電機(jī)和拖動(dòng)專題培訓(xùn)課件

（1）電樞鐵心電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)。為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，鐵心一般用厚0.5mm的硅鋼片疊壓夾緊而成。(a)轉(zhuǎn)子主體(b)電樞硅鋼片（2）電樞繞組

電樞繞組由許多線圈按一定規(guī)律排列和連接而成，是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。線圈用絕緣圓形線或扁銅線繞制而成，也稱為元件。電樞線圈嵌放在電樞鐵心的槽中，每個(gè)元件有兩個(gè)出線端。所有元件按一定規(guī)律連接，就構(gòu)成電樞繞組（3）換向器

換向器也是直流電機(jī)的重要部件。在直流發(fā)電機(jī)中，換向器將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷兩端的直流電動(dòng)勢(shì)；在直流電動(dòng)機(jī)中，換向器將電刷上所通過(guò)的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。換向器安裝在轉(zhuǎn)軸上，如圖所示，由許多換向片組成，換向片之間用云母進(jìn)行絕緣，換向片數(shù)與元件數(shù)相等。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院

直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)電樞1.1直流電機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)及工作原理河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.額定電壓UN

指額定狀態(tài)下電樞兩端的電壓指輸出電壓的額定值。2.額定電流IN:在額定電壓下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流。3.額定功率PN：指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的輸出功率。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，是指軸上輸出的機(jī)械功率；對(duì)于發(fā)電機(jī)，是指線端輸出的電功率四、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及額定值1.1直流電機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)及工作原理4.額定轉(zhuǎn)速nN:在額定電壓、額定電流下，運(yùn)行于額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1直流電機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)及工作原理直流發(fā)電機(jī)的額定功率為直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為式中，

為直流電動(dòng)機(jī)的額定效率電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩用表示，為有些物理量雖然不標(biāo)在銘牌上，但它們也是額定數(shù)據(jù)，如額定轉(zhuǎn)矩、額定效率等。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)第1章直流電機(jī)的基本理論是由勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流If產(chǎn)生的，它是直流電機(jī)中的主要磁場(chǎng)?？蛰d：一、直流電機(jī)磁路、磁通和磁化曲線Ia=0（發(fā)電機(jī)）Ia≈0（電動(dòng)機(jī)：軸上不帶任何負(fù)載，克服摩擦阻力等）直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)是指電機(jī)對(duì)外沒(méi)有功率輸出、不帶負(fù)載時(shí)的空轉(zhuǎn)狀態(tài)。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)二極電機(jī)磁路中的磁通分布極軸線：磁極平分線幾何中性線：相臨兩磁極極軸線的平分線。物理中性線：氣隙磁密由正到負(fù)過(guò)零的分界線。主磁通：走主磁路的磁通。漏磁通：走漏磁路的磁通。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院四極電機(jī)磁路中的磁通分布NSSN幾何中性線極軸線極距主磁通漏磁通1.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院N極鐵芯－氣隙－電樞齒－電樞軛－相鄰S極電樞齒－氣隙－S極鐵芯－定子軛－回到N極.構(gòu)成閉合路徑1.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院分析主磁路主磁路的分段：全電流定律（1-1）簡(jiǎn)化：（1-2）1.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)兩段氣隙δ、兩段電樞齒lt一段電樞軛lrl、一段定子軛lsl兩段主磁極lp5種類型8段磁路河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院氣隙電樞齒電樞軛主磁極定子軛封閉回路中包含Nf匝線圈的2倍（1-3）各段磁壓降為：即1.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)即（1-2）式可寫成：ΣHl=ΣRm

=ΣNfIf

Hl=Bμl=

lμS=Rm（1-4）（1-5）這個(gè)關(guān)系即直流電機(jī)的磁化曲線。12

當(dāng)勵(lì)磁電流較小時(shí)，氣隙和鐵心的磁阻為常數(shù)，線性關(guān)系；且鐵心磁阻較小，氣隙磁阻占絕大部分。當(dāng)勵(lì)磁電流較大時(shí)，鐵心飽和，磁阻增加，非線性關(guān)系。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)ΣHl=ΣRm

=ΣNfIf

（1-5）由上式可以看出河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院二、氣隙磁通密度分布波形當(dāng)勵(lì)磁電流不變時(shí)每極磁通與平均磁密的關(guān)系：空載時(shí)的氣隙磁通密度為一鐘形波。1.2直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院第1章直流電機(jī)的基本理論1.3直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組:直流電機(jī)的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一,是直流電機(jī)的電路部分，亦是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。因?yàn)橹匾史Q為電樞繞組。電樞繞組的構(gòu)成，應(yīng)能產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并允許通過(guò)一定量的電樞電流，從而產(chǎn)生所需的電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率。此外還要節(jié)省有色金屬和絕緣材料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組形式直流電機(jī)繞組電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1、相關(guān)技術(shù)術(shù)語(yǔ)及繞組元件極軸線，幾何中性線極距：相鄰兩個(gè)主磁極沿電樞圓周表面的圓弧距離，它等于相鄰兩個(gè)極軸線或相鄰兩個(gè)幾何中性線之間沿電樞表面的弧長(zhǎng)，通常用槽數(shù)表示，如：極距＝電樞槽數(shù)/極數(shù)1.3直流電機(jī)的電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院繞組元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。單匝多匝有效邊1.3直流電機(jī)的電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。首端末端1.3直流電機(jī)的電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院繞組節(jié)距：y=y1-y2＝1第一節(jié)距y1第二節(jié)距y2合成節(jié)距y：換向節(jié)距yk：yk＝y(tǒng)＝11.3直流電機(jī)的電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院第一節(jié)距y1必須是整數(shù)1.3直流電機(jī)的電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院2、單疊繞組單疊：?jiǎn)委B繞組的特點(diǎn)是相鄰元件(線圈)相互疊壓，合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，后面元件的首端緊迭在前一元件的末端。特點(diǎn)：槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片數(shù)K三者相同y=yk=11.3直流電機(jī)的電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院?jiǎn)委B繞組展開(kāi)圖例：一臺(tái)電機(jī)，極數(shù)2p＝4，Z＝S＝K＝16，試?yán)@制一單疊繞組。y2=y1-y=3y=yk=11.3直流電機(jī)的電樞繞組計(jì)算各節(jié)距

第一節(jié)距:

合成節(jié)距和換向器節(jié)距:第二節(jié)距:繞組的連接順序表河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院y2=y1-y=3y=yk=1上層元件邊下層元件邊1234567891011121314151615′6′7′8′9′10′11′12′13′14′15′16′1′2′3′4′閉合繞組元件的連接順序y1y21.3直流電機(jī)的電樞繞組

第一節(jié)距:

合成節(jié)距和換向器節(jié)距:第二節(jié)距:繞組元件連接順序表用來(lái)表示電樞上所有元件邊的串聯(lián)次序。

下表中，每根實(shí)線所連接的兩個(gè)元件邊構(gòu)成一個(gè)元件，兩元件之間的虛線則表示通過(guò)換向片把兩元件串聯(lián)起來(lái)。

可以看出，從第1元件出發(fā)，連接完16個(gè)元件后又回到第1元件，整個(gè)繞組是閉合的。

河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1123456789101112131416152345678910111213141615+－++－－NSNSττττ1.5.9.13在幾何中線上同一磁極元件串聯(lián)n1.3直流電機(jī)的電樞繞組繞組展開(kāi)圖所謂繞組展開(kāi)圖就是將轉(zhuǎn)子電樞圓柱形表面順軸向切開(kāi)，并展開(kāi)成平面的連接圖。作圖步驟如下：

河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1123456789101112131416152345678910111213141615+－++－－NSNSττττ1.5.9.13在幾何中線上同一磁極元件串聯(lián)n1.3直流電機(jī)的電樞繞組繞組展開(kāi)圖所謂繞組展開(kāi)圖就是將轉(zhuǎn)子電樞圓柱形表面順軸向切開(kāi)，并展開(kāi)成平面的連接圖。作圖步驟如下：

河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院?jiǎn)委B繞組展開(kāi)圖1123456789101112131416152345678910111213141615+－++－－NSNSττττ1.5.9.13在幾何中線上同一磁極元件串聯(lián)n1.3直流電機(jī)的電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院繞組的并聯(lián)支路電路圖a＝p＝b單疊繞組輸出電動(dòng)勢(shì)：一條支路電動(dòng)勢(shì)輸出電流：2a條支路電流和1.3直流電機(jī)的電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院繞組小結(jié)并聯(lián)支路成對(duì)出現(xiàn)，并聯(lián)支路對(duì)數(shù)=極對(duì)數(shù)。電樞電動(dòng)勢(shì)（即刷間電動(dòng)勢(shì)）=支路電動(dòng)勢(shì)。電樞電流=各支路電流之和。電刷成對(duì)出現(xiàn)（單疊繞組中，刷對(duì)數(shù)=極對(duì)數(shù)）。為了得到最大的直流電動(dòng)勢(shì)，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接1.3直流電機(jī)的電樞繞組河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)第1章直流電機(jī)的基本理論直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組有電流通過(guò)，該電流建立的磁場(chǎng)簡(jiǎn)稱電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響就稱為電樞反應(yīng)。當(dāng)電機(jī)帶上負(fù)載后，電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)由主磁場(chǎng)和電樞兩個(gè)磁場(chǎng)共同決定。電樞磁場(chǎng)的出現(xiàn)，使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變。各支路電流都是通過(guò)電刷引入或引出，因此電刷是電樞表面上電流分布的分界線。電樞磁勢(shì)的軸線總是與電刷軸線相重合。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁場(chǎng)右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)分布情況。假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見(jiàn)電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。電樞NS分界線磁動(dòng)勢(shì)為零河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院交軸磁動(dòng)勢(shì)在空間的分布引入電樞線負(fù)荷的概念：導(dǎo)體總數(shù)N；導(dǎo)體電流ia；電樞直徑為D，則線負(fù)荷在原點(diǎn)O左右x處取磁力線閉合回路，應(yīng)用全電流定律有整個(gè)回路的磁壓降近似為兩個(gè)氣隙上磁勢(shì)：電樞磁動(dòng)勢(shì)為零1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電樞磁動(dòng)勢(shì)、磁通密度空間分布沿電樞徑向展開(kāi)1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)主極磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)合成磁場(chǎng)1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院只分析電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)將主磁場(chǎng)分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，得到的負(fù)載電機(jī)磁場(chǎng)分布情況如圖。1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院合成磁勢(shì)曲線主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線不飽和兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線物理中性線偏離幾何中性線飽和時(shí)磁阻不為常數(shù)不能簡(jiǎn)單疊加1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院

電樞反應(yīng)的影響①總磁場(chǎng)被扭歪了幾何中心線與物理中心線分開(kāi)了,

電刷位置處的元件的e≠0，增加換向困難。②一半磁極的磁通增加，一半磁極的磁通減少，磁路不飽和時(shí)，每極磁通不變；磁路飽和時(shí)，每極磁通減少，e和T相應(yīng)減少。1.4直流電機(jī)的電樞反應(yīng)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)n

磁場(chǎng)Φ2.大小每個(gè)導(dǎo)體平均電動(dòng)勢(shì)：eav

=Bavlv

導(dǎo)體切割磁場(chǎng)線的線速度：電動(dòng)勢(shì)：

一、直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)e→∑e→Ev=n2R60=n2p60=Φn

pN60a1.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩

2p

60ΦlN2a=··

l·n=BavlvN2a

Ea

=eav

N2a第1章直流電機(jī)的基本理論河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩

Ea

=CeΦn

Ce電動(dòng)勢(shì)常數(shù)：Ce=

pN60a3.方向：由Φ和n共同決定。4.性質(zhì)發(fā)電機(jī)為電源電動(dòng)勢(shì)；電動(dòng)機(jī)為反電動(dòng)勢(shì)。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩1.產(chǎn)生導(dǎo)體電流ia

磁場(chǎng)Φf→T2.大小每根導(dǎo)體平均受力：

fav

=Bav

lia

平均磁密：

BlBav=Φl極距河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院二、直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩1.產(chǎn)生導(dǎo)體電流ia

磁場(chǎng)Φf→T2.大小每根導(dǎo)體平均受力：fav

=Bav

lia

平均磁密：每根導(dǎo)體上電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩：favRBav=ΦlBl極距R1.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院R電樞直徑：D每根導(dǎo)體產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩：Tav電機(jī)總導(dǎo)體數(shù)：N電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)：2a電樞電流：Ia=2a·ia電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：

T==N··Bav

lia

2p

2=·Φ·Ia

pN

2a=Bavlia

D

2N

Bavlia

D

2=N···

l·

p

Φl

Ia

2a1.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院2.大小

T=CTΦIaCT轉(zhuǎn)矩常數(shù)：3.方向由Φ和Ia

共同決定。4.性質(zhì)發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)：T與n方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。T與n方向相同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。CT=pN2a(N·m)CTCe=602=9.55CT

=

9.55CeCT

=pN2aCe

=pN60a1.5直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院一、

直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類自勵(lì)他勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)并勵(lì)GIf+Uf－Ia+U－GIa+U－IfIG+U－IfIIaGIfIa+U－I1.6直流發(fā)電機(jī)第1章直流電機(jī)的基本理論河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式1.6直流發(fā)電機(jī)外電源Uf→If→ΦEa

→n原動(dòng)機(jī)→電樞U

=Ea－IaRa+U－GIf+Uf－EaIa規(guī)定各物理量的參考方向如圖Ra為電樞回路總電阻（包括電樞繞組電阻及電刷與換向器表面的接觸壓降。則電壓平衡方程為：電樞電動(dòng)勢(shì)：1、電壓平衡方程式河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式SN圖1-20直流發(fā)電機(jī)軸上有三個(gè)轉(zhuǎn)矩：原動(dòng)機(jī)輸入的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩:T1

電磁轉(zhuǎn)矩：機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩:T0

當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩平衡方程為：T1=T0+

T1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院3、功率平衡方程式1.輸入功率P1:2.空載損耗p0:3.電磁功率PM:4.銅損耗pCu:5.輸出功率P2:P1=T1Ωp0=pFe＋pm＋psPM=P1－

p0

=TΩ=EaIapCu=Ia2RaP2=UIa=PM－

pCu260=

T1n1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院P1pm+pspFePMpCuP2功率流程圖6.總損耗

Σp

=pCu＋pFe＋pm＋ps7.效率=×100%P2P11.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院P2=UI=230×100W=23000WIa=I＋I(xiàn)f=(100＋2)A=102ApCu=pCua+pCuf=RaIa2

＋RfIf2

=(0.2×1022＋115×22)W=2540.8WPM=P2＋pCu=25540.8W【例1.6.1】

一并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，輸出電壓U

=230V，輸出電流I

=100A，Ra=0.2Ω，Rf=115Ω，n

=1500r/min，T0=17.32N·m。求發(fā)電機(jī)的輸出功率P2

、電磁轉(zhuǎn)矩T、輸入功率P1

和效率。解：230115=A=2AURfIf=1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院p0

=T0n260=

×17.32×1500W260

=2719.24W

P1=PM＋p0

=(25540.8＋2719.24)W=28260W=×100%P2P1=

×100%=81.39%23000282601.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院三、他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)特性直流發(fā)電機(jī)的四個(gè)基本物理量：U、Ia、If、n。（n由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，保持不變）運(yùn)行特性：在U、Ia

、If之間，保證其中一個(gè)量不變，另外兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系。（1）n＝常數(shù)，Ia＝0，Uo＝f（If）；空載特性（2）n＝常數(shù)，If＝常數(shù)，U＝f（Ia）；外特性（3）n＝常數(shù)，U＝常數(shù)，If＝f（Ia）；調(diào)節(jié)特性1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院空載特性定義：當(dāng)、時(shí)，空載特性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的手段得到。UfGAVR平均空載特性曲線O1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線性的的，上升與下降的過(guò)程是不相同的。實(shí)際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線?？蛰d時(shí)，。由于，因此空載特性實(shí)質(zhì)上就是。由于正比于，所以空載特性曲線的形狀與電機(jī)的空載磁化特性曲線形狀相同。平均空載特性曲線O空載特性1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院

由電壓平衡方程式

U

=Ea－IaRa當(dāng)IaIaRaEa

(電樞反應(yīng))U

2、外特性

U=f(Ia

)OIaUn=nNIf

=IfNINUNU0n=nNIf=常數(shù)外特性UfGAVR1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院

電壓調(diào)整率ΔU%=U0－UNUN×100%(5%~10%)1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院【例1.6.2】

一他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，PN=10kW，UN=230V，nN=1000r/min，Ra=0.4Ω。如果磁通Φ

保持不變，求1000r/min時(shí)的空載電壓U0和900r/min時(shí)的滿載電壓U

。解：在nN和UN時(shí)的電樞電流9001000Ea'

=EaU0=Ea

=UN＋RaIaN

=(230＋0.4×43.5)V=247

V在Φ

保持不變時(shí)，Ea

∝n10×103230=A=43.5APNUNIaN=9001000=×247V=222VU=Ea'－RaIaN=(222－

0.4×43.5)V=205V1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院四、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)＋U－

Ea

→Φ

?Φ→

Ea

?

1.自勵(lì)條件(1)主磁極必須有剩磁Φr

：Φr→Er→Ifr→Φ→Ea＞ErΦ與Φr方向相同→Ea＜ErΦ與Φr方向相反(2)

勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通必須與剩磁同方向：Φr→Er→Ifr→Ea＞Er→If＞Ifr→Φ→Ea

···※U0

與If

既應(yīng)滿足空載特性又應(yīng)滿足歐姆定律。GEaIfIaI1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院當(dāng)Rf

Rk

時(shí)，

Ea

Er，能夠自勵(lì)。當(dāng)Rf=Rk

時(shí)，

Ea不確定，不能自勵(lì)。當(dāng)Rf

Rk

時(shí)，

Ea≈Er，不能自勵(lì)。(3)勵(lì)磁電路的電阻必須小于臨界電阻。Uf=IfRfOIfU0ErQIfrIf1If2If勵(lì)磁回路場(chǎng)阻線：場(chǎng)阻線的斜率：=Rftan=UfIfOIfU0ErRf=RkRf＜RkRf＞Rk1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院綜上所述，并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件是：1）氣隙中必須有剩磁；2）勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與剩磁磁場(chǎng)的方向必須相同；3）勵(lì)磁回路的總電阻必須小于臨界電阻。

河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院2.外特性I

=Ia－IfU

=UfU

=Ea－IaRaI→IaIaRaEa

(電樞反應(yīng))Uf

→ΦU

外特性

U=f(I

)n=nNRf=常數(shù)OIUU0他勵(lì)并勵(lì)(1)負(fù)載增加時(shí)，U下降較快。

ΔU%

≈20%~30%Ea＋U－IfIaIG1.6直流發(fā)電機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院(2)外特性有拐彎現(xiàn)象。OIUU0他勵(lì)并勵(lì)I(lǐng)NUNRfZ

→I(Ia)

→U

磁路退出飽和RfZ

→U→If→Φ→Ea

(較大幅度)→U的下降比RfZ的減少得更快I=U/RfZRfZ

→U→I→RfZ=0，U=0，If

=0→

Φ=Φr，

E=Er

→ISC

較小。1.6直流發(fā)電機(jī)E＋U－IfIaIG河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院五、復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)分為積復(fù)勵(lì)和差復(fù)勵(lì)2.對(duì)于積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)(1)平復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)當(dāng)I

=IN時(shí)的UN

=

U0。(2)超復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)當(dāng)I

=IN時(shí)的UN＞U0。(3)

欠復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)當(dāng)I

=IN時(shí)的UN

＜U0。他勵(lì)并勵(lì)超復(fù)勵(lì)I(lǐng)N平復(fù)勵(lì)欠復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)OIUUNGIIaIf+U－1.6直流發(fā)電機(jī)復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組包括并勵(lì)和串勵(lì)兩部分。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.7直流電動(dòng)機(jī)第1章直流電機(jī)的基本理論直流電動(dòng)機(jī)完成的是電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。與直流發(fā)電機(jī)相同，直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可以是他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。本節(jié)以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例，推導(dǎo)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.7直流電動(dòng)機(jī)一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是直流電機(jī)的可逆原理。以他勵(lì)電機(jī)為例，一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運(yùn)行，U保持不變，減少原動(dòng)機(jī)的輸出功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)n下降到一定程度時(shí)，使得Ea=U，此時(shí)Ia=0，發(fā)電機(jī)輸出的電功率P2=0，原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率僅僅用來(lái)補(bǔ)償電機(jī)的空載損耗po

。一、直流電機(jī)的可逆原理河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院保持電網(wǎng)電壓不變，繼續(xù)降低原動(dòng)機(jī)的，將有，反向，這時(shí)電網(wǎng)向電機(jī)輸入電功率，電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行。同理，上述的物理過(guò)程也可以反過(guò)來(lái)，使電機(jī)從電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機(jī)狀態(tài)。1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院Ea>UEa=UEa<U電動(dòng)機(jī)1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院T1Ea>UEa=UEa<U1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院二、直流電動(dòng)機(jī)基本方程式勵(lì)磁電壓Uf→If→Φ外加電壓U→Ia↓→T→n→Ea

1.電壓平衡方程式勵(lì)磁電路：

Uf=Rf

If電樞電路：

U

=Ea+IaRaEaMIf+Uf－+U－Ia1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院

穩(wěn)態(tài)電樞電流Ia

由誰(shuí)確定？T

=CTΦ

Ia

，

U

=Ea+IaRa例如：負(fù)載不變(T不變)，U

(Ra)

變化時(shí)，

Ia

變化否（設(shè)Φ

不變）？U(或Ra)

瞬間n不變

Ea

不變Ia

→T

→T＜TLEa

←n↓Ia

←T

←T

=TL←Ia不變←

結(jié)論：Ia

的大小取決于負(fù)載的大小。當(dāng)Ia=IaN時(shí)為滿載，當(dāng)Ia＞IaN時(shí)為過(guò)載?！?/p>

規(guī)定短時(shí)過(guò)載的最大電樞電流：

Iamax=(1.5~2)IaN1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院2.轉(zhuǎn)矩平衡方程式

T

=

T0+T2

或T=T0

+Tm

3.功率平衡方程式(1)輸入功率P1

P1

=

U

Ia(2)銅損耗pCupCu=

Ia2Ra

(3)電磁功率PMPM=P1－pCu

推導(dǎo)：U

Ia=(Ea＋

Ia

Ra)Ia

=Ea

Ia＋

Ia2Ra

PM=

Ea

Ia

1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院PM

=

Ea

Ia=

CeΦnIa

=TΩ=

CTΦIaΩ功率流程圖P1pCuPMp0P2(4)空載損耗p0

p0

=pFe＋pm＋ps(5)輸出功率P2

P2

=PM－p0

=

T2ΩpN2

a=

ΦIaΩpN60a=

ΦΩIa

6021.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院(6)總損耗

Σp

=pCu＋pFe＋pm＋ps(7)功率平衡方程式

P1－P2

=Σp

(8)效率P2P1

=×100%1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院三、他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)特性工作特性，是指在U＝UN，If＝IfN時(shí)，轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率η隨輸出功率P2而變化的關(guān)系。運(yùn)行特性轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)矩特性效率特性機(jī)械特性電壓、勵(lì)磁、轉(zhuǎn)子電樞回路總電阻均為常數(shù)的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線。分為自然機(jī)械特性和人工機(jī)械特性。1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1、轉(zhuǎn)速特性n=f(Ia)定義：當(dāng)、、電樞回路無(wú)外串電阻時(shí)，的變化關(guān)系。

1.7直流電動(dòng)機(jī)由U=Ea+IaRa和Ea=CeΦn可得：當(dāng)電樞電流Ia增加時(shí)，若氣隙磁通Φ不變，則轉(zhuǎn)速n將隨Ia的增加而線性下降。如圖紅線所示。由于電樞繞組電阻壓降很小，因此轉(zhuǎn)速下降不多。如果考慮電樞反應(yīng)的去磁作用，Φ隨電樞電流的增大而略有減小，轉(zhuǎn)速下降會(huì)更小些，甚至?xí)仙：幽瞎I(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院2、轉(zhuǎn)矩特性T=f(Ia)定義：當(dāng)、、電樞回路無(wú)外串電阻時(shí)，的變化關(guān)系。根據(jù)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式T=C

TI

a可知，磁路不飽和時(shí)，氣隙磁通Φ不變，T與I

a成正比，轉(zhuǎn)矩特性為一條直線；電流Ia較大時(shí)考慮電樞反應(yīng)的去磁作用，特性曲線可能偏離直線略有下降。如圖所示。1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院3、效率特性η=f(Ia)定義：當(dāng)、、電樞回路無(wú)外串電阻時(shí)，的變化關(guān)系。由方程式可得

1.7直流電動(dòng)機(jī)總損耗∑p中，空載損耗p0不隨電樞電流Ia的變化而發(fā)生變化，稱為不變損耗，電樞回路銅損耗pCua隨Ia2成正比變化，稱為可變損耗。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院可見(jiàn)，當(dāng)可變損耗等于不變損耗時(shí)，其效率最高。效率特性的這一特點(diǎn)具有普遍意義，可適用于各種電機(jī)。設(shè)計(jì)制造電機(jī)時(shí)，通常要求在額定運(yùn)行時(shí)的效率最高，不難得出，

UNIN－PN=2I2NRa，則可得到：1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院機(jī)械特性nU－(Ra

+Rc)IaCeΦ=UCeΦ=－Ra+RcCeCTΦ2T4.機(jī)械特性n=f(T)OnTn0式中n0是理想空載轉(zhuǎn)速，β是機(jī)械特性的斜率，如圖所示，機(jī)械特性是一條向下傾斜的直線。1.7直流電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式。——定義：當(dāng)U=常數(shù)、If=常數(shù)、電樞回路外串電阻為常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即n=f(T)，是電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要特性。由Ea=CeΦn

和U=Ea+IaRa

可得：n0=－βT河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院OnTn01.7直流電動(dòng)機(jī)若直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化不大，我們稱其機(jī)械特性為硬特性，反之稱為軟特性。機(jī)械特性TNnN河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院【例1.7.1】

一并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，UN=110V，IN=12.5A，

nN=1500r/min，TL=6.8N·m，T0=0.9N·m。求該電機(jī)的P2、PM、P1、Σp

和。解：P2P1

=×100%6.2860=×6.8×1500W=1067.6WPM=P2＋p0=(1067.6＋143.3)W=1208.9WP1=UNIN=110×12.5W=1375WΣp

=

P1－P2=(1375－1067.6)W=307.4W260P2=TLn6.2860=×0.9×1500W=143.3W260p0=T0n1067.61375=×100%=77.64%1.7直流電動(dòng)機(jī)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院【例1.7.2】

一臺(tái)四極他勵(lì)直流電機(jī)，a=1，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=372，電樞回路總電阻Ra=0.208Ω。當(dāng)此電機(jī)運(yùn)行在電源電壓U

=220V，電機(jī)的轉(zhuǎn)速nN=1500r/min，氣隙每極磁通=0.011Wb，此時(shí)電機(jī)的鐵損耗pFe=362W，機(jī)械摩擦損耗pm=204W(忽略附加損耗）。問(wèn)：（1）該電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？（2）電磁轉(zhuǎn)矩是多少？（3）輸入功率和效率各是多少？2×37260×1=×0.011×1500=204.6VpN60aEa=n1.7直流電動(dòng)機(jī)(1)先計(jì)算電樞電動(dòng)勢(shì)Ea。Ea＜U，所以電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。解:河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院(2)電磁轉(zhuǎn)矩P2P1

=×100%P1=U

Ia=220×74W=16280WP2=PM－pFe－pm=15140.4－362－204=14574WΣp

=

P1－P2=(16280－14574)W=1706W1457416280=×100%=89.5%1.7直流電動(dòng)機(jī)PM=EaIaU－EaRaIa=220－204.60.208==74APMΩT=PM=2πn60=96.38N·m(3)輸入功率和效率=204.6×74=15140.4W河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院【例1.7.3】

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000r/min,電樞回路電阻Ra=0.15Ω，求（1）CeN，CTN；（2）額定電磁轉(zhuǎn)矩TN；（3）額定輸出轉(zhuǎn)矩T2N；（4）空載轉(zhuǎn)矩T0；（5）理想空載轉(zhuǎn)速n0；（6）實(shí)際空載轉(zhuǎn)速n0′。220－94×0.151000=

=0.2059UN－INRanNCeN=1.7直流電動(dòng)機(jī)(1)CTN解:=9.55CeN=1.966河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院1.7直流電動(dòng)機(jī)（2）TN=CTNIN=1.966×94=184.8N·m（3）T2N=PNnN9550

181000=9550

=171.9N·m（4）T0