直流電機(jī)的基本方程

1、一、直流電機(jī)的基本方程式：(電系統(tǒng)的電勢(shì)平衡方程式，機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式，能量系統(tǒng)的功率平衡方程式。)1、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：A、不計(jì)磁路飽和效應(yīng)，并勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路和勵(lì)磁回路的電勢(shì)方程式： B、并勵(lì)發(fā)電機(jī)電勢(shì)方程式：發(fā)電機(jī)的大于。  2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式：  3、功率方程式：A、直流電機(jī)中的損耗、效率：損耗有三類:消耗于導(dǎo)體電阻中。  消耗于摩擦損耗、通風(fēng)和機(jī)械損耗。  消耗于鐵心中的損耗。  鐵耗：由于電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)主磁通在電樞鐵心內(nèi)交變而引起的。 銅耗：電樞回路銅耗 勵(lì)磁回路銅耗  電刷接觸銅耗 ，為一對(duì)電刷總接

2、觸電壓降。機(jī)械損耗：包括軸承摩擦損耗、電刷摩擦損耗、定轉(zhuǎn)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(chǎn)生脈動(dòng)，電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)畸變引起的鐵耗。換向電流引起的損耗。  按額定容量的1%計(jì)算，無補(bǔ)償繞組按額定容量的0.5%計(jì)算，有補(bǔ)償繞組在以上損耗中，隨負(fù)載變化而變化，稱為可變損耗;，為不變損耗。 電機(jī)的效率： 當(dāng)不變損耗=可變損耗時(shí)，取得最大，是的二次曲線。 B、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的功率方程式：  C、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的功率方程式： 一、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性：直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性有：工作特性，起動(dòng)，調(diào)速。工作特性是選用直流電動(dòng)機(jī)的

3、一個(gè)重要依據(jù)。當(dāng)端電壓為額電壓，電樞回路無外串電阻，勵(lì)磁電流為額定勵(lì)磁電流時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩 ，和效率 與輸出功率 之間的關(guān)系。即：，實(shí)際運(yùn)行中，可測(cè)，且 隨 增大而增大，所以，工作特性可表示為：1、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性：A、轉(zhuǎn)速特性： 其中，為理想空載轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速特性為一斜率為 的直線。當(dāng)電機(jī)磁路飽和時(shí)，隨著的增大， 增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使增大，直線上翹。為保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行,采取措施使特性略為下降。B、轉(zhuǎn)矩特性：，不計(jì)去磁，特性為一過原點(diǎn)的直線。當(dāng)考慮電樞反應(yīng)時(shí)，實(shí)際曲線偏離直線 ，仍接近于一條直線。C、效率特性： ，是的二次曲線。當(dāng)不變損耗可變損耗時(shí)， 取得最大。2、串勵(lì)直流電動(dòng)

4、機(jī)的工作特性：基本方程式： 不計(jì)飽和時(shí)： A、轉(zhuǎn)速特性：分析：a、轉(zhuǎn)速 隨著 的增大而迅速減小。（因?yàn)椋?。b、空載時(shí)， 很小， 及 很小，電機(jī)必須產(chǎn)生反電勢(shì)與電源電壓相平衡，因此, 很高。理論上， 時(shí)， ， 。故串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或輕負(fù)載運(yùn)行。B、轉(zhuǎn)矩特性： 當(dāng)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(dòng)電流 下，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 大于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 。C、效率特性：與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)類似。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性比較：A、串勵(lì)電機(jī)的 隨 增大而迅速下降。B、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或輕負(fù)載運(yùn)行。C、在同樣大小的起動(dòng)電流 下，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 大于

5、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 。3、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性：它介于并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性之間。當(dāng)并勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)起主要作用，特性接近于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性。當(dāng)串勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)起主要作用，特性接近于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性。在空載時(shí)無飛速現(xiàn)象。一、直流發(fā)電機(jī)的工作特性：可測(cè)物理量有：發(fā)電機(jī)端電壓 ，電樞電流 ，勵(lì)磁電流 ，轉(zhuǎn)速 等。有四種特性曲線：空載特性負(fù)載特性外特性調(diào)節(jié)特性(一)、他勵(lì)發(fā)電機(jī)特性：1、他勵(lì)發(fā)電機(jī)空載特性：當(dāng)電機(jī) 時(shí)，調(diào)節(jié)使發(fā)電機(jī)空載端電壓 ， 然后使 逐漸回到零，測(cè)空載端電壓 與 關(guān)系即為空載特性曲線 。分析：A、空載特性表明電機(jī)磁路的性質(zhì)。即當(dāng)一定時(shí)，電機(jī)繞組感應(yīng)電勢(shì)與其對(duì)應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)的關(guān)系。B、改變勵(lì)磁電流 的

6、方向，可測(cè)出反方向的空載特性曲線。C、改變電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，可得不同的空載特性曲線。D、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性都以他勵(lì)形式測(cè)取。空載特性曲線：2、負(fù)載特性：當(dāng) ， 時(shí)，端電壓 曲線。與空載特性比較：當(dāng) 上升時(shí)，兩曲線都上升。當(dāng) 一定時(shí)，兩特性的電壓不同。3、外特性：當(dāng) ， 時(shí)，端電壓曲線。當(dāng)負(fù)載電流及電樞電流增大時(shí)，曲線略為下垂。 4、調(diào)節(jié)特性：當(dāng) ， 時(shí)，端電壓 曲線。當(dāng)電樞電流增大時(shí)，曲線往上翹。(二)、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)空載電壓的建立：并勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)均為自勵(lì)發(fā)電機(jī)，首先應(yīng)在空載時(shí)建立電壓，然后再帶負(fù)載。自勵(lì)電壓建立的三個(gè)條件：必須有剩磁；勵(lì)磁繞組與電樞并聯(lián)的極性正確；勵(lì)磁回

7、路中電阻小于臨界電阻。電機(jī)有剩磁，極性正確氣隙磁場(chǎng)得到加強(qiáng)電樞繞組電勢(shì)增加勵(lì)磁電流增加電樞端電壓建立起來如何穩(wěn)定呢？空載電壓建立能否穩(wěn)定？勵(lì)磁繞組端電壓 與勵(lì)磁電流 ：在磁路上滿足空載特性 ，在電路上滿足伏安特性 。當(dāng) 時(shí) ，達(dá)穩(wěn)定點(diǎn)A。即兩曲線的交點(diǎn)。(三)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行：當(dāng) ，建立自勵(lì)電壓后，保持 ，接入負(fù)載 ，逐漸減小 ，測(cè)取 與 的曲線。下垂原因：電樞反應(yīng)；電樞繞組壓降；并勵(lì)直流電機(jī)隨的減小，電樞感應(yīng)電勢(shì) 大大減??；串勵(lì)電機(jī) 隨負(fù)載變化，使 不穩(wěn)定，可安自動(dòng)裝置。一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)-從靜止到一個(gè)穩(wěn)定態(tài)的過程。先有磁場(chǎng)，再接入電樞電壓。電機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，n=0，E=

8、0，電樞電流很大。使繞組發(fā)熱和受很大的電磁沖擊力。所以希望小于一定值。但電磁轉(zhuǎn)矩與成正比，希望大些。-成為一對(duì)矛盾。對(duì)起動(dòng)的基本要求：1、足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst ;2、起動(dòng)電流限制在允許范圍內(nèi);3、起動(dòng)時(shí)間短;4、起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠。常用的起動(dòng)方法：1、直接起動(dòng);-適用于小容量電機(jī)。2、電樞串電阻器起動(dòng);-損耗大。3、降壓起動(dòng);-須有專用電源。損耗小，起動(dòng)平穩(wěn)。電阻分級(jí)起動(dòng)過程分析： 選擇最大轉(zhuǎn)矩，電阻切換轉(zhuǎn)矩 二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電機(jī)有兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)與同向。制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)與反向。       

9、; 制動(dòng)的目的使系統(tǒng)停車或限速。自由停車法，電氣制動(dòng)，機(jī)械制動(dòng)。能耗制動(dòng);反接制動(dòng);回饋制動(dòng)。分析每種制動(dòng)過程產(chǎn)生的條件，機(jī)械特性，及特點(diǎn)等。 1、能耗制動(dòng)：產(chǎn)生條件：電機(jī)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，與之同方向。電機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行.各物理量正方向如圖所示：  電機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行,合上，斷開,制動(dòng)。不變，U=0. 制動(dòng)瞬間：勵(lì)磁不變，因慣性轉(zhuǎn)速不變，不變，但電樞電流與同方向，而改變了方向，使反向，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。  若帶位能性負(fù)載最后將穩(wěn)定在C點(diǎn)，等速下放。越大，制動(dòng)越快。2、反接制動(dòng)：1)、轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)：正接反轉(zhuǎn)。產(chǎn)生條件：起重機(jī)起吊

10、重物，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于重物的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)被負(fù)載拖動(dòng)反向起動(dòng)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速逆電磁轉(zhuǎn)矩的方向旋轉(zhuǎn)，n 與反向，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。功率全消耗于上。2)、電樞反接的反接制動(dòng)：正轉(zhuǎn)反接。產(chǎn)生條件：電機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行，突將電樞反接，即U為負(fù)，電樞電流改變方向，使改變方向，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。在 C 應(yīng)即時(shí)斷開電源，否則電機(jī)將反轉(zhuǎn)。 3、回饋制動(dòng)：再生制動(dòng)。1)、位能負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電機(jī)運(yùn)行在反向電動(dòng)狀態(tài)，某原因使電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，電機(jī)的，使電樞電流反向，即T 反向，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，而起制動(dòng)作用。電機(jī)將軸上輸入的機(jī)械功率大部分回饋給電網(wǎng)，小部分消耗在電阻上。 

11、0;2)、改變電樞電壓： 電機(jī)在正向電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，突降電樞電壓,來不及變化，使,出現(xiàn)回饋制動(dòng),特性在第二象限。  同一電動(dòng)機(jī)在相同電樞電阻時(shí)各種運(yùn)行狀態(tài)： 三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速調(diào)速的目的：改變生產(chǎn)機(jī)械的工作速度，提高生產(chǎn)率。方法：機(jī)械方法、電氣方法、機(jī)械電氣配合。機(jī)械方法：改變轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速比實(shí)現(xiàn)，機(jī)構(gòu)復(fù)雜。電氣方法：機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但電氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在一定負(fù)載下可獲得多種速度。本節(jié)只討論他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性： 可見，要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，有三種方法：(1)調(diào)節(jié)電樞端電壓U;降壓方向，從向下調(diào)(2)調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通;弱磁調(diào)

12、速，從向上調(diào)(3)調(diào)節(jié)電樞外串電阻;從向下調(diào)注意：調(diào)速與因負(fù)載變化而引起的轉(zhuǎn)速變化是不同的。調(diào)速要人為的改變電氣參數(shù)，機(jī)械特性變了，而改變負(fù)載時(shí)電氣參數(shù)未變，機(jī)械特性也未變，在同一條特性上變化。1、電樞串電阻： 1)、物理過程：電樞串電阻后，電阻上流過電流產(chǎn)生壓降，電樞端電壓降低。從圖可知：電樞端電壓的數(shù)值受負(fù)載影響很大，轉(zhuǎn)速受負(fù)載的影響也很大，在空載時(shí)幾乎沒有調(diào)速作用。在負(fù)載Tz下，串不同電阻得到不同轉(zhuǎn)速，n1 > n2 > n3 > n4。從n1將為n2過程：電機(jī)在 a 點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，電樞電阻突增至R2時(shí),該瞬間 n、Ea不能突變，Ia及M減小，由ab，轉(zhuǎn)矩 M

13、降為 M < Mz ，系統(tǒng)減速。隨著 n 及 Ea 的下降，Ia 及M 不斷增高，直到系統(tǒng)轉(zhuǎn)速為 n2 時(shí)，M = Mz ，建立新的平衡，調(diào)速過程結(jié)束。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行于 c 點(diǎn)。2)、特點(diǎn)調(diào)速指標(biāo)不高，調(diào)速范圍不大，有級(jí)調(diào)速。2、降低電源電壓：小容量直流電動(dòng)機(jī)用晶閘管整流裝置作為可調(diào)電源。對(duì)容量大的直流電動(dòng)機(jī)，用機(jī)組作為可調(diào)直流電源，用晶閘管裝置調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁電流，即調(diào)節(jié)其感應(yīng)電勢(shì)，即電動(dòng)機(jī) M 的電源電壓。降低電源電壓的機(jī)械特性方程為： 改變電源電壓U0，可以得一組平行線。 U0整流電壓，R0整流裝置內(nèi)阻，若是機(jī)組為發(fā)電機(jī)電樞電阻。優(yōu)點(diǎn)：特性硬度不變，D大，平滑性好。但投資大。3、弱磁調(diào)速1).物理過程：小容量可在勵(lì)磁回路串接可調(diào)電阻，大容量用單獨(dú)可控硅整流裝置向勵(lì)磁回路供電。 當(dāng)，n0，特性的斜率  調(diào)速過程：電機(jī)在 A 點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行 突加R調(diào)勵(lì)磁