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1、第十九章第十九章 直流电机的基本方程式和运行特性直流电机的基本方程式和运行特性19.1 19.1 直流发电机的基本方程式直流发电机的基本方程式+-E Ea aR Rf fI II Ia aI If fT T1 1T TT T0 0n nU U并励发电机并励发电机正方向：按发电机惯例规定正方向：按发电机惯例规定电枢电流电枢电流I Ia a和电枢电动势和电枢电动势E Ea a方向一致方向一致T T1 1（原动机输入驱动转矩）与转速（原动机输入驱动转矩）与转速n n同向同向；电磁转矩；电磁转矩T T和和n n反向，为制反向，为制动转矩动转矩P PM M=E=Ea aI Ia a=T=T，将轴上输入的
2、机械功率，将轴上输入的机械功率转换成电枢回路的电功率转换成电枢回路的电功率19.1.1 19.1.1 电势平衡方程式电势平衡方程式电势方程电势方程:式中式中:电枢电阻电枢电阻励磁回路总电阻励磁回路总电阻励磁绕组电阻励磁绕组电阻励磁绕组调节电阻励磁绕组调节电阻注注：发电机中必有：发电机中必有 E Ea aUU电刷接触压降电刷接触压降+-E Ea aR Rf fI II Ia aI If fT T1 1T TT T0 0n nU U并励发电机并励发电机r r19.1.2 19.1.2 转矩平衡方程式转矩平衡方程式T T1 1 转轴上输入的是机械转矩转轴上输入的是机械转矩T T0 0阻力转矩（如摩擦
3、，铁耗，风阻等）阻力转矩（如摩擦，铁耗，风阻等）T T电磁转矩电磁转矩转矩方程式转矩方程式+-E Ea aR Rf fI II Ia aI If fT T1 1T TT T0 0n nU U并励发电机并励发电机19.1.319.1.3直流发电机的损耗、功率平衡方程式直流发电机的损耗、功率平衡方程式原动机输入功率原动机输入功率电磁功率电磁功率机械损耗机械损耗p pm m：轴与轴承摩擦、电刷与换向器摩擦、通风损耗等。：轴与轴承摩擦、电刷与换向器摩擦、通风损耗等。这些损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。这些损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。电机损耗电机损耗铁心损耗铁心损耗p
4、 pFeFe:电枢铁心中磁场交变，会产生涡流损耗和磁滞损耗。电枢铁心中磁场交变，会产生涡流损耗和磁滞损耗。铁耗近似与磁密的平方及转速的铁耗近似与磁密的平方及转速的1.21.21.51.5次方成正比。次方成正比。励磁损耗励磁损耗p pCufCuf:p:pCufCuf=U=Uf fI If f=I=If f2 2R Rf fp pm m+p+pFeFe+p+pad ad 统称为空载损耗统称为空载损耗(不变损耗不变损耗)。附加损耗（也称杂散损耗）附加损耗（也称杂散损耗）p padad:齿槽引起磁场脉动引起的铁耗，齿槽引起磁场脉动引起的铁耗，一些机械部件切割磁通产生的铁耗等一些机械部件切割磁通产生的铁
5、耗等 p padad=(0.5=(0.51)%P1)%P2 2直流发电机功率流程图直流发电机功率流程图发电机效率发电机效率注：额定负载时，直流发电机的效率与容量有关。注：额定负载时，直流发电机的效率与容量有关。10kW10kW以下的以下的小电机，效率为小电机，效率为757588.588.5；1010100kW100kW的电机，效率为的电机，效率为85859090；1001001000kW1000kW的电机效率为的电机效率为88889393其中其中负载损耗：电枢回路电阻损耗负载损耗：电枢回路电阻损耗p pCuaCua=I=Ia a2 2R Ra a;电刷接触压降损耗电刷接触压降损耗（可变损耗）（
6、可变损耗）例例一台四极并励直流发电机的额定数据为：一台四极并励直流发电机的额定数据为：P PN N=6kW,U=6kW,UN N=230V,=230V,n nN N=1450r/min,=1450r/min,电枢回路电阻电枢回路电阻r ra a=0.92,=0.92,励磁回路的电阻励磁回路的电阻R Rf f=177,2U=2V=177,2U=2V，损耗，损耗p pFeFep pm m295W295W。试求额定负载下的。试求额定负载下的电磁功率、电磁转矩及效率（杂散损耗取输出功率的电磁功率、电磁转矩及效率（杂散损耗取输出功率的1 1）。）。解：解：额定电流额定电流励磁电流励磁电流额定负载时的电枢
7、电流额定负载时的电枢电流额定负载时的电枢电势额定负载时的电枢电势额定运行时的电磁功率额定运行时的电磁功率电磁转矩电磁转矩额定负载时发电机的输入功率额定负载时发电机的输入功率效率效率19.2 19.2 直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性发电机运行时，由原动机转带动，保证其恒速运行，一般认发电机运行时，由原动机转带动，保证其恒速运行，一般认为为转速转速恒定恒定表征其运行状态的物理量主要有：表征其运行状态的物理量主要有：发电机的端电压发电机的端电压U U、负载、负载电流电流I I和励磁电流和励磁电流I If f当发电机正常稳态运行时，当发电机正常稳态运行时，3 3个物理量中个物理量中1 1个保
8、持不变，另外个保持不变，另外2 2个之间的关系称为发电机的运行特性个之间的关系称为发电机的运行特性 负载特性负载特性 外特性外特性调节特性调节特性n n常数、常数、I I常数时，常数时，U=f(IU=f(If f)的关系。其中，当的关系。其中，当I I0 0时的特性时的特性U U0 0=f(I=f(If f)称为发电机的空载特性称为发电机的空载特性n n常数、常数、I If f常数（并励时常数（并励时R Rf f常数）时，常数）时，U=f(I)U=f(I)的关系的关系n n常数、常数、U U常数时，常数时，I If f=f(I)=f(I)的关系的关系19.2.1 19.2.1 它励直流发电机的
9、空载特性它励直流发电机的空载特性定义：定义：n=n=常数，常数，I=0I=0时，时，U U0 0=f(I=f(If f)的关系的关系 结论：经过一定比例转换后，开路特性结论：经过一定比例转换后，开路特性U U0 0=f(I=f(If f)与电机的磁化曲线与电机的磁化曲线=f(F=f(Ff f)形状形状完全相同。完全相同。一般电机的工作点位于开路特性上曲线一般电机的工作点位于开路特性上曲线开始弯曲的膝点附近。据此可以判断电开始弯曲的膝点附近。据此可以判断电机的饱和程度。机的饱和程度。+-E Ea ar rf fI II If fU UV VA A改变励磁电流改变励磁电流I If f以改变主磁通以
10、改变主磁通的大小，的大小，可得到不同的空载电势可得到不同的空载电势E Ea a值。绘制值。绘制U U0 0f f(I(If f)曲线曲线空载特性曲线空载特性曲线气隙线气隙线U Uf f19.2.2 19.2.2 它励直流发电机的外特性它励直流发电机的外特性定义：定义：n=n=常数，常数，I If f=常数时，常数时，U=f(I)U=f(I)的关系的关系 保证保证I If f=常数，改变负载（负载电流常数，改变负载（负载电流I I）的大小，测得到不同）的大小，测得到不同的端电压的端电压U U值。绘制值。绘制U Uf(I)f(I)曲线曲线外特性曲线外特性曲线结论：外特性结论：外特性U=f(I)U=
11、f(I)是略微下垂是略微下垂的曲线的曲线电压调整率：从空载到满载电电压调整率：从空载到满载电压变化的程度压变化的程度注：一般他励直流发电机注：一般他励直流发电机U=U=（510510）%,%,可认为是恒压源可认为是恒压源他励发电机端电压下降的原因他励发电机端电压下降的原因1 1、电枢电流、电枢电流IaIa增加，引起电枢压降增加，引起电枢压降IaRaIaRa增大增大2 2、发电机负载增加，由于电枢反应的去磁作、发电机负载增加，由于电枢反应的去磁作用使气隙磁通减少，导致电势用使气隙磁通减少，导致电势EaEa下降下降分分 析析根据公式根据公式19.2.3 19.2.3 它励直流发电机的调节特性它励直
12、流发电机的调节特性定义：定义：n=n=常数，常数，U=UU=UN N，I If f=f(I)=f(I)的关系的关系 保证保证U=UU=UN N，改变负载（负载电流改变负载（负载电流I I）的大小，测得到不同的励）的大小，测得到不同的励磁电流磁电流I If f值。绘制值。绘制I If ff(I)f(I)曲线曲线调节特性曲线调节特性曲线结论：调节特性结论：调节特性I If f=f(I)=f(I)是是上翘的曲线上翘的曲线当电压上升到当电压上升到P P点时，点时，I If f将稳定将稳定19.2.4 19.2.4 并励直流发电机的自励条件和特性并励直流发电机的自励条件和特性E Ea ar rf fI
13、II Ia aI If fr r自励：励磁绕阻并联于电枢绕组两端，自励：励磁绕阻并联于电枢绕组两端，由发电机本身的端电压提供励磁，而发由发电机本身的端电压提供励磁，而发电机的端电压又必须在有了励磁电流后电机的端电压又必须在有了励磁电流后才能产生，所以并励发电机由初始的才能产生，所以并励发电机由初始的U=0U=0到正常运行时到正常运行时U U为一定值，有一个自己建为一定值，有一个自己建立电压的过程立电压的过程(自励过程自励过程)。自励同时受到空载特性自励同时受到空载特性和励磁回路方程的限制和励磁回路方程的限制并励发电机的自励条件并励发电机的自励条件1 1、电机中应有、电机中应有剩磁剩磁2 2、励
14、磁绕组与电枢绕组连接与、励磁绕组与电枢绕组连接与电枢的方向必须电枢的方向必须正确配合正确配合，使，使励磁电流产生的磁场方向与剩励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致磁方向一致3 3、励磁回路电阻、励磁回路电阻小于小于与电机运行转与电机运行转速相应的速相应的临界电阻临界电阻。（对应不同的。（对应不同的转速有不同的临界电阻）转速有不同的临界电阻）临界电阻临界电阻不正确配合不正确配合U=-IU=-If fR Rf f并励发电机的外特性并励发电机的外特性定义：定义：n=n=常数，常数，R Rf f=常数时，常数时，U=f(I)U=f(I)的关系的关系 保证保证R Rf f=常数，改变负载（负载电流常数，
15、改变负载（负载电流I I）的大小，测得不同）的大小，测得不同的端电压的端电压U U值。绘制值。绘制U Uf(I)f(I)曲线曲线外特性曲线外特性曲线它励它励并励并励19.2.5 19.2.5 复励直流发电机的特点复励直流发电机的特点E Ea aI II II If f复励发电机同时存在两种励磁绕组即复励发电机同时存在两种励磁绕组即串励串励和和并励并励绕组绕组如果串励与并励绕组的磁势方向相同，则如果串励与并励绕组的磁势方向相同，则称为加复励（积复励）；称为加复励（积复励）；如果串励与并励绕组的磁势方向相反，则如果串励与并励绕组的磁势方向相反，则称为差复励称为差复励一般来说，并励绕组起主导作用，串
16、励一般来说，并励绕组起主导作用，串励绕组起调节性能的作用绕组起调节性能的作用用的较多的是积复励用的较多的是积复励a a复励发电机的复励发电机的外特性外特性并励并励欠复励欠复励平复励平复励过复励过复励差复励差复励对积复励发电机来说串励磁势起增磁对积复励发电机来说串励磁势起增磁作用即升压作用，而电阻压降和电枢作用即升压作用，而电阻压降和电枢反应的去磁作用起降压作用，二者的反应的去磁作用起降压作用，二者的相对影响力会决定发电机的外特性相对影响力会决定发电机的外特性如果串励绕组作用较大，即在额定如果串励绕组作用较大，即在额定电流时端电压超过空载电压，则为电流时端电压超过空载电压，则为过复励过复励如果串
17、励绕组的作用不足，即在额定电流时端电压小于空载电压，如果串励绕组的作用不足，即在额定电流时端电压小于空载电压，则为则为欠复励欠复励如果串励绕组的作用适当，即在额定电流时端电压等于空载电压如果串励绕组的作用适当，即在额定电流时端电压等于空载电压则为则为平复励平复励差复励发电机的串励绕组为一个去磁磁势，负载增大时端电压差复励发电机的串励绕组为一个去磁磁势，负载增大时端电压迅速下降迅速下降19.3 19.3 直流电动机直流电动机正方向：按电动机惯例规定正方向：按电动机惯例规定电流电流I I和端电压和端电压U U方向一致方向一致电磁转矩电磁转矩T T 与转速与转速n n同向，为拖动转矩；同向，为拖动转
18、矩；输出转矩输出转矩T T2 2及空载转矩及空载转矩T T0 0和转速和转速n n反向，反向，为制动转矩为制动转矩P PM M=E=Ea aI Ia a=T=T，将电枢回路的电功率转换成轴上输入的机械，将电枢回路的电功率转换成轴上输入的机械功率功率+-E Ea ar rf fI II Ia aI If fT TT T2 2T T0 0n nU U电枢电流电枢电流I Ia a和电枢电动势和电枢电动势E Ea a方向相反，方向相反，是反电势是反电势r r19.3.1 19.3.1 直流电动机的基本方程式直流电动机的基本方程式一、电动势平衡方程式一、电动势平衡方程式电势方程式电势方程式式中式中电枢电
19、阻电枢电阻励磁回路总电阻励磁回路总电阻励磁绕组电阻励磁绕组电阻励磁绕组调节电阻励磁绕组调节电阻注：电动机中必有注：电动机中必有 UEUEa a电刷接触压降电刷接触压降+-E Ea ar rf fI II Ia aI If fT TT T2 2T T0 0n nU Ur r 二、转矩平衡方程式二、转矩平衡方程式T T2 2 转轴上输出的是机械转矩转轴上输出的是机械转矩T T0 0阻力转矩（如摩擦，铁耗，风阻等）阻力转矩（如摩擦，铁耗，风阻等）T T电磁转矩（拖动转矩）电磁转矩（拖动转矩）转矩方程式转矩方程式T TL L总负载转矩总负载转矩+-E Ea ar rf fI II Ia aI If f
20、T TT T2 2T T0 0n nU Ur r三、功率平衡方程式三、功率平衡方程式直流电动机功率流程图直流电动机功率流程图电动机效率电动机效率注：额定负载时，直流电动机的效率与容量有关。注：额定负载时，直流电动机的效率与容量有关。10kW10kW以下的以下的小电机，效率为小电机，效率为757588.588.5；1010100kW100kW的电机，效率为的电机，效率为85859090；1001001000kW1000kW的电机效率为的电机效率为88889393其中其中例例一台四极它励直流电动机，电枢采用单波绕组，电枢总导体数一台四极它励直流电动机，电枢采用单波绕组，电枢总导体数N N37237
21、2，电枢回路总电阻，电枢回路总电阻R Ra a=0.208(=0.208(包含电刷的接触电阻包含电刷的接触电阻)。此电机运。此电机运行在电源电压行在电源电压U=220V,U=220V,电机转速电机转速 n nN N=1500r/min=1500r/min，气隙每极磁通，气隙每极磁通0.011Wb0.011Wb的条件下，此时电机的铁耗的条件下，此时电机的铁耗p pFeFe362W362W，机械损耗，机械损耗p pm m204W204W，忽略附加损耗。问：（忽略附加损耗。问：（1 1）该电机的电磁转矩是多少？）该电机的电磁转矩是多少？（2 2）输入功率和效率各是多少？）输入功率和效率各是多少？解：
22、解：电枢电流电枢电流（1 1）电磁功率）电磁功率电枢电动势电枢电动势电磁转矩电磁转矩输出功率输出功率总损耗总损耗效率效率（2 2）输入功率）输入功率19.3.2 19.3.2 直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性工作特性：直流电动机外加电压工作特性：直流电动机外加电压 U UU UN N=常数，电枢回路不串常数，电枢回路不串入外加电阻，励磁电流入外加电阻，励磁电流I If f常数时，电动机的转速常数时，电动机的转速n n、电磁转矩、电磁转矩T T、和效率、和效率与输出功率与输出功率P P2 2之间的关系曲线，即之间的关系曲线，即n nf(Pf(P2 2)，T=f T=f(P(P2 2)，=
23、f(P=f(P2 2)一、并励电动机的工作特性一、并励电动机的工作特性并励电动机保持并励电动机保持 U UU UN N=常数、常数、I If f I IfN fN 常数条件下，改变常数条件下，改变电动机的负载，测得不同负载下的转速电动机的负载，测得不同负载下的转速n n、负载转矩、负载转矩T T2 2和输出和输出功率功率P P2 2，绘制特性曲线。，绘制特性曲线。注：额定励磁电流注：额定励磁电流 I IfNfN 是指：电机输出功率为额定值是指：电机输出功率为额定值P PN N，转速转速为额定值为额定值n nN N时对应的时对应的励磁电流励磁电流。1 1、转速特性、转速特性n=f(Pn=f(P2
24、 2)和和理想空载转速理想空载转速n n0 0 理想空载转速理想空载转速转速变化率转速变化率：空载到满载时电动机转速的变化程度。：空载到满载时电动机转速的变化程度。并励直流电动机的并励直流电动机的nn3 38 8，基本可认为是一种恒速电机。，基本可认为是一种恒速电机。根据根据一般电阻压降的影响较大，所以随着电流的增大，电动机转速一般电阻压降的影响较大，所以随着电流的增大，电动机转速降低。由于电阻降低。由于电阻R Ra a的值很小，所以转速下降比较平缓。的值很小，所以转速下降比较平缓。n=f(Pn=f(P2 2)是一条较平的下降曲线（是一条较平的下降曲线（硬特性硬特性）。）。影响转速影响转速n
25、n的因素：的因素：（1 1）电流）电流I Ia a增大时电枢电阻压降增大时电枢电阻压降I Ia aR Ra a也增大，使转速趋于下降也增大，使转速趋于下降（2 2）电流增大时，电枢反应的去磁作用使得磁通）电流增大时，电枢反应的去磁作用使得磁通下降，使转下降，使转速趋于上升。速趋于上升。并励电动机，当励磁回路开路时，并励电动机，当励磁回路开路时，I If f0 0（00），电机转速），电机转速将会达到很高的数值，以致损坏电机的转子。故并励电动机将会达到很高的数值，以致损坏电机的转子。故并励电动机不不允许失磁允许失磁2 2、转矩特性、转矩特性T=f(PT=f(P2 2)根据转矩平衡方程根据转矩平衡
26、方程输出转矩输出转矩若若n n不变，则不变，则T T2 2=f(P=f(P2 2)为过原点的直线为过原点的直线并励电动机中，并励电动机中，P P2 2增加时增加时n n略为下降略为下降,T,T2 2=f(P=f(P2 2)为略为为略为上翘曲线上翘曲线因因n n变化不大，则变化不大，则T T0 0可认为常数，转矩特性可认为常数，转矩特性T=f(PT=f(P2 2)也为一条略也为一条略为为上翘曲线上翘曲线3 3、效率特性、效率特性=f(P=f(P2 2)并励电动机保持并励电动机保持 U UU UN N=常数、常数、I If f I IfNfN 常数常数条件下，条件下，f f（P P2 2）的关系曲
27、线的关系曲线二、串励电动机的工作特性二、串励电动机的工作特性串励电动机保持串励电动机保持 U UU UN N=常数常数条件下，改变电动机的负载，测条件下，改变电动机的负载，测得不同负载下的转速得不同负载下的转速n n、负载转矩、负载转矩T T2 2和输出功率和输出功率P P2 2或或I Ia a，绘制，绘制n n、T T、与与P P2 2或或I Ia a的关系曲线。的关系曲线。串励电机励磁电流串励电机励磁电流 I If f 等于电枢电流等于电枢电流其中其中 为为 时的转速时的转速1 1、转速特性、转速特性n=f(Pn=f(P2 2)假设磁路不饱和，有假设磁路不饱和，有转速特性转速特性影响转速影
28、响转速n n的因素：的因素：（1 1）电流）电流I Ia a增大时电枢电阻压降增大时电枢电阻压降I Ia aR Ra a也增大，使转速趋于下降也增大，使转速趋于下降（2 2）电流）电流I Ia aI If f增大，磁通增大，磁通相应的增大，转速将迅速下降。相应的增大，转速将迅速下降。串励电动机，在轻载时（串励电动机，在轻载时（P P2 2很小），很小），I Ia aI If f很小，磁通很小，磁通也很也很小，转速将很高，以致达到危险的高度，这种现象称小，转速将很高，以致达到危险的高度，这种现象称“飞车飞车”转速变化率：转速变化率：2 2、转矩特性、转矩特性T=f(PT=f(P2 2)输出转矩输
29、出转矩由于转速由于转速n n随随P P2 2的增加而迅速下降，因的增加而迅速下降，因此此T T2 2随随P P2 2的增大而迅速上升，的增大而迅速上升，T T2 2=f(P=f(P2 2)为为迅速上翘曲线迅速上翘曲线3 3、效率特性、效率特性=f(P=f(P2 2)三、复励电动机的工作特性三、复励电动机的工作特性复励电动机既有复励电动机既有并励绕组并励绕组又有又有串励绕组串励绕组，两种绕组的比，两种绕组的比例不同，就得到不同的特性例不同，就得到不同的特性1 1、并励电动机、并励电动机3 3、串励为主的复励电动机、串励为主的复励电动机2 2、并励为主的复励电动机、并励为主的复励电动机4 4、串励
30、电动机、串励电动机5 5、差复励电动机、差复励电动机19.3.3 19.3.3 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性机械特性：机械特性：n=f(T)n=f(T)是指是指U=UU=UN N=常数，常数，I If f=I=IfNfN=常数，电枢回路和常数，电枢回路和励磁回路没有串接外加电阻条件下，电磁转矩励磁回路没有串接外加电阻条件下，电磁转矩T T和转速和转速n n两个两个机械量之间的函数关系机械量之间的函数关系 一、并励电动机的机械特性一、并励电动机的机械特性式中式中 理想空载转速理想空载转速 机械特性的斜率机械特性的斜率E Ea aI Ia aI II If f机械特性机械特性1 1、自
31、然机械特性、自然机械特性U=UU=UN N、I If fI IfNfN、R Rj j=0=0由于由于R Ra a很小，并励电动机的固有机械特性是很小，并励电动机的固有机械特性是一条比较平的下降曲线。（一条比较平的下降曲线。（硬特性硬特性）此时此时2 2、人工机械特性、人工机械特性（1 1）U=U U=UN N、I If fI IfNfN、R Rj j00n n0 0不变，不变，k k随随R Rj j增大而增大，斜率增增大而增大，斜率增大，机械特性变软大，机械特性变软变端电压变端电压U U，不不变变 ，随随U U而变化，而变化，机械特性硬度不变机械特性硬度不变 （2 2）U=U U=UN N、I
32、 If fIIfNfN、R Rj j=0=0增大励磁回路电阻增大励磁回路电阻r r，磁通，磁通减小，减小，则则 增大，增大，增大，增大，机械特性变软机械特性变软（3 3）UU UUN N、I If f=I=IfNfN、R Rj j=0=0二、串励电动机的机械特性二、串励电动机的机械特性串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，故有电流故有电流I If f=I=Ia aE Ea aI I（1 1）当负载较小时，磁路不饱和，）当负载较小时，磁路不饱和，IIa a（C C1 1为比例常数）为比例常数）或或结论：串励电动机的机械特性为一结论：串励电动机的机械特性为一双曲线
33、双曲线（2 2）当负载较大时，磁路饱和，）当负载较大时，磁路饱和，常数，常数，机械特性同并励机机械特性同并励机当负载转矩很小时，当负载转矩很小时，T T也很小，也很小，n n会达到危险的高度，所以串励电会达到危险的高度，所以串励电动机动机不允许空载起动和运行不允许空载起动和运行同样大的起动电流时，串励电动同样大的起动电流时，串励电动机能产生更大的起动转矩，常用机能产生更大的起动转矩，常用于起动较为困难的场合于起动较为困难的场合串励电动机转矩增大时转速在减少，功率增加缓慢，故串励电动机转矩增大时转速在减少，功率增加缓慢，故转矩转矩过载能力较强过载能力较强串励电动机的特点串励电动机的特点三、复励电
34、动机机械特性三、复励电动机机械特性复励直流电动机既有并励绕组复励直流电动机既有并励绕组又有串励绕组。其机械特性介又有串励绕组。其机械特性介于并励和串励电动机之间于并励和串励电动机之间如果并励绕组起主导作用，则特如果并励绕组起主导作用，则特性接近并励电动机。如果串励绕性接近并励电动机。如果串励绕组起主导作用，则接近串励电动组起主导作用，则接近串励电动机机复励电动机空载时，由于有并励绕组接通，所以起空载复励电动机空载时，由于有并励绕组接通，所以起空载转速不会太高转速不会太高并励并励积复励积复励串励串励19.3.4 19.3.4 直流电动机的稳定运行条件直流电动机的稳定运行条件稳定运行的概念：原运行
35、于某一状态的机组，由于受到外界稳定运行的概念：原运行于某一状态的机组，由于受到外界某种短时扰动而使转速发生变化，当扰动消失后，机组能恢某种短时扰动而使转速发生变化，当扰动消失后，机组能恢复到原来的转速，称机组能稳定运行，否则为不稳定运行。复到原来的转速，称机组能稳定运行，否则为不稳定运行。分析：分析：A A点是稳定运行点，点是稳定运行点，B B点不是稳定运行点点不是稳定运行点 机组稳定运行的条件机组稳定运行的条件:19.4 19.4 直流电机的换向直流电机的换向概念：旋转电枢元件从一条支路经过概念：旋转电枢元件从一条支路经过电刷电刷进入另一条支路时，进入另一条支路时，元件中元件中电流的方向改变
36、电流的方向改变的过渡过程称为换向过程的过渡过程称为换向过程 一、换向过程分析一、换向过程分析 1 12 21 12 21 12 2后刷边后刷边前刷边前刷边一个元件换向过程所需的时间就是称为换向周期一个元件换向过程所需的时间就是称为换向周期T Tk k，即一个换，即一个换向片通过电刷所用的时间。（向片通过电刷所用的时间。（T Tk k=0.0005=0.00050.020.02秒）。秒）。二、换向元件中的电势二、换向元件中的电势2 2旋转电势旋转电势（切割电势）（包含电枢反应电势（切割电势）（包含电枢反应电势e ea a）1 1电抗电势电抗电势换向区有磁场存在，会产生切割电势。这一磁场可能由主极
37、、换向区有磁场存在，会产生切割电势。这一磁场可能由主极、换向极及电枢反应磁势所建立。换向极及电枢反应磁势所建立。换向元件的匝数换向元件的匝数 换向元件边的有效长度换向元件边的有效长度 电枢表面的线速度电枢表面的线速度电流的变化会在绕组元件中产生自感和互感电势电流的变化会在绕组元件中产生自感和互感电势,两者的合成两者的合成电势称为电抗电势电势称为电抗电势电抗电势总是阻碍线圈中电流的变化电抗电势总是阻碍线圈中电流的变化,与与i ia a同向同向 换向周期换向周期 换向片数换向片数三、电刷下产生火花的电磁原因三、电刷下产生火花的电磁原因如果换向元件中电动势为零，则元件换如果换向元件中电动势为零，则元
38、件换向时不会出现环流，其中电流变化曲线向时不会出现环流，其中电流变化曲线i iL Lf(t)f(t)为一条直线，称直线换向为一条直线，称直线换向换向元件中有电动势换向元件中有电动势e ea ae er r时，产生附时，产生附加换向电流加换向电流ee0 0时，时，i iK K0 0，总的换向电流为，总的换向电流为i iK Ki iL Li iL L(直线换向直线换向)，是一，是一种理想的换向情况，不会产生火花种理想的换向情况，不会产生火花e0e0时，时，i iK K 0 0，总的换向电流为，总的换向电流为i iK Ki iL L i iL L，延时换向延时换向在后刷端可能产生火花在后刷端可能产生
39、火花e0e0时，时，i iK K 0 0，总的换向电流为，总的换向电流为i iK Ki iL L i nnn0 0时，时，E Ea aUU，电枢电流为，电枢电流为电流的反向，产生反向的电磁转矩，来实现制电流的反向，产生反向的电磁转矩，来实现制动，在此过程中，电机发出电能回馈给电网，动，在此过程中，电机发出电能回馈给电网，故称回馈制动故称回馈制动19.5.3 19.5.3 直流电动机的调速直流电动机的调速调速：在人为的改变电动机的机械特性，得到不同的运行速度调速：在人为的改变电动机的机械特性，得到不同的运行速度(2)(2)改变电枢端电压改变电枢端电压U U调速调速并励电动机的机械特性并励电动机的
40、机械特性直流电动机的调速有直流电动机的调速有三种三种:(3)(3)改变励磁电流（即改变磁通改变励磁电流（即改变磁通）调速）调速(1)(1)电枢回路串电阻电枢回路串电阻R Rj j调速调速三种调速方法实质上都是改变了电动机的机械特性，使之与三种调速方法实质上都是改变了电动机的机械特性，使之与负载机械特性的交点改变，达到调速的目的负载机械特性的交点改变，达到调速的目的调节电阻调节电阻R Rj j增大时，电动机机增大时，电动机机械特性的斜率增大，与负载械特性的斜率增大，与负载机械特性的交点也会改变，机械特性的交点也会改变，达到调速目的达到调速目的(1)(1)电枢回路串电枢回路串电阻电阻R Rj j调
41、速调速优点：设备简单、操作简单优点：设备简单、操作简单缺点：只能降速，低转速时变化缺点：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大，不易连率较大，电枢电流较大，不易连续调速，有损耗。续调速，有损耗。(2)(2)改变改变电枢端电压电枢端电压U U调速调速改变电枢电压时，电动机机械改变电枢电压时，电动机机械特性平行移动。负载不变时，特性平行移动。负载不变时，交点也移动，速度也随之改变交点也移动，速度也随之改变 优点：调速后，转速稳定性优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。不变、无级、平滑、损耗小。缺点：需要专用电压，设备投资大。（可控硅调压缺点：需要专用电压，设备投资大。（可控硅调压调速系统）调速系统）(3)(3)改变改变励磁电流励磁电流（即（即改变磁通改变磁通）调速）调速减少励磁电流时，磁通减少励磁电流时，磁通减少，减少，电动机机械特性电动机机械特性n n0 0点和斜率增点和斜率增大。负载不变时，交点也下移，大。负载不变时，交点也下移，速度也随之改变速度也随之改变 优点：励磁回路电流小优点：励磁回路电流小(13)%I(13)%IN N,损耗小，连续调速，损耗小，连续调速，易控制易控制缺点：只能上调缺点：只能上调谢 谢！