并励直流发电机直流电动机ppt课件.ppt

并励发电机的励磁绕组是与电枢并联的 要产生励磁电流If 电枢两端必须要有电压 而在电压建立起来之前 If 0 没有励磁电流 电枢两端又不可能建立起电压 因此有必要在分析并励发电机的运行特性前 先讨论一下它的电压建立过程 也称为 自励过程 2 5并励直流发电机 直流电动机 一 并励直流发电机 1 自励过程 设发电机由原动机拖动至额定转速 由于电机有一定的剩磁 在发电机的端点将会有一个不大的剩磁电压 这时把并励绕组并接到电枢上去 便有电流流过励磁绕组 产生一个励磁磁动势 励磁磁动势产生的磁场与剩磁同方向 使电机内的磁场得到加强 从而使电机的端电压升高 在这一较高端电压的作用下 励磁电流又进一步升高 如此反复作用 发电机的端电压便 自励 起来 1 空载特性2 场阻线3 临界场阻线 发电机的电压能否稳定在某一数值 自励条件 1 发电机的主磁极必须要有一定的剩磁 2 励磁绕组与电枢的联接要正确 使励磁电流产生的磁场与剩磁同方向 3 励磁回路的总电阻要小于临界电阻 若在某一转向下 励磁绕组与电枢的联接能使电机自励 则改变转向后 电机便不能自励 这是因为发电机的转向改变后 剩磁电压的方向也随之改变 由此产生的励磁电流对剩磁起去磁作用 所以 所谓励磁绕组与电枢的连接正确是对某一旋转方向而言的 发电机应按制造厂规定的旋转方向运行 由于对应于不同的转速 电机的空载特性位置不同 因此对应于不同的转速便有不同的临界电阻 如果保持励磁回路的总电阻不变 发电机在高速时能自励 而在低速时也许就不能自励 为什么 2 运行特性 并励发电机的空载特性和调节特性与他励发电机无多大差别 只分析并励发电机的外特性 定义 在n nN Rf RfN 常数 注意 不是If 常数 时 U f I 的关系曲线 将电机拖到额定转速 使电机自励建立电压 然后调节励磁电流和负载电流 使电机达到额定运行状态 即U UN I IN 此时励磁回路的总电阻即为RfN 保持RfN不变 求取不同负载时的端电压 就可得到图中曲线1所示的外特性曲线 图中曲线2表示接成他励时的外特性 比较两条曲线 可以看出并励发电机的外特性有两个特点 1 并励发电机的电压调整率较他励时大 这时因为他励发电机的励磁电流If IfN 常数 它不受端电压变化的影响 而并励发电机的励磁电流却随电枢端电压的降低而减小 这就使电枢电动势进一步下降 因此并励发电机的外特性比他励时要下降得快一些 并励发电机的电压调整一般在20 左右 2 稳态短路电流小 当负载电阻短路时 R 0 电枢端电压U 0 励磁电流If也为零 这时电枢绕组中的电流由剩磁电动势所产生 由于剩磁电动势不大 所以稳态短路电流也不大 并励发电机的稳态短路电流虽然不大 若发生突然短路 则因为励磁绕组有很大的电感 励磁电流及其所建立的磁通不能立即消失 因此短路电流的最大值仍可达到额定电流的8 12倍 还是有损坏电机的危险 强调 二 直流电动机 1直流电机的可逆原理 以他励电机为例说明可逆原理 把一台他励直流发电机并联于直流电网上运行保持电源电压不变 一台电机既可作为发电机运行 又可作为电动机运行 这就是直流电机的可逆原理 减少原动机的输出功率 发电机的转速下降 当转速下降到一定程度时 使得 此时电枢电流为零 发电机输出的电功率为零 原动机输入的机械功率仅用来补偿电机的空载损耗 继续降低原动机的转速 将有 电枢电流反向 这时电网向电机输入电功率 电机进入电动机状态运行 同理 上述的物理过程也可以反过来 电机从电动机状态转变到发电机状态 2直流电动机按励磁方式分类 直流电动机的励磁电流都是由外电源供给的 和直流发电机相似 励磁方式不同也会使直流电动机的运行性能产生很大差异 按照励磁方式的不同 直流电动机可分为他励 并励 串励 复励电动机 一 他励电动机 电枢绕组和励磁绕组分别由两个独立的电源供电 二 并励电动机 励磁绕组和电枢并联 由同一电源供电 三 串励电动机 励磁绕组与电枢串联后再接于直流电源 如图所示 四 复励电动机 有并励和串励两个励磁绕组 它也分积复励和差复励两类 差复励电动机运行时转速不稳定 实际上不采用 3直流电动机的基本方程式 1 电动势平衡方程式 直流电动机稳定运行时 设电枢两端外加电压为U 电枢电流为Ia 电枢电动势为Ea 则从电动机的工作原理可以知道 这时Ea与Ia是反向的 即Ea是个反电动势 U Ea IaR 2 Ub 式中R 电枢电路总电阻 R Ra Rpa 包括电枢电阻Ra和与电枢串联的附加电阻Rpa 若以U Ea Ia的实际方向为正方向 则可列出直流电动机的电动势平衡方程式 2 转矩平衡方程式 电动机的电磁转矩是个驱动转矩 当电动机以恒定的转速稳定运行时 电磁转矩Tem与负载转矩Tz及空载转矩TO相平衡 即 Tem TZ TO 可见 电动机轴上的输出转矩Td只是电磁转矩的一部分 它与负载转矩相平衡 即 Td Tem TO TZ 3 并励直流电动机功率平衡方程式 直流电动机工作时 从电网吸取电功率P1 除去电枢回路的铜损耗pcua 电刷接触损耗pcub及励磁回路铜耗pcuf 其余部分便是转变为机械功率的电磁功率Pem 所以直流电动机的电磁功率Pem也就是电枢所发出的全部机械功率Tem 从电的观点来看 由于电动机的电枢电动势是个反电动势 它与Ia反向 所以EaIa表示电枢所吸收的电功率 因此和发电机一样 电动机的电磁功率 Pem Tem EaIa 电磁功率并不能全部用来输出 它必须补偿机械损耗p 铁耗pFe和附加损耗ps 最后剩下的部分才是对外输出的机械功率P2 Pem P PFe Ps P2 PO P2 直流电动机的功率平衡方程式 P1 UI Ea IaRa 2 Ub Ia If pcua pcub pcuf Pem pcua pcub pCuf p pFe ps P2 p P2 直流电动机的功率图 1 转速特性 4 他励 并励 直流电动机的工作特性 定义 当 时 由方程式可得 忽略电枢反应的去磁作用 转速与负载电流按线性关系变化 2 转矩特性 转矩表达式 考虑电枢反应的作用 转矩上升的速度比电流上升的慢 定义 当 时 3 效率特性 由方程式可得 空载损耗为不变损耗 不随负