第十七章 直流发电机和直流电动机

第十七章直流发电机和直流电动机第一页，共四十三页，编辑于2023年，星期五目录第十七章直流发电机和直流电动机

17.1自励发电机的电压建起

17.2直流发电机的运行特性

17.3直流电动机的机械特性和工作特性

17.4直流电动机的起动、调速和制动第二页，共四十三页，编辑于2023年，星期五§17.1自励发电机的电压建起

一、并励直流发电机的自励过程：1、剩磁-----建压先决条件初始：n=0、Ea=0、If=0、设有剩磁Br→Фr起动：原动机带动n↑→电枢切割Br→感应出较小的E0r→If

↑较小→Bf

↑→Bδ↑=Br+Bf→E0

↑

→If

↑↑→Bδ

↑↑→E0

↑↑→……

→磁路饱和→达到新的平衡点。第三页，共四十三页，编辑于2023年，星期五

发电机的自励过程中，在If达到稳定值前,电枢回路和励磁回路所构成的闭合回路应满足:2、磁化曲线的饱和性质----自励建压重要因素

在发电机的端电压到达稳定点以前,U>If∑rf

即:>0，直到稳定点电枢的端电压恰好等于励磁电流通过励磁回路所需的电阻压降，自励过程达到了稳定状态。第四页，共四十三页，编辑于2023年，星期五3、励磁回路电阻小于与电机运行转速 相对应的临界电阻曲线1为空载特性曲线曲线2为励磁回路场阻线场阻线斜率:曲线3为临界场阻线

若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。312第五页，共四十三页，编辑于2023年，星期五解决措施：提高电机的转速，从而提高其临界电阻值。因此，对应于不同的转速便有不同的临界电阻。第六页，共四十三页，编辑于2023年，星期五二、并励直流发电机的自励建压条件：1、电机必须有剩磁,磁化曲线呈饱和现象2、励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致。3、励磁回路的电阻应小于电机运行转速相对应的临界电阻。第七页，共四十三页，编辑于2023年，星期五第八页，共四十三页，编辑于2023年，星期五一、他励直流发电机的运行特性§17.2直流发电机运行特性1、空载特性定义：当n=nN、IL=0时，U=f(If)空载特性曲线与磁化曲线相同空载特性是非线性的，实际中通常取平均特性曲线n变化时曲线成正比上升或下降其它励磁方式发电机的空载特性均可由他励方式求取空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线第九页，共四十三页，编辑于2023年，星期五2、外特性定义：当n=nN、If=IfN时，U=f(IL)IL↑→Fa↑→电枢反应↑→去磁↑→Ф↓→Ea↓→U↓负载电流增加，端电压下降的原因：他励IL↑→IaRa↑→U↓电压调整率:从空载到负载，电压下降的程度由电压变化率来表示：他励△U=5％～10%第十页，共四十三页，编辑于2023年，星期五3、调节特性定义：当n=nN、U=常数时，If=f(IL)在负载电流变化时，若保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对输出端电压的影响。第十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期五二、并励发电机的特性1、空载特性空载时Ia0=If0，其空载特性也是电机的磁化曲线。特点：励在电流If随端电压变化而变化2、外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线（比他励稍弯曲，电压变化率约为20％。）定义：当n=nN、∑rf=0时，U=f(IL)第十二页，共四十三页，编辑于2023年，星期五负载电流有最大值（有”拐点”）第十三页，共四十三页，编辑于2023年，星期五3、调节特性

并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励磁电流，所以调节特性与他励发电机的相差不大。他励并励第十四页，共四十三页，编辑于2023年，星期五1、空载特性

空载特性是反应电机的磁化,通常由外电源供给励磁电流,以他励方式求得,所以曲线的形状与空载磁化特性曲线相同.三、串励发电机特性串励发电机:第十五页，共四十三页，编辑于2023年，星期五2、外特性外特性:串励:空载:负载:未饱和:饱和:第十六页，共四十三页，编辑于2023年，星期五四、复励发电机特性a)积复励平复励超复励欠复励b)差复励复励发电机外特性第十七页，共四十三页，编辑于2023年，星期五课时小结1、直流发电机的空载特性曲线与磁化曲线形状相似。2、直流发电机的外特性曲线？其变化趋势及原因？（他励、并励、串励）3、直流发电机的电压调整率？4、直流发电机的调整特性？（他励、并励）书面作业：17-1、17-6第十八页，共四十三页，编辑于2023年，星期五§17.3直流电动机的工作特性和机械特性工作特性:指在U=UN

，If=IfN时,转速n、电磁转矩T、效率η随输出功率P2

而变化的关系。转矩特性：

T=f（Ia）转速特性：

n=f（Ia）机械特性：

n=f（T）(∑ra=常数)第十九页，共四十三页，编辑于2023年，星期五一、并励（他励）电动机的特性1、转矩特性：T=f（Ia）曲线:

过源点的直线; (负载较大时曲线稍下降)条件:U=UN

和If=IfNB第二十页，共四十三页，编辑于2023年，星期五2、转速特性:n=f(Ia)并励直流电动机转速特性和转矩特性表达式:第二十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期五分析:用转速变化率来表征：曲线:一条稍下倾斜的直线并励直流电动机的励磁回路不可开路原因:若If=0→Ф=Фr

→Ia↑↑，后果：a)轻载→飞车、Ia↑↑;b)重载→停车、Ia↑↑第二十二页，共四十三页，编辑于2023年，星期五3、机械特性:n=f(T)

机械特性反映转速与电磁转矩之间的变化规律。a)自然机械特性:Ra=ra，硬特性b)人为机械特性:

Ra=ra+RΩ软特性参考第二十三页，共四十三页，编辑于2023年，星期五二、串励电动机的特性1、转矩特性:T=f(Ia)串励电动机的特点:Ia=Is=Ia)轻载未饱和:Ф=KIa

抛物线b)重载磁路饱和:Ф饱和直线第二十四页，共四十三页，编辑于2023年，星期五2、转速特性:n=f(Ia)a)轻载未饱和:

双曲线b)重载磁路饱和:

直线串励直流电动机转矩和转速特性Tn第二十五页，共四十三页，编辑于2023年，星期五3、机械特性:n=f(T)表达式:由上两式整理可得：第二十六页，共四十三页，编辑于2023年，星期五a)机械特性特点:b)转速变化率:

软特性人为机械特性起动转矩大，过载能力强不允许空载或轻载运行

（≥TN/4）第二十七页，共四十三页，编辑于2023年，星期五三、复励电动机的特性a)多为积复励:特性介于串励和并励之间b)差复励:电动机运行不稳定,少用第二十八页，共四十三页，编辑于2023年，星期五第二十九页，共四十三页，编辑于2023年，星期五四、永磁直流电动机a)结构:b)特性:与它励直流电动机相似无需电励磁c)特点： 结构简单 电机尺寸小 无励磁损耗→效率高 受永磁材料限制第三十页，共四十三页，编辑于2023年，星期五五、直流电动机稳定运行条件

指当电网或轴上机构负载波动而使电动机转速发生变化时,电动机具有能恢复到原工作状态的能力。A稳定运行点B不稳定运行点静态稳定运行条件：第三十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期五课时小结1、并励直流电动机的转速特性、转矩特性和机械特性的表达式、曲线变化及原因？2、并励直流电动机励磁回路不允许开路的原因？3、串励直流电动机的转速特性、转矩特性和机械特性的表达式、曲线变化及原因？4、串励直流电动机不允许空载或轻载的原因？5、直流电动机稳定运行的条件和分析？第三十二页，共四十三页，编辑于2023年，星期五第四节直流电动机的起动、调速和制动一、直流电动机的起动对起动的要求：Tst

足够大Ist

不能太大注：直流电动机一般不允许直接起动∵ （1）、 （2）、——很大——很大第三十三页，共四十三页，编辑于2023年，星期五直流电动机的起动方法：直接起动电枢回路串变阻器起动降低电源电压起动第三十四页，共四十三页，编辑于2023年，星期五1、电枢串电阻起动方法：随电机转速升高逐步切除起动电阻要求：起动电流最大值I1=（1.75~1.5）IN。起动电流最小值I2=（1.3~1.1）IN。实现：三点起动器或四点起动器第三十五页，共四十三页，编辑于2023年，星期五二、直流电动机的调速调速方法：调节励磁电流以改变每极磁通Φ

。调节外施电源电压U。电枢回路引入附加电阻Ra。以并励直流电动机为例，其转速公式为：第三十六页，共四十三页，编辑于2023年，星期五1、调节励磁电流以改变每极磁通Φ机械特性：随If减小，n0增大，β增大特点：恒功率调速，适合带恒功率负载优点：效率高、转速可以高于n0。缺点：调速比不大，一般为1:2~1:6。第三十七页，共四十三页，编辑于2023年，星期五2、调节外施电源电压U机械特性：随U

减小，n0减小，β不变特点：恒转矩调速，适合带恒转矩负载优点：效率高、性能好，调速范围广。缺点：设备投资大。第三十八页，共四十三页，编辑于2023年，星期五3、电枢回路串可变电阻Ra机械特性：随Ra

增大，n0不变，β增大。特点：恒转矩调速，适合带恒转矩负载。优点：设备简单，操作方便。缺点：效率低、性能差，调速范围小。第三十九页，共四十三页，编辑于2023年，星期五三、直流电动机的制动制动原理：使电动机产生一个与转速反向的转矩。1、能耗制动操作步骤：切除电源，电枢串电阻形成闭合回路。原理：切除电源，转速不变，电动势不变，电流反向，转矩反向，与转速方向相反，为制动转矩。第四十页，共四十三页，编辑于2023年，星期五2、回馈制动前提：转速n

高于理想空载转速n0。原理：电动机在外力的作用下，n

>n0，则感应电动势Ea=CeΦn>CeΦn0=U，电流反向，转矩反向，方向与转速方向相反，为制动转矩。可以限制转速的进一步上升。优点：电流与电压方向相反，电能回馈到电网。第四十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期五3、反接制动操作：电源反接

，电枢串电阻。原理：电源反接，电流反向且很大，为了限制电流必须