1、第九章 直流電動機(jī),教學(xué)目的和要求:,1、掌握直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率及電壓平衡方 程式，并能對照發(fā)電機(jī)狀態(tài)理解電動機(jī)狀態(tài) 下運(yùn)行的特點(diǎn)。,2、熟練掌握并勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性及機(jī)械 特性，能用機(jī)械特性分析起動過程及調(diào)速原理。,3、了解改變電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的方法及其原理。,重點(diǎn)與難點(diǎn)：,1、直流電動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩和電壓 平衡方程式。 2、直流電動機(jī)的機(jī)械特性。 3、直流電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件,電動勢、轉(zhuǎn)矩、功率平衡方程，是分析電動機(jī)工作特性和機(jī)械特性的理論基礎(chǔ)。,第九章 直 流 電 動 機(jī),9 - 2 直流電機(jī)的運(yùn)行原理,9 - 3 直流電動機(jī)的工作特性和機(jī)械特性,9 - 4 直流電動機(jī)啟動,9 -

2、 5 直流電動機(jī)調(diào)速,9-2 直流電動機(jī)的運(yùn)行原理,一、 直流電動機(jī)的可逆原理,二、 直流電動機(jī)的基本方程式,如何判別直流電機(jī)是運(yùn)行于電動機(jī)狀態(tài)還是運(yùn)行發(fā)電機(jī)狀態(tài)？,一、直流電機(jī)的可逆原理,他們的 U、 、 T、n 的方向和大小有何不同？,為電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài),發(fā)電機(jī)：,為發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài),直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可通過比較 Ea與 U 的大小，Ea 和 Ia 的方向來決定。,1、發(fā)電機(jī),a,電磁功率,向電網(wǎng)輸出電功率,原動機(jī),C、發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩,電磁轉(zhuǎn)矩,方向相反,2、電動機(jī),拖動生產(chǎn)機(jī)械,a,b、電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩是拖動轉(zhuǎn)矩,電磁轉(zhuǎn)矩,方向相同,負(fù)載轉(zhuǎn)矩,從電網(wǎng)吸收電功率。,電磁功率,發(fā) 電 機(jī)

3、,電 動 機(jī),方向相反,方向相同,方向相同,方向相反,是反電動勢,是原動機(jī)的阻力轉(zhuǎn)矩,直 流 電 機(jī) 的 可 逆 原 理,問：一臺直流發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，原動機(jī)不輸出機(jī)械功率，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)如何變化？,電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài),二、直流電動機(jī)的基本方程式,1、電動勢平衡方程式,2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式,3、功率平衡方程式,1、電動機(jī)電動勢平衡方程式,靜態(tài)：,動態(tài)：,為反電動勢,發(fā)電機(jī)電動勢平衡,電動機(jī)電動勢平衡,2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式,電動機(jī),發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)矩平衡方程式,穩(wěn)定速度時：,電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時：,J 為機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量，Jd/dt是慣性轉(zhuǎn)矩。,（弧/秒）,機(jī)械角速度：,， 電機(jī)有加速度，n ， 電機(jī)有減速度，n

4、， 電機(jī)穩(wěn)速運(yùn)行。,一旦轉(zhuǎn)矩平衡打破后怎樣才能恢復(fù)新的平衡,但是，在新平衡點(diǎn)時，轉(zhuǎn)速卻不能恢復(fù)原來的轉(zhuǎn)速。,如何改變直流電動機(jī)轉(zhuǎn)動方向？,3、功率平衡方程式,與 n 相關(guān),pFe - 鐵耗 pm - 機(jī)械損耗 pa - 附加損耗,pcua,pf,pcub,與 電流相關(guān),pcua+ pf+ pcub,P1,p0 = pFe+ pm+ pa,pcua+ pf+ pcub,P1,p0 = pFe+ pm+ pa,直流發(fā)電機(jī),直流電動機(jī),小結(jié)：直流電動機(jī)的基本方程式,發(fā) 電 機(jī),電 動 機(jī),注意短路電流對發(fā)電機(jī)的影響,注意啟動對電動機(jī)的影響,并勵發(fā)電機(jī),并勵電動機(jī),發(fā) 電 機(jī),電 動 機(jī),9-3 直流

5、電動機(jī)的工作特性和機(jī)械特性,1、他勵直流電動機(jī)的工作特性,2、他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,3、串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,4、復(fù)勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,電動機(jī)的運(yùn)行是將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，表征它輸出機(jī)械功率的參數(shù)有 n 和 T,比較：,直流發(fā)電機(jī)特性： 直流電動機(jī)特性： 外特性 U = f(I) 速度特性 n = f(P2) 調(diào)整特性 轉(zhuǎn)矩 T = f(P2) 空載特性 效率 = f(P2) 機(jī)械特性 n = f(T),3、掌握負(fù)載特性與機(jī)械特性的交點(diǎn)對應(yīng)電機(jī)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，此時 T = T2,教學(xué)目的和要求：,1、掌握轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性、效率特性、機(jī)械特性。,2、 分析轉(zhuǎn)速特性與機(jī)械特性的不同之處，能

6、用機(jī)械特性分析直流電機(jī)起動過程及調(diào)速原理。,重點(diǎn)：轉(zhuǎn)速特性；機(jī)械特性,難點(diǎn)：效率特性，電力拖動機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行條件,1、 他勵直流電動機(jī)工作特性,轉(zhuǎn)矩特性 T = f(P2),效率特性 = f(P2),轉(zhuǎn)速特性,直流電動機(jī)的工作特性指：,U = UN，If = IfN，電樞回路不串入外加電阻的條件下，n = f(P2) T = f(P2) = f(P2),在實際運(yùn)行時，P2 是機(jī)械功率，不便測出，而 Ia 可用電流表測出，可以用 Ia 替代 P2,直流電動機(jī)的工作特性為：,If = IfN = 常值,工作特性：,此時 If = IfN，此后實驗過程保持 If = IfN = 常值,實驗法求取工作特

7、性時調(diào)節(jié) RS,n,n = f(P2)或 n = f(Ia),a 轉(zhuǎn)速特性：,理想空載轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速降落,n = f( Ia)直線斜率為：,Ia 越大,n 轉(zhuǎn)速降落也增大,當(dāng) IaRa ，電樞去磁反應(yīng)使 略有下降。,所以 n 變化不會太大，轉(zhuǎn)速特性略為下降，是硬特性。,b 轉(zhuǎn)矩特性 T = f(P2),T0 不隨負(fù)載變化而變化,設(shè) n 不變，T = f(P2)為一直線,當(dāng) n 略下降，T = f(P2) 略為向上彎曲,T2,T,C 效率特性 = f(P2),不變損耗:,可變損耗:,求最高效率：,當(dāng)電機(jī)中不變損耗等于可變的銅耗時，電機(jī)的效率達(dá)到最高。,max,效率特性曲線在空載至一半額定損耗負(fù)載時上

8、升很快，以后幾乎保持不變。而在額定負(fù)載附近達(dá)到最高，隨后當(dāng)負(fù)載再增加時，效率又下降。,2、他勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,（1) 固有機(jī)械特性,(2） 人為機(jī)械特性,（3）電力拖動機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行條件,（1）直流電動機(jī)固有機(jī)械特性特性,n,轉(zhuǎn)速特性：,為機(jī)械特性的斜率,小，機(jī)械特性較硬。,大，機(jī)械特性較軟。,轉(zhuǎn)速特性,機(jī)械特性,反抗性負(fù)載特性,位能性負(fù)載特性,恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,只有當(dāng)電機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載特性有交點(diǎn)時電機(jī)才能穩(wěn)定運(yùn)行。,沒有加速度或減速度,（2）人為機(jī)械特性, 調(diào)節(jié)電樞電壓 U，機(jī)械特性具有不同的理想空載轉(zhuǎn)速 ，但斜率 相同。,比較：,調(diào)節(jié)電樞附加電阻 R，斜率 變 化， 不變，R 越大，特 性

9、越軟。,（3）電力拖動機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行條件,n + n,n - n,n回交點(diǎn),干擾過后:,干擾過后:,n 回交點(diǎn),首先分析下降的直流電動機(jī)機(jī)械特性曲線,n + n,n - n,n=f(T),干擾過后:,n 不能回交點(diǎn),干擾過后:,n 不能回交點(diǎn),分析上翹的直流電動機(jī)機(jī)械特性,直流電動機(jī)，下降的機(jī)械特性能穩(wěn)定運(yùn)行。,直流電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件為：,3、串勵直流電動機(jī)的運(yùn)行特性,磁場未飽和時：,串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,空載飛車,不允許皮帶傳動方式帶動負(fù)載,串勵電機(jī)調(diào)速,調(diào)節(jié)電樞電壓,調(diào)節(jié)電樞電阻，調(diào)節(jié)機(jī)械特性的斜率,串勵電機(jī)負(fù)載變化時的應(yīng)變,并勵電動機(jī),串勵電動機(jī),所以牽引電機(jī)多半采用串勵直流電動機(jī)

10、,但要防止串勵電動機(jī)空載飛車,串勵直流電動機(jī)機(jī)械特性軟,需要硬特性時還是采用他勵或并勵直流電動機(jī),5、復(fù)勵直流電動機(jī),串勵繞組,并勵繞組,復(fù)勵直流電動機(jī),機(jī)械特性比較硬,各種勵磁的機(jī)械特性比較,串勵,并勵,他勵,復(fù)勵,他勵直流電動機(jī)機(jī)械特性很硬。串勵直流電動機(jī)的特性很軟，不能空載運(yùn)行，復(fù)勵直流電動機(jī)可以折中兩者的特性。,9-4 直流電動機(jī)的啟動,啟動要求：,啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動快,啟動時的電流沖擊不要太大,啟動設(shè)備簡單，便于控制,剛啟動時：,為了限制啟動電流，提高啟動轉(zhuǎn)矩,電樞回路加大電阻，,勵磁回路減小電阻,電樞回路加大電阻,勵磁回路減小電阻,9-5 直流電動機(jī)的調(diào)速,根據(jù)公式：,調(diào)速的方法有

11、3 種：,調(diào)電樞電壓,調(diào)磁通,電樞回路加入電阻,調(diào)電樞電壓,調(diào)磁通,在額定電壓以下調(diào)節(jié),在飽和點(diǎn)以下調(diào)節(jié)，削磁調(diào)速,電樞回路加入電阻,缺點(diǎn)是：電阻箱笨重，長時間運(yùn)行損耗大,實驗三 直流并勵電動機(jī),1、工作特性和機(jī)械特性,保持 和 不變，測取 和,2、調(diào)速特性,(1) 改變電樞電壓調(diào)速,保持：, 調(diào)節(jié)電樞電壓 U，機(jī)械特性具有不同的理想空載轉(zhuǎn)速 ，但斜率 相同。,（2）改變勵磁電流調(diào)速,保持：,測?。?本章：,1、能利用直流電動機(jī)三大平衡方程及機(jī)械特性分析電動機(jī)運(yùn)行問題。,2、直流電動機(jī)如何啟動和調(diào)速？,3、直流電動機(jī)如何改變轉(zhuǎn)向。,4、直流電機(jī)工作狀態(tài)的判斷。,課,習(xí),題,習(xí)題課,1、一臺并勵

12、直流電動機(jī)發(fā)現(xiàn)電樞電流過大，勵磁回路無故障，電樞電壓正常，為減小電樞電流應(yīng)該：,A、在電樞電路中加入限流電阻,B、減小負(fù)載,C、減小電樞電壓,2、一臺并勵直流電動機(jī)發(fā)現(xiàn)電樞電流過大，電樞電壓偏低，負(fù)載不變，為減小電樞電流應(yīng)該：,A、在電樞電路中加入限流電阻,B、減小負(fù)載,C、提高電樞電壓,3：直流電動機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，如果增加它的勵磁電流， 怎樣變化？,電磁轉(zhuǎn)矩不變,T2,輕載,4、并勵電動機(jī)空載運(yùn)行，如果勵磁回路突然斷開，說明 各量將如何變化？,根據(jù)：,電磁轉(zhuǎn)矩平衡空載轉(zhuǎn)矩,分析轉(zhuǎn)速 n 變化最好利用機(jī)械特性,比較固有機(jī)械特性和變化后的機(jī)械特性與負(fù)載的交點(diǎn),空載,5、并勵電動機(jī)重載運(yùn)行，如

13、果勵磁回路突然斷開，說明 各量將如何變化？,很重,空載,重載,6、并勵電動機(jī)和串勵電動機(jī)相比,A、并勵電動機(jī)比串勵電動機(jī)更容易飛車,B、串勵電動機(jī)比并勵電動機(jī)更容易飛車,C、串勵電動機(jī)和并勵電動機(jī)在負(fù)載過高時發(fā)生飛車,串勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性,空載飛車,不允許皮帶傳動方式帶動負(fù)載,輕載,并勵電動機(jī),7、當(dāng)直流電機(jī) 電機(jī)運(yùn)行于,狀態(tài),發(fā)電機(jī),怎樣判斷直流電機(jī)的工作狀態(tài)？,根據(jù)直流發(fā)電機(jī)電動勢平衡方程：,直流發(fā)電機(jī)與直流電動機(jī)電樞電流方向相反。,直流發(fā)電機(jī),直流電動機(jī),8、要改變下列直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)向時，應(yīng)采取什么措施？,1、串勵直流電動機(jī),2、并勵直流電動機(jī),3、復(fù)勵直流電動機(jī),改變直流電動機(jī)轉(zhuǎn)向

14、需要改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向即可,根據(jù)：,或改變 方向,改變 方向,不能同時改變 的方向,串勵直流電動機(jī),1,2,2,如果單純改變電樞電流,改變電樞電流后磁通也隨之改變,1,2,2,用接觸器的觸點(diǎn)把勵磁繞組的 1，2 端接點(diǎn)對調(diào)一下,如果不改變電樞電流,只改變磁通方向,并勵直流電動機(jī),1,2,把勵磁繞組的 1，2 端接點(diǎn)對調(diào)一下即可單純改變磁通方向。,復(fù)勵直流電動機(jī),把勵磁繞組 1，2 端接點(diǎn)對調(diào),同時把勵磁繞組 3，4 端接點(diǎn)也對調(diào),改變電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方向就可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。,簡單地說：,只能改變與電磁轉(zhuǎn)矩相關(guān)的一項電磁量， 或 的方向,最好選擇只改變磁通方向,9、 一臺并勵直流電動機(jī)正轉(zhuǎn)

15、時有一定的轉(zhuǎn)速，現(xiàn)欲改變其旋轉(zhuǎn)方向，在重新反向起動后發(fā)現(xiàn)該電機(jī)同樣情況下，反向轉(zhuǎn)速與正向轉(zhuǎn)速不一樣了，問可能的原因是什么？,可能,根據(jù)：,改變電機(jī)轉(zhuǎn)速可改變磁極極性,直軸電樞反應(yīng)去磁,直軸電樞反應(yīng)助磁,10、一臺并勵直流電動機(jī)，,在某負(fù)載下運(yùn)行時,現(xiàn)在使負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加到其 4 倍，問電動機(jī)電樞電流和轉(zhuǎn)速各為多少？,一般來說 是不隨負(fù)載而變化的，可通過額定值間接求解出,電樞電流隨負(fù)載增加自動提高,但是，在新平衡點(diǎn)時，轉(zhuǎn)速卻不能恢復(fù)原來的轉(zhuǎn)速。,11：若電樞反應(yīng)的去磁作用很明顯，則對并勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性有什么影響？,n,0,T,輕載,重載,輕載,重載,11、直流電動機(jī)負(fù)載不變，在電樞內(nèi)串入電阻后

16、，輸入電功率 ，轉(zhuǎn)速 電磁功率 鐵耗 輸出功率,11、直流電動機(jī)負(fù)載不變，在電樞內(nèi)串入電阻后，輸入電功率 ，轉(zhuǎn)速 電磁功率 鐵耗 輸出功率,不變,下降,減小,減小,減小,12、一臺直流并勵電動機(jī)當(dāng)電樞電壓忽然下降時，負(fù)載保持不變,A、電樞總電流保持不變,B、電樞總電流隨電樞電壓下降而下降,C、電樞總電流隨電樞電壓下降而增大,12、一臺直流并勵電動機(jī)當(dāng)電樞電壓忽然下降時，負(fù)載保持不變,A、電樞總電流保持不變,B、電樞總電流隨電樞電壓下降,C、電樞總電流隨電樞電壓下降而增大,13、一臺直流發(fā)電機(jī)由一臺直流電動機(jī)拖動，發(fā)電機(jī)需要保持轉(zhuǎn)速恒定，使其向外輸出電動勢穩(wěn)定，當(dāng)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載增加時,A、不影響

17、直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速,B、直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速提高,C、直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降,電 動 機(jī),發(fā)電 機(jī),13、一臺直流發(fā)電機(jī)由一臺直流電動機(jī)拖動，發(fā)電機(jī)需要保持轉(zhuǎn)速恒定使其向外輸出電動勢穩(wěn)定，當(dāng)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載增加時,A、不影響直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速,B、直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速提高,C、直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降,14、當(dāng)測直流發(fā)電機(jī)外特性時,為了保持原動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，當(dāng)電樞電流增大時,A、調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載,C、提高直流發(fā)電機(jī)電樞電壓,B、調(diào)節(jié)直流電動機(jī)電樞電壓,D、調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)勵磁電流,電 動 機(jī),發(fā)電 機(jī),電樞回路電阻,電樞回路電壓,勵磁回路電阻,電樞回路電阻,電樞回路電壓,勵磁回路電阻,發(fā)電機(jī)外特性,電 動 機(jī),發(fā)電 機(jī),電樞回

18、路電阻,電樞回路電壓,勵磁回路電阻,14、當(dāng)測直流發(fā)電機(jī)外特性時,為了保持原動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，當(dāng)電樞電流增大時,A、調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載,C、提高直流發(fā)電機(jī)電樞電壓,B、調(diào)節(jié)直流電動機(jī)電樞電壓,D、調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)勵磁電流,15、當(dāng)并勵直流電動機(jī)發(fā)生高速飛車現(xiàn)象，停機(jī)后應(yīng)該,A、減輕負(fù)載,B、增大電樞回路電阻,C、調(diào)小勵磁回路電阻,D、調(diào)大勵磁回路電阻,16、當(dāng)直流電動機(jī)發(fā)生飛車時,電流會突然變大,電樞電流,所以，在直流電動機(jī)負(fù)載不變時，電樞電流忽然不明原因地提高，可能發(fā)生了飛車現(xiàn)象,此時，故障出現(xiàn)在勵磁回路，而不是電樞回路。,17、 直流電動機(jī)起動電流由,A、 負(fù)載大小決定,B、 勵磁電流決定,C、 電樞電阻決定,D、 由以上共同因素決定,18、并勵直流發(fā)電機(jī),（包括電刷的接觸電阻）,將發(fā)電機(jī)改為電動機(jī)運(yùn)行，并聯(lián)于 220V 電網(wǎng),當(dāng)電樞電流與發(fā)電機(jī)額定電樞電流相同時，求：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。,解：,電動機(jī)下標(biāo)M,發(fā)電機(jī)下標(biāo)G,19、一臺并勵直流電動機(jī)空載轉(zhuǎn)速,A、小于額定轉(zhuǎn)速,B、大于額定轉(zhuǎn)速,C、等于額定轉(zhuǎn)速,20、一臺并勵直