第3章直流電機原理1

1、第第3 3章章 直流電機原理直流電機原理n直流電機基本結(jié)構(gòu)直流電機基本結(jié)構(gòu)n直流電機基本原理直流電機基本原理n直流電機主要工作特性直流電機主要工作特性3.1 直流電機概述n直流電機是電機的主要類型之一。一臺直流電直流電機是電機的主要類型之一。一臺直流電機即可作為機即可作為發(fā)電機發(fā)電機使用，也可作為使用，也可作為電動機電動機使用。使用。 n用作發(fā)電機可以獲得用作發(fā)電機可以獲得直流電源直流電源，用作電動機，用作電動機，由于其具有良好的由于其具有良好的調(diào)速性能調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求較高的場合，得到廣泛使用。要求較高的場合，得到廣泛使用。 直流電機的優(yōu)缺點 本章分析直流電機的工作

2、原理、結(jié)構(gòu)及換向等問題，為電力拖動自動控制系統(tǒng)提供元件的基本知識。 直流發(fā)電機的直流發(fā)電機的電勢波形電勢波形較好，受較好，受電磁干擾電磁干擾的影響小。的影響小。直流電動機的直流電動機的調(diào)速范圍寬廣調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。，調(diào)速特性平滑。直流電動機直流電動機過載能力較強過載能力較強，起動起動和和制動制動轉(zhuǎn)矩較大。轉(zhuǎn)矩較大。電路結(jié)構(gòu)、磁路結(jié)構(gòu)直流電機由于存在直流電機由于存在換向器換向器，其，其制造復(fù)雜制造復(fù)雜，價格較高價格較高。3.2 基本工作原理3.2.1 交流發(fā)電機基本工作原理物理模型 磁極都是成對出現(xiàn) ； ；Blve 電子式機械式 整流3.2.2 直流發(fā)電機基本工作原理定子轉(zhuǎn)子3.2.2

3、 直流發(fā)電機基本工作原理換向器（機械整流裝置）內(nèi)部:交流 外部:直流實質(zhì):帶有換向器的交流電機實際電機:多個線圈有規(guī)律連接3.2.3 直流電動機基本工作原理 Blif 小結(jié)：1、直流電機僅是能量轉(zhuǎn)換工具；2、DM DG的可逆性；直流電機的可逆性： 一臺直流電機原則上既可以作為一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是外界條件不同而已。這種同一臺只是外界條件不同而已。這種同一臺電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原電機能作電動機或作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理。理，在電機理論中稱為可逆原理。3.3 直流電機的主要結(jié)構(gòu)：P29直流電

4、機由靜止的部分定子定子和旋轉(zhuǎn)的部分轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成：1、定子：機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。、定子：機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。 1）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵，）主磁極：在大多數(shù)直流電機中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用11.2mm厚的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在厚的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。機座上。主磁極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場主磁極的作用是在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場,使電樞繞使電樞繞組在此磁場的作用下感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩組在此磁場的作用下

5、感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.2）換向極：換向極又稱附加極或間極）換向極：換向極又稱附加極或間極,其作用是用以改其作用是用以改善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心善換向。換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構(gòu)成。和繞組構(gòu)成。3）機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來）機座：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用。固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用。因此要求機座有好的導磁性能及足夠的機械強度與剛因此要求機座有好的導磁性能及足夠的機械強度與剛度。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。度。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。4）電刷裝置：電

6、刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的）電刷裝置：電刷的作用是把轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。作用。2、轉(zhuǎn)子：包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風、轉(zhuǎn)子：包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風扇、軸和軸承等。扇、軸和軸承等。 1）電樞鐵心：電機主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組）電樞鐵心：電機主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣厚

7、的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。漆的硅鋼片疊壓而成。 2）電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組）電樞繞組：電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機的主要電路部分，也是通過電流和感應(yīng)電動成，它是直流電機的主要電路部分，也是通過電流和感應(yīng)電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。勢，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件。3.4 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)(額定值) 為了使電機安全可靠地工作，且保持優(yōu)良的為了使電機安全可靠地工作，且保持優(yōu)良的運行性能，電機廠家根據(jù)國家標準及電機的運行性能，電機廠家根據(jù)國家標準及電機的設(shè)計數(shù)據(jù)，對每臺電機在運行中的電壓、電設(shè)計數(shù)據(jù)，對每臺電機在運行中的

8、電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)定了保證值，這些保證流、功率、轉(zhuǎn)速等規(guī)定了保證值，這些保證值稱為電機的額定值。值稱為電機的額定值。 1額定容量額定容量(功率功率) PN （kW）；）； 2額定電壓額定電壓 UN（V）；）； 3額定電流額定電流 IN （A）；）； 4額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN （rmin）；）； 5勵磁方式和額定勵磁電流勵磁方式和額定勵磁電流 IfN（A）。）。額定功率：額定功率：額定輸出功率額定輸出功率。對對直流發(fā)電機直流發(fā)電機來說，是指來說，是指輸出的電功率輸出的電功率，對，對直流電動機直流電動機來說，是指來說，是指軸上輸出的機械功率軸上輸出的機械功率。直流發(fā)電機的額定功率為：直流發(fā)

9、電機的額定功率為：NNNIUPNNNNIUPNNNNNNNnPnPPT95506022直流電動機的額定功率為：直流電動機的額定功率為：直流電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩：直流電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩：額定 過載 欠載運行狀態(tài)額定效率NNNPP123.5 直流電機的電樞繞組n電樞繞組是直流電機的核心部分，在電機的機電樞繞組是直流電機的核心部分，在電機的機電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。電能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。 因此，電樞繞組須滿足以下要求：n在能通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電動勢前提下，盡可能節(jié)省有色金屬和絕緣材料；n并且要結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠等。 元件邊1、兩個有效邊組成一個元件;2、許多元件互聯(lián)組成一

10、個繞組;3、元件組成的原則:兩個相鄰異性極 相對應(yīng)的位置.NSS(元件數(shù)元件數(shù))=K(換向片數(shù)換向片數(shù))=Ze(虛槽數(shù)虛槽數(shù))極軸線：磁極的中心線；極軸線：磁極的中心線；幾何中性線：磁極之間的平分線；幾何中性線：磁極之間的平分線；P ：極對數(shù)；：極對數(shù)；pZe2元件節(jié)距元件節(jié)距 （第一節(jié)距）：元件兩條邊的距離，以槽數(shù)計，總是整數(shù)（第一節(jié)距）：元件兩條邊的距離，以槽數(shù)計，總是整數(shù) 1ypZye21整數(shù)整數(shù)NS極距：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離，可用槽數(shù)表示極距：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離，可用槽數(shù)表示合成節(jié)距合成節(jié)距 、第二節(jié)距、第二節(jié)距 y 2y 單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖 P

11、3940 元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片元件依次相連，元件的出線端接到相鄰的換向片上，第一個元件的下層邊連接著第二個元件的上上，第一個元件的下層邊連接著第二個元件的上層邊，它放在第一元件上層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。層邊，它放在第一元件上層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。已知某直流電機的極對數(shù)已知某直流電機的極對數(shù)P=2 ,Ze=K=S=16,試試畫出單疊繞組展開圖。畫出單疊繞組展開圖。42216p2Zye11計算繞組數(shù)據(jù)計算繞組數(shù)據(jù)2畫繞組展開圖畫繞組展開圖 P40（1）先畫）先畫16根等長、等距的實線（虛線）根等長、等距的實線（虛線）;（2）放磁極）放磁極:N.S(0.7 );（3）換向片）換向

12、片;（4）聯(lián)繞組）聯(lián)繞組;（5）確定感應(yīng)電勢方向）確定感應(yīng)電勢方向;（6）放電刷）放電刷.單疊繞組并聯(lián)支路圖單疊繞組并聯(lián)支路圖:單疊繞組的特點單疊繞組的特點n元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片元件的兩個出線端聯(lián)接于相鄰兩個換向片 上；上；n并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)，2a=2p ； n每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數(shù)等于磁極數(shù)；刷數(shù)等于磁極數(shù)； n正負電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，正負電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓；電樞電壓等于支路電壓；n由正負電刷引出的電樞電流由正負

13、電刷引出的電樞電流 Ia 為各支路電流之為各支路電流之 和，即和，即 Ia=2aia （式中（式中 ia 為每一條支路的電流，即為每一條支路的電流，即 繞組元件中流過的電流）。繞組元件中流過的電流）。 n從上面的分析可知，相同元件數(shù)時，單疊繞組從上面的分析可知，相同元件數(shù)時，單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(lián)元件數(shù)少，適并聯(lián)支路數(shù)多，每條支路里串聯(lián)元件數(shù)少，適用于較低電壓、較大電流的電機。用于較低電壓、較大電流的電機。對于單波繞組，支路對數(shù)永遠等于對于單波繞組，支路對數(shù)永遠等于1，每條支，每條支路里所包含的元件數(shù)較多，所以這種繞組適應(yīng)路里所包含的元件數(shù)較多，所以這種繞組適應(yīng)于較高電壓、較小電

14、流的電機。于較高電壓、較小電流的電機。至于大容量的電機，可以采用混合繞組。至于大容量的電機，可以采用混合繞組。3.6 直流電機的磁場、電樞反應(yīng)一、直流電機的磁路和勵磁方式一、直流電機的磁路和勵磁方式：1.磁路磁路2.直流電機的磁勢直流電機的磁勢n主極磁勢主極磁勢: Ff=IfWfn電樞磁勢電樞磁勢: Fa=IaWan換向極磁勢換向極磁勢: FK=IKWK ( IK=Ia)3.直流電機的勵磁方式：直流電機的勵磁方式：主極勵磁線圈的供電方式主極勵磁線圈的供電方式直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式他勵式自勵式并勵式串勵式復(fù)勵式(不同勵磁方式電機的特性不同勵磁方式電機的特性不同)二、空載時直流電機的

15、磁場分布二、空載時直流電機的磁場分布空載：空載：發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機軸上不帶機械負發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機軸上不帶機械負 載，載，即電樞電流為零的狀態(tài)。即電樞電流為零的狀態(tài)。那么那么 ，這時的氣隙磁這時的氣隙磁 場，只由主極的勵磁電流所建立，又稱勵磁磁場。場，只由主極的勵磁電流所建立，又稱勵磁磁場。主磁通主磁通 ：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機座構(gòu)成磁回：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機座構(gòu)成磁回 路。它同時與勵磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞路。它同時與勵磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞 組中感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩組中感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.0漏磁通漏磁通 ：僅交鏈勵磁

16、繞組本身，不進入電樞鐵心，僅交鏈勵磁繞組本身，不進入電樞鐵心， 不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電 動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，極靴下氣隙遠遠小于極靴之外的氣隙，顯然，極靴下沿電極靴下氣隙遠遠小于極靴之外的氣隙，顯然，極靴下沿電樞圓周各點的主磁場將明顯大于極靴范圍以外，在兩極之樞圓周各點的主磁場將明顯大于極靴范圍以外，在兩極之間的幾何中心線處，磁場等于零。間的幾何中心線處，磁場等于零。磁管應(yīng)用磁路歐姆定律求出 P35)(fBxRFf2如上圖示:磁管寬為mfRF22fxmFBlR00氣隙磁阻磁極內(nèi)表面與電樞外表面之間氣隙長度氣隙磁導率

17、電樞軸向有效長度磁極中心及附近處磁極中心及附近處:靠近極尖處靠近極尖處:極靴以外極靴以外:兩極之間的幾何中心線處兩極之間的幾何中心線處:fxFB0磁極內(nèi)表面與電樞外表面之間氣隙長度三三 直流電機的電樞反應(yīng)直流電機的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng):電樞磁場對主極磁場的影響.勵磁電流所建立的磁場電樞電流所建立的磁場氣隙磁場電樞磁動勢對主極氣隙磁場的影響電樞磁動勢對主極氣隙磁場的影響:電樞反應(yīng)對主極磁場的影響電樞反應(yīng)對主極磁場的影響A:電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁作用，在另電樞磁場在半個極內(nèi)對主極磁場起去磁作用，在另半個極內(nèi)則起增磁作用，半個極內(nèi)則起增磁作用，引起氣隙磁場畸變引起氣隙磁場畸變;B:使電樞表面

18、磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，使電樞表面磁通密度等于零的位置偏移幾何中性線，新的等于零的位置我們稱之為物理中性線新的等于零的位置我們稱之為物理中性線,物理中性線物理中性線偏移偏移;C:考慮飽和時，起到考慮飽和時，起到去磁作用去磁作用。問題問題:1.如何抑制電樞反應(yīng)? 2.電樞磁場是靜止的嗎?3.7 直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩一、電樞電動勢一、電樞電動勢 E ： 電樞電動勢是指直流電機正負電刷之間的感應(yīng)電動電樞電動勢是指直流電機正負電刷之間的感應(yīng)電動勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。所勢，也就是電樞繞組里每條并聯(lián)支路的感應(yīng)電動勢。所以，我們可以先求一根導體在一個極距范圍內(nèi)所

19、產(chǎn)生的以，我們可以先求一根導體在一個極距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的平均電動勢，再求一條支路的。平均電動勢，再求一條支路的。 一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用一個磁極極距范圍內(nèi)，平均磁密用 表示，極距表示，極距為為 ，電樞的軸向有效長度為，電樞的軸向有效長度為 ，每極磁通為，每極磁通為 ，則，則avBllBavlvBeavav一根導體的平均電動勢為：一根導體的平均電動勢為：602602npnplleav所以：所以：602npv其中：其中：lBavnCnapNnpaNeaNEeava6060222式中，式中， 是一個常數(shù)，稱為是一個常數(shù)，稱為電動勢常數(shù)電動勢常數(shù) apNCe60 一條支路里的串聯(lián)總導體數(shù)為一條支

20、路里的串聯(lián)總導體數(shù)為 （ 為電樞繞組總導為電樞繞組總導體數(shù)，體數(shù)， 為電樞繞組并聯(lián)支路對數(shù)），于是，電樞電動勢為電樞繞組并聯(lián)支路對數(shù)），于是，電樞電動勢為：為：NaN2a602npeav一根導體的電動勢：一根導體的電動勢：二、電磁轉(zhuǎn)矩二、電磁轉(zhuǎn)矩 T (所有導體所有導體)：aavavliBf求解電磁轉(zhuǎn)矩的過程和求解電動勢是一樣的：求解電磁轉(zhuǎn)矩的過程和求解電動勢是一樣的：1）先求一個導體的平均電磁力：）先求一個導體的平均電磁力：22DliBDfTaavavx2）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導體所受的平均轉(zhuǎn)）平均電磁力乘以電樞的半徑，即得到一根導體所受的平均轉(zhuǎn)矩：矩：ataaaavxICI

21、apNpaIllNDliNBNTT222223）電機總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：）電機總的電磁轉(zhuǎn)矩則為：式中：式中： 是一個常數(shù)，稱為是一個常數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)， 是電樞總電流。是電樞總電流。電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比于每極磁通和電樞電流。電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比于每極磁通和電樞電流。apNCt2aaaiI2aaIapNIapN226060 ， ，對于一個具體的電機而言，是一個常數(shù)，并，對于一個具體的電機而言，是一個常數(shù)，并且通過換算，兩者之間有一固定的關(guān)系：且通過換算，兩者之間有一固定的關(guān)系：eCtC55.9260602aPNaPNCCetetCC55. 9nCeaEaIaITMP直流電機的電磁功率直流電機的

22、電磁功率三三 幾點說明幾點說明atF2ICTTTTnCEeaatICT1.大小及物理意義2.方向Ea:右手定則 T:左手定則3.穩(wěn)態(tài):問題:如何改變電磁轉(zhuǎn)矩及感應(yīng)電動勢的方向大 大aIFT（負載轉(zhuǎn)矩）電樞電流負載電流3.8 直流發(fā)電機一一 運行原理運行原理發(fā)電機規(guī)定正方向發(fā)電機規(guī)定正方向:Ea、 Ia同向同向UIaEa+-nTT1T0If他勵他勵I(lǐng)2并勵并勵I(lǐng)2電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式:根據(jù)基爾霍夫第二定律，對任一有源的閉合回路，所有電動勢之和根據(jù)基爾霍夫第二定律，對任一有源的閉合回路，所有電動勢之和等于所有電壓降和（等于所有電壓降和（ ），）， 有：有：UE二 基本關(guān)系nCEeaff

23、fRIUaRaaaRIUE其中：電樞回路總電阻fR：勵磁回路總電阻UIaEa+-nTT1T0If他勵他勵 轉(zhuǎn)矩平衡方程式：轉(zhuǎn)矩平衡方程式： 直流發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)運行時，電機的轉(zhuǎn)速為直流發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)運行時，電機的轉(zhuǎn)速為n，作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共，作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個：一個是原動機輸入給發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的有三個：一個是原動機輸入給發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T1；一個是；一個是電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T；還有一個是電機的機械摩擦、風阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)；還有一個是電機的機械摩擦、風阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫矩，叫空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩，用，用T0表示，空載轉(zhuǎn)矩是一個制動性轉(zhuǎn)矩，永遠與轉(zhuǎn)表示，空載轉(zhuǎn)矩是一個制動性

24、轉(zhuǎn)矩，永遠與轉(zhuǎn) 速速n的方向相反。的方向相反。 01TTTatICTUIaEa+-nTT1T0從原動機輸入的機械功率可用下式表示從原動機輸入的機械功率可用下式表示 ：0011)(PPTTTPMaaaaaaaaMRIUIIRIUIETP2)(cuacuf2cuaf2ppPpIIU)(并勵式中電磁功率式中電磁功率PM為轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：為轉(zhuǎn)換成電樞回路的電功率：cuap：銅耗：銅耗cua2cua2pPpUI他勵功率平衡方程式功率平衡方程式cuacufadmFepppppPP21空載損耗空載損耗 為：為：0padmFepppp0pP2mp：機械摩擦損耗：機械摩擦損耗eFp：鐵損耗：鐵損耗sad

25、pp：雜散損耗：雜散損耗因此：因此：p：總損耗：總損耗 如此，則發(fā)電機的效率為：如此，則發(fā)電機的效率為： 額定負載時，直流發(fā)電機的效率與電機的容額定負載時，直流發(fā)電機的效率與電機的容量有關(guān)。量有關(guān)。10kW以下的小電機，效率約為以下的小電機，效率約為75%88.5%；10100kW的，效率約為的，效率約為85%90%;1001000kW的電機，效率的電機，效率約為約為88%93%。 P50pPpPP2121三 他勵直流發(fā)電機的運行特性（1） 負載特性指當n=常數(shù)且Ia =常數(shù)時，U=f(If)的關(guān)系，其中當Ia=0時的特性U0=f(If)稱為發(fā)電機的空載特性。主要物理量:U，Ia，If，n；n

26、常數(shù) (在發(fā)電機中)運行特性:研究兩者之間的關(guān)系.（2） 外特性指當n=常數(shù)且If=常數(shù)或Rf=常數(shù)時，U=f(Ia)的關(guān)系（3）調(diào)節(jié)特性 指當n=常數(shù)且U=常數(shù)時，If=f(Ia)的關(guān)系（4）效率曲線)(2Pf他勵直流發(fā)電機的空載特性他勵直流發(fā)電機的空載特性(n為常數(shù)為常數(shù) Ia=0)eefKnCEUIfU00)(與與相似相似)()(0ffIfIfU因此因此1）由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，使測得的曲線由于鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，使測得的曲線 是一閉合的回線。是一閉合的回線。2 2）由于電機有剩磁，使得）由于電機有剩磁，使得 時仍有一個時仍有一個很低的電壓，很低的電壓，稱之為剩磁電壓，其值約為的稱之為

27、剩磁電壓，其值約為的%。實際使用時，。實際使用時，一般取回線的平均值（一般取回線的平均值（如圖中的虛線所示如圖中的虛線所示）作為空載特）作為空載特性。性。3）空載特性）空載特性 與電機的磁化曲線與電機的磁化曲線 形狀相似，只差一個比例常數(shù)。形狀相似，只差一個比例常數(shù)。)(0fIfU0fI)(0fIfU )(0fIf4）他勵直流發(fā)電機的空載特性是直流電機最基本的特）他勵直流發(fā)電機的空載特性是直流電機最基本的特 性曲線。并勵發(fā)電機的空載特性性曲線。并勵發(fā)電機的空載特性 。分析特性：分析特性：)(f0IfE 他勵直流發(fā)電機外特性他勵直流發(fā)電機外特性 (n為常數(shù)為常數(shù) If= IfN)aaaaRIEU

28、IfU)(aaeRInC空載電壓：Ia=0 U=Ea = U0電流增大時，端電壓下降電流增大時，端電壓下降負載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每極磁通負載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每極磁通量減小，從而使電樞電動勢減小。量減小，從而使電樞電動勢減小。電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從而使端電樞回路電阻上的壓降隨電流增大而增大，從而使端電壓下降。電壓下降。 并勵方式下，端電壓下降的更快一些：并勵方式下，端電壓下降的更快一些：負載增大時，負載增大時，電樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每極磁通量減小，這樣電樞反應(yīng)的去磁作用增強，使每極磁通量減小，這樣不僅影響了電樞電動勢，使端電壓下降，同時端電

29、壓不僅影響了電樞電動勢，使端電壓下降，同時端電壓的下降進一步也影響了勵磁電流使之減小，這樣一來，的下降進一步也影響了勵磁電流使之減小，這樣一來，又使得的電樞電動勢雙重減小，所以，并勵下降的更又使得的電樞電動勢雙重減小，所以，并勵下降的更快一些?？煲恍?分析特性：分析特性：他勵直流發(fā)電機的效率曲線：他勵直流發(fā)電機的效率曲線：2aImax不變損耗：不變損耗：電機的鐵損耗和機械損電機的鐵損耗和機械損耗等與負載的大小無關(guān)，稱為不變損耗等與負載的大小無關(guān)，稱為不變損耗；耗；可變損耗：可變損耗：負載運行時電樞繞組的負載運行時電樞繞組的銅損耗與銅損耗與 成正比，稱為可變損耗。成正比，稱為可變損耗。不變損耗

30、可變損耗并勵直流發(fā)電機并勵直流發(fā)電機在自勵過程中，發(fā)電機的電在自勵過程中，發(fā)電機的電壓是否會無限制地增長下去壓是否會無限制地增長下去呢？呢？If空載特性曲線勵磁回路的伏安特性當發(fā)電機的電壓上升到當發(fā)電機的電壓上升到P P點所對應(yīng)的電壓時，恰好等于點所對應(yīng)的電壓時，恰好等于勵磁電流通過勵磁回路所需的電阻壓降，因此電樞電壓勵磁電流通過勵磁回路所需的電阻壓降，因此電樞電壓和勵磁電流都不會再增加，自勵過程達到了穩(wěn)定狀態(tài)。和勵磁電流都不會再增加，自勵過程達到了穩(wěn)定狀態(tài)。以上分析可知并勵發(fā)電機的自勵條件：1）電機必須有剩磁。 2）勵磁繞組的接線與電樞旋轉(zhuǎn)方向必須正確配合，以使勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方

31、向一致。3）勵磁回路的電阻應(yīng)小于與電機運行轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的臨界電阻。 發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不同時，空載特性也不同。因此，對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。 3.9 直流電動機運行原理一 直流電機的可逆原理UIaEa+-nTT1T0If他勵他勵UIaEa+-nTFTT0If他勵他勵電動機慣例定正方向發(fā)電機慣例定正方向基本方程TaTCIaeECnLTTTT)(02aaaRIEUfffRIU功率平衡方程式：功率平衡方程式：TIEPaaMadmFepppp0fafa1UIUIIIUUIP)(cufcuaMfaaaafaaaaPPPUIRIIEUIIRIE2)(并勵直流電動機從電源輸入的電功率為：并勵直流電動機從

32、電源輸入的電功率為：0202)(pPTTpPpppppPPadmFecuacuf221功率流程功率流程三、直流電動機的工作特性：1 1）轉(zhuǎn)速特性：當）轉(zhuǎn)速特性：當 時，時， NUU fNfII aIfn aNaaNaNNICeRnICeRCeUn0aaNeaaaNRInCRIEU考慮電樞反應(yīng)的轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性曲線轉(zhuǎn)矩特性曲線效率特性曲線2）轉(zhuǎn)矩特性：當）轉(zhuǎn)矩特性：當 ， 時，時，3）效率特性：當）效率特性：當 時，時，aNTICT)(aIfT NUU fNfII NUU fNfII )(2Pf)(2Pfcua022PPPP3.10 他勵直流電動機的機械特性一 機械特性：n=f（T ）TnTCe

33、CRRCUCRRIUnTaeeaa02)(R:電樞回路附加電阻（可變）一般表達式一般表達式UIaEa+-nTFTT0If他勵他勵R二 固有機械特性與特性曲線分析NUU fNfII0RTCeCRCUnNTaNeN2決定于電機本身性能，唯一的。決定于電機本身性能，唯一的。NNTaNeNNTCeCRCUn2NNaNNenIRUC條件：固有機械特性Tnn00TNnN固有機械特性特點理想空載轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速降：NNCeUnnT00NNTaNNNNTCeCRnnnnnTT20,起動電流起動轉(zhuǎn)矩：aNsaNaRUIInCeEn0,0直接起動電流很大，不能直接起動sNTsICTTnn00TNnN三 人為機械特性（調(diào)速的需要）TCeCRRCUnTae21、電樞回路串電阻2、降低電樞電壓3、減少氣隙磁通量Tnn0四 機械特性的繪制根據(jù)產(chǎn)品目錄的數(shù)據(jù)可繪出固有機械特性 n=f(T)為一直線，只要兩個點即可理想空載點：T=0,n=n0;額定運行點：T=TN,n=nNnT計算n 0 TNNaNNaNNNNNnEnRIUCeCeUn0估算Ean=(0.930.97)UN伏安法實測RaNNNNnpTT95502NNNICeT55.9精確：近似：3.11 直流電機的換向一、一、 什么是換向什么是換向二、換向元件中的感應(yīng)電動勢二、換向元件中的感應(yīng)電動勢二、換向元件中的感應(yīng)電動勢二、換向元件中的感應(yīng)電動勢1）電