1、第七節(jié) 直流電機(jī)的運(yùn)行原理,直流電機(jī)的基本方程式 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 直流發(fā)電機(jī)的特性,一、直流電機(jī)的基本方程式： （電系統(tǒng)的電勢(shì)平衡方程式，機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平 衡方程式，能量系統(tǒng)的功率平衡方程式。） 1、電勢(shì)平衡方程式： A、不計(jì)磁路飽和效應(yīng)，并勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路和 勵(lì)磁回路的電勢(shì)方程式：,B、并勵(lì)發(fā)電機(jī)電勢(shì)方程式： 發(fā)電機(jī)的 大于 。,2、轉(zhuǎn)矩平衡方程式： A、電動(dòng)機(jī)： 瞬態(tài)方程 （電磁轉(zhuǎn)矩 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 穩(wěn)態(tài)方程 B、發(fā)電機(jī)： 瞬態(tài)方程 原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 穩(wěn)態(tài)方程,空載轉(zhuǎn)矩,慣性轉(zhuǎn)矩,3、功率方程式： A、直流電機(jī)中的損耗、效率： 損耗有三類(lèi) 消耗于導(dǎo)體電阻中。 消耗于摩擦損耗、通風(fēng)和機(jī)械損耗。

2、 消耗于鐵心中的損耗。 鐵耗： 由于電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)主磁通在電樞鐵心內(nèi) 交變而引起的。 銅耗： 電樞回路銅耗 勵(lì)磁回路銅耗 電刷接觸銅耗 為一對(duì)電刷總接觸電壓降。,機(jī)械損耗： 包括軸承摩擦損耗、電刷摩擦 損耗、定轉(zhuǎn)子和空氣的摩擦損耗。 附加損耗： 電樞齒、槽存在，使氣隙磁通產(chǎn) 生脈動(dòng)，電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)畸變引起的鐵耗。換向 電流引起的損耗。 按額定容量的% 計(jì)算 ， 無(wú)補(bǔ)償繞組 按額定容量的 0.5% 計(jì)算 ， 有補(bǔ)償繞組 在以上損耗中， ， 隨負(fù)載變化而變化，稱(chēng) 為可變損耗； ， ， 為不變損耗。 電機(jī)的效率,當(dāng)不變損耗可變損耗時(shí)， 取得最大， 是 的二次曲線。 B、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的功率方程式： 電磁功率

3、 機(jī)械功率 電功率,C、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的功率方程式： 電磁功率 電功率 機(jī)械功率,二、直流電動(dòng)機(jī)的工作特性： 當(dāng)端電壓為額電壓，電樞回路無(wú)外串電阻，勵(lì)磁 電流為額定勵(lì)磁電流時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，電磁轉(zhuǎn)矩 ， 和效率 與輸出功率 之間的關(guān)系。 即： 實(shí)際運(yùn)行中， 可測(cè)，且 隨 增大而增大，所以， 工作特性可表示為：,1、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性： A、轉(zhuǎn)速特性：,其中， 為理想空載轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速特性為一斜率為 的直線。 當(dāng)電機(jī)磁路飽和時(shí)，隨著 的增大， 增大， 電樞反應(yīng)的去磁作用使 增大，直線上翹。 為保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行， 0 采取措施使特性略為下降。 B、轉(zhuǎn)矩特性： 不計(jì)去磁 特性為一過(guò)原點(diǎn)的直線。當(dāng)考慮電

4、樞反應(yīng)時(shí)，實(shí) 際曲線偏離直線 ，仍接近于一條直線。,C、效率特性： 是 的二次曲線。 當(dāng)不變損耗可變損耗時(shí)， 取得最大。 0,2、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性： 基本方程式： 不計(jì)飽和時(shí)：,A、轉(zhuǎn)速特性：,分析：a、轉(zhuǎn)速 隨著 的增大而迅速減小。 （因?yàn)?）。 b、空載時(shí)， 很小， 及 很小，電機(jī)必須 產(chǎn)生反電勢(shì) 與電源電壓相平衡， 因此, 很高。 理論上， 時(shí)， ， 。 故串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或輕負(fù)載運(yùn)行。,B、轉(zhuǎn)矩特性： 當(dāng) 增大， 很快減小，使 升很快。即，隨 著 增大， 將以高于 的一次方比例增大。 在同樣大小的起動(dòng)電流 下， 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 大于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 。 C、效率特性： 與并勵(lì)電動(dòng)

5、機(jī)類(lèi)似。,并勵(lì)電動(dòng)機(jī)與串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性比較： A、串勵(lì)電機(jī)的 隨 增大而迅速下降。 B、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載或輕負(fù)載運(yùn)行。 C、在同樣大小的起動(dòng)電流 下， 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 大于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的 。,串勵(lì),并勵(lì),3、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性： 它介于并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性之間。 當(dāng)并勵(lì)繞組磁勢(shì)起主要作用，特性接近于 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性。 當(dāng)串勵(lì)繞組磁勢(shì)起主要作用，特性接近于 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性。 在空載時(shí)無(wú)飛速現(xiàn)象。,三、直流發(fā)電機(jī)的工作特性： 可測(cè)物理量有：發(fā)電機(jī)端電壓 ，電樞電流 ， 勵(lì)磁電流 ，轉(zhuǎn)速 等。 有四種特性曲線：,空載特性,負(fù)載特性,外特性,調(diào)節(jié)特性,(一)、他勵(lì)發(fā)電機(jī)特性： 1、他勵(lì)發(fā)電機(jī)空

6、載特性：當(dāng)電機(jī) 時(shí)，調(diào)節(jié) 使發(fā)電機(jī)空載端電壓 ， 然后使 逐漸回到零，測(cè)取空載端電壓 與 關(guān)系曲線 即為空載特性曲線 。 分析：A、空載特性表明電機(jī)磁路的性質(zhì)。即：當(dāng) 一定時(shí)，電機(jī)繞組感應(yīng)電勢(shì)與其對(duì)應(yīng)磁勢(shì)的關(guān)系。 B、改變勵(lì)磁電流 的方向，可測(cè)出反方向的 空載特性曲線。 C、改變電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，可得不同的空載特性曲線。 D、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的空載特性都以 他勵(lì)形式測(cè)取。,空載特性曲線：,2、負(fù)載特性： 當(dāng) ， 時(shí)，端電壓 曲線。 與空載特性比較： 當(dāng) 上升時(shí)，兩曲線都上升。 當(dāng) 一定時(shí)，兩特性的電壓不同。 空載 負(fù)載,3、外特性： 當(dāng) ， 時(shí)，端電壓 曲線。 當(dāng)負(fù)載電流及電樞電流增大時(shí)，曲線略

7、為下垂。 積復(fù)勵(lì) 他勵(lì) 并勵(lì),4、調(diào)節(jié)特性： 當(dāng) ， 時(shí)，端電壓 曲線。 當(dāng)電樞電流增大時(shí)，曲線往上翹。,(二)、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)空載電壓的建立： 并勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)均為自勵(lì)發(fā)電機(jī)，首先應(yīng) 在空載時(shí)建立電壓，然后再帶負(fù)載。 自勵(lì)電壓建立的三個(gè)條件： 必須有剩磁；勵(lì)磁繞組與電樞并聯(lián)的極性正確； 勵(lì)磁回路中電阻小于臨界電阻。,電機(jī)有剩磁，極性正確,氣隙磁場(chǎng)得到加強(qiáng),電樞繞組電勢(shì)增加,勵(lì)磁電流增加,電樞端電壓建立起來(lái),如何穩(wěn)定呢？,臨界電阻線 勵(lì)磁電阻線,空載特性,空載電壓建立能否穩(wěn)定？ 勵(lì)磁繞組端電壓 與勵(lì)磁電流 ： 在磁路上滿足空載特性 ， 在電路上滿足伏安特性 。 當(dāng) 時(shí) ，達(dá)穩(wěn)定點(diǎn)A。即兩曲

8、線的交點(diǎn)。,(三)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行： 當(dāng) ，建立自勵(lì)電壓后，保持 ，接入 負(fù)載 ，逐漸減小 ，測(cè)取 與 的曲線。 下垂原因： 電樞反應(yīng)； 積復(fù)勵(lì) 電樞繞組壓降； 他勵(lì) 并勵(lì)直流電機(jī)隨 并勵(lì) 的減小，電樞感 應(yīng)電勢(shì) 大大 減?。?串勵(lì)電機(jī) 隨 負(fù)載變化，使 不穩(wěn)定，可安自動(dòng)裝置。,第八節(jié) 直流電機(jī)的換向,換向的電磁現(xiàn)象 改善換向的方法 補(bǔ)償繞組,直流電機(jī)電樞繞組中的電勢(shì)和電流是交變的。 借助于換向器和電刷，在電刷間獲得直流電壓和電 流。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的電樞繞組元件從一條支路經(jīng)電刷底而 進(jìn)入另一條支路時(shí)，該元件中的電流從一方向變換 成另一方向，這種電流方向的變換稱(chēng)為換向。 換向不良：電刷火花

9、，燒壞電刷和換向器，電 機(jī)不能運(yùn)行。 換向過(guò)程復(fù)雜：電磁、機(jī)械、電化學(xué)等各方面 因素。 現(xiàn)僅就電磁現(xiàn)象及改善換向的方法作介紹：,一、換向的電磁現(xiàn)象：,在上述過(guò)程中，元件1 中的電流改變了方向。 經(jīng)過(guò)了一個(gè)換向過(guò)程。換向過(guò)程經(jīng)歷時(shí)間為換向 周期 ，一般為千分之幾秒。 若換向元件中電勢(shì)為零，則元件中電流變化 為線性的變化。實(shí)際換向元件中會(huì)出現(xiàn)兩種電勢(shì)： 電抗電勢(shì) ，電樞反應(yīng)電勢(shì) 。 (一)、電抗電勢(shì) ： 換向元件中在電流變化時(shí)，必然出現(xiàn)由自感和互感 作用引起的感應(yīng)電勢(shì)，稱(chēng)為電抗電勢(shì) 。 由元件自感和互感漏磁通產(chǎn)生，作用是阻礙換向。,(二)、電樞反應(yīng)電勢(shì) ： 由于電樞反應(yīng)的作用，換向元件的有效邊所處

10、的 電樞磁場(chǎng)的磁密不為零，元件邊將切割電樞磁場(chǎng)產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，稱(chēng)為電樞反應(yīng)電勢(shì) 。 其作用是阻礙換向。 （三）、 和 均使電流換向延時(shí)。 1、被電刷短路的換向元件 瞬時(shí)斷開(kāi)時(shí)，附加電流 不為零，儲(chǔ)能以弧光放電 轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生火花。 2、 、 均與電樞電流和 轉(zhuǎn)速成正比。大電流，高轉(zhuǎn) 速電機(jī)換向更困難。,二、改善換向的方法： 從減小和消除附加電流 著手： 1、裝換向極。主極間幾何中性線處，繞組與電樞繞組 串聯(lián)。作用：抵消電樞磁勢(shì)在幾何中性線處的作用； 剩余部分產(chǎn)生附加磁場(chǎng) ，抵消 。 2、移動(dòng)電刷位置。電刷移開(kāi)幾何中性線一角度。 一般不常用。 3、選用合適電刷：減小接觸電阻。 石墨電刷換向不困

11、難的中小型電機(jī)， 碳石墨電刷換向困難的中小型電機(jī)， 青銅石墨電刷低壓大電流電機(jī)， 紫銅石墨電刷低壓大電流電機(jī)。,三、補(bǔ)償繞組： 在主極極靴上沖出一些均勻分布的槽，放置補(bǔ)償 繞組。 補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)。磁勢(shì)與電樞磁勢(shì) 方向相反，其作用是減小電樞反應(yīng)引起磁場(chǎng)畸變， 防止環(huán)火。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，一般不采用。 環(huán)火產(chǎn)生原因： 電樞反應(yīng)磁場(chǎng)畸變，元件切割極尖下增磁區(qū)的 時(shí)感應(yīng)出很大的電勢(shì)，使處于該處換向片間的電 位差很大，當(dāng)此電位差值超過(guò)一定限制，就發(fā)生換 向片間電位差火花。該火花延伸到片間電壓較大處， 在正負(fù)電刷間形成電弧連通，使換向器周?chē)l(fā)生環(huán) 火。,作業(yè)：9月29日 1、一臺(tái)P對(duì)極的直流電

12、機(jī)，電樞繞組為單迭繞組， 其電樞繞組電阻為 ，電樞電流為 。若改接為 單波繞組，并保持支路電流不變，問(wèn)電樞繞組電阻和 電樞電流將為多少？ 2、一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在 的條件下運(yùn)行，電樞繞組電阻為 ， 勵(lì)磁繞組電阻為 額定負(fù)載時(shí)效率 求： 額定輸入功率；額定輸出功率；總損耗； 電樞回路銅耗；勵(lì)磁回路銅耗；電刷接觸損耗； 附加損耗；機(jī)械損耗與鐵耗之和。,3、一臺(tái)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)， 1)、電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩； 2)、在額定電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩； 3)、當(dāng)電樞電流 時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速； 4)、在總制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，當(dāng)電樞中串入一電阻0.1歐， 電機(jī)穩(wěn)定時(shí)的轉(zhuǎn)速。,4、一臺(tái)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)， 忽略電樞反應(yīng)作用，試求： 1)、

13、當(dāng)電樞電流 時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速； 2)、當(dāng)電樞電流 安 時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； 3)、若保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，當(dāng)磁通減少15時(shí)， 電機(jī)穩(wěn)定時(shí)的電樞電流和轉(zhuǎn)速。,直流電機(jī)小結(jié),1、直流電機(jī)的工作原理電和磁相互作用。電機(jī)外電路中電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)為直流性質(zhì)；每個(gè)繞組元件中的為交流性質(zhì)。,4、電樞繞組直流電機(jī)的心臟，主要電路。 由許多完全相同的繞組元件以一定的規(guī)律連接起來(lái) 的閉合繞組。 疊繞組、波繞組。 并聯(lián)支路對(duì)數(shù)。,2、結(jié)構(gòu)靜止的磁極、旋轉(zhuǎn)的電樞、氣隙。,3、額定值,5、磁場(chǎng)空載、負(fù)載時(shí)氣隙磁密波形。 電樞反應(yīng)。,電機(jī)旋轉(zhuǎn),氣隙磁通變化,電路磁鏈變化,氣隙儲(chǔ)能變化,電氣系統(tǒng)反應(yīng)，產(chǎn)生E。 E與I作用，輸入或

14、輸出電能,機(jī)械系統(tǒng)反應(yīng)，產(chǎn)生T。 T與n作用，輸入或輸出機(jī)械能,標(biāo)志機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的功率。,6、能量轉(zhuǎn)換電氣系統(tǒng)（電樞繞組）、 機(jī)械系統(tǒng)（轉(zhuǎn)軸）、聯(lián)系兩系統(tǒng)的耦合介質(zhì) （磁場(chǎng)）。,7、基本方程式電勢(shì)、轉(zhuǎn)矩、功率平衡方程式。 分析電機(jī)的運(yùn)行特性、工作特性。,8、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)恒速電動(dòng)機(jī)，T與I成正比。 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化大，T與I平方成正比。 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)介于兩者之間。,9、直流發(fā)電機(jī)特性端電壓的建立、變化及調(diào) 節(jié)。勵(lì)磁方式不同特性不同。,10、換向幾種電動(dòng)勢(shì)阻礙換向。 換向不良引起環(huán)火。補(bǔ)償繞組。,思考題： 1、在直流電機(jī)中，換向器起什么作用？ 2、在下列情況下，直流發(fā)電機(jī)電刷兩端電壓 的

15、性質(zhì)？ 1)、磁極固定，電刷與電樞同時(shí)旋轉(zhuǎn)。 2)、電樞固定，電刷與磁極同時(shí)旋轉(zhuǎn)。 3、下列哪種情況可以使連接在電網(wǎng)上的直流電機(jī) 逆變?yōu)榘l(fā)電機(jī)？ 1)、加大勵(lì)磁電流，使磁通增加，并使 。 2)、在電機(jī)軸上外加一轉(zhuǎn)矩，使其轉(zhuǎn)速上升， 并使 。 4、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)能自勵(lì)，反轉(zhuǎn)能否自勵(lì)？ 為什么?應(yīng)如何處理？,5、如何判斷直流電機(jī)是運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài) 還是電動(dòng)狀態(tài)？它們的電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、 電樞感應(yīng)電勢(shì)、電樞電流和端電壓的方向 有何不同？能量轉(zhuǎn)換關(guān)系有何不同？ 6、一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)， 當(dāng)發(fā)電機(jī)電樞電流增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電樞電流 如何變化？試分析其變化過(guò)程。 7、直流電動(dòng)機(jī)的電磁

16、轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電樞 電流增大，即電磁轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，轉(zhuǎn)速似乎應(yīng)該上升， 但從其轉(zhuǎn)速特性看，其轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的增大 而減小，為什么？ 8、串勵(lì)直流電機(jī)不能在空載下起動(dòng)和運(yùn)行， 而并勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電機(jī)就可以，為什么？,9、要改變他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的 旋轉(zhuǎn)方向，應(yīng)采取什么措施？ 10、并勵(lì)直流電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，其電樞電流 由誰(shuí)決定？其在起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流由誰(shuí)決定？ 11、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)自勵(lì)建立電壓的條件是什么？ 12、分析電樞反應(yīng)對(duì)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性和 轉(zhuǎn)矩特性的影響？ 13、哪些因素決定電磁轉(zhuǎn)矩的大??？電磁轉(zhuǎn)矩 的方向與電機(jī)運(yùn)行方式有何關(guān)系？ 14、若直流電機(jī)電樞繞組元件不對(duì)稱(chēng)，電刷應(yīng) 放置在換向器上的什么位置？,例題： 1、為什么電樞鐵芯用硅鋼片迭壓而成、而磁軛用鑄鋼 或鋼板、磁極用鋼片迭壓而成？ 2、直流電機(jī)的主磁路包括哪幾部分？ 3、一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，6極，單迭繞組。正常運(yùn)行時(shí) 有3對(duì)電刷。若保持額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速及磁通不變，當(dāng) 去掉相鄰一對(duì)電刷時(shí)，不計(jì)電樞反應(yīng)，分析此時(shí)發(fā) 電機(jī)能發(fā)出的最大功率？ 4、四極單疊繞組主流發(fā)電機(jī)，帶有50額定負(fù)載運(yùn)行， 突然有一線圈斷線，能否繼續(xù)運(yùn)行？當(dāng)帶100的 額定負(fù)載時(shí)呢？ 5、一臺(tái)四極單波繞組發(fā)電機(jī)、運(yùn)行時(shí)突然有一線圈 斷線，有什么現(xiàn)象？若電機(jī)有兩對(duì)電刷，運(yùn)行時(shí)突然