化特性 空載時(shí) =f(Ff ) 或 =f(If ) 稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。 空載磁化特性具有飽和現(xiàn)象。0 IfN IfNA 在額定狀態(tài)下，電機(jī)往往工作在空載磁化特性開始拐彎的 A點(diǎn)附近，這樣即可以獲得較大的磁通，又不致需要太大的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，從而可以節(jié)省鐵心和勵(lì)磁繞組的材料。3.3.4 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 直流電機(jī)按勵(lì)磁方式（即獲得磁通的方式）可分為M他勵(lì)式他勵(lì)式M并勵(lì)式并勵(lì)式M串勵(lì)式串勵(lì)式M復(fù)勵(lì)式復(fù)勵(lì)式永磁式永磁式M3.4 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 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)換過程中起

13、著重要的作用。 電樞繞組是由多個(gè)形狀相同的繞組元件（線圈）以一定的規(guī)律連接起來的，Ny代表元件的匝數(shù)。一個(gè)元件不論匝數(shù)多少，只有兩個(gè)引出端：首端和尾端。 各元件通過換向片彼此連接，一個(gè)元件的首端和另一個(gè)元件尾端接在同一個(gè)換向片上?？梢娫?shù)S等于換向片數(shù)K。 S=K繞組元件3.4 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 實(shí)槽數(shù)Z，一個(gè)實(shí)槽中的虛槽數(shù)u，總虛槽數(shù)Ze。 Ze=uZ=S=K用z代表電樞繞組的全部導(dǎo)體數(shù)，則有 z=2NyuZ=2NyZe3.4.1 單疊繞組單疊繞組1. 節(jié)距：（1）第一節(jié)距y1：同一個(gè)元件兩條邊之間的距離，以虛槽數(shù)計(jì)，總是整數(shù)。整數(shù)整數(shù) pZye21（2）合成節(jié)距y和換

14、向器節(jié)距yk ：元件1與和它相連的元件2對(duì)應(yīng)邊之間的跨距是y，用虛槽數(shù)表示。每個(gè)元件首、末端所連兩個(gè)換向片之間的跨距是yk，用換向片數(shù)來表示。單疊繞組y=yk=1。（3）第二節(jié)距y2：連至同一個(gè)換向片的兩個(gè)元件邊之間的距離，用虛槽數(shù)表示。單疊繞組： y2=y1-y2. 單疊繞組的展開圖1. 計(jì)算節(jié)距：y1=Ze/2p=4yyk1y2=y1-y=3計(jì)算節(jié)距畫繞組展開圖安放電刷和磁極極距：在電樞鐵心表面上，一個(gè)主磁極所占的距離。用槽數(shù)表示。實(shí)例： 已知一臺(tái)電機(jī)的極數(shù)2P4， ZeSK16，畫出它的右行單疊繞組的展開圖。2. 單疊繞組的展開圖16123456789101112131514141523

15、4567891011121314161511615+NSNSS電樞轉(zhuǎn)向A1A2B1B23. 單疊繞組元件連接次序5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 整個(gè)繞組是一個(gè)閉合繞組上層元件邊下層元件邊y1yy24. 單疊繞組的并聯(lián)支路圖單疊繞組的并聯(lián)支路圖1) 每個(gè)極下的元件組成一條支路,并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a等于極對(duì)數(shù)p: a = p2)正負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，被電刷短路的元件里感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)最小。3）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。 3.4.2 單波繞組單波繞組1. 節(jié)距PKyKyPkk1, 11）

16、第一節(jié)距y1：與單疊繞組相同。2）合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk ：y = yk12yyy 3）第二節(jié)距y2：2. 單波繞組的展開圖實(shí)例：2P4， Ze=SK15 單波繞組計(jì)算節(jié)距畫繞組展開圖安放電刷和磁極1.繞組數(shù)據(jù)計(jì)算44141521 pzye721151 pKyyk43712 yyy2. 單波繞組的展開圖2. 單波繞組的展開圖從繞組展開圖可以看出， 全部15個(gè)元件串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)閉合回路的順序是：18157146135124113102918 15 7 14 6 13 5 12 4 11 310 2915 12 4 11 3 1029 18 15 7 14 6 13上層邊下層邊3. 單波繞組的

17、并聯(lián)支路圖單波繞組的并聯(lián)支路圖18 15 7 14 6 13 5 12 4 11 310 2915 12 4 11 3 1029 18 15 7 14 6 13上層邊下層邊單波繞組特點(diǎn)單波繞組特點(diǎn)1.單波繞組把相同極性下的全部元件串聯(lián)起來組成一條支路。由于磁極只有N、S之分， 所以單波繞組的支路對(duì)數(shù)a與極對(duì)數(shù)p多少無關(guān)，永遠(yuǎn)為1，即a1。 2.正負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。3.電刷桿數(shù)等于極數(shù)。單疊繞組與單波繞組的比較單疊繞組與單波繞組的比較 在電機(jī)的極對(duì)數(shù)（大于1）、元件數(shù)以及導(dǎo)體截面積相同的情況下，單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，是單波繞組的p倍，允許較大的總電流，每個(gè)支路里的元件數(shù)少，總電勢(shì)較低，適用

18、于較低電壓較大電流的電機(jī)。 單波支路對(duì)數(shù)始終為1，允許的總電流較小，每個(gè)支路里含有的元件數(shù)多，是單疊繞組的p倍，總電勢(shì)較高，所以適用于較高電壓、較小電流的電機(jī)。3.5 電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩 3.5.1 電樞電動(dòng)勢(shì) 電樞電動(dòng)勢(shì)是指直流電機(jī)正、負(fù)電刷之間感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，也是電樞繞組每個(gè)支路里的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。602npvlBeiavav 602npv iavlB 一根導(dǎo)體的平均電動(dòng)勢(shì)：a60pzCenapznpazeazEava 6060222 nCEea電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電樞電動(dòng)勢(shì)：例題3-3 已知一臺(tái)l0kW、4極、2850rmin的直流發(fā)電機(jī)，電樞繞組是單波繞組，整個(gè)電樞總導(dǎo)體數(shù)為37

19、2。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電動(dòng)勢(shì)Ea=250V時(shí)，求這時(shí)氣隙每極磁通量。解 已知這臺(tái)直流電機(jī)的極對(duì)數(shù)p=2，單波繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a=1，于是可以算出系數(shù)根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式，氣隙每極磁通為3.5.2 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩一根導(dǎo)體所受的平均電磁力aiavavilBf aIiaa2 導(dǎo)體里流過的電流：一根導(dǎo)體所受的平均電磁轉(zhuǎn)矩T121DfTav 電樞直徑： pD2 電樞總的電磁轉(zhuǎn)矩 apzCt2 Ct=9.55Cea60pzCe轉(zhuǎn)矩常數(shù)：atICT aaiavIapzDilzBzTT 221 47例題3-4 已知一臺(tái)四極直流電動(dòng)機(jī)額定功率為l00kW，額定電壓為330V，額定轉(zhuǎn)速為730rmin，額定效率為0

20、.915，單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)為186，額定每極磁通為5.98l0-2Wb，求額定電磁轉(zhuǎn)矩。 解 轉(zhuǎn)矩常數(shù)額定電流額定電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)中的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)中的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩電樞電動(dòng)勢(shì)輸出電動(dòng)勢(shì)(與電樞電流同方向)電磁轉(zhuǎn)矩制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反電樞電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)(與電樞電流反方向）電磁轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)。3.5.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 電樞磁通勢(shì)改變氣隙磁密分布及每極磁通量大小的現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。B 如磁路不飽 和，總磁通量不變。但磁路飽和時(shí)，總磁通要降低，稱為去磁效應(yīng)。3.6 直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理3.6.1 直流發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的

21、基本方程式各物理量正方向按發(fā)電機(jī)慣例EanT1T0TIaUIfUf發(fā)電機(jī)慣例Ea=U+IaRaEa=CenT=Ct IaT1=T+T0If =Uf / Rf =f(If , Ia)3.6.2 功率關(guān)系功率關(guān)系Ea=U+IaRa兩端同乘Ia Ea Ia =U Ia +I2aRa=P2 +pCua P2=UIa 電動(dòng)機(jī)輸出給負(fù)載的電功率 pCua=I2aRa 總銅損耗（繞組、電刷與換向器）EaIaU3.6.2 功率關(guān)系功率關(guān)系 T1 = T + T0寫成 P1=PM+p0 P1= T1 原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率 p0= T0 =pm+pFe 空載損耗功率 pm為機(jī)械摩擦損耗，pFe為鐵損耗PM=T 為

22、電磁功率aaaaMIEnIa60pz60n2Ia2pzTPPM既是機(jī)械性質(zhì)又是電性質(zhì)的功率，反映了機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的實(shí)質(zhì)。3.6.2 功率關(guān)系功率關(guān)系 綜合功率關(guān)系： P1=PM+p0=P2+pCua+pm+pFe他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程：p0=pm+pFepCua=Ia2RaP1=T1PM=T =EaIaP2=UIa總損耗：p=pm+pFe+pCua+ps雜散損耗發(fā)電機(jī)效率：pPp1PP21254Fep解 先計(jì)算額定電流勵(lì)磁電流電樞繞組電流 例題3-5 一臺(tái)額定功率PN=20kW的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，它的額定電壓UN=230V，額定轉(zhuǎn)速超nN=1500rmin，電樞回路總電阻Ra=0.156 ，

23、勵(lì)磁回路總電阻Rf=73.3，已知機(jī)械損耗和鐵損耗pm+pFe=lkW，求額定負(fù)載情況下各繞組的銅損耗、電磁功率、總損耗、輸入功率及效率。(計(jì)算過程中，令P2=PN，附加損耗ps=0.01PN。)55電樞回路銅損耗勵(lì)磁回路銅損耗電磁功率總損耗輸入功率效率3.7 3.7 直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理 一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)在直流電網(wǎng)上并聯(lián)運(yùn)行，電網(wǎng)電壓U保持不變，電機(jī)中各物理量的正方向?yàn)榘l(fā)電機(jī)慣例。 若保持勵(lì)磁電流不變，輸入機(jī)械功率P1=0，由電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩關(guān)系而此時(shí)由于機(jī)械慣性，n 不會(huì)立即變化11PT 知 T1=0T1=T+T0P1=PM+p0直流電機(jī)的可逆原理由知轉(zhuǎn)速n 降低，Ea，

24、Ia，T 降低 由知Ea保持不變由知Ia保持不變因此保持不變Ea=CenEa=U+IaRaT=Ct IadtdJTT 0轉(zhuǎn)速降到某一數(shù)值轉(zhuǎn)速降到某一數(shù)值n0 時(shí)時(shí)， UnCEe0a0，Ia=0 ，T =002aUIP 由于存在T0，電機(jī)繼續(xù)減速，n n0 后發(fā)電機(jī)的輸出功率T0 電磁轉(zhuǎn)矩T 為負(fù)，與轉(zhuǎn)速方向相同，不再是制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，而是拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到某一數(shù)值，電磁轉(zhuǎn)矩與空載轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)速n就不再降低，維持恒速運(yùn)行，這時(shí)這種狀態(tài)的直流電機(jī)是電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。以上過程可逆。3.7 直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理3.7.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的基本方程式各物理量正方向按電動(dòng)機(jī)慣例E

25、anTLTIaIfUf電動(dòng)機(jī)慣例UU=Ea+IaRaEa=CenT=CtIaT=T2+T0=TLIf =Uf / Rf , =f(If , Ia)3.7.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系 U Ia = Ea Ia +I2aRa寫成 P1=PM+pCua P1= U Ia 電源輸入的電功率 PM= Ea Ia =P2+p0 電磁功率 pCua=I2aRa 電樞回路銅損耗 T = T2 + T0寫成 PM=P2+p0 P2 =T2 轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率 p0 = T0= pm+ pFe 空載損耗EanTLTIaIfUf電動(dòng)機(jī)慣例U3.7.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系他勵(lì)直流電動(dòng)

26、機(jī)的功率關(guān)系 綜合功率關(guān)系： P1=PM+pCua=P2+pCua+pm+pFe他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的功率流程：p0=pm+pFepCua=Ia2RaP1=UIaPM=EaIa= T P2=T2 總損耗：p=pm+pFe+pCua+pspPp1PP212電動(dòng)機(jī)效率：6263643.7.3 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電動(dòng)機(jī)的工作特性1. 轉(zhuǎn)速特性當(dāng)U=UN，If=IfN時(shí)，n=f(Ia)的關(guān)系。U=Ea+IaRa UN=EaN+IaRaEaN=CeNn=UN IaRa當(dāng)UN，IaN，nN時(shí)的勵(lì)磁電流aNeaNeNICRCUn當(dāng)Ia，n。但Ra較小， n很小。nIan3.7.3 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電

27、動(dòng)機(jī)的工作特性2. 轉(zhuǎn)矩特性當(dāng)U=UN，If=IfN時(shí)，T=f(Ia)的關(guān)系。nIanT,TaNtICT 電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流Ia成正比。如果考慮電樞反應(yīng)有去磁效應(yīng)，隨著Ia的增大，T要略微減小。3.7.3 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電動(dòng)機(jī)的工作特性3. 效率特性當(dāng)U=UN，If=IfN時(shí)，=f(Ia)的關(guān)系。aaaFemUIRIppPp2111 nIanT,T p中，p0=pFe+pm不隨Ia變化，為不變損耗，電樞回路總銅耗pCua隨Ia2成正比，是可變損耗，=f(Ia)曲線如圖所示。，直流電動(dòng)機(jī)效率約為0.750.94，容量大的效率更高。令0 adId 得 pFe+pm=pCua= Ia2R

28、a即當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，電機(jī)的效率最高。3.8 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.8.1 機(jī)械特性的一般表達(dá)式EanTLTIaIfUfUR 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)加上一定的電壓U和一定的勵(lì)磁電流If ，并在電樞回路中串入電阻R，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即 n= f(T) 。 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是分析電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)的重要工具。3.8.1 機(jī)械特性的一般表達(dá)式機(jī)械特性的一般表達(dá)式 機(jī)械特性機(jī)械特性 n= f(T) 的推導(dǎo)aNeaNeNICRCUn 將T=CtIa，代入轉(zhuǎn)矩特性，考慮到電樞串電阻R可得：TnTCCRRCUnteae 02 eCUn 0為理想

29、空載轉(zhuǎn)速2 teaCCRR 為機(jī)械特性的斜率3.8.2 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 當(dāng)U=UN，=N ，R=0時(shí)的機(jī)械特性TCCRCUn2teaNeNN特點(diǎn)：1） n= f(T)為下斜直線 ，T，n；2）當(dāng)T=0時(shí)，n0=UN/CeN為理想空載轉(zhuǎn)速，此時(shí)，Ia=0，E=UN ；0nTn0nNTNTs3.8.2 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性特點(diǎn)：3） Ra小，斜率 很小，特性較平，稱之為硬特性；（ 大的特性稱為軟特性）4）TTN時(shí)， nN=n0-nN= TN 為額定轉(zhuǎn)速差。nN約0.95n0， nN約0.05n0；5）n=0，電機(jī)啟動(dòng)，Ia=UN/Ra=IS，T=CtNISTS，很大，約額定值的20倍

30、。會(huì)燒壞換向器。 以上為第一象限的情況：0TTS, 0nn0, 0EaTS，n0。在第象限。7）Tn0。在第象限，發(fā)電機(jī)狀態(tài)。0nTn0nNTNTsn=0：啟動(dòng)電流；電磁轉(zhuǎn)矩（：啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）例：如果則即因此3.8.2 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性是一條斜直線，跨越三個(gè)象限，特性較硬。 機(jī)械特性只表征電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系，是電動(dòng)機(jī)本身的能力，至于電動(dòng)機(jī)具體運(yùn)行狀態(tài)，還要看拖動(dòng)什么樣的負(fù)載。 固有機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)最重要的特性，在此基礎(chǔ)上，很容易得到電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。73743.8.3 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性1.電樞回路串電阻的人為機(jī)械特性UN，N，電樞回路

31、串R后的機(jī)械特性。TCCRRCUn2teaNeNNn0Tn0RaR1R2Ra+R1Ra+R2固有人為特點(diǎn)：n0不變，R增大，n增大，特性變軟，一組放射形直線。若T為常數(shù)，n（Ra+R） 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻等改變后，其對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性，主要有三種：3.8.3 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性2. 改變電樞電壓的人為機(jī)械特性N， R=0，改變U時(shí)的機(jī)械特性。TCCRCUn2teaNeNnn0T0UNn01-n0U1U=0U= -UN特點(diǎn)：1）斜率不變，各條特性互相平行，T 一定時(shí)，n不變， ；2）n0與U成正比。3.8.3 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性3. 減小氣隙磁通量的人為機(jī)械特性UN，R0，減小時(shí)的機(jī)械特性TCCRCUn2teaeNn0T0N1n11Nn特點(diǎn)：越小，n0越高，越大，機(jī)械特性變軟，T一定時(shí)，n也變大。