福州大學(xué)-電機(jī)學(xué)-15直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)課件

1、電機(jī)學(xué)多媒體課件系列第五篇 直流 電 機(jī)第二十章 直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)電氣工程與自動化學(xué)院主講 黃燦水2016.3配套教材：電機(jī)學(xué)，林榮文（福州大學(xué)），中國電力出版社，2014.1目 錄第二十章 直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)第一節(jié) 直流電機(jī)的勵磁方式第二節(jié) 直流電機(jī)的基本方程第三節(jié) 他勵直流發(fā)電機(jī)運行特性第四節(jié) 并勵發(fā)電機(jī)的自勵建壓和外特性第五節(jié) 直流電動機(jī)的工作特性第六節(jié) 直流電動機(jī)的機(jī)械特性第七節(jié) 直流電動機(jī)的起動第八節(jié) 直流電動機(jī)的制動第九節(jié) 直流電動機(jī)的調(diào)速第一節(jié) 直流電機(jī)的勵磁方式勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。直流電機(jī)按勵磁方式分類他勵自勵(發(fā)電機(jī)）永磁并勵串勵復(fù)勵積復(fù)勵差復(fù)勵他勵勵磁

2、繞組由其他電源供電勵磁繞組與電樞繞組不相連*以發(fā)電機(jī)為例并勵勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)IaIaIa串勵勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)串勵復(fù)勵并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。兩勵磁繞組產(chǎn)生的磁場方向相同則為積復(fù)勵，反之為差復(fù)勵。長分接法短分接法IaIaIa二、功率平衡式方程1、發(fā)電機(jī)情況下 ( 以并勵為例 )電磁功率：（電功率）（機(jī)械功率）輸入機(jī)械功率： 式中：p0=pmec+pFe+pad 空載損耗（不變損耗） pa+pb負(fù)載損耗（可變損耗，空載時可略）效率：=P2/P1=(P1-p)/P11）直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡式:原動機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩為:空載制動轉(zhuǎn)矩:2）直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡式:電動機(jī)的軸上輸出轉(zhuǎn)矩:三、轉(zhuǎn)

3、矩平衡式方程式第三節(jié) 他勵直流發(fā)電機(jī)的運行特性一、空載特性：當(dāng)n為常數(shù)、I=0時，U=f(If)直流發(fā)電機(jī)的特性：空載特性、負(fù)載特性、外特性、調(diào)整特性等一、空載特性空載特性曲線與磁化曲線相同空載特性是非線性的，實際中通常取平均特性曲線n變化時曲線成正比上升或下降其它勵磁方式發(fā)電機(jī)的空載特性均可由他勵方式求取空載特性曲線下降分支空載特性曲線上升分支平均空載特性曲線三、外特性定義：當(dāng)n為常數(shù)、If為常數(shù)時，U=f(I) IFa電樞反應(yīng)去磁 EaU負(fù)載電流增加，端電壓下降的原因： IIaRaU電壓調(diào)整率:從空載到負(fù)載，電壓下降的程度由電壓變化率來表示：他勵U=510%3、調(diào)節(jié)特性定義：當(dāng)n為常數(shù)、U

4、為常數(shù)時，If=f(I)在負(fù)載電流變化時，若保持端電壓不變，必須改變勵磁電流，補(bǔ)償電樞反應(yīng)及電樞回路電阻壓降對輸出端電壓的影響。2 、勵磁繞組極性與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)向相匹配1 、剩磁-建壓先決條件并勵直流發(fā)電機(jī)自勵建壓的條件： 發(fā)電機(jī)的自勵過程中勵磁回路應(yīng)滿足:電樞的端電壓恰好等于勵磁電流通過勵磁回路電阻壓降，自勵過程達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定點:-穩(wěn)定建壓前-穩(wěn)定建壓后3 、勵磁回路電阻小于與電機(jī)運行轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的臨界電阻曲線1為空載特性曲線曲線2為勵磁回路場阻線 場阻線斜率:曲線3為臨界場阻線 若再增加勵磁回路電阻，發(fā)電機(jī)將不能自勵。3 、勵磁回路電阻小于與電機(jī)運行轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的臨界電阻解決措施：提高電機(jī)的

5、轉(zhuǎn)速，從而提高其臨界電阻值。因此，對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。3 、勵磁回路電阻小于與電機(jī)運行轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的臨界電阻二、并勵直流發(fā)電機(jī)的外特性特點：勵磁電流If隨端電壓U變化而變化與他勵發(fā)電機(jī)相似，也是一條下降曲線（比他勵稍彎曲，電壓變化率約為20）定義：當(dāng)n為常數(shù)、電樞回路不串電阻時，U=f(I)負(fù)載電流有最大值（有”拐點”）四、復(fù)勵直流發(fā)電機(jī)的外特性a) 積復(fù)勵平復(fù)勵超復(fù)勵欠復(fù)勵b)差復(fù)勵復(fù)勵發(fā)電機(jī)外特性第五節(jié) 直流電動機(jī)的工作特性工作特性:指在U=UN ，If=IfN時, 轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T、效率隨輸出功率 P2 而變化的關(guān)系。轉(zhuǎn)矩特性：T=f（ P2 ）轉(zhuǎn)速特性：n=f（ P2

6、）效率特性：=f（ P2 ）分析:用轉(zhuǎn)速變化率來表征：曲線: 一條稍下傾斜的直線1、轉(zhuǎn)速特性: n=f( P2 )2 、轉(zhuǎn)矩特性：T=f（P2）3、效率特性: =f( P2 )條件: 在U=UN 、If=IfN時1、轉(zhuǎn)速特性: n=f( P2 )a)輕載未飽和:b)重載磁路飽和:二、串勵電動機(jī)的特性特點: Ia=Is=I1、轉(zhuǎn)速特性: n=f( P2 )二、串勵電動機(jī)的特性特點: Ia=Is=I串勵電動機(jī)不允許空載運行，以免電機(jī)受到破壞，為什么？N1/4：1/4額定功率時的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速變化率：2、轉(zhuǎn)矩特性: T=f( P2 )a)輕載未飽和: =KIa 拋物線b)重載磁路飽和: 飽和 直線具有較大

7、的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化范圍大的生產(chǎn)機(jī)械，如電力機(jī)車3、效率特性: =f( P2 )條件: U=UN 三、復(fù)勵電動機(jī)的特性a)多為積復(fù)勵:特性介于串勵和并勵之間b)差復(fù)勵:電動機(jī)運行不穩(wěn)定,少用三、復(fù)勵電動機(jī)的特性轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)矩特性第六節(jié) 直流電動機(jī)的機(jī)械特性直流電動機(jī)的機(jī)械特性：指在U=UN ，If=IfN ，ra+Raj = 常數(shù)條件下，電動機(jī)轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系。分以下兩類：自然機(jī)械特性（或稱固有機(jī)械特性）：當(dāng)電樞回路沒有外 加電阻Raj時的機(jī)械特性。人為機(jī)械特性：人為改變電動機(jī)參數(shù)得到的機(jī)械特性。一、并勵直流電動機(jī)機(jī)械特性: n=f( T )參考自然機(jī)械特性一、并勵

8、直流電動機(jī)機(jī)械特性: n=f( T )人為機(jī)械特性一、并勵直流電動機(jī)機(jī)械特性: n=f( T )并勵直流電動機(jī)的勵磁回路不可開路原因: 若 If=0 =r Ia后果：a)輕載飛車、Ia; b)重載停車、Ia二、串勵直流電動機(jī)機(jī)械特性表達(dá)式:由上兩式整理可得：思考：飽和后？串勵機(jī)械特性特點: 軟特性 人為機(jī)械特性 起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng) 不允許空載或輕載運行（TN/4）二、串勵直流電動機(jī)機(jī)械特性第七節(jié) 直流電動機(jī)的起動一、直接起動對起動的要求：Tst 足夠大Ist 不能太大直流電動機(jī)一般不允許直接起動 （1）、（2）、很大很大二、降低電源電壓起動 為保持起動轉(zhuǎn)矩不變，加快起動過程，應(yīng)隨轉(zhuǎn)速上升逐

9、漸升高電壓，直至達(dá)到額定值。優(yōu)點：起動電流?。黄饎舆^程能量損耗少；能滿足電動機(jī)高性能調(diào)速和正反轉(zhuǎn)的要求。缺點：起動設(shè)備投資大。三、電樞回路串電阻方法：隨電機(jī)轉(zhuǎn)速升高逐步切除起動電阻要求：起動電流最大值 T1 =（1.52）TN。起動電流最小值 T2 =（1.11.2）TN。實現(xiàn)：三點起動器或四點起動器 起動電阻計算（解析法）：（1）依據(jù)：電阻切除前后轉(zhuǎn)速不能突變的原則 f、g點： d、e點：各級電樞總電阻：各級起動電阻：推廣到m級起動的一般情況，得第八節(jié) 直流電動機(jī)的制動制動原理：使電動機(jī)產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)速反向的轉(zhuǎn)矩。一、能耗制動條件：切除電樞電源，電樞串電阻形成閉合回路。原理：切除電樞電源，轉(zhuǎn)速

10、不變，電動勢不變，電流反向，轉(zhuǎn)矩反向，與轉(zhuǎn)速方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。電動狀態(tài)能耗制動狀態(tài)重物下放制動狀態(tài)特性曲線二、反轉(zhuǎn)反接制動條件：位能性負(fù)載使轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動 ，電樞串電阻。原理：轉(zhuǎn)速反向Ea反向 Ia和T增大，直到T=Tz缺點：電阻上消耗的功率大，制動效率低。二、電源反接制動條件：電源反接 ，電樞串電阻。電動狀態(tài)制動狀態(tài)二、電源反接制動原理：電源反接，電流反向且很大，為了限制電流必須串電阻，轉(zhuǎn)矩反向，方向與轉(zhuǎn)速方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。b c：電源反接制動狀態(tài)C -n0：反向電動狀態(tài)-n0 e：回饋制動狀態(tài)三、回饋制動前提：轉(zhuǎn)速 n 高于理想空載轉(zhuǎn)速 n0 。原理：電動機(jī)n n0 ，則感應(yīng)電動勢

11、Ea = Cen Cen0 = U，電流反向，轉(zhuǎn)矩反向，方向與轉(zhuǎn)速方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩?？梢韵拗妻D(zhuǎn)速的進(jìn)一步上升轉(zhuǎn)速上升的回饋制動電壓下降的回饋制動第九節(jié) 直流電動機(jī)的調(diào)速調(diào)速方法：改變電源電壓調(diào)速（改變U）改變電樞回路電阻調(diào)速（改變Raj ）改變勵磁電流調(diào)速（改變 ）以并勵直流電動機(jī)為例，其轉(zhuǎn)速公式為：一、改變電源電壓調(diào)速降壓調(diào)速的兩種情況：情況一：電壓改變量較小 UN U1，工作點從acd, 轉(zhuǎn)速nand減小一、改變電源電壓調(diào)速降壓調(diào)速的兩種情況：情況二：電壓改變量較大 UN U3，工作點從agb, 轉(zhuǎn)速nanb減小其中： g n02階段為回饋制動狀態(tài)一、改變電源電壓調(diào)速機(jī)械特性：隨U 減小， n0 減小， 不變。特點：適合帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。優(yōu)點：平滑無級調(diào)速、效率高、性能好、調(diào)速范圍廣。缺點：直流調(diào)壓設(shè)備成本高，基速以下調(diào)速。二、改變電樞回路電阻調(diào)速電樞回路電阻越大斜率越大交點越低轉(zhuǎn)速越低位能性負(fù)載：電樞回路串的電阻足夠大 電機(jī)反轉(zhuǎn) 反接制動狀態(tài)可用于下放重物。起重機(jī)上升（電動狀態(tài)）起重機(jī)下降（制動狀態(tài)）二、改變電樞回路電阻調(diào)速機(jī)械特性：隨