第一章電機(jī)原理及電力拖動(dòng)

1、電機(jī)原理及電力拖動(dòng)電機(jī)原理及電力拖動(dòng)中南大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)中南大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)主講：王擊主講：王擊前言1電機(jī)及拖動(dòng)概況本課程由兩部分組成：第一部分：電機(jī)學(xué)第二部分：電力拖動(dòng)基礎(chǔ) 電機(jī)原理及拖動(dòng)是自動(dòng)化專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課（或技術(shù)基礎(chǔ)課），是自動(dòng)控制系統(tǒng)、工業(yè)企業(yè)供電、電氣控制技術(shù)等課程的基礎(chǔ)。前言主要內(nèi)容：1)電機(jī)的基本理論及應(yīng)用（能量轉(zhuǎn)換）2)電機(jī)及拖動(dòng)系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性3)拖動(dòng)系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)及其特性4)電機(jī)容量選擇主要特點(diǎn)：電機(jī)是一種電磁結(jié)構(gòu)設(shè)備，運(yùn)行中，既遵循磁路定律，又遵循電路定律，在拖動(dòng)系統(tǒng)中滿足能量守恒定律。前言二基本電磁定律URI電 阻 (電 抗 )：UI R電壓：

2、dewdt 電勢(shì)：E UIR電流：FW I磁勢(shì)：mmFUR磁通：1mFLRA磁阻：mmUR磁壓：在電路中：在磁路中：前言1)全電流定律1H dLI 12NkkH LII W （或）1NkFR 當(dāng)電流方向與積分路徑方向符合右手螺旋定則時(shí)，其電流為正，否則為負(fù)。2)磁路歐姆定律：前言3)電磁感應(yīng)定律：eU4)回路定律：eB L Vdewd t e方 向 ： 由 右 手 螺 旋 定 則 確 定RiLeuL5)電磁力定律：fBLif 的 方 向 由 左 手 定 則 確 定上述基本定律要求熟練掌握，準(zhǔn)備使用。前言三電機(jī)分類電機(jī)變壓器旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制電機(jī)直流電機(jī)交流電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)變壓器：把一種電壓等級(jí)的

3、電能變?yōu)榱硪环N電壓等級(jí)的電能。發(fā)電機(jī)：把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。電動(dòng)機(jī)：把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。前言四學(xué)習(xí)方法明確物理概念，注重工作原理和運(yùn)行特性，通過習(xí)題和實(shí)驗(yàn)消化所學(xué)內(nèi)容。第一章直流電機(jī)原理第一節(jié) 直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理第二節(jié) 直流電機(jī)的空載磁勢(shì)第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)第五節(jié) 直流電機(jī)的電樞電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)第八節(jié) 直流電機(jī)換向簡(jiǎn)介 第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理一.直流發(fā)電機(jī)的工作特性 發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，故必須原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)。設(shè)此發(fā)電機(jī)在原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下，以逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)。第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理 當(dāng)轉(zhuǎn)子（電樞）旋轉(zhuǎn)在圖位置時(shí)

4、：abcdeeAB導(dǎo)體電勢(shì)： 電刷“ ” 電刷“ ” 當(dāng)轉(zhuǎn)子（電樞）旋轉(zhuǎn)在圖位置時(shí)：abcdeeAB導(dǎo)體電勢(shì)： 電刷“ ” 電刷“ ”12ABABee 由上述分析可見： 導(dǎo)體中的電勢(shì)是交變的 電刷兩端的電勢(shì)極性是恒定的（直流）為什么是直流電勢(shì)是電刷與換向器的共同作用的結(jié)果第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理?yè)Q向器的作用： 在直流發(fā)電機(jī)中，換向器將繞組中的交變電勢(shì)變?yōu)殡娝㈤g的直流電勢(shì)（整流作用）。( )()LVeBLVeBBBfef wt電勢(shì)波形分析： 設(shè)導(dǎo)體有效長(zhǎng)度為 ，速度為恒速，由可知， 的波形 由磁密 確定。 在氣隙空間分布波形為、。第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理二直流電動(dòng)機(jī)的工作原理fBLi

5、 直流電動(dòng)機(jī)與直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)一樣，但是直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，故要加直流電源。 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力： 電磁力的方向由左手定則確定：第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理 當(dāng)電樞線圈位于圖時(shí)，其等效為下圖niabfcdfe第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理當(dāng)電樞線圈位于圖b時(shí)，其等效為下圖nicdfabfe第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理直流電動(dòng)機(jī)中換向器的作用：將電刷端的直流轉(zhuǎn)換為繞組中的交變 電流（保證其轉(zhuǎn)矩方向不變）。UifBLiMn 工作過程： 在電刷端加直流載流導(dǎo)體產(chǎn)生電磁力 形成力矩帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械做功。1,()e in M外總結(jié)： 1.直流發(fā)電機(jī)： ）機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 2

6、）換向器將繞組中的交流變?yōu)殡娝㈤g的直流 3）發(fā)電機(jī)中的電勢(shì)為電勢(shì)源（同方向） 4）發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)力矩，與相反第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理直流電動(dòng)機(jī)：1)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能2)換向器將外加直流轉(zhuǎn)換為繞組中的交流3)電動(dòng)機(jī)中的電勢(shì)為反電勢(shì)與電流方向相反4)電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)力矩，與n同方向第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理三直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)由兩大部分組成定子部分轉(zhuǎn)子（電樞）部分（一）定子結(jié)構(gòu) 定子作用：產(chǎn)生磁場(chǎng)，支撐電機(jī)及配件。第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理1.主磁極：產(chǎn)生磁場(chǎng)（成對(duì)出現(xiàn)）,可以是永久磁場(chǎng),也可以在極身上繞繞組，通入直流電產(chǎn)生磁場(chǎng)。 fi主磁極換向磁極電機(jī)外殼第一節(jié)直流電機(jī)用途

7、、結(jié)構(gòu)及原理磁極鐵芯：用11.5mm低碳鋼板沖壓而成。 （小型機(jī)可用整塊鑄鋼制成）激磁繞組：用絕緣導(dǎo)線繞制而成。1s2s1N2N+-fUfI磁極N、S相間出現(xiàn)！ 第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理2.換向極：用來(lái)改善換向，減少電刷與換向器間的火花，裝于兩主磁極間（可以是主極數(shù)的一半）換向極繞組匝數(shù)少，線徑粗。3.機(jī)殼： 固定主磁極，換向極，端蓋等，同時(shí)又是磁路。用鑄鋼或厚鋼板制成。4.電刷裝置：接通外電路和電樞電路。第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理（二）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子也稱為電樞。 電樞的作用：產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩是能量轉(zhuǎn)換的樞紐。 （1）轉(zhuǎn)子鐵芯： 用0.350.5mm相互絕緣的硅鋼片制成。電樞槽

8、電樞繞組電樞齒電樞磁軛第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理（3）換向器：由相互絕緣的換向片組成。 換向器的作用： 在直流發(fā)電機(jī)中，將繞組中交流轉(zhuǎn)為電刷間的直流 在直流電動(dòng)機(jī)中，將電刷間直流轉(zhuǎn)為繞組中的交流（2）電樞繞組：通過電流感應(yīng)電勢(shì)，能量轉(zhuǎn)換的重要部件，是直流電機(jī)的主電路。用高強(qiáng)度絕緣漆包線繞制。第一節(jié)直流電機(jī)用途、結(jié)構(gòu)及原理四.直流電機(jī)的額定值 71(,),2()3()4( /)5(,)6eNNNNNNNNNNNNP w kwPUIPUIUVIAnrminMN m kg mP 主要有： ）額定容量輸出功率 發(fā)電機(jī)：出線端輸出功率 電動(dòng)機(jī)：軸上輸出功率 ）額定電壓： ）額定電流： ）額定轉(zhuǎn)速：

9、）額定轉(zhuǎn)矩： ）額定效率：直流電機(jī)的主要系列：見教材頁(yè)。額定值：指電機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下各物理的數(shù)值 第二節(jié) 直流電機(jī)的空載磁勢(shì)(ffffFNINI匝 數(shù) ，勵(lì) 磁 電 流 ）由F所產(chǎn)生的磁通主磁通：漏磁通：(80%)占以上(20%)大約直流電機(jī)空載時(shí)的磁勢(shì)： 空載磁場(chǎng)：指電機(jī)無(wú)負(fù)載時(shí)，由主極勵(lì)磁繞組通入直流所產(chǎn)生磁場(chǎng)。一.直流電機(jī)磁路、磁通和磁化曲線 一個(gè)主極所產(chǎn)生的磁勢(shì)為：第二節(jié) 直流電機(jī)的空載磁勢(shì)主磁通：交鏈電樞繞組的磁通（參與能量轉(zhuǎn)換） 漏磁通：只交鏈勵(lì)磁繞組的磁通（不參與能量轉(zhuǎn)換） 其 路 徑 ： 氣 隙電 樞氣 隙相 鄰 磁 極 磁 軛氣 隙主磁路的磁勢(shì)分析： 設(shè)主磁路徑如下圖所示：

10、定子磁軛磁極電樞齒電樞磁軛氣隙第二節(jié) 直流電機(jī)的空載磁勢(shì)根據(jù)磁路第二定律：2222222(ottrtrtppststffffFHLHH LH LH LH LN IN總磁勢(shì)： 氣隙磁勢(shì)電樞齒磁勢(shì)電樞磁軛磁勢(shì) 磁極磁勢(shì)定子磁軛磁勢(shì) 兩極總磁勢(shì)） (1-3) 式中：勵(lì)磁繞組匝數(shù)，I勵(lì)磁電流mmBLH LLRsRS對(duì)于各段磁壓降可寫成： (1-4) 式中：磁導(dǎo)、磁阻、導(dǎo)磁體截面積第二節(jié) 直流電機(jī)的空載磁勢(shì)()mffffRN iif I閉合回路磁勢(shì)方程： （1-5）由(1-5)式可見，磁通 是勵(lì)磁電流 的函數(shù)，即曲線1：氣隙磁化曲線因氣隙不存在飽和，故為直線（曲線2的切線）。曲線2：剛開始鐵芯未飽和，呈

11、直線關(guān)系，隨后因鐵芯趨于飽和，呈曲線關(guān)系。1.111.35mmacKabK飽和系數(shù)：表征電機(jī)飽和程度。 一般取第二節(jié) 直流電機(jī)的空載磁勢(shì)二.氣隙磁密沿電樞表面分布波形設(shè)電樞表面是光滑的（略去齒槽影響）； 同時(shí)認(rèn)為全部磁勢(shì)降在氣隙中（即各處磁勢(shì)相等）； 氣隙磁勢(shì)磁密的分布波形由下式確定：16ffBN IHB （1-6） 式中：是常數(shù)（是空氣隙）由（）式可知與氣隙長(zhǎng)度成反比。第二節(jié) 直流電機(jī)的空載磁勢(shì)B最大，各處基本相同。B在靴處氣隙顯著加大，明顯減少每極下平均磁通()Bf曲 線 是 個(gè) 鐘 形 波 。vBL （1-7）vB式 中 ：每 極 平 均 磁 密 極 距 （ 相 鄰 主 極 間 的 距

12、離 ）在極軸兩邊氣隙小且大小相差不大第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組 繞組是連接到換向片上的線圈總稱。 繞組分類：?jiǎn)蔚@組：?jiǎn)卧褑蔚嘣褑蔚笤讯擞行н吳霸讯说谌?jié) 直流電機(jī)的電樞繞組單波繞組：還有復(fù)迭、復(fù)波繞組，主要對(duì)于單迭繞組。一.基本概念 1）極軸線：平分主極成左右兩部分的直線。第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組NNSS極軸線幾何中性線第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組 2）幾何中性線 相鄰兩主極的幾何分界線。 3）極距(ZPP相鄰兩主極在電樞圓周的長(zhǎng)度，用 表，單位為槽:總槽數(shù) 磁極對(duì)數(shù)）主極極數(shù)2 4）繞組節(jié)距1y2yKy第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組111112yZyPyyy1第一節(jié)距 ：一個(gè)元件兩

13、有效邊的距離。 整距元件 長(zhǎng)距元件 短距元件 通常使用短距元件，因?yàn)榭晒?jié)省銅導(dǎo)線，同時(shí)有利于改善電勢(shì)波形。y2第二節(jié)距 ：第一個(gè)元件的下層邊與緊接著串聯(lián)的第二元件上 層邊之間的距離。第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組121yyyy合成節(jié)距y：相鄰兩串聯(lián)元件間的距離: 在單迭繞組中。 kyyk換向節(jié)距y ：同一元件的首尾端在換向器的跨距。 （單位不同）第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組1211642413kZyPyyyyy計(jì)算節(jié)矩：整距繞組 在單迭繞組中 二.單迭繞組的繞制 例如：一臺(tái)直流電機(jī)，極數(shù)2P=4 Z=S=K=16，試?yán)@制一單迭繞組繞組連接順序表： 規(guī)定：元件號(hào)、元件上層邊所在槽號(hào)以及該元件首端所接換

14、向片均相同。 1、2、316 表示元件上層所在槽號(hào) 1、2 、3 16 表示元件下層所在槽號(hào) 第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組繞組元件的連接順序：第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組繞組展開圖：第三節(jié) 直流電機(jī)的電樞繞組電刷具體放置方法： 應(yīng)放在元件軸線與主極軸線重合的元件所接兩換向片之間，且電刷中心線與兩換向片中心線重合（即被電刷短路的元件其瞬時(shí)電勢(shì)為0）。電樞繞組的電路圖：第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)： 電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁極建立的氣隙磁場(chǎng)的影響。電樞反應(yīng)可分為:電刷在幾何中性線時(shí)只有交軸電樞反應(yīng)電刷不在幾何中性線時(shí)有交軸電樞反應(yīng)，還有直軸電樞反應(yīng)一.電刷在幾何中性線時(shí)的電樞磁勢(shì)和電樞磁場(chǎng) 圖中：導(dǎo)體中電

15、流流進(jìn) 導(dǎo)體中電流流出電樞磁場(chǎng)的方向由右手定則確定第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)0aoF 圖中：0點(diǎn)主極軸線與電樞表面交點(diǎn) 即空間坐標(biāo)的起點(diǎn)()aaaxAN iADNiDFA x線負(fù)荷單位長(zhǎng)度的安匝數(shù)（安培導(dǎo)體數(shù)） （1-12）式中：總導(dǎo)體數(shù)，導(dǎo)體電流（即支路電流） 電樞直徑電樞表示任一點(diǎn)到 O點(diǎn)的電樞磁勢(shì)為： (1-13) 第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)axaxaxomoaFFBR 電 樞 氣 隙 磁 密 空 間 分 布 波 形 （ 1-14）式 中 ： 氣 隙 導(dǎo) 磁 率 ， 氣 隙 長(zhǎng) 度 見 圖 1-15 C)所 示鞍 形 波第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)二.電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)（只有交

16、軸反應(yīng)）ox 主極磁場(chǎng)不受電樞磁場(chǎng)影響時(shí)，磁密波B 為鐘形具體分布如下圖：00B NS幾何中線極軸線*主極磁力線以極軸線對(duì)稱均勻分布*物理中性線與幾何中性線重合 物理中性線過電樞表面磁密為0 的直線。第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)：第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)磁密波形圖：在圖中：1）若不考慮磁路飽和，則增磁與去磁部分相等，如果考慮磁路飽和，則去磁部分大于增磁部分。2）按圖中標(biāo)定的磁場(chǎng)、電流方向、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為逆時(shí)鐘，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向?yàn)轫槙r(shí)鐘方向。交軸電樞反應(yīng)的結(jié)果： 1）使主磁場(chǎng)波形畸變 2）物理中性線偏離幾何中性線 3）使主磁通有所減少（由于一般磁路都處于臨界

17、飽和） 第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)三.電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)發(fā)電機(jī)移動(dòng)一個(gè) 角度：adF直軸反應(yīng)， 增磁作用an圖 ：電刷順 方向移 角度：aF電樞電勢(shì)aqF 交軸反應(yīng)adF直軸反應(yīng)， 去磁作用bn圖 ：電刷逆 方向移 角度：aqF 交 軸 反 應(yīng)aF電樞電勢(shì)第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)在電動(dòng)機(jī)中n電 刷 順 移角 度aqF 交 軸 反 應(yīng)adF 直 軸 去 磁n電刷逆 移角度：adF 直 軸 增 磁aqF 交 軸 反 應(yīng)第四節(jié) 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)小結(jié)： 電刷在幾何中性線時(shí)，只有交軸電樞反應(yīng)電刷不在幾何中性線時(shí)，交直軸電樞反應(yīng)同時(shí)存在交軸反應(yīng)1)氣隙磁場(chǎng)波形畸變2)物理中性線偏移

18、幾何中性線3)主極磁通量有所減少直軸反應(yīng)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)順n移增磁逆n移去磁順n移去磁逆n移增磁第五節(jié) 直流電機(jī)的電樞電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩一.電動(dòng)勢(shì) 設(shè)電機(jī)繞組元件為整距元件，元件數(shù)很多，電刷在幾何中線上，無(wú)齒槽影響。 N總導(dǎo)體數(shù) 2a支路數(shù)第五節(jié) 直流電機(jī)的電樞電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩2avavaaveB LVNEea由前述已知： 一根導(dǎo)體平均電勢(shì)： 一條支路的電勢(shì)（即電刷間電勢(shì)）： （1-15）260260260avavavnBVpLeBL VnLpLnp由 于 ：、 （ 1-17）第五節(jié) 直流電機(jī)的電樞電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩26060/aaveeaNpNEenCnaapNCaWbnrminE （1-18） 式中：電

19、勢(shì)常數(shù) 伏特第五節(jié) 直流電機(jī)的電樞電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩二.電磁轉(zhuǎn)矩avavaafBL iiL一 根 導(dǎo) 體 所 產(chǎn) 生 的 平 均 力 ： 導(dǎo) 體 電 流 （ 即 支 路 電 流 ） 導(dǎo) 體 有 效 長(zhǎng) 度,22avavavaDDDTfBL i設(shè)電機(jī)電樞直徑為則一根導(dǎo)體所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩： 2avavaNTN TDNB Li根導(dǎo)體所產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩：（即電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩） （1-19）第五節(jié) 直流電機(jī)的電樞電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩2222222aa vaaaTaaTIpDBiLaIpTNLLapIaCIW bIAp NCTNma由 于 , , （ 1 - 2 0 ）式 中 ：每 極 磁 通 電 樞 電 流 轉(zhuǎn) 矩 常

20、數(shù) / 6 09 .5 5/ 29 .5 5TeTeCp NaCp NaCC又 由 于 ： 第五節(jié) 直流電機(jī)的電樞電勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩作業(yè)： P33 1-2、1-3、1-4、1-9、1-10、1-13、1-14第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)一.直流發(fā)電機(jī)分類 按勵(lì)磁方式分類：第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)faUU1.他 勵(lì) 直 流 發(fā) 電 機(jī) ， 圖 勵(lì) 磁 電 壓 獨(dú) 立 供 電 ，與無(wú) 關(guān) 。2.自勵(lì)直流發(fā)電機(jī) 以自身的端電壓作為勵(lì)磁電流，其 與端電壓有關(guān)。自激直流發(fā)電機(jī)可分為： 圖b并勵(lì)直流發(fā)電機(jī) 圖c串勵(lì)直流發(fā)電機(jī) 圖d、e復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī) 第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)二.直流發(fā)電機(jī)的基本方程： 1.電壓平衡方程式：aI原動(dòng)機(jī)

21、1TaEaRn0TTU10aaaEIRTTT電 動(dòng) 勢(shì) 電 樞 電 流電 樞 總 電 阻 原 動(dòng) 機(jī) 拖 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩電 磁 轉(zhuǎn) 矩 空 載 轉(zhuǎn) 矩第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)(aaaaaaaUEI REIEU E直流發(fā)電機(jī)電壓平衡方程式： (1-22)式中：、 同方向，且為電勢(shì)源）102.TTT 轉(zhuǎn) 矩 平 衡 方 程 式 ： 直 流 發(fā) 電 機(jī) 原 理 模 型 ： 原 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 矩 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 空 載 轉(zhuǎn) 矩NS1Tn0TT10TTTTnT轉(zhuǎn)矩平衡方程式： (1-23)式中： 與 方向相反， 為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)3.功率平衡方程式（能量平衡）aI原動(dòng)機(jī)1TaEaRn0TTU1111fPP

22、PPT輸入功率： 由原動(dòng)機(jī)提供給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率，他勵(lì)發(fā)電機(jī)時(shí)， 勵(lì)磁功率并未計(jì)入 中： 第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)00:()(0.5 1 %)mFeSemFeSMMaapppppppppPPTE I 空 載 損 耗 功 率含 機(jī) 械 磨 損 功 率 鐵 損 耗 功 率鐵 芯 中 渦 流 損 耗 附 加 損 耗 功 率占 （） 電 磁 功 率： 能 量 轉(zhuǎn) 換 功 率 第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)1022MMmFeScumFeSPPPPPPPPPPPPPP由功率流程圖可見： (1-28) (1-29)22cucuaaappIRPPUI2電 樞 銅 耗： 電 樞 總 電 阻 上 的 功 率 輸 出 功 率： 從

23、發(fā) 電 機(jī) 電 刷 端 輸 出 的 電 功 率 第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)功率流程圖：1PMa aPTE I 0mFeSP P PPcuP2fffPIR2P第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)三.他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)特性 0()(0)()(NfaaffNNnnUf InIUf III對(duì)于他勵(lì)發(fā)電機(jī)，可認(rèn)為不變空載特性： 常數(shù)， 此特性表征了發(fā)電機(jī)磁化曲線外特性： 即） 此特性表征發(fā)電機(jī)的輸出特性0NannI1.空載特性 實(shí)驗(yàn)條件：不變，電樞電流第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)12001001.11.31.11.3fffffNffffNQQRIRIIUUURIQIIUU 實(shí)驗(yàn)方法：合上勵(lì)磁電源開關(guān) 斷開負(fù)載回路開關(guān) 調(diào)節(jié)使逐漸

24、單向調(diào)節(jié),單向增加 ，每做一步記錄 ， 值,直到（）單向調(diào)節(jié),使 單向減少直到為0 開關(guān) 倒置到另一位置 反向反向增大 ,直到（）為 止0ffRI 再調(diào)，使 單調(diào)減少到 為止。實(shí)驗(yàn)線路：第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)空載特性:012()34002 4aeffNUECnf ICIUU 由于鐵芯存在磁效應(yīng)，所以曲線的 上升分支與下降分支并不重合空載時(shí)所以空載特性 與磁化曲線一致（形狀相同）一般發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)設(shè)計(jì)在 點(diǎn)（拐點(diǎn)） 即臨界飽和點(diǎn)（過低導(dǎo)致成本高， 過高性能差）當(dāng)時(shí)，不為剩磁電壓: （）%第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)NffNNfnnIIR2.外特性 實(shí)驗(yàn)條件：不變，（)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)線路：122(00,fzfzaaaN

25、aQQRRIIQIIIU 實(shí)驗(yàn)方法：合上勵(lì)磁電源開關(guān) 合上負(fù)載開關(guān)調(diào)到最大時(shí)） 調(diào)節(jié),使 由（不為 時(shí),可斷開） 變化到在每次調(diào)節(jié)下記錄 和值。第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)外特性：aaaeaaUEI RCnI R由于 aI當(dāng)()aaI RaE 電樞反應(yīng)去磁作用加強(qiáng)所以其外特性是一條下垂的曲線。0%100%5 10 %NNNUUUUUU 電壓變化率： （或電壓調(diào)整率） 通常為（）第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)四.并激直流發(fā)電機(jī) 1.并激直流發(fā)電機(jī)端電壓的建立： 由于并激發(fā)電機(jī)由自身的電壓作為勵(lì)磁電壓，故并激發(fā)電機(jī)首先滿足自身自勵(lì)條件，建立端電壓。 o 自勵(lì)的必要條件有剩磁勵(lì)磁繞組接法正確+_efio勵(lì)磁繞組接法錯(cuò)誤+

26、_efio0012UU 00接法正確時(shí)： 與 同方向， 合成磁場(chǎng)加強(qiáng)，能建立接法錯(cuò)誤時(shí)： 與反方向， 不能建立第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)00()()00A0)ffffffffffffffd i LeUi Rdtd i Le i Rdte i Re i RUe i R 即：當(dāng)（） 時(shí)不能自勵(lì)當(dāng)（） 時(shí)逐步增加， 可以自勵(lì)，最終穩(wěn)定于 點(diǎn)（自勵(lì)過程的分析：第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)自勵(lì)條件：1.發(fā)電機(jī)必須有剩磁（若無(wú)，可充磁一次）2.勵(lì)磁繞組并聯(lián)到電樞端時(shí)，保證勵(lì)磁磁通與剩磁磁通同方向。（若不同，可換接勵(lì)磁繞組，也可變化n的方向）3.勵(lì)磁回路總電阻要小于臨界電阻2.外特性：NfnnR實(shí)驗(yàn)條件： 常數(shù)

27、實(shí)驗(yàn)線路：第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)QfzR實(shí)驗(yàn)方法：先建立空載電壓，合開關(guān) ，調(diào)節(jié)其過程于他 勵(lì)機(jī)外特性實(shí)驗(yàn)方法相同。外特性：UU 并他由圖可見： 并勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性比他勵(lì)機(jī)外特性 在同一負(fù)載電流下其原因是： 并勵(lì)發(fā)電機(jī)除具備電樞電阻壓降和電樞反應(yīng)的去磁作用使端電壓下降的原因外，還具備因端壓U的下降導(dǎo)致勵(lì)磁電流下降，進(jìn)一步使U下降的原因。第六節(jié) 直流發(fā)電機(jī)五.復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介（自學(xué)）第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)設(shè)有一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)接于一直流電網(wǎng)上（U不變）10aaaaaaTnEIIEEI 圖a：發(fā)電機(jī)狀態(tài)： 原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩： 、轉(zhuǎn)速 、 同方向方向由決定 輸出電功率第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)100aTnTTEUTTT

28、與 方向相反是阻力矩（制動(dòng)力矩）吸收機(jī)械功率 000(aaaaaammbEIIUEITnTTEUTTTT 圖 ：電動(dòng)狀態(tài)： 、方向相反方向由決定 吸收電功率 與 同方向是拖動(dòng)力矩 輸出機(jī)械功率 是機(jī)械負(fù)轉(zhuǎn)力矩）第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)二.基本方程式02202()aaaaaammUEIRUEIRTTTTTTTT1.電動(dòng)狀態(tài)下電勢(shì)平衡方程式： (1-31) 發(fā)電機(jī)平衡方程式： 2.轉(zhuǎn)矩方程: ，是軸上輸出轉(zhuǎn)矩 (1-32)第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)3.功率平衡方程式： 直流電動(dòng)機(jī)功率流程圖：12aaaaaaaaaPUIUEI RI UE II R輸入電功率：已知：1220120McucuaaMaacuPPPPI

29、RPE ITPPPPPP即： （1-33） （1-35） （1-36）所以： （1-38）第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)三.直流電動(dòng)機(jī)特性 1.轉(zhuǎn)速特性：22,()()NffNaaUUIInf PPInf I 在不變，電樞無(wú)外串電阻時(shí)的關(guān)系曲線。 與 成比例變化，通常用表征。00()aaaeaaNaaeeaaaUEI RCnI RURnICCnInf InEU根據(jù) 得到轉(zhuǎn)速公式： (1-39) 是一條略微下垂的直線。 理想空載轉(zhuǎn)速，在理想空載點(diǎn)第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)220()()aaaaaTTTTnEII RnIn 電動(dòng)機(jī)加載時(shí)： 有所下降aaI R電樞反應(yīng)的去磁作用影響n的因素aI當(dāng)時(shí)()aaI Rnn 電

30、樞反應(yīng)aaI Rn一般（）作用強(qiáng)于 對(duì) 的作用，獲得下垂特性才能穩(wěn)定運(yùn)行。0100%NNnnnnn 轉(zhuǎn)換效率 通常約為（3-8）%第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)2.轉(zhuǎn)矩特性：20,( )( )( )NffNanaaUUIITf PTf ITC ITf IT 在不變，電樞無(wú)外串電阻時(shí)的關(guān)系曲線。即的關(guān)系曲線。根據(jù)可知是一條過原點(diǎn)的直線?？紤]到有 存在,同時(shí)存在電樞反應(yīng)，使 此時(shí)轉(zhuǎn)矩特性如圖所示:0T()aTf ITaI第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)3.效率特性：2121112,()()11NffNamFesaaaUUIIf Pf IPppPPPPpppI RUI 在不變，電樞無(wú)外串電阻時(shí)或的關(guān)系曲線。 (1-41)22

31、75mFesaaamFesaapppI RIpppI Rmax 式中：不隨負(fù)載變化，稱不變損耗 -隨負(fù)載( )變化，稱變損耗 當(dāng) 時(shí) = 通常效率最大值出現(xiàn)在(-100)%間。第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)4.機(jī)械特性（重要特性）( )facUIRRnf T 在常數(shù)、常數(shù)、常數(shù)的的曲線第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)已知：()aaacaeTaUEIRRECnTCI220( )aceeTNNCNaeNeTNRRUnTCC CUURnf TURnTCC C上述三式聯(lián)解得： （1-42）當(dāng)、時(shí)的特性稱為固有機(jī)械特性。此時(shí)： 第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)2aNNeTNaaNeNNNNaeNTNRnTC CRICUInRCC在額定點(diǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)

32、速降： 通常利用機(jī)械特性額定數(shù)據(jù)（、）求出（）得到機(jī)械特性的一般表達(dá)式。271 1P思考題： 例第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)四.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 他（并）直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流（即 ）與負(fù)載無(wú)關(guān)，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流（ ）與負(fù)載相關(guān)，因此兩者的特性區(qū)別很大。UaIaEfIfRaR負(fù)載faaIII 負(fù)載較大大即 與機(jī)械負(fù)載有關(guān)第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)1.速率特性()NaUUnf I在下，的曲線。00aeeafRUnICCRRR （1-44）第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)1011011211 ()aaeaeaeaeaaKIRUnIC K IC K IRUC KIC KUBABAInIP 輕載時(shí)，磁路未飽和轉(zhuǎn)速公式為： （1-46

33、） （ 、 為常數(shù)） 由上式可見： 與負(fù)載或成反比或雙曲線 輕載時(shí)，易出現(xiàn)高速，稱為“飛串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不允許車” 空載運(yùn)行第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)2022022 ()aeeaeeaaKRUnIC KC KRUIC KC KCD ICDnf I重載時(shí)，磁路飽和， 不變（為常數(shù)）即 （1-47） （ 、為常數(shù)）為一條下垂的曲線第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)()NaUUTf I在下，的關(guān)系曲線。2.轉(zhuǎn)矩特性12122()()aTaTaaTaaKITCIC K ITf IKTC K ITf I 輕載時(shí)，磁路不飽和， (1-48) 是一條拋物線 串 重載時(shí)，磁路飽和不變 勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)適用于啟動(dòng)困難且不容 是一條空載的場(chǎng)合，如電直線 氣機(jī)車等。第七節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)3.機(jī)械特性( )NUUn