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1、电机拖动第四章(直流发电机)第1页，本讲稿共21页基 本 方 程他 励 发 电 机 特 性并 励 发 电 机直 流 发 电 机第2页，本讲稿共21页第四章 直 流 发 电 机本 章 要 求：熟练掌握直流发电机的基本方程，并能正确使用。掌握基本概念：物理量的正方向，电机的稳态运行。直流发电机的空载特性、负载特性、外特性以及调节特性。掌握直流并励发电机自励条件，并能正确判断直流并励发电机无法自励原因。熟练掌握直流发电机的空载特性和外特性，其它特性一般掌握。第3页，本讲稿共21页第 一 节 直流发电机的基本方程 以电路、力学、能量守恒的基本定律为基础，建立直流电机电压、转矩、功率三个平衡方程（稳态）
2、。一、电压平衡方程一、电压平衡方程正方向规定如图示：正方向规定如图示：电刷压降绕组内阻包括绕组内阻和电刷接触电阻的电枢总内阻上 下NSRLT1TemT0nEa+-UIaCen第4页，本讲稿共21页二、转矩平衡方程 当发电机当发电机输出功率增加输出功率增加时，输出电时，输出电流流Ia增大增大、Tem增大，必须加大外力矩增大，必须加大外力矩T1才能维持正常运转。才能维持正常运转。1、当发电机空载运行时，其、当发电机空载运行时，其转子的阻转矩只有转子的阻转矩只有T0。转矩平。转矩平衡方程：衡方程：T1=T0。2、当发电机负载运行时，其转子的阻（制动）转矩有、当发电机负载运行时，其转子的阻（制动）转矩
3、有:T0和电磁转矩和电磁转矩Tem。转矩平衡方程为：转矩平衡方程为：T1=T0+Tem 发电机必须有外力矩发电机必须有外力矩T1，才能才能维持正常运转。维持正常运转。上下NST1TemT0n+-UIaT1其中：其中：第5页，本讲稿共21页三、功率平衡方程RL 1、机械功率平衡方程摩擦损耗铁损耗附加损耗上 下NST1TemT0nEa+-UIa其中：其中：第6页，本讲稿共21页2、电功率平衡方程P2：输出功率：输出功率pcu：电枢铜耗：电枢铜耗上下NSRLT1TemT0nEa+-UIa 外力矩外力矩T1为了克服制动电磁转矩为了克服制动电磁转矩Tem 供机械力矩（功率供机械力矩（功率Pem）；它转）
4、；它转换成了电磁功率传给了电枢。换成了电磁功率传给了电枢。第7页，本讲稿共21页3、机电能量转换关系 发电机将从转轴上输入的克服电磁转矩的机械功率转换成电功率。该电功率为Ea Ia 电磁功率：电磁功率：Pem=Ea Ia=Tem 上下NSRLT1TemT0nEa+-UIa第8页，本讲稿共21页4、功率分配5、效率、效率6、功率流程、功率流程P1p0pcuPemP2上 下NSRLT1TemT0nEa+-UIa第9页，本讲稿共21页直流发电机基本方程小结NSRLT1TemT0nEaIa+-UPcuP2Pem电势：电势：Ea=IaRa+U转矩：转矩：T1=T0+Tem功率：功率：P1=p0+pcu+
5、P2上下P1P0第10页，本讲稿共21页第二节 他 励 发 电 机 特 性 直流发电机中，物理量：直流发电机中，物理量：U（端电压）、（端电压）、Ia（电枢电流）、（电枢电流）、If（励磁电流）两两间的变化关系（励磁电流）两两间的变化关系称为称为发电机特性。它们包括发电机特性。它们包括 空载特性：空载特性：U=f（If），），Ia=0，n N=C 外特性：外特性：U=f（Ia），If=C，n N=C调节特性：调节特性：If=f（Ia），），U=C，n N=C上下UUfEaIa第11页，本讲稿共21页一、空载特性U=f(If)U0UfEa 当当n=nN且且Ia=0时，时，U与与If关系关系也等于
6、也等于Ea与与If关系，即关系，即 Ea=f(If)Ea，Ea=f(If)曲线与电曲线与电机磁化曲线机磁化曲线=f(If)相似相似Ea=f(If)曲线也有磁滞现象曲线也有磁滞现象 注意：空载实验时，注意：空载实验时，If只能单方向调节。只能单方向调节。上下EaIf0第12页，本讲稿共21页二、外特性U=f(Ia)当当If=IfN，n=nN时，时，U与与Ia的关系的关系UUfEaRLIa曲线下降原因：曲线下降原因：U=Ea-IaRa1、电枢反应去磁，使、电枢反应去磁，使Ea减小。减小。2、内阻、内阻Ra有压降。有压降。(主要主要)电压变化大小用电压变化大小用 U表示，称为电压变化率表示，称为电压
7、变化率U=U0-UNUN100%他励他励 U=（510）%上下UIaINU0UN0第13页，本讲稿共21页 三、调节特性If=f(Ia)当当n=nN,U=C时，时，If与与Ia关系关系UUfEaRLIaRrIfIaIfIf00上下第14页，本讲稿共21页第三节 并 励 发 电 机UUfEaIaRrIfIL并励发电机：Ia=IL+If Uf=U一、空载电压建立的物理过程有剩磁有剩磁 r电机转EaIf 正反馈正反馈上下 发电机何时建立起一个稳定的直流电压？该发电机何时建立起一个稳定的直流电压？该电压为多大？电压为多大？第15页，本讲稿共21页 并励发电机的稳定空载电压必须同时满足两个方程（两条曲线
8、），即空载曲线U0=f(If)和励磁回路电阻线U0=Uf=IfRf总。U0UfEaIaRrIfILU0IfEr0A上下第16页，本讲稿共21页二、并励发电机的自励条件1、有剩磁；、有剩磁；2、励磁绕组极性正确；、励磁绕组极性正确；3、励磁回路的总电阻必须小于、励磁回路的总电阻必须小于相应转速下相应转速下的的临界电阻临界电阻当当n不变时，不变时，Rf总总增加，励磁增加，励磁回路电阻线斜率会增加。当回路电阻线斜率会增加。当电阻线与空载曲线直线段重电阻线与空载曲线直线段重合时，无固定交点，合时，无固定交点，U0不稳不稳定，此状态叫定，此状态叫临界状态。此临界状态。此时时Rf总总叫临界电阻。叫临界电阻
9、。Ea=Ce n，n不同不同空载曲线空载曲线高度不同，临界电阻也不同高度不同，临界电阻也不同U0IfEr0n1n2上下第17页，本讲稿共21页三、外特性U=f(I)当当Rf总总=C，n=nN时，时，U与与I关系关系UUfEaIaRrIfIRLUIINU0并励并励 U=（2030）%他励他励 U=（510）%1、U下降原因下降原因 1）Ra压降压降 2）电枢反应去磁电枢反应去磁 3）U=Uf Ea U上下第18页，本讲稿共21页UUfEaIaRrIfIRLUIINU0并励U=（2030）%他励U=（510）%2、拐弯原因当当RL较大时，较大时，I小小,Ea基本不变基本不变I=（Ea-IaRa）/
10、RLRL小时，U=Uf EaI=（Ea-IaRa）/RL上下当当RL=0时，时，Ea=剩磁电势，剩磁电势，I达到达到最小。最小。注意：虽然并励直流发电注意：虽然并励直流发电机稳态短路电流小，但不机稳态短路电流小，但不能突然短路，因为暂态冲能突然短路，因为暂态冲击电流会很大。击电流会很大。第19页，本讲稿共21页作业：作业：3-14；3-15；3-19；3-21；第20页，本讲稿共21页思 考 题 1、一台四级直流发电机（单叠绕组），如果一个电刷脱落，绕组内部是否有环流出现？刷间电势大小是否会改变？电枢电流大小是否受到影响？2、如何改变直流发电机电枢电势的大小的极性？3、并励直流发电机能自励的基本条件是什么？上第21页，本讲稿共21页