电机与电器——直流电机2

1、直流发电机的运行原理直流发电机的运行原理:aaaaaaaaaaEUIREUIREU感 应 电 动 势输 出 端 电 压电 枢 电 流电 枢 回 路 内 阻注 意 ：2 2、发电机的转矩平衡方程式、发电机的转矩平衡方程式1010:MMMMMM原动机驱动转矩电磁转矩电机的各种损耗引起的空载转矩，永远与n反向3 3、发电机的功率平衡关系、发电机的功率平衡关系110022222():():mma aaaaaa aaaaaaaPMMMPPPME IUI R IU II RPI RPI R原动机输入功率：电磁功率输出电功率电枢回路内阻功耗二、二、 直流发电机的特性直流发电机的特性aUaIfIaI直流发电机

2、的四个基本物理量：直流发电机的四个基本物理量： 、 、I If f、n n。（n n由原动机拖动，保持不变）由原动机拖动，保持不变）运行特性运行特性：在：在 、 、 n 之间，保证其中一个量之间，保证其中一个量不变，另外两个物理量之间的函数关系。不变，另外两个物理量之间的函数关系。aU二、二、 直流发电机的特性直流发电机的特性主要特性：（1）n额定转速， 常数， f（If）；负载特性（2）n额定转速， If常数， f（ ）；外特性（3）n额定转速， 常数，Iff（ ）；调节特性注意：不同励磁方式的发电机，特性不同，需分别讨论注意：不同励磁方式的发电机，特性不同，需分别讨论aIaIaIaUaUa

3、U他励直流发电机的特性他励直流发电机的特性aIaUfI空载时，aEU nCEea n等于常数aE)()(0ffIfIfu空载特性曲线实质即为磁化曲线空载特性曲线实质即为磁化曲线他励直流发电机的特性他励直流发电机的特性aIaUaaaaeaaUEI RC nI R 定义：定义：n n额定转速，额定转速， I If f常数，常数， f f（ ）他励直流发电机的特性他励直流发电机的特性端电压下降有两个原因：端电压下降有两个原因：1 1、负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强，电动势减小；、负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强，电动势减小；2 2、电枢回路上的电阻压降增加、电枢回路上的电阻压降增加他励直流

4、发电机的特性他励直流发电机的特性%1000NNUUUU一般他励直流发电机的电压变化率约为510%。他励直流发电机的特性他励直流发电机的特性并励直流发电机的特性并励直流发电机的特性1 1）当电机内部有剩磁时，原动机带动电枢旋转时切割剩磁，）当电机内部有剩磁时，原动机带动电枢旋转时切割剩磁，产生剩磁电动势产生剩磁电动势2 2）若励磁绕组与电枢绕组并联极性正确，即使此时励磁绕组）若励磁绕组与电枢绕组并联极性正确，即使此时励磁绕组中电流所建立的磁动势与原先的剩磁方向一致，则电枢电动中电流所建立的磁动势与原先的剩磁方向一致，则电枢电动势因为磁场的增强而增大，则励磁电流也增大（势因为磁场的增强而增大，则励

5、磁电流也增大（ U U0 0 I If f R Rf f）。）。若二者方向相反，则磁场抵消，无法建立稳定电压。若二者方向相反，则磁场抵消，无法建立稳定电压。3 3）3 3）若）若RfRf 小于某一个值，则在小于某一个值，则在U0U0 If If RfRf的同时也满足的同时也满足空载特性空载特性U0U0f f（If0If0）时，则会使空载端电压稳定在某一个时，则会使空载端电压稳定在某一个数值处。数值处。并励直流发电机的自激过程并励直流发电机的自激过程并励直流发电机的自激过程并励直流发电机的自激过程IUdtdILRIUffff0)(fffIfRI)(0fIfU )(ffRIdtd并励直流发电机的自

6、激条件并励直流发电机的自激条件 注意：不同的转速，注意：不同的转速， 具有不同的临界电阻具有不同的临界电阻并励直流发电机的特性 1 1、空载特性：、空载特性： 并并励励发电机的空载特性与一般电机的空载特发电机的空载特性与一般电机的空载特性一样，也是磁化曲线。性一样，也是磁化曲线。 由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限。线只在第一象限。并励直流发电机的特性并励直流发电机的特性 1 1、外特性、外特性：端电压下降有三个原因：端电压下降有三个原因：1 1、负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强，电动势减小；、负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强

7、，电动势减小；2 2、电枢回路上的电阻压降增加、电枢回路上的电阻压降增加3 3、由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，、由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，端电压进一步下降。端电压进一步下降。直流测速发电机直流测速发电机电磁式直流测速发电机（微型他励直流发电机）永磁式直流测速发电机（微型直流发电机）直流测速发电机直流测速发电机直流测速发电机aLaRRUEIREU00CnnRRCULae10直流测速发电机URL 1RL= RL 2RL 1RL 2直流测速发电机直流测速发电机直流电动机一、直流电动机的基本方一、直流电动机的基本方程程1 1、电势平衡方程、电势平衡方程aaaaa

8、aaaeaaaeUEI REUI RC nUI RnC直流电动机的基本方程2 2、转矩平衡方程、转矩平衡方程00:LLMMMMMM驱动转矩（电磁转矩）负载转矩空载转矩直流电动机的机械特性机械特性：在一定的电压和励磁电流下，转速机械特性：在一定的电压和励磁电流下，转速n n和和电磁转电磁转 矩矩M M之间的关系。之间的关系。注意：不同励磁方式的电机，机械特性不同。注意：不同励磁方式的电机，机械特性不同。特性大：表示机械特性为软特性小：表示机械特性为硬机械特性的斜率一、他励（并励）直流电动机的工作特性一、他励（并励）直流电动机的工作特性:maaeaaaMCIEC nUEI R电磁转矩感应电势电势方

9、程20aeemRUnMCC CnM机械特性：直流电动机的机械特性0:eUnC理想空载转速aIn0n直流电动机的机械特性当当电压电压和和电枢绕组回路总电阻电枢绕组回路总电阻不变时，不变时，转速与转矩呈直线关系转速与转矩呈直线关系时aNNRRUU,TCCRCUnNTeaNeN2时RRRUUaNN,TCCRRCUnNTeaNeN2naR1 RRa2 RRa12321 RR特点：1、电枢串电阻的人为机械特性比固有机械特性软；2、但理想空载转速不变。串接不同电阻时的机械特性为交于纵坐标一点的射线族。T时aNRR ,TCCRCUnNTeaNe2nTNU1U2U21UUUN时aNRRUU,TCCRCUnTe

10、aeN2TscNT1scT2scT21N曲线不同时的)(Tfn 12NTCCRCUnNTeaNeN2aaaaUI RRI很小， 很大，容易烧坏电机。 当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：21222212amamaamaeemamaaeaemaaeemkIMCIC IMIC kRUnMCC CRUnC kI IC kIC C k IRUnC kMC kC k 又： 结论： n与sqrt(M)成反比emTn串励电动机的机械特性生产机械的负载机械特性生产机械的负载机械特性zTnzTn反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性生

11、产机械的负载机械特性nKTz/nzT生产机械的负载机械特性2KnTznzT电机拖动稳定运行的条件nT1 1、必要条件：电动机的、必要条件：电动机的机械特性与负载转矩特性机械特性与负载转矩特性有交点有交点2 2、充分条件：干扰消除、充分条件：干扰消除后，拖动系统必须有能力后，拖动系统必须有能力使转速恢复到原来的稳定使转速恢复到原来的稳定点点0dMdn直流伺服电动机直流伺服电动机fUfIcUcI直流伺服电动机直流伺服电动机 n n1 1 Uc1U c 2Uc3 n2 2 1 Uc1 n3 3 2 Uc2 3 Uc3 0 T1 T2 T3 3、特性分析（电枢控制）：、特性分析（电枢控制）：1 1）2

12、0aeemRUnMCC CnM机械特性：改变控制电压改变控制电压U U，斜率，斜率不变，理想空载转速不变，理想空载转速改变。因此，改变。因此，直流伺服电动机的机直流伺服电动机的机械特性是一组平行的械特性是一组平行的直线。直线。直流伺服电动机直流伺服电动机2aeemRUnMCC C直流伺服电动机直流伺服电动机20aeemaamaaaRUnMCC CRUMCUR I n T2T10 1 T=0 n1 T1 2 n2 1 T2 3 n3 2 3 0 U1 Uc3 U2 Uc2 Uc1 Uc直流伺服电动机直流伺服电动机直流电机的起动直流电机的起动1 1、起动过程：直流电动机接到电源以后，、起动过程：直

13、流电动机接到电源以后，转速从零达到稳定转速的过程。转速从零达到稳定转速的过程。2 2、起动的特点：、起动的特点：电流很大，易造成线路电压瞬间降低，对电流很大，易造成线路电压瞬间降低，对其他设备产生影响。其他设备产生影响。3 3、对电动机起动的基本要求：、对电动机起动的基本要求：（1 1）起动转矩要大；）起动转矩要大；（2 2）起动电流要小；）起动电流要小；（3 3）起动设备要简单、经济、可靠。）起动设备要简单、经济、可靠。0,0aaaaEnREUI则，又起动时是额定电流的十几倍直接起动时aI直流电机的起动直流电机的起动（1）他励直流电机直接起动：将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动。aNaa

14、aRUIREn, 0, 0, 0优点：操作简单，无需另加设备。缺点：冲击电流大，引起换向困难，产生火花；电源会发生瞬时跌落。适用于容量很小的电动机。（2）电枢回路串变阻器起动将起动电阻串入电枢回路，待转速上升后，逐步将起动电阻切除。直流电机的起动直流电机的起动直流电机的起动直流电机的起动n1QT2QTzTbacdefg1232R1RaRh直流电机的起动直流电机的起动 起动时，串接所有外接电阻，机械特性为起动时，串接所有外接电阻，机械特性为1 1，起动电流大，对应的起动转矩大于负载转矩，转起动电流大，对应的起动转矩大于负载转矩，转速沿机械特性速沿机械特性1 1开始上升；开始上升； 在在b b点处

15、切除部分外接电阻，机械特性变为点处切除部分外接电阻，机械特性变为2 2，设计恰当时，转矩又增大到设计恰当时，转矩又增大到c c点，转速再次上升；点，转速再次上升； 在在d d点再切除剩下的电阻，电机沿机械特性为点再切除剩下的电阻，电机沿机械特性为3 3继续升速，直到继续升速，直到g g点稳定，起动完毕。点稳定，起动完毕。直流电机的起动直流电机的起动12121221abababUEUEIIRRnnEEIRIR因为所以nT1QTzTbacdefg1232R1RaRhaRRII121aRRRRII11221直流电机的起动直流电机的起动mamammmmRRRRRRRRII121121.（6 6）计算各

16、级起动电阻。）计算各级起动电阻。（1 1）估算或查出电枢电阻）估算或查出电枢电阻 ；（2 2）根据过载倍数选取最大转矩根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流对应的最大电流I I；（3 3）选取起动级数选取起动级数 ；（4 4）计算起动电流比：）计算起动电流比： m 取整数取整数（5 5）计算转矩）计算转矩: :，校验：校验：如果不满足，应另选如果不满足，应另选 或或 值并重新计算，直到满足该值并重新计算，直到满足该条件为止条件为止. .直流电机的起动直流电机的起动-计算各级起动电阻的步骤：计算各级起动电阻的步骤：2(1.1LT 1mNaUI R aRm1Tm1T12TT 直流电机的起动直流电机的起动在已知起动电流比在已知起动电流比和电枢电阻前提下，经推和电枢电阻前提下，经推导可得各级串联电阻为导可得各级串联电阻为: :12123211(1)(1)(1).(1)stastaststastms