直流電機工作特性

關于直流電機工作特性第1頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三一、直流電機的基本方程式：（電系統(tǒng)的電勢平衡方程式，機械系統(tǒng)的轉矩平衡方程式，能量系統(tǒng)的功率平衡方程式。）1、電勢平衡方程式：

A、不計磁路飽和效應，并勵電動機電樞回路和勵磁回路的電勢方程式：第2頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三B、并勵發(fā)電機電勢方程式：發(fā)電機的大于。第3頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2、轉矩平衡方程式：A、電動機：

瞬態(tài)方程（電磁轉矩負載轉矩

穩(wěn)態(tài)方程B、發(fā)電機：

瞬態(tài)方程原動機拖動轉矩

穩(wěn)態(tài)方程

空載轉矩慣性轉矩第4頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三3、功率方程式：A、直流電機中的損耗、效率：損耗有三類消耗于導體電阻中。消耗于摩擦損耗、通風和機械損耗。消耗于鐵心中的損耗。鐵耗：由于電樞旋轉時主磁通在電樞鐵心內交變而引起的。銅耗：電樞回路銅耗勵磁回路銅耗電刷接觸銅耗為一對電刷總接觸電壓降。第5頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三機械損耗：包括軸承摩擦損耗、電刷摩擦損耗、定轉子和空氣的摩擦損耗。附加損耗：電樞齒、槽存在，使氣隙磁通產生脈動，電樞反應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１%計算，無補償繞組按額定容量的0.5%計算，有補償繞組在以上損耗中，，隨負載變化而變化，稱為可變損耗；，，為不變損耗。電機的效率第6頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三當不變損耗＝可變損耗時，取得最大，是的二次曲線。B、并勵電動機的功率方程式：電磁功率機械功率電功率第7頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三C、并勵發(fā)電機的功率方程式：電磁功率電功率機械功率第8頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三二、直流電動機的工作特性：

當端電壓為額電壓，電樞回路無外串電阻，勵磁電流為額定勵磁電流時，電機轉速，電磁轉矩，和效率與輸出功率之間的關系。即：實際運行中，可測，且隨增大而增大，所以，工作特性可表示為：第9頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三1、并勵直流電動機的工作特性：A、轉速特性：第10頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三其中，為理想空載轉速。轉速特性為一斜率為的直線。當電機磁路飽和時，隨著的增大，增大，電樞反應的去磁作用使增大，直線上翹。為保證電機穩(wěn)定運行，0采取措施使特性略為下降。B、轉矩特性：不計去磁特性為一過原點的直線。當考慮電樞反應時，實際曲線偏離直線，仍接近于一條直線。

第11頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三C、效率特性：是的二次曲線。當不變損耗＝可變損耗時，取得最大。0第12頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2、串勵直流電動機的工作特性：基本方程式：不計飽和時：第13頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三A、轉速特性：第14頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三分析：a、轉速隨著的增大而迅速減小。（因為）。b、空載時，很小，及很小，電機必須產生反電勢與電源電壓相平衡，因此,很高。理論上，時，，。故串勵電動機不允許空載或輕負載運行。第15頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三B、轉矩特性：當增大，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。在同樣大小的起動電流下，串勵電動機的大于并勵電動機的。C、效率特性：與并勵電動機類似。第16頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三并勵電動機與串勵電動機工作特性比較：A、串勵電機的隨增大而迅速下降。B、串勵電動機不允許空載或輕負載運行。C、在同樣大小的起動電流下，串勵電動機的大于并勵電動機的。串勵并勵第17頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三3、復勵直流電動機的工作特性：它介于并勵和串勵電動機特性之間。當并勵繞組磁勢起主要作用，特性接近于并勵電動機特性。當串勵繞組磁勢起主要作用，特性接近于串勵電動機特性。在空載時無飛速現(xiàn)象。第18頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三三、直流發(fā)電機的工作特性：可測物理量有：發(fā)電機端電壓，電樞電流，勵磁電流，轉速等。有四種特性曲線：空載特性負載特性外特性調節(jié)特性第19頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三(一)、他勵發(fā)電機特性：1、他勵發(fā)電機空載特性：當電機時，調節(jié)使發(fā)電機空載端電壓，然后使逐漸回到零，測取空載端電壓與關系曲線即為空載特性曲線。分析：A、空載特性表明電機磁路的性質。即：當一定時，電機繞組感應電勢與其對應磁勢的關系。B、改變勵磁電流的方向，可測出反方向的空載特性曲線。C、改變電機轉速，可得不同的空載特性曲線。D、并勵、復勵直流發(fā)電機的空載特性都以他勵形式測取。第20頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三空載特性曲線：第21頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2、負載特性：當，時，端電壓曲線。與空載特性比較：當上升時，兩曲線都上升。當一定時，兩特性的電壓不同。

空載

負載第22頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三3、外特性：當，時，端電壓曲線。當負載電流及電樞電流增大時，曲線略為下垂。積復勵

他勵

并勵第23頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三4、調節(jié)特性：當，時，端電壓曲線。當電樞電流增大時，曲線往上翹。第24頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三(二)、并勵直流發(fā)電機空載電壓的建立：并勵和復勵直流發(fā)電機均為自勵發(fā)電機，首先應在空載時建立電壓，然后再帶負載。自勵電壓建立的三個條件：必須有剩磁；勵磁繞組與電樞并聯(lián)的極性正確；勵磁回路中電阻小于臨界電阻。電機有剩磁，極性正確氣隙磁場得到加強電樞繞組電勢增加勵磁電流增加電樞端電壓建立起來如何穩(wěn)定呢？第25頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三臨界電阻線勵磁電阻線

空載特性空載電壓建立能否穩(wěn)定？勵磁繞組端電壓與勵磁電流：

在磁路上滿足空載特性，在電路上滿足伏安特性。當時，達穩(wěn)定點A。即兩曲線的交點。第26頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三(三)、并勵、復勵直流發(fā)電機負載運行：當，建立自勵電壓后，保持，接入負載，逐漸減小，測取與的曲線。下垂原因：電樞反應；積復勵電樞繞組壓降；他勵并勵直流電機隨并勵的減小，電樞感應電勢大大減小；串勵電機隨負載變化，使不穩(wěn)定，可安自動裝置。第27頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

第八節(jié)直流電機的換向換向的電磁現(xiàn)象改善換向的方法補償繞組第28頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

直流電機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。當旋轉的電樞繞組元件從一條支路經(jīng)電刷底而進入另一條支路時，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，電機不能運行。

換向過程復雜：電磁、機械、電化學等各方面因素?，F(xiàn)僅就電磁現(xiàn)象及改善換向的方法作介紹：第29頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三一、換向的電磁現(xiàn)象：第30頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三在上述過程中，元件1中的電流改變了方向。經(jīng)過了一個換向過程。換向過程經(jīng)歷時間為換向周期，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。實際換向元件中會出現(xiàn)兩種電勢：電抗電勢，電樞反應電勢。(一)、電抗電勢：換向元件中在電流變化時，必然出現(xiàn)由自感和互感作用引起的感應電勢，稱為電抗電勢。由元件自感和互感漏磁通產生，作用是阻礙換向。

第31頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三(二)、電樞反應電勢：由于電樞反應的作用，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生旋轉電勢，稱為電樞反應電勢。其作用是阻礙換向。（三）、和均使電流換向延時。1、被電刷短路的換向元件瞬時斷開時，附加電流不為零，儲能以弧光放電轉化為熱能，產生火花。2、、均與電樞電流和轉速成正比。大電流，高轉速電機換向更困難。第32頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三二、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；剩余部分產生附加磁場，抵消。2、移動電刷位置。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，碳－－石墨電刷－－－換向困難的中小型電機，青銅－－石墨電刷－－－低壓大電流電機，紫銅－－石墨電刷－－－低壓大電流電機。第33頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三三、補償繞組：在主極極靴上沖出一些均勻分布的槽，放置補償繞組。補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引起磁場畸變，防止環(huán)火。結構復雜，成本較高，一般不采用。環(huán)火產生原因：電樞反應磁場畸變，元件切割極尖下增磁區(qū)的時感應出很大的電勢，使處于該處換向片間的電位差很大，當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，在正負電刷間形成電弧連通，使換向器周圍發(fā)生環(huán)火。第34頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三作業(yè)：9月29日1、一臺P對極的直流電機，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、一臺并勵直流電動機在的條件下運行，電樞繞組電阻為，勵磁繞組電阻為額定負載時效率求：額定輸入功率；額定輸出功率；總損耗；電樞回路銅耗；勵磁回路銅耗；電刷接觸損耗；附加損耗；機械損耗與鐵耗之和。第35頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三3、一臺并勵電動機，1)、電動機的額定輸出轉矩；2)、在額定電流時的電磁轉矩；3)、當電樞電流時，電機的轉速；4)、在總制動轉矩不變時，當電樞中串入一電阻0.1歐，電機穩(wěn)定時的轉速。第36頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三4、一臺并勵電動機，忽略電樞反應作用，試求：1)、當電樞電流時，電機的轉速；2)、當電樞電流安時，電動機的轉速；3)、若保持負載轉矩不變，當磁通減少15％時，電機穩(wěn)定時的電樞電流和轉速。第37頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

直流電機小結1、直流電機的工作原理－－電和磁相互作用。電機外電路中電壓、電流、電動勢為直流性質；每個繞組元件中的為交流性質。4、電樞繞組－－直流電機的心臟，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、結構－－靜止的磁極、旋轉的電樞、氣隙。3、額定值－－第38頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三5、磁場－－空載、負載時氣隙磁密波形。電樞反應。電機旋轉氣隙磁通變化電路磁鏈變化氣隙儲能變化電氣系統(tǒng)反應，產生E。E與I作用，輸入或輸出電能機械系統(tǒng)反應，產生T。T與n作用，輸入或輸出機械能標志機電能量轉換的功率。6、能量轉換－－電氣系統(tǒng)（電樞繞組）、機械系統(tǒng)（轉軸）、聯(lián)系兩系統(tǒng)的耦合介質（磁場）。第39頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三7、基本方程式－－電勢、轉矩、功率平衡方程式。分析電機的運行特性、工作特性。8、并勵直流電動機－－恒速電動機，T與I成正比。串勵直流電動機－－轉速變化大，T與I平方成正比。復勵直流電動機－－介于兩者之間。9、直流發(fā)電機特性－－端電壓的建立、變化及調節(jié)。勵磁方式不同－－特性不同。10、換向－－幾種電動勢阻礙換向。換向不良引起環(huán)火。補償繞組。第40頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三思考題：1、在直流電機中，換向器起什么作用？2、在下列情況下，直流發(fā)電機電刷兩端電壓的性質？1)、磁極固定，電刷與電樞同時旋轉。2)、電樞固定，電刷與磁極同時旋轉。3、下列哪種情況可以使連接在電網(wǎng)上的直流電機逆變?yōu)榘l(fā)電機？1)、加大勵磁電流，使磁通增加，并使。2)、在電機軸上外加一轉矩，使其轉速上升，并使。4、并勵直流發(fā)電機正轉時能自勵，