直流電機(jī)的特性.ppt

1、第5章，DC電機(jī)，上海交通大學(xué)周順榮，第23章，DC電機(jī)基本方程，第1節(jié)，以并聯(lián)勵磁DC電機(jī)為例，1。勢平衡方程，I=Ia If，(23-1)，U=E IaRa，(23-2)，2。功率平衡方程，電機(jī)的電功率輸入，(23-2)并聯(lián)勵磁電機(jī)的總損耗，(23-4)、(23-5)、(23-6)，電磁功率=，輸出功率，3。力矩平衡方程、電機(jī)的電磁驅(qū)動力矩，(23-7)，因?yàn)樵谟蒁C電機(jī)和由它拖動的機(jī)械負(fù)載組成的單元中，經(jīng)常需要改變速度。當(dāng)改變速度時，電機(jī)的轉(zhuǎn)子，那么，轉(zhuǎn)矩平衡方程為，(23-8)，J單元旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量，TC單元的總負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩(簡化的總制動轉(zhuǎn)矩)，Tj慣性轉(zhuǎn)矩，4。效率，(23-9)

2、，DC電機(jī)的工作特性第二節(jié)，1。并聯(lián)和獨(dú)立勵磁電機(jī)的工作特性，1。速率特性n=f (ia)。電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整率，(23-11)，當(dāng)并聯(lián)電機(jī)運(yùn)行時，勵磁繞組不能斷開。當(dāng)勵磁繞組在重負(fù)荷下斷開時，Tem將下降，電機(jī)將停止運(yùn)行，反電動勢將為零，電樞電流將非常大，電機(jī)將過熱并燒毀；如果勵磁繞組在輕負(fù)載下斷開，將導(dǎo)致電機(jī)“飛轉(zhuǎn)”，并可能損壞電機(jī)。2轉(zhuǎn)矩特性Tem=f (Ia)，當(dāng)Ia較小時，電樞反應(yīng)退磁影響不大，氣隙磁通大致不變，Tem=f (Ia)為線性；當(dāng)Ia較大時，電樞反應(yīng)的退磁增加，所以Tem=f (Ia)比原來的直線向下彎曲。效率特性=f (Ia)，4機(jī)械特性n=f (Tem)，當(dāng)U=常數(shù)且并聯(lián)勵

3、磁電機(jī)中勵磁電路的電阻為常數(shù)時，If為常數(shù)。如果忽略電樞反應(yīng)的影響，它是一個恒定值。因此，n=f (Tem)是一條直線。由于Ra CE CT 2很常見，并聯(lián)電機(jī)的自然機(jī)械特性非常接近水平線。此時，由Tem的增加引起的n的減少不多。這種屬性稱為硬屬性。人工機(jī)械特性比自然機(jī)械特性軟(即，在相同電磁轉(zhuǎn)矩下轉(zhuǎn)速較低)。這是因?yàn)槿斯C(jī)械特性是電阻器Rj串聯(lián)在電樞電路中的原因。隨著電阻器兩端的電壓降增加，電樞兩端實(shí)際施加的電壓降低。因此，在相同的電磁轉(zhuǎn)矩(電樞電流)下，轉(zhuǎn)速將不可避免地降低。(23-12)，2。串聯(lián)勵磁電機(jī)的工作特性，1速率特性n=(Ia)，串聯(lián)勵磁電機(jī)的速度特性表達(dá)式與并聯(lián)勵磁電機(jī)(單獨(dú)

4、勵磁電機(jī))相同，即當(dāng)電機(jī)磁路飽和時，它隨Ia緩慢上升，所以N的下降程度隨Ia的增加而減小。當(dāng)電機(jī)磁路為線性時，IA與Ia成線性關(guān)系，N與Ia成反比，即n=f (Ia)為雙曲線?？梢钥闯觯畡铍妱訖C(jī)的一個特點(diǎn)是速度隨負(fù)載的增加而迅速下降。速度調(diào)整率，由于串聯(lián)勵磁電機(jī)在空載或輕載時，如果=Ia很小，那么也很小。從公式(23-10)可以看出，轉(zhuǎn)速會很高，這通常被稱為“超速”(危險)。這種情況可以從物理過程來分析：因?yàn)樗浅Ｐ?，根?jù)關(guān)系E=CEn，電樞必須以非常高的速度旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生足夠的反電動勢來平衡電網(wǎng)電壓。因此，串聯(lián)勵磁電機(jī)不允許空載運(yùn)行。(23-13)，由于串聯(lián)勵磁電機(jī)不允許空載運(yùn)行，根據(jù)GB7

5、55-87，串聯(lián)勵磁電機(jī)的速度調(diào)整率定義為n1/4電機(jī)在負(fù)載下的速度P2=PN 4。2轉(zhuǎn)矩特性Tem=(Ia)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem會隨著Ia的增加而迅速上升，這是串聯(lián)勵磁電機(jī)的另一個特性。在串聯(lián)勵磁電動機(jī)中，因?yàn)槿绻鸌f=Ia，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時，P1和Ia增加，如果磁路不飽和，磁通量Ia，tem=ia如果磁路高度飽和，它基本不變，Tem Ia。電磁轉(zhuǎn)矩Tem會隨著Ia的增加而迅速上升，這是串激電機(jī)的另一個特點(diǎn)，串激電機(jī)具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。此外，當(dāng)過載發(fā)生時，轉(zhuǎn)速n將自動下降當(dāng)負(fù)荷減輕時，轉(zhuǎn)速會自動再次上升。串聯(lián)勵磁電機(jī)的這些特性特別適用于電力機(jī)車等場合。機(jī)械特性n=f (Tem)，當(dāng)電機(jī)磁路為線性

6、時，則=CIa，(23-14)，代入上述公式(23-14)、(23-15)，其中，當(dāng)電機(jī)磁路飽和時，則為CIa，(23-15)為了避免運(yùn)輸過程中的不穩(wěn)定現(xiàn)象，通常采用產(chǎn)品復(fù)合勵磁。在復(fù)合勵磁電機(jī)中，如果并聯(lián)繞組起主要作用，則其工作特性接近并聯(lián)勵磁電機(jī)。然而，當(dāng)電樞反應(yīng)的退磁作用很強(qiáng)時，仍然可以獲得遞減率的特性，以保證電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。此時，串聯(lián)勵磁繞組稱為“穩(wěn)定繞組”；如果串聯(lián)繞組起主要作用，它的工作特性接近串聯(lián)勵磁電機(jī)。然而，卸載時沒有“超速”的危險。第3節(jié)DC電機(jī)的啟動，1。直接起動，(23-17)，以并聯(lián)電機(jī)為例，圖23-11并聯(lián)電機(jī)直接起動時電樞電流和速度的變化過程，Tst=CTIst，

7、(23-18)，2。用串聯(lián)變阻器啟動電樞電路(23-19)。當(dāng)電樞電流等于設(shè)定值時，接觸器1接通。隨著轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高，接觸器2和3逐步接通，電樞電流在和之間變化，直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。第三，降壓起動是通過降低電機(jī)電樞端電壓來限制起動電流。降壓起動的電動機(jī)應(yīng)單獨(dú)勵磁，這樣起動時電動機(jī)的勵磁電流不受端電壓變化的影響，并能保證足夠的起動轉(zhuǎn)矩。降壓起動需要特殊的DC電源。啟動時，電源電壓由小變大，電機(jī)轉(zhuǎn)速以指定的加速度上升，從而避免了大的沖擊電流。過去，DC發(fā)電機(jī)被用作特殊的DC電源，但在現(xiàn)代，晶閘管整流電機(jī)組經(jīng)常使用。降壓起動的優(yōu)點(diǎn)是：起動電流小，起動時能量損失小，正反向旋轉(zhuǎn)。缺點(diǎn)是單位投資大。因此，

8、該方法僅用于需要頻繁啟動或調(diào)節(jié)的大容量DC電機(jī)。第四節(jié)DC電機(jī)1的調(diào)速。通過改變勵磁電流進(jìn)行速度調(diào)節(jié)(23-20)。調(diào)速方式：改變勵磁電流；改變電樞端電壓；改變串聯(lián)電樞電路的電阻Rj，如果僅降低勵磁電流If以降低主磁通，電機(jī)轉(zhuǎn)速N將上升；相反，速度n降低。當(dāng)負(fù)載扭矩恒定時，因?yàn)镋 U=恒定值、(23-21)、(23-22)、(23-23)、2。改變電樞端電壓的調(diào)速，如果只有電樞端電壓u增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速n也會增加；相反，電機(jī)速度n降低。對于恒定扭矩速度調(diào)節(jié)，Tem=1=2。如果激勵保持不變，1=2，那么，(23-24)，因此，(23-25)，即3。改變串聯(lián)電樞電路的電阻Rj來調(diào)節(jié)速度，將E1=CE

9、1 n1，E2=CE2 n2代入上式，1=2，如果只有電樞電路的電阻Rj增加，電機(jī)速度就會降低；相反，電機(jī)速度n增加。對于恒定扭矩速度調(diào)節(jié)，Tem=1=2。如果勵磁保持不變，1=2，那么，(23-26)，也就是，(23-27)，第5節(jié)：當(dāng)制動DC電機(jī)時，保持勵磁電流不變。此時，電機(jī)仍有磁場，由于轉(zhuǎn)子的慣性，電樞繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)成為獨(dú)立勵磁發(fā)電機(jī)，電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子方向相反，起到制動作用。此時，轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)化為電能，電能在制動電阻和單元體上消耗，直到單元停止運(yùn)行。1、能耗制動，2、反向制動，在保持勵磁電流不變的情況下，用反向開關(guān)將電樞兩端串聯(lián)后再反向接入電網(wǎng)。此時，當(dāng)電網(wǎng)電壓與作為電動機(jī)

10、運(yùn)行時的原始反電動勢方向相同，并且仍然指定在電動機(jī)的正方向時，電樞電流Ia=-(U E) /(Ra RL)非常大，這與原始電樞電流方向相反，然后產(chǎn)生與電樞旋轉(zhuǎn)方向相反的大電磁轉(zhuǎn)矩，這缺點(diǎn)是電樞電流可能非常大，這會影響電機(jī)并導(dǎo)致電網(wǎng)電壓下降。因此，在反向連接期間，必須串聯(lián)足夠的限流電阻R1，以將Ia=-(U E)/(Ra R1)限制在允許值以下。這樣，在制動時，電網(wǎng)提供的功率和機(jī)組的動能都消耗在電樞電路電阻和限流電阻上，這是非常不經(jīng)濟(jì)的。需要注意的是，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到零時，必須及時切斷電源，否則電機(jī)會反轉(zhuǎn)。3.反饋制動連接到電網(wǎng)的電機(jī)由于高速進(jìn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。此時，電磁轉(zhuǎn)矩充當(dāng)制動器，產(chǎn)生的電能被反饋到電網(wǎng)。這種制動方法稱為反饋制動。例如，當(dāng)由串聯(lián)勵磁電機(jī)驅(qū)動的電車或電力機(jī)車下坡時，如果不施加制動，機(jī)車的速度將變得越來越高，達(dá)到危險值。如果將串聯(lián)勵磁改為并聯(lián)勵磁或其他勵磁，以確保勵磁電流適當(dāng)，并且電樞仍連接到電網(wǎng)，當(dāng)速度達(dá)到某個值時，電機(jī)的反電動勢E U，電樞電流反向，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)。此時，扭矩起到制動器的作用，限制轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，并將機(jī)車下坡時的勢能轉(zhuǎn)化為電能，并將其反饋給電網(wǎng)。第六節(jié)整流電源對DC電機(jī)的影響晶閘管整流電源比DC發(fā)電機(jī)更經(jīng)濟(jì)、高效、方便，已廣泛用于DC電機(jī)的供電。晶閘管整流電源一般通過單相、三相