直流电机的特性.ppt

1、第5章，DC电机，上海交通大学周顺荣，第23章，DC电机基本方程，第1节，以并联励磁DC电机为例，1。势平衡方程，I=Ia If，(23-1)，U=E IaRa，(23-2)，2。功率平衡方程，电机的电功率输入，(23-2)并联励磁电机的总损耗，(23-4)、(23-5)、(23-6)，电磁功率=，输出功率，3。力矩平衡方程、电机的电磁驱动力矩，(23-7)，因为在由DC电机和由它拖动的机械负载组成的单元中，经常需要改变速度。当改变速度时，电机的转子，那么，转矩平衡方程为，(23-8)，J单元旋转部分的转动惯量，TC单元的总负载制动转矩(简化的总制动转矩)，Tj惯性转矩，4。效率，(23-9)

2、，DC电机的工作特性第二节，1。并联和独立励磁电机的工作特性，1。速率特性n=f (ia)。电机转速调整率，(23-11)，当并联电机运行时，励磁绕组不能断开。当励磁绕组在重负荷下断开时，Tem将下降，电机将停止运行，反电动势将为零，电枢电流将非常大，电机将过热并烧毁；如果励磁绕组在轻负载下断开，将导致电机“飞转”，并可能损坏电机。2转矩特性Tem=f (Ia)，当Ia较小时，电枢反应退磁影响不大，气隙磁通大致不变，Tem=f (Ia)为线性；当Ia较大时，电枢反应的退磁增加，所以Tem=f (Ia)比原来的直线向下弯曲。效率特性=f (Ia)，4机械特性n=f (Tem)，当U=常数且并联励

3、磁电机中励磁电路的电阻为常数时，If为常数。如果忽略电枢反应的影响，它是一个恒定值。因此，n=f (Tem)是一条直线。由于Ra CE CT 2很常见，并联电机的自然机械特性非常接近水平线。此时，由Tem的增加引起的n的减少不多。这种属性称为硬属性。人工机械特性比自然机械特性软(即，在相同电磁转矩下转速较低)。这是因为人工机械特性是电阻器Rj串联在电枢电路中的原因。随着电阻器两端的电压降增加，电枢两端实际施加的电压降低。因此，在相同的电磁转矩(电枢电流)下，转速将不可避免地降低。(23-12)，2。串联励磁电机的工作特性，1速率特性n=(Ia)，串联励磁电机的速度特性表达式与并联励磁电机(单独

4、励磁电机)相同，即当电机磁路饱和时，它随Ia缓慢上升，所以N的下降程度随Ia的增加而减小。当电机磁路为线性时，IA与Ia成线性关系，N与Ia成反比，即n=f (Ia)为双曲线。可以看出，串励电动机的一个特点是速度随负载的增加而迅速下降。速度调整率，由于串联励磁电机在空载或轻载时，如果=Ia很小，那么也很小。从公式(23-10)可以看出，转速会很高，这通常被称为“超速”(危险)。这种情况可以从物理过程来分析：因为它非常小，根据关系E=CEn，电枢必须以非常高的速度旋转，以产生足够的反电动势来平衡电网电压。因此，串联励磁电机不允许空载运行。(23-13)，由于串联励磁电机不允许空载运行，根据GB7

5、55-87，串联励磁电机的速度调整率定义为n1/4电机在负载下的速度P2=PN 4。2转矩特性Tem=(Ia)，电磁转矩Tem会随着Ia的增加而迅速上升，这是串联励磁电机的另一个特性。在串联励磁电动机中，因为如果If=Ia，当负载转矩增加时，P1和Ia增加，如果磁路不饱和，磁通量Ia，tem=ia如果磁路高度饱和，它基本不变，Tem Ia。电磁转矩Tem会随着Ia的增加而迅速上升，这是串激电机的另一个特点，串激电机具有较大的起动转矩。此外，当过载发生时，转速n将自动下降当负荷减轻时，转速会自动再次上升。串联励磁电机的这些特性特别适用于电力机车等场合。机械特性n=f (Tem)，当电机磁路为线性

6、时，则=CIa，(23-14)，代入上述公式(23-14)、(23-15)，其中，当电机磁路饱和时，则为CIa，(23-15)为了避免运输过程中的不稳定现象，通常采用产品复合励磁。在复合励磁电机中，如果并联绕组起主要作用，则其工作特性接近并联励磁电机。然而，当电枢反应的退磁作用很强时，仍然可以获得递减率的特性，以保证电机的稳定运行。此时，串联励磁绕组称为“稳定绕组”；如果串联绕组起主要作用，它的工作特性接近串联励磁电机。然而，卸载时没有“超速”的危险。第3节DC电机的启动，1。直接起动，(23-17)，以并联电机为例，图23-11并联电机直接起动时电枢电流和速度的变化过程，Tst=CTIst，

7、(23-18)，2。用串联变阻器启动电枢电路(23-19)。当电枢电流等于设定值时，接触器1接通。随着转速的进一步提高，接触器2和3逐步接通，电枢电流在和之间变化，直至达到稳定状态。第三，降压起动是通过降低电机电枢端电压来限制起动电流。降压起动的电动机应单独励磁，这样起动时电动机的励磁电流不受端电压变化的影响，并能保证足够的起动转矩。降压起动需要特殊的DC电源。启动时，电源电压由小变大，电机转速以指定的加速度上升，从而避免了大的冲击电流。过去，DC发电机被用作特殊的DC电源，但在现代，晶闸管整流电机组经常使用。降压起动的优点是：起动电流小，起动时能量损失小，正反向旋转。缺点是单位投资大。因此，

8、该方法仅用于需要频繁启动或调节的大容量DC电机。第四节DC电机1的调速。通过改变励磁电流进行速度调节(23-20)。调速方式：改变励磁电流；改变电枢端电压；改变串联电枢电路的电阻Rj，如果仅降低励磁电流If以降低主磁通，电机转速N将上升；相反，速度n降低。当负载扭矩恒定时，因为E U=恒定值、(23-21)、(23-22)、(23-23)、2。改变电枢端电压的调速，如果只有电枢端电压u增加，电机转速n也会增加；相反，电机速度n降低。对于恒定扭矩速度调节，Tem=1=2。如果激励保持不变，1=2，那么，(23-24)，因此，(23-25)，即3。改变串联电枢电路的电阻Rj来调节速度，将E1=CE

9、1 n1，E2=CE2 n2代入上式，1=2，如果只有电枢电路的电阻Rj增加，电机速度就会降低；相反，电机速度n增加。对于恒定扭矩速度调节，Tem=1=2。如果励磁保持不变，1=2，那么，(23-26)，也就是，(23-27)，第5节：当制动DC电机时，保持励磁电流不变。此时，电机仍有磁场，由于转子的惯性，电枢继续旋转。电机成为独立励磁发电机，电机产生的电磁转矩方向与转子方向相反，起到制动作用。此时，转子的动能转化为电能，电能在制动电阻和单元体上消耗，直到单元停止运行。1、能耗制动，2、反向制动，在保持励磁电流不变的情况下，用反向开关将电枢两端串联后再反向接入电网。此时，当电网电压与作为电动机

10、运行时的原始反电动势方向相同，并且仍然指定在电动机的正方向时，电枢电流Ia=-(U E) /(Ra RL)非常大，这与原始电枢电流方向相反，然后产生与电枢旋转方向相反的大电磁转矩，这缺点是电枢电流可能非常大，这会影响电机并导致电网电压下降。因此，在反向连接期间，必须串联足够的限流电阻R1，以将Ia=-(U E)/(Ra R1)限制在允许值以下。这样，在制动时，电网提供的功率和机组的动能都消耗在电枢电路电阻和限流电阻上，这是非常不经济的。需要注意的是，当转速达到零时，必须及时切断电源，否则电机会反转。3.反馈制动连接到电网的电机由于高速进入发电机运行状态。此时，电磁转矩充当制动器，产生的电能被反馈到电网。这种制动方法称为反馈制动。例如，当由串联励磁电机驱动的电车或电力机车下坡时，如果不施加制动，机车的速度将变得越来越高，达到危险值。如果将串联励磁改为并联励磁或其他励磁，以确保励磁电流适当，并且电枢仍连接到电网，当速度达到某个值时，电机的反电动势E U，电枢电流反向，电机进入发电机状态。此时，扭矩起到制动器的作用，限制转速继续上升，并将机车下坡时的势能转化为电能，并将其反馈给电网。第六节整流电源对DC电机的影响晶闸管整流电源比DC发电机更经济、高效、方便，已广泛用于DC电机的供电。晶闸管整流电源一般通过单相、三相