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1、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；2Ub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
2、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)乘以得或式中P1=T1原动机输入的机械功率；Pem=Tem电磁功率；p0=T0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。pa
3、d附加损耗，它产生的原因复杂，难以准确计算，通常取pad=（0.51）%PN。(22-11)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.
4、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=Cen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n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
5、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=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/CT代入转速特性公式可得并励电动机的机械特性
6、为当忽略电枢反应的影响时，If=常数，则为常值，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，Ia，即=C1Ia(C1为比例常数)，故或将式(22-29)和=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
7、路处于饱和状态，接近于常数。设=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=Cen=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
8、)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，=N,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，=N，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