电气 第三章 直流电机最新版本

1、1整理课件 3.3空载和负载时直流电机的磁场空载和负载时直流电机的磁场 3.1直流电机的工作原理和基本结构直流电机的工作原理和基本结构 3.2直流电枢绕组直流电枢绕组 3.4电枢的感应电动势和电磁转矩电枢的感应电动势和电磁转矩 3.5直流电机的基本方程直流电机的基本方程 3.6直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性 3.7直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 3.8直流电动机的起动、调速和制动直流电动机的起动、调速和制动2整理课件n直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。n直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机的调速范围宽广，调

2、速特性平滑。n直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。优点优点缺点缺点3整理课件直流电源直流电源励磁电源励磁电源测速测速伺服伺服4整理课件主要由定子、转子两部分组成主要由定子、转子两部分组成直流电机直流电机定子定子转子转子机座机座换向极换向极主磁极主磁极电刷装置电刷装置电枢铁心电枢铁心轴承轴承换向器换向器风扇风扇 转轴转轴电枢绕组电枢绕组5整理课件6整理课件7整理课件8整理课件9整理课件10整理课件11整理课件12整理课件13整理课件直流发电机工作原理直流发电机工作原理 右图为直流发电机的物理模型，右图为直流发电机的物理模型，N N、S S为

3、定子磁极，为定子磁极，abcdabcd是固定在可旋是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端圈的首末端a a、d d连接到两个相互绝缘连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的换向片上固定不动的电刷进行的。 直流发电机是将机械能转变成直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。电能的旋转机械。 当原动机驱动电机转子逆时针当原动机驱动电机转子逆时针旋转时同，线圈

4、旋转时同，线圈abcdabcd将感应电动势。将感应电动势。如右图，导体如右图，导体abab在在N N极下，极下，a a点高电点高电位，位，b b点低电位；导体点低电位；导体cdcd在在S S极下，极下，c c点高电位，点高电位，d d点低电位；电刷点低电位；电刷A A极极性为正，电刷性为正，电刷B B极性为负。极性为负。 14整理课件 当原动机驱动电机转子逆时针当原动机驱动电机转子逆时针旋转旋转 后，如右图。后，如右图。0180 可见，和电刷可见，和电刷A A接触的导体总是接触的导体总是位于位于N N极下，和电刷极下，和电刷B B接触的导体总接触的导体总是位于是位于S S极下，极下， 导体导体

5、abab在在S S极下，极下，a a点低电位，点低电位，b b点高电位；导体点高电位；导体cdcd在在N N极下，极下，c c点低电位，点低电位，d d点高电位；电刷点高电位；电刷A A极极性仍为正，电刷性仍为正，电刷B B极性仍为负。极性仍为负。直流发电机工作原理直流发电机工作原理15整理课件 电枢线圈内电势、电流方向是交流电；电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 电刷间为直流电势，线圈中感应电势与电刷间为直流电势，线圈中感应电势与电流方向一致；电流方向一致； 产生的电磁转矩产生的电磁转矩T T与转子转向相反，是与转子转向相反，是制动性质。制动性质。16整理课件 把电刷把电刷A、B接到直流电源

6、上，接到直流电源上，电刷电刷A接正极，电刷接正极，电刷B接负极。此时接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。电枢线圈中将电流流过。如右图。 直流电动机是将电能转变成机直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。械能的旋转机械。 在磁场作用下，在磁场作用下，N N极性下导体极性下导体abab受力方向从右向左，受力方向从右向左，S S 极下导体极下导体cdcd受力方向从左向右。该电磁力形成受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。方向旋转。直流电动机工作原理直流电动机工作原理17整

7、理课件原原N N极性下导体极性下导体abab转到转到S S极下，受力极下，受力方向从左向右，原方向从左向右，原S S 极下导体极下导体cdcd转转到到N N极下，受力方向从右向左。该极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。用下继续逆时针方向旋转。 当电枢旋转到右图所示位置时当电枢旋转到右图所示位置时 同直流发电机相同，实际的直同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。磁极也并非一对。直流电动机工作原理直流电

8、动机工作原理18整理课件 外施电压、电流是直流外施电压、电流是直流, ,电枢线圈内电电枢线圈内电流是交流；流是交流； 线圈中感应电势与电流方向相反；线圈中感应电势与电流方向相反； 产生的电磁转矩产生的电磁转矩T T与转子转向相同，是与转子转向相同，是驱动性质。驱动性质。19整理课件20整理课件IU-+EaIaIfIU-+EaIaIfIfIaEa+-UIIUf-+U-+EaIaIf他励他励并励并励串励串励复励复励21整理课件额定容量额定容量P PN N： 输出功率（输出功率（kWkW）；）；额定电压额定电压U UN N：额定状态下出线端电压：额定状态下出线端电压(V)(V)；额定电流额定电流I

9、IN N：额定状态下出线端电流（：额定状态下出线端电流（A A）；）；额定转速额定转速n n： 额定状态下的电机转速额定状态下的电机转速(r/min)(r/min) 额定值：指电机正常运行时各物理量的数值。此时亦额定值：指电机正常运行时各物理量的数值。此时亦称电机满载运行。否则为欠载或过载称电机满载运行。否则为欠载或过载22整理课件 对于直流发电机，对于直流发电机，P PN N是指电刷端输出的电功率，是指电刷端输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。它等于额定电压和额定电流的乘积。P PN NU UN NI IN N 对于直流电动机，对于直流电动机，P PN N是指轴上输出的机械功率，是

10、指轴上输出的机械功率，所以公式中还应有效率所以公式中还应有效率N N存在。存在。P PN NU UN NI IN NN N 说明说明23整理课件 系列：是一般用途的中小型直流电机，包括发系列：是一般用途的中小型直流电机，包括发电机和电动机。电机和电动机。 系列：是一般用途的大、中型直流电机系列。系列：是一般用途的大、中型直流电机系列。 系列：是用于恒功率且调速范围比较大的拖动系列：是用于恒功率且调速范围比较大的拖动系统里的广调速直流电动机。系统里的广调速直流电动机。国产直流电机的主要系列产品国产直流电机的主要系列产品2ZZFZ和TZ24整理课件对电枢绕组的要求：对电枢绕组的要求： 在通过规定的

11、电流和产生足够的电动势和电磁转矩在通过规定的电流和产生足够的电动势和电磁转矩前提下，所消耗的有效材料最省，强度高（机械、电气、前提下，所消耗的有效材料最省，强度高（机械、电气、热），运转可靠，结构简单等。热），运转可靠，结构简单等。 电枢绕组电枢绕组: : 直流电机的电磁感应的关键部件之一直流电机的电磁感应的关键部件之一, , 是直是直流电机的流电机的主电路主电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。 电枢绕组由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成。电枢绕组由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成。按照连接规律的不同，电枢绕组分为按照连接规律的不同，电枢绕组

12、分为单叠绕组单叠绕组和和单波绕组单波绕组等多等多种型式。种型式。25整理课件现代直流电机均用鼓形绕组，它又分为叠绕组、波绕现代直流电机均用鼓形绕组，它又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。组和蛙形绕组。电枢绕组的形式电枢绕组的形式叠绕组叠绕组波绕组波绕组26整理课件直流电枢绕组基本知识直流电枢绕组基本知识n 元件元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。一个元件由两条元件边和前、后端接线组成，一个元件由两条元件边和前、后端接线组成，元件个数用元件个数用S表示表示。n 元件的首末端元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，：每一个元件均

13、引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。其中一根称为首端，另一根称为末端。元件：元件：11元件边；元件边；22首端；首端；33末端；末端；27整理课件n 换向片换向片 元件边依次放在电枢元件边依次放在电枢槽槽内内, ,一个元件一条边放在槽的上层，一个元件一条边放在槽的上层，另一条元件边放在槽的下层，槽数用另一条元件边放在槽的下层，槽数用 表示。表示。 每个元件有两个元件边，每片每个元件有两个元件边，每片换向片换向片又又总是接一个元件的上层边和另一个元件的总是接一个元件的上层边和另一个元件的下层边，所以元件数下层边，所以元件数S S总等于换向片数总等于换向片数K K。即即S=K

14、S=K。n 槽和虚槽槽和虚槽虚槽：把一个上层元件边与一个下层元虚槽：把一个上层元件边与一个下层元件边看成一个虚槽，虚槽数用件边看成一个虚槽，虚槽数用 表示。表示。如图所示：即一个如图所示：即一个实槽里有三个虚槽实槽里有三个虚槽一个实槽里的虚槽数用一个实槽里的虚槽数用u u表示，则：表示，则：uQuQuQuSKQ且满足且满足Q28整理课件n 极对数极对数p p，电机的极数为，电机的极数为2p2p2uQp（槽）n 极轴线极轴线：主磁极的中心线，把主磁极平分成两部分。：主磁极的中心线，把主磁极平分成两部分。n 几何中性线几何中性线：磁极之间的平分线。：磁极之间的平分线。n 绕组节距绕组节距：是指被联

15、接起来的两个元件边或换向片之间的：是指被联接起来的两个元件边或换向片之间的距离，以所跨过的元件边数或虚槽数或换向片数来表示。距离，以所跨过的元件边数或虚槽数或换向片数来表示。29整理课件n 第一节距第一节距 ： 一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离，用所跨槽数一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离，用所跨槽数表示。选择的表示。选择的依据依据是尽量让元件里感应电动势为最大。此时是尽量让元件里感应电动势为最大。此时 12uQyp1yn 第二节距第二节距 ： 连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。个元件的

16、上层边间的距离。 1y2yn 合成节距合成节距 ： 连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。yn 换向片节距换向片节距 ： 同一元件首末端连接的换向片之间的距离。同一元件首末端连接的换向片之间的距离。cy30整理课件12yyy单叠绕组单叠绕组12yyy单波绕组单波绕组31整理课件32整理课件33整理课件y=yy=yc c=1=134整理课件数据计算：数据计算：yyC1计算数据计算数据y和和y1画绕组展开图画绕组展开图安放电刷和磁极安放电刷和磁极实例：实例： P2， SK= 16116422 2uQypuQ11.槽展开槽展开2.绕组放置绕组放置3.

17、安放磁极电刷安放磁极电刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷NSNS+NSNS电枢转向电枢转向e ee ee ee e1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314141515 161636整理课件37整理课件aaaiI238整理课件单叠绕组：先串联所有上元件边在同一极下的元件，单叠绕组：先串联所有上元件边在同一极下的元件， 形成一条支路。形成一条支路。 每增加一对主极就增加一对支路。每增加一对主极就增加一对支路。 2a2p。 叠绕组并联的支

18、路数多，叠绕组并联的支路数多， 每条支路中串联元件数每条支路中串联元件数少，少，适应于较大电流、较低电压的电机。适应于较大电流、较低电压的电机。 单波绕组：把全部上元件边在相同极性下的元件单波绕组：把全部上元件边在相同极性下的元件相连，形成一条支路。相连，形成一条支路。 整个绕组只有一对支路，整个绕组只有一对支路， 极数的增减与支路数无关。极数的增减与支路数无关。 2a2。波绕组并联的支路数少，波绕组并联的支路数少， 每条支路中串联元件数每条支路中串联元件数多，多， 适用于较高电压、较小电流的电机。适用于较高电压、较小电流的电机。39整理课件40整理课件41整理课件 直流电机空载时的磁场分布示

19、意图直流电机空载时的磁场分布示意图1 1 极靴；极靴；22极身；极身；33定子铁轭；定子铁轭；44励磁绕组；励磁绕组；55气隙；气隙；66电枢齿；电枢齿；77电枢铁轭电枢铁轭42整理课件主磁通、主磁路：由主磁通、主磁路：由N N极出极出发，发， 经气隙进入电枢齿部，经气隙进入电枢齿部，经电枢铁心的磁轭到另外的经电枢铁心的磁轭到另外的电枢齿，通过气隙进入电枢齿，通过气隙进入S S极，极，再经定子轭回到原来再经定子轭回到原来N N极。极。主磁通交链励磁绕主磁通交链励磁绕组和电枢绕组，组和电枢绕组， 在在电枢绕组中感应电电枢绕组中感应电动势或产生电磁转动势或产生电磁转矩。矩。漏磁通、漏磁路：不进入漏

20、磁通、漏磁路：不进入电枢铁心，直接经过相邻电枢铁心，直接经过相邻的磁极或定子轭。的磁极或定子轭。影响饱和程影响饱和程度度43整理课件1）空载时气隙磁通密度的分布图形）空载时气隙磁通密度的分布图形 空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。于气隙的大小和形状。几何中性线几何中性线极靴极靴极身极身（a）气隙形状）气隙形状 磁极中心及附近的气隙小且磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且基本为均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，

21、气隙逐渐常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。中性线处，气隙磁通密度为零。44整理课件图图3.23 3.23 直流电机空载磁场的磁密分布直流电机空载磁场的磁密分布气隙磁密度为一平顶波气隙磁密度为一平顶波0fFB 主磁极的励磁磁动势主磁极的励磁磁动势主要消耗在气隙上，当主要消耗在气隙上，当忽略主磁路中铁磁性材忽略主磁路中铁磁性材料的磁阻时，主磁极下料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就气隙磁通密度的分布就取决于气隙取决于气隙

22、的大小的大小45整理课件2）直流电机的空载磁化曲线）直流电机的空载磁化曲线fNFfFA0N0 电机的磁化曲线电机的磁化曲线 考虑到电机的运行性能和考虑到电机的运行性能和经济性，直流电机额定运行经济性，直流电机额定运行的磁通额定值的大小取在磁的磁通额定值的大小取在磁化曲线开始弯曲的地方。即化曲线开始弯曲的地方。即取在图中的取在图中的A A点（称为膝点）点（称为膝点）。直线，不直线，不饱和部分饱和部分饱和部分饱和部分膝点膝点磁化曲线：表示空载主磁通磁化曲线：表示空载主磁通0 0与与主极磁动势主极磁动势F Ff f之间的关系曲线，之间的关系曲线， 0 0f f（ F Ff f）。通过实验或计）。通过

23、实验或计算得到。算得到。46整理课件 假设励磁电流为零，假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情隙磁场在空间的分布情况，况，电枢磁动势为交轴电枢磁动势为交轴磁动势。磁动势。47整理课件2 2）电枢磁通势单独产生的气隙磁通密度波形）电枢磁通势单独产生的气隙磁通密度波形为一三角波（气隙是均匀）为一三角波（气隙是均匀）电枢磁动势及电枢电枢磁动势及电枢B B 如果气隙是均匀的，则在如果气隙是均匀的，则在极靴范围内，磁密分布也是一极靴范围内，磁密分布也是一条直线。但在两极极靴之间的条直线。但在两极极靴之间的空间内，因气隙长度大

24、为增加，空间内，因气隙长度大为增加，磁阻急剧增加，虽然此处磁通磁阻急剧增加，虽然此处磁通势较大，磁密却反而减小，因势较大，磁密却反而减小，因此磁密分布曲线是此磁密分布曲线是马鞍形马鞍形axFaxB0fFB48整理课件负载时电枢磁动势对主极磁场的影响称为负载时电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应。电枢反应。49整理课件电枢反应作用：电枢反应作用：1 1）引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁密等于零的位置（物理中）引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁密等于零的位置（物理中性线）偏离几何中性线，性线）偏离几何中性线，2 2）不计饱和时，交轴电枢反应（总）既无增磁、亦无去磁作用）不计饱和时，交轴电枢反应（总）既

25、无增磁、亦无去磁作用 计及饱和时，交轴电枢反应（总）具有一定的计及饱和时，交轴电枢反应（总）具有一定的去磁作用去磁作用。增磁增磁去磁去磁N Na aS Sa a去磁去磁增磁增磁50整理课件 直轴分量直接作用于直轴分量直接作用于F F0 0方向方向, ,起直接的增磁或起直接的增磁或去磁作用去磁作用, ,对主极磁场影响较大对主极磁场影响较大. .51整理课件52整理课件 直流电机无论作电动机运行还是作发电机运行，电枢绕组内直流电机无论作电动机运行还是作发电机运行，电枢绕组内都产生感应电动势。都产生感应电动势。电动机电动机/ /发电机运行时电枢元件中的电势与电流方向发电机运行时电枢元件中的电势与电流

26、方向 53整理课件avBll电枢绕组有电枢绕组有2a2a条支路条支路, ,每条支路元件相同每条支路元件相同每条支路所处磁场也对称相同每条支路所处磁场也对称相同每条支路的合成电动势方向相同每条支路的合成电动势方向相同, ,大小相同大小相同电机感应电动势即为一条支路电动势电机感应电动势即为一条支路电动势lBav54整理课件lvBeavav602npv602npeav2za2226060aavezznEepaapznCna60epzCa55整理课件aavavilBf2DfTavx 如果电动势和发电机相关，那么，电磁转矩和电动机可如果电动势和发电机相关，那么，电磁转矩和电动机可以联系在一起，求解电磁转

27、矩的过程和求解电动势是一样的：以联系在一起，求解电磁转矩的过程和求解电动势是一样的：1 1）先求一个导体的平均电磁力：）先求一个导体的平均电磁力：2 2）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的平均转矩：受的平均转矩：56整理课件222222aaemxavaTaIIDpTTzB lzlzalapzICIa2TpzCa2aaIaiemTaTCI57整理课件eCTC609.552TeCC9.55TeCC一台制造好的电机，一台制造好的电机， 它的电磁转矩正比于每极它的电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流，磁通和电枢电流， 与磁密分布无关。与磁密分布无关。

28、58整理课件直流电动机：从电源吸收的电功率，通过电磁感应作直流电动机：从电源吸收的电功率，通过电磁感应作用，转换成轴上的机械功率；用，转换成轴上的机械功率；直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的机械功率等于通过电磁感应作用在电枢回路所得到的机械功率等于通过电磁感应作用在电枢回路所得到的电功率。电功率。 606022emaaeaaaempzPE ICnIIapzITa 59整理课件2 18659.222 1 3.1416TpzCa AAUPINNNN331915. 0330101003 mNmNICTNNTN7 6

29、2 .59260整理课件n他励直流电机他励直流电机图图3-28 3-28 稳态运行时直流电机的电路图稳态运行时直流电机的电路图 a)a)发电机发电机 b)b)电动机电动机a)a)b)b)61整理课件2aasEUI RU aaaEUI RasaaIURIR2电枢总电阻电枢总电阻同向同向电枢电枢电阻电阻电刷电刷压降压降n电压方程62整理课件saaURIEU2aaaRIEUasaaIURIR2电枢总电阻电枢总电阻反向电枢电枢电阻电阻电刷电刷压降压降63整理课件aaaEUI RaaaRIEU发电机电发电机电压方程压方程电动机电电动机电压方程压方程64整理课件10emPPP2cuaemPPPP P0 0

30、：克服机械摩擦、风阻、铁心损耗等所需的功率：克服机械摩擦、风阻、铁心损耗等所需的功率. .原动机输入给发电机的机械功率原动机输入给发电机的机械功率 1P1220CuaPPPPPP2aaaaaE IUIIReTaaIE发电机：发电机： 机械能机械能 转化为电能转化为电能65整理课件aaaaaRIIEUIP2120emPPPaaIEemT 电动机：电动机： 电能电能 转化为机械能转化为机械能1220CuaPPPPPP 1emCuaPPP66整理课件67整理课件TemT1T0vn10emTTT68整理课件TemT2T0vn02emTTT69整理课件70整理课件02emTTTaaaRIEUemTaTC

31、InCEeaaUEaUE71整理课件直流发电机的四个基本物理量：直流发电机的四个基本物理量： U、I、If、n。（。（n由由原动机拖动，保持不变）原动机拖动，保持不变）运行特性运行特性：在：在U、I、If 之间，保证其中一个量不变，之间，保证其中一个量不变，另外两个物理量之间的函数关系。另外两个物理量之间的函数关系。主要特性：主要特性：（1）n n常数，常数， I I常数，常数， U Uf f（I If f）；空载特性；空载特性（2）n n常数，常数， I If f常数，常数，U Uf f（I I）；外特性；外特性（3）n n常数，常数， U U常数，常数，I If ff f（I I）；调节特

32、性；调节特性72整理课件一、他励直流发电机的运行特性一、他励直流发电机的运行特性1 1、空载特性、空载特性1nC0I ()fUf I定义：当当 、 时，时， 直流发电机的空载特性是非线性的直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相同的。实的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。曲线。 空载时，空载时， 。由于。由于 ，因此空载特性实质上就是因此空载特性实质上就是 。由。由于于 正比于正比于 ，空载特性实质即为磁化空载特性实质即为磁化曲线。曲线。aUEaeECn()afEf IaE空载特性曲线上升分支空载特性曲线上

33、升分支空载特性曲线下降分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线平均空载特性曲线UfIaaaEUI RU=afEI73整理课件2 2、外特性、外特性NnnffNII( )Uf I定义：当定义：当 、 时，时， 外特性曲线如图所示外特性曲线如图所示 由曲线可见，负载电流增大时，端电压由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降。有所下降。他励并励U0U0IeaaUCnI R 根据根据 可知，端电压下降有两个原因：可知，端电压下降有两个原因：一是在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁作一是在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁作用使每极磁通量减少，使电动势减少；用使每极磁通量减

34、少，使电动势减少；另一个原因是电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使另一个原因是电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压下降。端电压下降。 74整理课件%1000NNUUUUU U0 0是空载时的端电压，是空载时的端电压， 一般一般他励他励直流发电机的电压直流发电机的电压变化率约为变化率约为5 510%10%。75整理课件3 3、调节特性、调节特性1nC2UC( )fIf I定义：当定义：当 、 时，时， 外特性曲线如图所示外特性曲线如图所示 由曲线可见，在负载电流变化时，若保持由曲线可见，在负载电流变化时，若保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反端电压不变，必须改变励磁

35、电流，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对对输出端电压的影响。应及电枢回路电阻压降对对输出端电压的影响。fI0I4 4、效率特性（、效率特性（P98P98）76整理课件 并励的励磁是由发电机本身的端电压提供的，并励的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。他励发电机不同。二、并励直流发电机的自励和外特性二、并励直流发电机的自励和外特性RLRarfIaIfIEaUrnfaIIInCEeafUUaaaEUI R请同学们根据电路图写方程等式：77整理课件fI0U10fIA20U3 曲线曲线1 1为空载特性曲线，

36、曲线为空载特性曲线，曲线2 2为励磁回路总电阻为励磁回路总电阻 特性曲线，特性曲线，也称场阻线也称场阻线 fR若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。励。crRfffUI R 增大增大 ，场阻线变为曲线，场阻线变为曲线3 3时，时，称称 为临界电阻。如图所示。为临界电阻。如图所示。fR78整理课件fI 原动机带动发电机旋转时，如果主磁极有剩磁，则电枢绕原动机带动发电机旋转时，如果主磁极有剩磁，则电枢绕组切割剩磁通感应电动势。在电动势作用下励磁回产生组切割剩磁通感应电动势。在电动势作用下励磁回产生 。如果励磁绕组和电枢绕组连接正确，如果励磁绕组和电枢绕组连接正

37、确， 产生磁通与剩磁方向产生磁通与剩磁方向相同，使主磁路磁通增加，电动势增大，相同，使主磁路磁通增加，电动势增大， 增加。如此不断增加。如此不断增长，直到励磁绕组两端电压增长，直到励磁绕组两端电压 与空载电枢感应电动势与空载电枢感应电动势 相等时，相等时，达到稳定的平衡工作点达到稳定的平衡工作点A A。fIfIffI R0aE79整理课件（1）电机必须有剩磁。）电机必须有剩磁。 可通过可通过“充磁充磁”（2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致（3）励磁回路的电阻应小于

38、与电机转速相对应的）励磁回路的电阻应小于与电机转速相对应的临界电阻。临界电阻。80整理课件IUaaeaaaRInCRIEU 1 他励他励12 并励并励21 1）电枢反应的去磁作用）电枢反应的去磁作用2 2）电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而）电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压增加，使端电压U U下降下降3 3）端电压）端电压U U的下降使励磁电流的下降使励磁电流I If f同时减小，同时减小，使磁通和电枢电动势进一步减小。使磁通和电枢电动势进一步减小。faIII81整理课件直流电动机的运行特性：直流电动机的运行特性：1 1）工作特性工作特性；2 2）机械特性机械特性。fNII

39、NUU()anf I1 1）转速特性）转速特性定义：当定义：当 ， 时时, , 由方程式可得由方程式可得NaaeeURnICC82整理课件eaaeNeaCIRCUCEn1000NNnnnnnNn0PN 忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性关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：系变化：83整理课件aoreNaarNaRnCUREUIarTeICT0nT0T2eTnT0T2eT注意事项：注意事项：84整理课件2 2）转矩特性）转矩特性定义：当定义：当 ， 时时, , ()emaTf INUUfNII2020emPTTTT85整理课件 空载损耗为不变损耗，不随负载空载损耗为

40、不变损耗，不随负载电流变化，当负载电流较小时效率电流变化，当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分消耗在空载较低，输入功率大部分消耗在空载损耗上；损耗上；负载电流增大，效率也增大，输入负载电流增大，效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流增大到一定程度时，但当负载电流增大到一定程度时，铜损快速增大，此时效率又变小。铜损快速增大，此时效率又变小。21011aaNaPPPR IPUI86整理课件2aNaemeeeTEURnTCCC CeaaeNeaCIRCUCEnemTaTCI0emnnkTNeNCUn02NTeaCCRkn087整理课件有一台有一台

41、17KW17KW、220V220V的并励电动机，额定转速的并励电动机，额定转速n nN N=1450r/min=1450r/min，额定，额定线电流和励磁电流分为为线电流和励磁电流分为为I IN N=95A=95A和和I IfNfN=4.3A=4.3A，电枢电阻，电枢电阻R=0.09 R=0.09 ，试求额定负载时电动机的下列数据：，试求额定负载时电动机的下列数据：（1 1）电枢电流和电枢电动势；（）电枢电流和电枢电动势；（2 2）电磁功率和电磁转矩；）电磁功率和电磁转矩；（3 3）输入功率和效率。）输入功率和效率。解：（解：（1 1）I IaNaN= I= IN N-I-IfN fN =95

42、-4.3=90.7A=95-4.3=90.7AE EaNaN=U=UN N-I-IaNaNR-2R-2U Us s=220-90.7=220-90.70.09-0.09-2=209.8V2=209.8V(2) P(2) PeNeN=E=EaNaNI IaNaN=209.8=209.890.7=19028W90.7=19028W T TeNeN=125.3M.m=125.3M.m(3) P(3) P1N1N=UI=220=UI=22095=20900W95=20900WaaaRIEU211781.33%20.9PP88整理课件89整理课件 不稳定运行不稳定运行nAemTLTAn0nBemTLTB

43、n0稳定运行稳定运行90整理课件 起动过程：电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定起动过程：电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。运行状态的过程。91整理课件TeNeNstaaUCnUIRR能够达到能够达到10-2010-20倍的额定电流，倍的额定电流，起动转矩起动转矩 ：电动机起动瞬间的电磁转矩。：电动机起动瞬间的电磁转矩。起动电流起动电流 ：起动瞬间的电枢电流。：起动瞬间的电枢电流。stTstIaaaRIEU92整理课件MaRS1SUst1Rst2Rst3R2S3Sast1st2st33RRRRRLLTI22TI11TIemTI0nabn1aRNng3n11astRRR2n

44、ef3122aststRRRR1nCd2NaSem2eNeTNURRnTC C C NstaSUIRRaaaRIEU他励直流电动机三他励直流电动机三级起动电路级起动电路h0n93整理课件estaaUCnUIRR94整理课件eaaNCRIUn95整理课件n1TL0aRn0nNnLTemTAAB1naS1RRNaSem2eNeTNURRnTC C C 适用于：适用于：容量不大，低速运行时间不长，容量不大，低速运行时间不长，对调速性能要求不高的场合。对调速性能要求不高的场合。96整理课件TL2aemeeTRUnTCC C0nnNUTLA01nNnB1U1n适用于：适用于：对调速性能要求较高的中大容量

45、对调速性能要求较高的中大容量拖动系统拖动系统TeA97整理课件TL2NaemeeTURnTCC CemTaTCI98整理课件 电动机的机械特性与负载特性的交点即为电动机的电动机的机械特性与负载特性的交点即为电动机的工工作点作点，电动机在此工作点稳定运行。若改变电动机电源，电动机在此工作点稳定运行。若改变电动机电源电压、磁通及电枢回路所串电阻，电压、磁通及电枢回路所串电阻，工作点就会发生变化，工作点就会发生变化，分布在四象限中。分布在四象限中。 电动机在四个象限内运行，有两种基本的运行状态：电动机在四个象限内运行，有两种基本的运行状态： 制动运行状态。制动运行状态。 电动运行状态电动运行状态99

46、整理课件 电动机的运行状态电动机的运行状态 电动运行状态：电动运行状态： 在在n nT T坐标系的第坐标系的第、象限，象限，T T与与n n同同方向，方向，T T为拖动性质转矩。从能量关系看，为拖动性质转矩。从能量关系看，电动机是从电网吸收电能向轴上的负载输出电动机是从电网吸收电能向轴上的负载输出机械能。机械能。 制动运行状态：制动运行状态： 电动机运行在电动机运行在n nT T坐标系的第坐标系的第、象象限，限，T T与与n n反方向，反方向，T T为制动性质的阻转矩。为制动性质的阻转矩。从能量关系看，电动机是将机械能变为电能从能量关系看，电动机是将机械能变为电能全部消耗掉或大部分回馈电网。全

47、部消耗掉或大部分回馈电网。 100整理课件1）电动运转状态）电动运转状态电动机转矩的方向与转速的方向相同，电动机转矩的方向与转速的方向相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。 2） 制动运转状态制动运转状态电动机转矩与转速的方向相反，此电动机转矩与转速的方向相反，此时，用电动机吸收机械能并转化为电能。时，用电动机吸收机械能并转化为电能。 直流电动机的两种运转状态：直流电动机的两种运转状态： 101整理课件电动状态电动状态能耗制动能耗制动+-+-()0aaazEIRR0aaazEIRR 0emTaTCI能耗制动的实现能耗制动的实现

48、102整理课件2azemeTRRnTC C 能耗制动机械特性图能耗制动机械特性图 能耗制动时，能耗制动时，U=0U=0，R=RR=Ra a+R+RZ Z，代入他励直流，代入他励直流电动机机械特性方程式电动机机械特性方程式 由上式可知，由上式可知，n n0 0时，时，T T0 0；n=0n=0时，时，T=0T=0，所，所以机械特性位于第以机械特性位于第象象限，并通过原点。限，并通过原点。 103整理课件 反接制动时，电压反接制动时，电压U U与反电势与反电势E Ea a同方向。同方向。 实现反接制动有两种方法：实现反接制动有两种方法： 电压反接（一般用于反抗性负载）电压反接（一般用于反抗性负载）

49、 转速反向（用于位能性负载）转速反向（用于位能性负载）104整理课件（一）电压反接的反接制动（一）电压反接的反接制动 1K2K3K断开断开 和和 ， 接通接通 和和4KRREURREUIaaaaa电枢反接的反电枢反接的反接制动电路图接制动电路图I Ia a为负值，为负值，T T为负值，为负值，T T与与n n反向，故为制动状反向，故为制动状态。态。电压反接制动的实现电压反接制动的实现( (用于反抗性负载用于反抗性负载) )105整理课件转速反向反接制动的实现转速反向反接制动的实现转速反向反接制动的原理接线图转速反向反接制动的原理接线图 当开关当开关K K闭合，电动机运闭合，电动机运行于电动状态

50、。行于电动状态。 当开关当开关K K断开，电枢回路断开，电枢回路串入较大电阻串入较大电阻R RZ Z，使，使n n0 0时，时，电磁转矩小于负载转矩，电电磁转矩小于负载转矩，电动机反向加速，动机反向加速，T T与与n n反向，反向，进入转速反向的反接制动运进入转速反向的反接制动运行。行。（二）转速反向的反接制动（二）转速反向的反接制动 （用于位能性负载）（用于位能性负载）106整理课件直流电机种类多直流电机种类多定子转子不可少定子转子不可少直流电源应用广直流电源应用广起动调速性能高起动调速性能高实现整流和逆变实现整流和逆变换向电刷配合好换向电刷配合好能量转换全靠它能量转换全靠它电枢绕组真奇妙电

51、枢绕组真奇妙单叠单波型两种单叠单波型两种应用场合分开表应用场合分开表电枢反应一作用电枢反应一作用主极磁场就损耗主极磁场就损耗等效电路需先画等效电路需先画基本方程定记牢基本方程定记牢并励若想要自励并励若想要自励三个条件少不了三个条件少不了107整理课件起动制动和调速起动制动和调速拖动运行三件宝拖动运行三件宝若要分析此特性若要分析此特性电压方程是王道电压方程是王道108整理课件109整理课件110整理课件( )( )( )()(NNNNNNfNNNfNA U IB U IC UIID UII）111整理课件112整理课件113整理课件.,. 2.,. 1:,5 . 0,.138,15. 0min,/1470,28,110,6 . 2:,求稳定后的电动机转速若负载转矩不变电磁转矩电枢电流电枢的电动势接入电阻瞬间试计算并略去电枢反应枢电感的影响不计电电阻现在电枢中接入下电动机运行在额定状态其额定数据为一台并励电动机fNNNNNRRrnAIVUkWP110V额定运行状态额定运行状态新运行状态新运行状态操作：电枢操作：电枢回路串