直流发电机和直流电动机.ppt

第22章 直流发电机和直流电动机•22.1 直流电机按励磁方式分类图22-1 直流电机按励磁分类接线图•1)他励电机•2)并励电机•发电机•电动机•3)串励电机•4)复励电机(22-1)(22-2)(22-3)(22-4)•22.2 直流电机的基本方程式•22.2.1 电动势平衡方程式•根据基尔霍夫第二定律写出电枢回路电动势平衡方程式为•式中 ra——电枢回路各绕组的总电阻；• 2ΔUb——正、负电刷之间的接触压降；• ——电枢回路总电阻(22-5)图22-2 直流电机的电动势和电流方向•在电动机中，电枢电流方向与电源电压一致，见图22-2这时E和Ia是反向的，故称E为反电动势同理可得•22.2.2 转矩平衡方程式•发电机的电磁转矩是制动转矩，其转向与原动机拖动方向相反为了使电机恒速运(22-6)•转，原动机的驱动转矩T1应与空载制动转矩T0和电磁转矩Tem相平衡，故•电动机的电磁转矩Tem是驱动转矩它必须与轴上负载制动转矩T2和空载制动转矩T0相平衡，才能稳定运行故(22-7)(22-8)•22.2.3 功率平衡方程式•对发电机，由式(22-8)乘以Ω得•或•式中P1=T1Ω——原动机输入的机械功率；•Pem=TemΩ——电磁功率；•p0=T0Ω——发电机的空载损耗功率。

有(22-9)(22-10)•式中pFe——铁耗，由电枢旋转时主磁通在铁心内交变所引起它包括电枢轭及齿部的磁滞损耗和涡流损耗•pmec——机械损耗，包括轴承、电刷的摩擦损耗和空气摩擦损耗•pad——附加损耗，它产生的原因复杂，难以准确计算，通常取pad=（0.5~1）%PN22-11)•同理，对电动机有•式中 P2——电动机轴上输出的机械功率•另•对发电机而言，将式(22-5)乘以电枢电流Ia，可得电功率表达式(22-12)(22-13)•总的功率平衡关系为•式中 ——并励直流发电机的总损耗22-14)(22-15)•对并励电动机而言，将式(22-6)乘以电枢电流Ia，可得电功率表达式•式中 P1=UI——电动机输入的电功率•又•最后可得并励直流电动机的功率平衡方程式为(22-16)(22-17)•直流电机的效率为(22-18)(22-19)图22-3 直流电机功率流程•22.3 他励发电机的运行特性•22.3.1 空载特性图22-4 他励直流发电机接线图•22.3.2 外特性图22-5 他励发电机的特性曲线•22.3.3 调整特性•22.4 并励发电机的自励条件和特性•22.4.1 自励过程及自励条件图22-6 并励发电机接线图图22-7 并励发电机的自励过程•22.4.2 外特性图22-8 直流发电机的外特性•22.5 复励发电机的特点图22-9 复励发电机外特性•22.6 直流电动机的工作特性•22.6.1 转速特性n=f(P2)•将E=CeΦn代入U=E+IaRa中，即得直流电动机的转速特性•用电机转速变化率Δn来表征从空载到满载时电动机转速的变化程度，即(22-21)•式中 n0——电动机的空载转速。

•串励电动机不允许用皮带轮或链条拖动生产机械，而且负载转矩不得小于额定转矩的 ，其转速变化率定义为(22-22)(22-23)•式中 时的转速•22.6.2 转矩特性Tem=f(P2)•由转矩平衡方程式Tem=T2+T0知，T0为常数，则Tem曲线直接与T2有关，因为(22-24)图22-10 并励电动机的工作特性图22-11 串励电动机的工作特性•22.6.3 效率特性η=f(P2)•据效率计算公式得并励电动机效率特性为•式中变化较小的量pmec、pFe、pCuf称为不变损耗， 称为可变损耗22-25)•22.7 直流电动机的机械特性•22.7.1 并励电动机的机械特性•用Ia=Tem/CTΦ代入转速特性公式可得并励电动机的机械特性为•当忽略电枢反应的影响时，If=常数，则Φ为常值，故机械特性为一直线式(22-26) 又可表示为(22-26)•式中 ——理想空载转速；• ——机械特性的斜率。

•(1)自然机械特性•(2)人工机械特性•22.7.2 串励电动机的机械特性(22-27)图22-12 并励电动机的机械特性图22-13 串励电动机的机械特性•当负载不大，电机磁路处于不饱和状态时，Φ∝Ia，即Φ=C1Ia(C1为比例常数)，故•或•将式(22-29)和Φ=C1Ia代入转速公式(22-21)中，并用Ra+Rj代替公式中Ra，则导出机械特性为（22-28）（22-29）•故不饱和时串励电动机的机械特性为一双曲线，随着负载增加，转速n迅速下降•如果负载过大时，磁路处于饱和状态，Φ接近于常数设Φ=C,故（22-30）（22-31）•把上式代入转速特性公式中可得•这时机械特性为一直线，转速n随电磁转矩Tem的增加而缓慢下降•22.7.3 电力拖动机组稳定运行的条件•设电机总负载转矩为（22-32）（22-33）图22-14 电力拖动机组稳定运行的条件•得出机组能稳定运行的条件为•22.8 直流电动机的起动与调速方法•22.8.1 直流电动机的起动•(1)直接起动•起动时，应将并励绕组先接入电源，再接通电枢回路，因此必须先合上开关K1，在（22-34）•电动机起动瞬间，n=0, E=CeΦn=0，这时的电枢电流称为起动电流Ist，即•由Ist产生的电磁转矩称为起动转矩Tst，即•(2)电枢电路串变阻器起动•(3)降压起动（22-35）（22-36）图22-15 并励电动机直接起动接线图图22-16 并励电动机直接起动时电枢电流和转速变化过程•22.8.2 直流电动机的调速•22.9 直流电动机的制动•22.9.1 能耗制动•从机械特性来分析，由于U=0，Φ=ΦN,这时电动机的机械特性方程式为•由Iamax可以计算出能耗制动过程电枢回路中串入制动电阻的最小值（22-37）图22-17 能耗制动接线图图22-18 能耗制动机械特性曲线•其中Ea为能耗制动开始瞬间的电枢电动势。

•22.9.2 反接制动•(1)电枢电压反接制动•因为反接后，电压U=-UN，则电枢电流sddsdsdsdssdfdf ，所以反接后电流的数值将非常大，为了限制电枢电流，反接（22-38）图22-19 电压反接制动的线路图•时必须在电枢回路串入一个足够大的限流电阻•电压反接制动时，U=-UN ，Φ=ΦN，电枢回路总电阻为Ra+R，电动机的机械特性方程式为（22-39）（22-40）图22-20 电压反接制动过程的机械特性•(2)倒拉反转制动运行•22.9.3 回馈制动图22-21 倒拉反转制动的机械特性图22-22 正向回馈制动的机械特性。