new电气直流电机学习教案

1、会计学1new电气电气(dinq)直流电机直流电机第一页，共122页。n直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。n直流电动机的调速范围宽广直流电动机的调速范围宽广(kungung)，调速特性平滑。，调速特性平滑。n直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。优点优点缺点缺点第1页/共121页第二页，共122页。直流电源直流电源励磁电源励磁电源测速测速伺服伺服第2页/共121页第三页，共122页。主要由定子、转子主要由定子、转子(zhun z)两部两部分组成分组成直流电机直流电机定子定子转子转子机座机

2、座换向极换向极主磁极主磁极电刷装置电刷装置电枢铁电枢铁心心轴承轴承换向器换向器风扇风扇转轴转轴电枢绕组电枢绕组第3页/共121页第四页，共122页。第4页/共121页第五页，共122页。第5页/共121页第六页，共122页。第6页/共121页第七页，共122页。第7页/共121页第八页，共122页。第8页/共121页第九页，共122页。第9页/共121页第十页，共122页。第10页/共121页第十一页，共122页。直流发电机工作直流发电机工作(gngzu)原理原理 右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢(d

3、in sh)。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。 直流发电机(dinj)是将机械能转变成电能的旋转机械。 当原动机驱动电机(dinj)转子逆时针旋转时同，线圈abcd将感应电动势。如右图，导体ab在N极下，a点高电位，b点低电位；导体cd在S极下，c点高电位，d点低电位；电刷A极性为正，电刷B极性为负。 第11页/共121页第十二页，共122页。 当原动机驱动电机转子逆时针旋当原动机驱动电机转子逆时针旋转转 后，如右图。后，如右图。0180 可见，和电刷可见，和电刷A A接触的导体总是接触的导体总是

4、(zn (zn sh)sh)位于位于N N极下，和电刷极下，和电刷B B接触的导体总是接触的导体总是(zn sh)(zn sh)位于位于S S极下，极下， 导体导体(dot)ab(dot)ab在在S S极下，极下，a a点低电位点低电位，b b点高电位；导体点高电位；导体(dot)cd(dot)cd在在N N极下极下，c c点低电位，点低电位，d d点高电位；电刷点高电位；电刷A A极性极性仍为正，电刷仍为正，电刷B B极性仍为负。极性仍为负。直流发电机工作直流发电机工作(gngzu)原原理理第12页/共121页第十三页，共122页。电枢线圈内电势、电流方向电枢线圈内电势、电流方向(fngxi

5、ng)(fngxing)是交流电；是交流电；电刷间为直流电势，线圈中感应电势电刷间为直流电势，线圈中感应电势与电流方向与电流方向(fngxing)(fngxing)一致；一致；产生的电磁转矩产生的电磁转矩T T与转子转向相反，是与转子转向相反，是制动性质。制动性质。第13页/共121页第十四页，共122页。 把电刷把电刷A、B接到直流电源上，电刷接到直流电源上，电刷A接正极，电刷接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈接负极。此时电枢线圈(xinqun)中将电流流过。如右图。中将电流流过。如右图。 直流电动机直流电动机(dngj)是将电能转变成是将电能转变成机械能的旋转机械。机械能的旋转机械。 在磁

6、场作用在磁场作用(zuyng)下，下，N极性下导极性下导体体ab受力方向从右向左，受力方向从右向左，S 极下导体极下导体cd受受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。，电机转子逆时针方向旋转。直流电动机工作原理直流电动机工作原理第14页/共121页第十五页，共122页。原原N N极性下导体极性下导体abab转到转到S S极下，受力方向从极下，受力方向从左向右，原左向右，原S S 极下导体极下导体cdcd转到转到N N极下，受力极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆

7、时针方向方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈的电磁转矩。线圈(xinqun)(xinqun)在该电磁力在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。转。 当电枢旋转当电枢旋转(xunzhun)(xunzhun)到右图所到右图所示位置时示位置时 同直流发电机相同，实际的直流电动同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极机的电枢并非单一线圈，磁极(cj)(cj)也也并非一对。并非一对。直流电动机工作原理直流电动机工作原理第15页/共121页第十六页，共122页。外施电压、电流外施电压、电流(dinli)(dinli)是直流是直

8、流, ,电枢线电枢线圈内电流圈内电流(dinli)(dinli)是交流；是交流；线圈中感应电势与电流线圈中感应电势与电流(dinli)(dinli)方向相方向相反；反；产生的电磁转矩产生的电磁转矩T T与转子转向相同，是驱与转子转向相同，是驱动性质。动性质。第16页/共121页第十七页，共122页。第17页/共121页第十八页，共122页。IU-+EaIaIfIU-+EaIaIfIfIaEa+-UIIUf-+U-+EaIaIf他励他励并励并励串励串励复励复励第18页/共121页第十九页，共122页。额定额定( dng)( dng)容量容量PNPN： 输出功率（输出功率（kWkW）；）；额定电压

9、额定电压(diny)UN(diny)UN：额定状态下出线端电压：额定状态下出线端电压(diny)(V)(diny)(V)；额定额定( dng)( dng)电流电流ININ：额定：额定( dng)( dng)状态下出线端状态下出线端电流（电流（A A）；）；额定转速额定转速n n： 额定状态下的电机转速额定状态下的电机转速(r/min)(r/min) 额定值：指电机正常运行时各物理量的数值。此时亦称电机满载额定值：指电机正常运行时各物理量的数值。此时亦称电机满载运行。否则为欠载或过载运行。否则为欠载或过载第19页/共121页第二十页，共122页。 对于直流发电机，对于直流发电机，PNPN是指电刷

10、端输出的电功率，是指电刷端输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积它等于额定电压和额定电流的乘积(chngj)(chngj)。PNPNUNIN UNIN 对于直流电动机，对于直流电动机，PNPN是指轴上输出的机械功率，是指轴上输出的机械功率，所以公式中还应有效率所以公式中还应有效率NN存在。存在。PNPNUNINN UNINN 说明说明(shumng)(shumng)第20页/共121页第二十一页，共122页。 系列：是一般用途的中小型直流电机，包括发电机系列：是一般用途的中小型直流电机，包括发电机和电动机。和电动机。 系列：是一般用途的大、中型直流电机系列。系列：是一般用途的大、中型直流

11、电机系列。 系列：是用于恒功率且调速范围比较系列：是用于恒功率且调速范围比较(bjio)(bjio)大的大的拖动系统里的广调速直流电动机。拖动系统里的广调速直流电动机。国产国产(guchn)(guchn)直流电机的主要系列直流电机的主要系列产品产品2ZZFZ和TZ第21页/共121页第二十二页，共122页。对电枢对电枢(din sh)(din sh)绕组的绕组的要求：要求： 在通过在通过(tnggu)(tnggu)规定的电流和产生足够的电动势和规定的电流和产生足够的电动势和电磁转矩前提下，所消耗的有效材料最省，强度高（机械电磁转矩前提下，所消耗的有效材料最省，强度高（机械、电气、热），运转可靠

12、，结构简单等。、电气、热），运转可靠，结构简单等。 电枢绕组电枢绕组: : 直流电机的电磁感应的关键部件之一直流电机的电磁感应的关键部件之一, , 是直流电机是直流电机的主电路部分，亦是实现机电的主电路部分，亦是实现机电(jdin)(jdin)能量转换的枢纽。能量转换的枢纽。 电枢绕组由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成。按照连电枢绕组由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成。按照连接规律的不同，电枢绕组分为接规律的不同，电枢绕组分为单叠绕组单叠绕组和和单波绕组单波绕组等多种型式。等多种型式。第22页/共121页第二十三页，共122页。现代直流电机均用鼓形绕组现代直流电机均用鼓形绕组(

13、roz)(roz)，它又分为叠绕组，它又分为叠绕组(roz)(roz)、波绕组、波绕组(roz)(roz)和蛙形绕组和蛙形绕组(roz)(roz)。电枢绕组电枢绕组(roz)(roz)的形式的形式叠绕组叠绕组(roz(roz) )波绕组波绕组第23页/共121页第二十四页，共122页。直流电枢绕组直流电枢绕组(roz)(roz)基本知基本知识识n 元件：构成绕组的线圈称为元件：构成绕组的线圈称为(chn wi)绕组元件，分单匝和多匝两种绕组元件，分单匝和多匝两种。一个元件由两条元件边和前、后端接线组成，元件个数用。一个元件由两条元件边和前、后端接线组成，元件个数用S表示。表示。n 元件的首末端

14、元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。一根称为首端，另一根称为末端。元件：元件：11元件边；元件边；22首端；首端；33末端；末端；第24页/共121页第二十五页，共122页。n 换向片换向片 元件边依次放在电枢槽内元件边依次放在电枢槽内, ,一个元件一条边放在槽的上层，另一条元件边一个元件一条边放在槽的上层，另一条元件边放在槽的下层放在槽的下层(xicng)(xicng)，槽数用，槽数用 表示。表示。 每个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一每个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一个元件的上层边和另一

15、个元件的下层个元件的上层边和另一个元件的下层(xicng)(xicng)边，边，所以元件数所以元件数S S总等于换向片数总等于换向片数K K。即。即S=KS=K。n 槽和虚槽槽和虚槽虚槽：把一个上层元件边与一个下层元虚槽：把一个上层元件边与一个下层元件边看成件边看成(kn chn)(kn chn)一个虚槽，虚槽数用一个虚槽，虚槽数用 表示。表示。如图所示：即一个如图所示：即一个实槽里有三个虚槽实槽里有三个虚槽一个实槽里的虚槽数用一个实槽里的虚槽数用u u表示，则：表示，则：uQuQuQuSKQ且满足且满足Q第25页/共121页第二十六页，共122页。n 极对数极对数(du sh)p(du sh

16、)p，电机的极数，电机的极数为为2p2p2uQp（槽）n 极轴线：主磁极极轴线：主磁极(cj)(cj)的中心线，把主磁极的中心线，把主磁极(cj)(cj)平分成两部平分成两部分。分。n 几何中性线几何中性线：磁极之间的平分线。：磁极之间的平分线。n 绕组节距绕组节距：是指被联接起来的两个元件边或换向片之间的距离，以：是指被联接起来的两个元件边或换向片之间的距离，以所跨过的元件边数或虚槽数或换向片数来表示。所跨过的元件边数或虚槽数或换向片数来表示。第26页/共121页第二十七页，共122页。n 第一节距第一节距 ：n 一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离，用所跨槽数表示一个元件的两个元件边在

17、电枢表面所跨的距离，用所跨槽数表示。选择的依据是尽量。选择的依据是尽量(jnling)(jnling)让元件里感应电动势为最大。此时让元件里感应电动势为最大。此时n 12uQyp1yn 第二节距第二节距 ：n 连至同一换向片上的两个连至同一换向片上的两个(lin )(lin )元件中第一个元件的下层边与第元件中第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。二个元件的上层边间的距离。 1y2yn 合成节距合成节距 ：n 连接同一连接同一(tngy)(tngy)换向片上的两个元件对应边之间的距离。换向片上的两个元件对应边之间的距离。yn 换向片节距换向片节距 ： 同一元件首末端连接的换向片之间的

18、距离。同一元件首末端连接的换向片之间的距离。cy第27页/共121页第二十八页，共122页。12yyy单叠绕组单叠绕组12yyy单波绕组单波绕组第28页/共121页第二十九页，共122页。第29页/共121页第三十页，共122页。第30页/共121页第三十一页，共122页。y=yy=yc c=1=1第31页/共121页第三十二页，共122页。数据数据(shj)计算：计算：yyC1计算数据计算数据y和和y1画绕组展开图画绕组展开图安放电刷和磁极安放电刷和磁极实例实例(shl)： P2， SK= 16116422 2uQypuQ第32页/共121页第三十三页，共122页。11.槽展开槽展开2.绕组

19、放置绕组放置3.安放磁极电刷安放磁极电刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展开槽展开(zhn ki)绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷NSNS+NSNS电枢电枢(din (din sh)sh)转向转向e ee ee ee e1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616第33页/共121页第三十四页，共122页。方向。在磁极的几何中心线上电势为零。第34页/共121页第三十五页，共122页。aaaiI2第35页/共121页第三十六页，共122页。单叠绕组：先串联所

20、有上元件边在同一极下的元件单叠绕组：先串联所有上元件边在同一极下的元件， 形成一条支路。形成一条支路。 每增加一对主极就增加一对支路每增加一对主极就增加一对支路。 2a2p。 叠绕组并联的支路数多，叠绕组并联的支路数多， 每条支路中串联元件数每条支路中串联元件数少，少，适应于较大电流、较低电压的电机。适应于较大电流、较低电压的电机。 单波绕组：把全部上元件边在相同极性下的元件相单波绕组：把全部上元件边在相同极性下的元件相连，形成一条支路。连，形成一条支路。 整个绕组只有一对支路，整个绕组只有一对支路， 极极数的增减与支路数无关。数的增减与支路数无关。 2a2。波绕组并联的支路数少，波绕组并联的

21、支路数少， 每条支路中串联元件数每条支路中串联元件数多，多， 适用于较高电压、较小电流的电机。适用于较高电压、较小电流的电机。第36页/共121页第三十七页，共122页。第37页/共121页第三十八页，共122页。第38页/共121页第三十九页，共122页。 直流电机空载时的磁场分布示意图1 极靴；2极身；3定子铁轭；4励磁(l c)绕组；5气隙；6电枢齿；7电枢铁轭第39页/共121页第四十页，共122页。主磁通、主磁路：由主磁通、主磁路：由N N极出发，极出发， 经气隙进入电枢齿部，经电枢铁经气隙进入电枢齿部，经电枢铁心心(ti xn)(ti xn)的磁轭到另外的电枢的磁轭到另外的电枢齿，

22、通过气隙进入齿，通过气隙进入S S极，再经定子极，再经定子轭回到原来轭回到原来N N极。极。主磁通交链励磁主磁通交链励磁(l c)绕组和电枢绕组，绕组和电枢绕组， 在在电枢绕组中感应电动电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩。势或产生电磁转矩。漏磁通、漏磁路：不进入电枢铁漏磁通、漏磁路：不进入电枢铁心，直接经过相邻的磁极或定子心，直接经过相邻的磁极或定子轭。轭。影响饱和程度影响饱和程度第40页/共121页第四十一页，共122页。1）空载）空载(kn zi)时气隙磁通密度的分布图形时气隙磁通密度的分布图形 空载时，励磁磁动势主要空载时，励磁磁动势主要(zhyo)(zhyo)消耗在气隙上。当忽略铁磁材

23、消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。形状。几何中性线几何中性线极靴极靴极身极身（a）气隙形状）气隙形状 磁极中心及附近的气隙小且均匀磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠，磁通密度较大且基本为常数，靠近近(kojn)(kojn)极尖处，气隙逐渐变大极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。通密度为

24、零。第41页/共121页第四十二页，共122页。图图 直流电机空载直流电机空载(kn zi)(kn zi)磁场的磁密分布磁场的磁密分布气隙磁密度气隙磁密度(md)为一为一平顶波平顶波0fFB 主磁极的励磁磁动势主磁极的励磁磁动势主要消耗在气隙上，当忽主要消耗在气隙上，当忽略主磁路中铁磁性材料略主磁路中铁磁性材料(c xn ci lio)(c xn ci lio)的磁的磁阻时，主磁极下气隙磁通阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙密度的分布就取决于气隙的大小的大小第42页/共121页第四十三页，共122页。2）直流电机的空载磁化）直流电机的空载磁化(chu)曲线曲线fNFfFA0N0 电机

25、的磁化电机的磁化(chu)(chu)曲线曲线 考虑考虑(kol)(kol)到电机的运行到电机的运行性能和经济性，直流电机额定性能和经济性，直流电机额定运行的磁通额定值的大小取在运行的磁通额定值的大小取在磁化曲线开始弯曲的地方。即磁化曲线开始弯曲的地方。即取在图中的取在图中的A A点（称为膝点）点（称为膝点）。直线，不饱直线，不饱和部分和部分饱和部分饱和部分膝点膝点磁化曲线：表示空载主磁通磁化曲线：表示空载主磁通0 0与主极与主极磁动势磁动势F Ff f之间的关系曲线，之间的关系曲线， 0 0f f（ F Ff f）。通过实验或计）。通过实验或计算得到。算得到。第43页/共121页第四十四页，共

26、122页。 假设励磁电流为零，只假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生枢磁动势产生(chnshng)(chnshng)的气隙磁场在空间的分布的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴情况，电枢磁动势为交轴磁动势。磁动势。第44页/共121页第四十五页，共122页。2 2）电枢磁通势单独产生的气隙磁通密度波形）电枢磁通势单独产生的气隙磁通密度波形为一三角为一三角(snjio)(snjio)波（气隙是均匀）波（气隙是均匀）电枢电枢(din sh)(din sh)磁动势及电枢磁动势及电枢(din (din sh)Bsh)B 如果气隙是均匀的，则在极靴范围如果气

27、隙是均匀的，则在极靴范围内，磁密分布也是一条内，磁密分布也是一条(y tio)(y tio)直线。直线。但在两极极靴之间的空间内，因气隙长但在两极极靴之间的空间内，因气隙长度大为增加，磁阻急剧增加，虽然此处度大为增加，磁阻急剧增加，虽然此处磁通势较大，磁密却反而减小，因此磁磁通势较大，磁密却反而减小，因此磁密分布曲线是马鞍形密分布曲线是马鞍形axFaxB0fFB第45页/共121页第四十六页，共122页。负载时电枢磁动势对主极磁场的影响称为负载时电枢磁动势对主极磁场的影响称为(chn wi)(chn wi)电电枢反应。枢反应。 第46页/共121页第四十七页，共122页。电枢电枢(din sh

28、)(din sh)反应作用：反应作用：1 1）引起气隙磁场畸变，使电枢）引起气隙磁场畸变，使电枢(din sh)(din sh)表面磁密等于零的位置（物理表面磁密等于零的位置（物理中性线）偏离几何中性线，中性线）偏离几何中性线，2 2）不计饱和时，交轴电枢）不计饱和时，交轴电枢(din sh)(din sh)反应（总）既无增磁、亦无去磁作反应（总）既无增磁、亦无去磁作用用 计及饱和时，交轴电枢计及饱和时，交轴电枢(din sh)(din sh)反应（总）具有一定的去磁作用。反应（总）具有一定的去磁作用。增磁增磁去磁去磁N Na aS Sa a去磁去磁增磁增磁第47页/共121页第四十八页，共1

29、22页。 直轴分量直接直轴分量直接(zhji)(zhji)作用于作用于F0F0方向方向, ,起直接起直接(zhji)(zhji)的增磁或去磁作用的增磁或去磁作用, ,对主极磁场影响较大对主极磁场影响较大. .第48页/共121页第四十九页，共122页。第49页/共121页第五十页，共122页。 直流电机无论作电动机运行还是作发电机运行，电枢直流电机无论作电动机运行还是作发电机运行，电枢(din sh)绕组内都绕组内都产生感应电动势。产生感应电动势。电动机电动机/ /发电机运行时电枢元件中的电势与电流发电机运行时电枢元件中的电势与电流(dinli)(dinli)方向方向 第50页/共121页第五

30、十一页，共122页。avBll电枢绕组有电枢绕组有2a2a条支路条支路, ,每条支路元件相同每条支路元件相同每条支路所处磁场也对称相同每条支路所处磁场也对称相同每条支路的合成电动势方向相同每条支路的合成电动势方向相同, ,大小相同大小相同电机电机(dinj)(dinj)感应电动势即为一条支路电动势感应电动势即为一条支路电动势lBav第51页/共121页第五十二页，共122页。lvBeavav602npv602npeav2za2226060aavezznEepaapznCna60epzCa第52页/共121页第五十三页，共122页。aavavilBf2DfTavx 如果电动势和发电机相关，那么，

31、电磁转矩和电动机可以联系在如果电动势和发电机相关，那么，电磁转矩和电动机可以联系在一起一起(yq)(yq)，求解电磁转矩的过程和求解电动势是一样的：，求解电磁转矩的过程和求解电动势是一样的：1 1）先求一个导体）先求一个导体(dot)(dot)的平均电磁力：的平均电磁力：2 2）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的平均转矩：平均转矩：第53页/共121页第五十四页，共122页。222222aaemxavaTaIIDpTTzB lzlzalapzICIa2TpzCa2aaIaiemTaTCI第54页/共121页第五十五页，共122页。eC

32、TC609.552TeCC9.55TeCC一台制造好的电机，一台制造好的电机， 它的电磁转矩正比于每极磁通和它的电磁转矩正比于每极磁通和电枢电枢(din sh)电流，电流， 与磁密分布无关。与磁密分布无关。第55页/共121页第五十六页，共122页。直流电动机：从电源吸收的电功率，通过直流电动机：从电源吸收的电功率，通过(tnggu)(tnggu)电磁感电磁感应作用，转换成轴上的机械功率；应作用，转换成轴上的机械功率；直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的机械功直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的机械功率等于通过率等于通过(tnggu)(tnggu)电磁感应作用在电枢回路所得

33、到的电电磁感应作用在电枢回路所得到的电功率。功率。 606022emaaeaaaempzPE ICnIIapzITa 第56页/共121页第五十七页，共122页。2 18659.222 1 3.1416TpzCa AAUPINNNN331915. 0330101003 mNmNICTNNTN7 62 .592第57页/共121页第五十八页，共122页。n他励直流电机他励直流电机图图3-28 3-28 稳态运行稳态运行(ynxng)(ynxng)时直流电机的电路时直流电机的电路图图 a) a)发电机发电机 b) b)电动机电动机a)a)b)b)第58页/共121页第五

34、十九页，共122页。2aasEUI RU aaaEUI RasaaIURIR2电枢电枢(din sh)总电阻总电阻同向同向电枢电枢(din sh)电阻电阻电刷电刷压降压降n电压方程第59页/共121页第六十页，共122页。saaURIEU2aaaRIEUasaaIURIR2电枢电枢(din sh)总电阻总电阻反向(fn xin)电枢电枢电阻电阻电刷电刷压降压降第60页/共121页第六十一页，共122页。aaaEUI RaaaRIEU发电机电压发电机电压(diny)(diny)方方程程电动机电压电动机电压(diny)(diny)方方程程第61页/共121页第六十二页，共122页。10emPPP2

35、cuaemPPPP0P0：克服机械摩擦、风阻、铁心损耗：克服机械摩擦、风阻、铁心损耗(snho)(snho)等所需等所需的功率的功率. .原动机输入给发电机的机械功率原动机输入给发电机的机械功率 1P1220CuaPPPPPP2aaaaaE IUIIReTaaIE发电机：发电机： 机械能机械能 转化转化(zhunhu)为电能为电能第62页/共121页第六十三页，共122页。aaaaaRIIEUIP2120emPPPaaIEemT 电动机：电动机： 电能电能(dinnng) 转化为机转化为机械能械能1220CuaPPPPPP 1emCuaPPP第63页/共121页第六十四页，共122页。第64页

36、/共121页第六十五页，共122页。TemT1T0vn10emTTT第65页/共121页第六十六页，共122页。TemT2T0vn02emTTT第66页/共121页第六十七页，共122页。n电磁电磁(dinc)(dinc)转矩与转速转向转矩与转速转向相反相反第67页/共121页第六十八页，共122页。02emTTTaaaRIEUemTaTCInCEeaaUEaUE第68页/共121页第六十九页，共122页。直流发电机的四个基本直流发电机的四个基本(jbn)物理量：物理量： U、I、If、n。（。（n由原由原动机拖动，保持不变）动机拖动，保持不变）运行特性：在运行特性：在U、I、If 之间，保证

37、其中一个量不变，另外之间，保证其中一个量不变，另外(ln wi)两个物理量之间的函数关系。两个物理量之间的函数关系。主要主要(zhyo)特性：特性：（1）n n常数，常数， I I常数，常数， U Uf f（I If f）；空载特性；空载特性（2）n n常数，常数， I If f常数，常数，U Uf f（I I）；外特性；外特性（3）n n常数，常数， U U常数，常数，I If ff f（I I）；调节特性；调节特性第69页/共121页第七十页，共122页。一、他励直流发电机的运行一、他励直流发电机的运行(ynxng)(ynxng)特特性性1 1、空载、空载(kn (kn zi)zi)特性特

38、性1nC0I ()fUf I定义：当当 、 时，时， 直流发电机的空载特性是非线性的的，直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常上升与下降的过程是不相同的。实际中通常(tngchng)取平均特性曲线作为空载特性曲取平均特性曲线作为空载特性曲线。线。 空载时，空载时， 。由于。由于 ，因此空载特性实质上就是因此空载特性实质上就是 。由。由于于 正比于正比于 ，空载特性实质即为磁化空载特性实质即为磁化曲线。曲线。aUEaeECn()afEf IaE空载特性曲线上升分支空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线平均空载特性曲线UfIa

39、aaEUI RU=afEI第70页/共121页第七十一页，共122页。2 2、外特性、外特性(txng)(txng)NnnffNII( )Uf I定义：当定义：当 、 时，时， 外特性曲线如图所示外特性曲线如图所示 由曲线由曲线(qxin)可见，负载电流增大时可见，负载电流增大时，端电压有所下降。，端电压有所下降。他励并励U0U0IeaaUCnI R 根据根据 可知，端电压下降有两个原因：可知，端电压下降有两个原因：一是在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁作用一是在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁作用使每极磁通量减少，使电动势减少；使每极磁通量减少，使电动势减少；

40、另一个原因是电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端另一个原因是电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压下降。电压下降。 第71页/共121页第七十二页，共122页。%1000NNUUUUU0U0是空载时的端电压，是空载时的端电压， 一般一般(ybn)(ybn)他励直流发电机的电他励直流发电机的电压变化率约为压变化率约为5 510%10%。第72页/共121页第七十三页，共122页。3 3、调节、调节(tioji)(tioji)特性特性1nC2UC( )fIf I定义：当定义：当 、 时，时， 外特性曲线如图所示外特性曲线如图所示 由曲线可见，在负载电流变化时，若保持端由曲线可

41、见，在负载电流变化时，若保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反应及电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反应及电枢回路电枢回路(hul)电阻压降对对输出端电压的影响电阻压降对对输出端电压的影响。fI0I4 4、效率、效率(xio l)(xio l)特性（特性（P98P98）第73页/共121页第七十四页，共122页。 并励的励磁(l c)是由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁(l c)电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。二、并励直流发电机的自励二、并励直流发电机的自励(z l)(z l)和外特和外特性性RLRarfIaIfIEaUrnfaIIInCEeafUUaaaEUI R

42、请同学(tng xu)们根据电路图写方程等式：第74页/共121页第七十五页，共122页。fI0U10fIA20U3 曲线曲线1 1为空载特性曲线，曲线为空载特性曲线，曲线2 2为励磁回路总电阻为励磁回路总电阻 特性曲线，特性曲线，也称场阻线也称场阻线 fR若再增加励磁回路电阻若再增加励磁回路电阻(dinz)(dinz)，发电机，发电机将不能自励。将不能自励。crRfffUI R 增大增大 ，场阻线变为曲线，场阻线变为曲线3 3时，称时，称 为临界为临界(ln ji)(ln ji)电阻。如图所示。电阻。如图所示。fR第75页/共121页第七十六页，共122页。fI 原动机带动发电机旋转时，如果

43、主磁极有剩磁，则电枢绕组切割剩原动机带动发电机旋转时，如果主磁极有剩磁，则电枢绕组切割剩磁通感应电动势。在电动势作用下励磁回产生磁通感应电动势。在电动势作用下励磁回产生 。如果励磁绕组和电。如果励磁绕组和电枢绕组连接正确，枢绕组连接正确， 产生磁通与剩磁方向相同，使主磁路磁通增加，产生磁通与剩磁方向相同，使主磁路磁通增加，电动势增大，电动势增大， 增加。如此不断增长增加。如此不断增长(zngzhng)(zngzhng)，直到励磁绕组两，直到励磁绕组两端电压端电压 与空载电枢感应电动势与空载电枢感应电动势 相等时，达到稳定的平衡工相等时，达到稳定的平衡工作点作点A A。fIfIffI R0aE第

44、76页/共121页第七十七页，共122页。（1）电机必须）电机必须(bx)有剩磁。有剩磁。 可通过可通过“充磁充磁”（2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向）励磁绕组的接线与电枢旋转方向(fngxing)必必须正确配合，使励磁电流产生的磁场方向须正确配合，使励磁电流产生的磁场方向(fngxing)与剩磁方向与剩磁方向(fngxing)一致一致（3）励磁回路的电阻应小于与电机转速相对应的临界）励磁回路的电阻应小于与电机转速相对应的临界电阻。电阻。第77页/共121页第七十八页，共122页。IUaaeaaaRInCRIEU 1 他励他励12 并励并励21 1）电枢）电枢(din sh)(din sh)反

45、应的去磁作用反应的去磁作用2 2）电枢）电枢(din sh)(din sh)回路上的电阻压降随负载电流回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压增大而增加，使端电压U U下降下降3 3）端电压）端电压U U的下降使励磁电流的下降使励磁电流IfIf同时减小，使磁通同时减小，使磁通和电枢和电枢(din sh)(din sh)电动势进一步减小。电动势进一步减小。faIII第78页/共121页第七十九页，共122页。直流电动机直流电动机(dngj)(dngj)的运行特性：的运行特性：1 1）工作特性；）工作特性；2 2）机械特性。）机械特性。fNIINUU()anf I1 1）转速特性）转速特性定

46、义：当定义：当 ， 时时, , 由方程式可得由方程式可得NaaeeURnICC第79页/共121页第八十页，共122页。eaaeNeaCIRCUCEn1000NNnnnnnNn0PN 忽略电枢反应的去磁作用(zuyng)，转速与负载电流按线性关系变化：第80页/共121页第八十一页，共122页。. .aoreNaarNaRnCUREUIarTeICT0nT0T2eTnT0T2eT注意事项：注意事项：第81页/共121页第八十二页，共122页。2 2）转矩特性）转矩特性(txng)(txng)定义定义(dngy)(dngy)：当：当 ， 时时, , ()emaTf INUUfNII2020emP

47、TTTT第82页/共121页第八十三页，共122页。 空载空载(kn zi)损耗为不变损耗，不随负损耗为不变损耗，不随负载电流变化，当负载电流较小时效率较低载电流变化，当负载电流较小时效率较低，输入功率大部分消耗在空载，输入功率大部分消耗在空载(kn zi)损损耗上；耗上；负载电流增大，效率也增大，输入的功率负载电流增大，效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流大部分消耗在机械负载上；但当负载电流增大到一定程度时，铜损快速增大，此时增大到一定程度时，铜损快速增大，此时效率又变小。效率又变小。21011aaNaPPPR IPUI第83页/共121页第八十四页，共122页。2aN

48、aemeeeTEURnTCCC CeaaeNeaCIRCUCEnemTaTCI0emnnkTNeNCUn02NTeaCCRkn0第84页/共121页第八十五页，共122页。有一台有一台17KW17KW、220V220V的并励电动机，额定的并励电动机，额定( dng)( dng)转速转速nN=1450r/minnN=1450r/min，额定，额定( ( dng)dng)线电流和励磁电流分为为线电流和励磁电流分为为IN=95AIN=95A和和IfNIfN，电枢电阻，电枢电阻R=0.09 R=0.09 ，试求额定，试求额定( dng)( dng)负载时电动机的下列数据：负载时电动机的下列数据：（1

49、1）电枢电流和电枢电动势；（）电枢电流和电枢电动势；（2 2）电磁功率和电磁转矩；）电磁功率和电磁转矩；（3 3）输入功率和效率。）输入功率和效率。解：（解：（1 1）I IaNaN= I= IN N-I-IfN fN E EaNaN=U=UN N-I-IaNaNR-2R-2U Us s(2) P(2) PeNeN=E=EaNaNI IaNaN=209.8=209.890.7=19028W90.7=19028W T TeNeN(3) P(3) P1N1N=UI=220=UI=22095=20900W95=20900WaaaRIEU211781.33%20.9PP第85页/共121页第八十六页，

50、共122页。第86页/共121页第八十七页，共122页。 不稳定不稳定(wndng)运行运行nAemTLTAn0nBemTLTBn0稳定稳定(wndng)运行运行第87页/共121页第八十八页，共122页。 起动起动(q dn)(q dn)过程：电动机接通电源后，由静止状态加速到稳过程：电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。定运行状态的过程。第88页/共121页第八十九页，共122页。TeNeNstaaUCnUIRR起动转矩起动转矩 ：电动机起动瞬间的电磁：电动机起动瞬间的电磁(dinc)(dinc)转矩。转矩。起动电流起动电流 ：起动瞬间的电枢电流。：起动瞬间的电枢电流。st

51、TstIaaaRIEU第89页/共121页第九十页，共122页。MaRS1SUst1Rst2Rst3R2S3Sast1st2st33RRRRRLLTI22TI11TIemTI0nabn1aRNng3n11astRRR2nef3122aststRRRR1nCd2NaSem2eNeTNURRnTC C C NstaSUIRRaaaRIEU他励直流电动机三级他励直流电动机三级起动起动(q dn)(q dn)电路电路h0n第90页/共121页第九十一页，共122页。estaaUCnUIRR第91页/共121页第九十二页，共122页。eaaNCRIUn第92页/共121页第九十三页，共122页。n1TL

52、0aRn0nNnLTemTAAB1naS1RRNaSem2eNeTNURRnTC C C 适用于：适用于：容量不大，低速运行时间不长，对容量不大，低速运行时间不长，对调速性能调速性能(xngnng)(xngnng)要求不高的场要求不高的场合。合。第93页/共121页第九十四页，共122页。TL2aemeeTRUnTCC C0nnNUTLA01nNnB1U1n适用于：适用于：对调速性能要求对调速性能要求(yoqi)较高的中大较高的中大容量拖动系统容量拖动系统TeA第94页/共121页第九十五页，共122页。TL2NaemeeTURnTCC CemTaTCI第95页/共121页第九十六页，共122

53、页。 电动机的机械特性与负载特性的交点即为电动机的工作电动机的机械特性与负载特性的交点即为电动机的工作点，电动机在此工作点稳定运行点，电动机在此工作点稳定运行(ynxng)(ynxng)。若改变电动机。若改变电动机电源电压、磁通及电枢回路所串电阻，工作点就会发生变电源电压、磁通及电枢回路所串电阻，工作点就会发生变化，分布在四象限中。化，分布在四象限中。 电动机在四个象限电动机在四个象限(xingxin)(xingxin)内运行，有两种基本的运行内运行，有两种基本的运行状态：状态： 制动运行制动运行(ynxng)(ynxng)状态。状态。 电动运行状态电动运行状态第96页/共121页第九十七页，

54、共122页。 电动机的运行电动机的运行(ynxng)(ynxng)状态状态 电动运行状态：电动运行状态： 在在n nT T坐标系的第坐标系的第、象限，象限，T T与与n n同方向，同方向，T T为拖动性质转矩。从能量为拖动性质转矩。从能量(nngling)(nngling)关系看，电动机是从电网吸关系看，电动机是从电网吸收电能向轴上的负载输出机械能。收电能向轴上的负载输出机械能。 制动制动(zh dn)(zh dn)运行状态：运行状态： 电动机运行在电动机运行在n nT T坐标系的第坐标系的第、象限，象限，T T与与n n反方向，反方向，T T为制动为制动(zh dn)(zh dn)性质的阻转

55、矩。从能量性质的阻转矩。从能量关系看，电动机是将机械能变为电关系看，电动机是将机械能变为电能全部消耗掉或大部分回馈电网。能全部消耗掉或大部分回馈电网。 第97页/共121页第九十八页，共122页。1）电动运转状态）电动运转状态电动机转矩的方向与转速电动机转矩的方向与转速(zhun s)的方向的方向相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。相同，此时电网向电动机输入电能，并变为机械能以带动负载。 2） 制动运转状态制动运转状态电动机转矩与转速的方向电动机转矩与转速的方向(fngxing)相反，此时，用电动机吸收机械能并转化为电相反，此时，用电动机吸收机械能并转化为电能。能。 直流电

56、动机的两种运转直流电动机的两种运转(ynzhun)(ynzhun)状态：状态： 第98页/共121页第九十九页，共122页。电动状态电动状态能耗制动能耗制动+-+-()0aaazEIRR0aaazEIRR 0emTaTCI能耗能耗(nn ho)(nn ho)制动的实制动的实现现第99页/共121页第一百页，共122页。2azemeTRRnTC C 能耗制动机械能耗制动机械(jxi)特性图特性图 能耗制动时，能耗制动时，U=0U=0，R=Ra+RZR=Ra+RZ，代入他励直流，代入他励直流电动机机械电动机机械(jxi)(jxi)特性特性方程式方程式 由上式可知，由上式可知，n n0 0时，时，T

57、 T0 0；n=0n=0时，时，T=0T=0，所以，所以机械机械(jxi)(jxi)特性位于第特性位于第象限，并通过原点。象限，并通过原点。 第100页/共121页第一百零一页，共122页。 反接反接(fn ji)(fn ji)制动时，电压制动时，电压U U与反电势与反电势EaEa同同方向。方向。 实现反接实现反接(fn ji)(fn ji)制动有两种方法：制动有两种方法： 电压反接（一般电压反接（一般(ybn)(ybn)用于反抗性负载）用于反抗性负载） 转速反向（用于位能性负载）转速反向（用于位能性负载）第101页/共121页第一百零二页，共122页。（一）电压（一）电压(diny)反接的反

58、接制动反接的反接制动 1K2K3K断开断开 和和 ， 接通接通 和和4KRREURREUIaaaaa电枢反接的反电枢反接的反接制动电路图接制动电路图IaIa为负值，为负值，T T为负值，为负值，T T与与n n反向反向(fn xin)(fn xin)，故为制，故为制动状态。动状态。电压反接制动电压反接制动(zh dn)(zh dn)的实现的实现( (用于反抗性负载用于反抗性负载) )第102页/共121页第一百零三页，共122页。转速反向转速反向(fn xin)(fn xin)反接制动的实现反接制动的实现转速反向反接制动转速反向反接制动(zh dn)(zh dn)的原理接线图的原理接线图 当开

59、关当开关K K闭合闭合(b h)(b h)，电动机，电动机运行于电动状态。运行于电动状态。 当开关当开关K K断开，电枢回路串入断开，电枢回路串入较大电阻较大电阻RZRZ，使，使n n0 0时，电磁转时，电磁转矩小于负载转矩，电动机反向加矩小于负载转矩，电动机反向加速，速，T T与与n n反向，进入转速反向的反向，进入转速反向的反接制动运行。反接制动运行。（二）转速反向的反接制动（二）转速反向的反接制动 （用于位能性负载）（用于位能性负载）第103页/共121页第一百零四页，共122页。直流电机种类多直流电机种类多定子转子不可少定子转子不可少直流电源应用广直流电源应用广起动调速性能高起动调速性

60、能高实现整流和逆变实现整流和逆变换向电刷配合好换向电刷配合好能量转换全靠它能量转换全靠它电枢电枢(din sh)(din sh)绕组绕组真奇妙真奇妙单叠单波型两种单叠单波型两种应用场合分开表应用场合分开表电枢电枢(din sh)(din sh)反应一作反应一作用用主极磁场就损耗主极磁场就损耗等效电路需先画等效电路需先画基本方程定记牢基本方程定记牢并励若想要自励并励若想要自励三个条件少不了三个条件少不了第104页/共121页第一百零五页，共122页。起动制动和调速起动制动和调速拖动运行三件宝拖动运行三件宝若要分析此特性若要分析此特性(txng)(txng)电压方程是王道电压方程是王道第105页/