单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七节 直流电机的运行原理,直流电机的基本方程式,直流电动机的工作特性,直流发电机的特性,一、直流电机的基本方程式：,（电系统的电势平衡方程式，机械系统的转矩平,衡方程式，能量系统的功率平衡方程式。）,1、电势平衡方程式：,A、不计磁路饱和效应，并励电动机电枢回路和,励磁回路的电势方程式：,B、,并励发电机电势方程式：,发电机的 大于 。,2、,转矩平衡方程式,：,A、电动机：,瞬态方程,（电磁转矩 负载转矩,稳态方程,B、发电机：,瞬态方程,原动机拖动转矩,稳态方程,空载转矩,惯性转矩,3、功率方程式：,A、直流电机中的损耗、效率：,损耗有三类 消耗于导体电阻中。,消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。,消耗于铁心中的损耗。,铁耗,：由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内,交变而引起的。,铜耗,：,电枢回路铜耗,励磁回路铜耗,电刷接触铜耗,为一对电刷总接触电压降。,机械损耗：,包括轴承摩擦损耗、电刷摩擦,损耗、定转子和空气的摩擦损耗。,附加损耗：,电枢齿、槽存在，使气隙磁通产,生脉动，电枢反应使磁场畸变引起的铁耗。换向,电流引起的损耗。,按额定容量的%计算，无补偿绕组,按额定容量的 0.5%计算，有补偿绕组,在以上损耗中，随负载变化而变化，称,为可变损耗；，为不变损耗。,电机的效率,当不变损耗可变损耗时,，,取得最大,，,是 的二次曲线。,B、并励电动机的功率方程式：,电磁功率 机械功率,电功率,C、,并励发电机的功率方程式：,电磁功率 电功率,机械功率,二、,直流电动机的工作特性,：,当端电压为额电压，电枢回路无外串电阻，励磁,电流为额定励磁电流时，电机转速 ，电磁转矩 ，,和效率 与输出功率 之间的关系。,即：,实际运行中，可测，且 随 增大而增大，所以，,工作特性可表示为：,1、,并励直流电动机的工作特性,：,A、,转速特性,：,其中，为理想空载转速。,转速特性为一斜率为 的直线。,当电机磁路饱和时，随着,的增大，增大，,电枢反应的去磁作用使,增大，直线上翘。,为保证电机稳定运行，0,采取措施使特性略为下降。,B、,转矩特性,：,不计去磁,特性为一过原点的直线。当考虑电枢反应时，实,际曲线偏离直线 ，仍接近于一条直线。,C、,效率特性：,是 的二次曲线。,当不变损耗可变损耗时，取得最大。,0,2、,串励直流电动机的工作特性,：,基本方程式：,不计饱和时：,A、,转速特性,：,分析：a、转速 随着 的增大而迅速减小。,（因为 ）。,b、空载时，很小，及 很小，电机必须,产生反电势 与电源电压相平衡，,因此,很高。,理论上，时，。,故串励电动机不允许空载或轻负载运行。,B、,转矩特性,：,当 增大，很快减小，使 升很快。即，随,着 增大，将以高于 的一次方比例增大。,在同样大小的起动电流 下，,串励电动机的 大于并励电动机的 。,C、,效率特性,：,与并励电动机类似。,并励电动机与串励电动机工作特性比较,：,A、串励电机的 随 增大而迅速下降。,B、串励电动机不允许空载或轻负载运行。,C、在同样大小的起动电流 下，,串励电动机的 大于并励电动机的 。,串励,并励,3、,复励直流电动机的工作特性,：,它介于并励和串励电动机特性之间。,当并励绕组磁势起主要作用，特性接近于,并励电动机特性。,当串励绕组磁势起主要作用，特性接近于,串励电动机特性。,在空载时无飞速现象。,三、直流发电机的工作特性：,可测物理量有：发电机端电压 ，电枢电流 ，,励磁电流 ，转速 等。,有四种特性曲线：,空载特性,负载特性,外特性,调节特性,(一,)、,他励发电机特性：,1、,他励发电机空载特性,：当电机 时，调节,使发电机空载端电压 ，然后使,逐渐回到零，测取空载端电压 与 关系曲线,即为空载特性曲线 。,分析：,A、空载特性表明电机磁路的性质。即：当,一定时，电机绕组感应电势与其对应磁势的关系。,B、改变励磁电流 的方向，可测出反方向的,空载特性曲线。,C、改变电机转速 ，可得不同的空载特性曲线。,D、并励、复励直流发电机的空载特性都以,他励形式测取。,空载特性曲线：,2、负载特性：,当 ，时，端电压 曲线。,与空载特性比较：,当 上升时，两曲线都上升。,当 一定时，两特性的电压不同。,空载,负载,3、外特性：,当 ，时，端电压 曲线。,当负载电流及电枢电流增大时，曲线略为下垂。,积复励,他励,并励,4、调节特性：,当 ，时，端电压 曲线。,当电枢电流增大时，曲线往上翘。,(二,)、,并励直流发电机空载电压的建立,：,并励和复励直流发电机均为自励发电机，首先应,在空载时建立电压，然后再带负载。,自励电压建立的三个条件：,必须有剩磁,；,励磁绕组与电枢并联的极性正确；,励磁回路中电阻小于临界电阻,。,电机有剩磁，极性正确,气隙磁场得到加强,电枢绕组电势增加,励磁电流增加,电枢端电压建立起来,如何稳定呢？,临界电阻线,励磁电阻线,空载特性,空载电压建立能否稳定？,励磁绕组端电压 与励磁电流 ：,在磁路上满足空载特性 ，,在电路上满足伏安特性 。,当 时，达稳定点,A。即两曲线的交点。,(三,)、,并励、复励直流发电机负载运行,：,当 ，建立自励电压后，保持 ，接入,负载 ，逐渐减小 ，测取 与 的曲线。,下垂原因：,电枢反应；积复励,电枢绕组压降；,他励,并励直流电机随,并励,的减小，电枢感,应电势 大大,减小；,串励电机 随,负载变化，使,不稳定，可安自动装置。,第八节 直流电机的换向,换向的电磁现象,改善换向的方法,补偿绕组,直流电机电枢绕组中的电势和电流是交变的。,借助于换向器和电刷，在电刷间获得直流电压和电,流。当旋转的电枢绕组元件从一条支路经电刷底而,进入另一条支路时，该元件中的电流从一方向变换,成另一方向，这种电流方向的变换称为换向。,换向不良：,电刷火花，烧坏电刷和换向器，电,机不能运行。,换向过程复杂：,电磁、机械、电化学等各方面,因素。,现仅就电磁现象及改善换向的方法作介绍：,一、换向的电磁现象：,在上述过程中，元件1 中的电流改变了方向。,经过了一个换向过程。换向过程经历时间为换向,周期 ，一般为千分之几秒。,若换向元件中电势为零，则元件中电流变化,为线性的变化。实际换向元件中会出现两种电势：,电抗电势 ，电枢反应电势 。,(一,)、,电抗电势,：,换向元件中在电流变化时，必然出现由自感和互感,作用引起的感应电势，称为电抗电势 。,由元件自感和互感,漏磁通,产生，作用是阻碍换向。,(二,)、,电枢反应电势,：,由于电枢反应的作用，换向元件的有效边所处的,电枢磁场的磁密不为零，元件边将切割电枢磁场产生,旋转电势，称为电枢反应电势 。,其作用是阻碍换向。,（三）、,和 均使电流换向延时,。,1、被电刷短路的换向元件,瞬时断开时，附加电流,不为零，储能以弧光放电,转化为热能，产生火花。,2、均与电枢电流和,转速成正比。,大电流，高转,速电机换向更困难,。,二、改善换向的方法：,从,减小和消除附加电流,着手：,1、,装换向极,。主极间几何中性线处，绕组与电枢绕组,串联。作用：抵消电枢磁势在几何中性线处的作用；,剩余部分产生附加磁场 ，抵消 。,2、,移动电刷位置,。电刷移开几何中性线一角度。,一般不常用。,3、,选用合适电刷,：减小接触电阻。,石墨电刷换向不困难的中小型电机，,碳石墨电刷换向困难的中小型电机，,青铜石墨电刷低压大电流电机，,紫铜石墨电刷低压大电流电机。,三、补偿绕组：,在主极极靴上冲出一些均匀分布的槽，放置补偿,绕组。补偿绕组与电枢绕组,串联,。磁势与电枢磁势,方向,相反，,其作用是减小电枢反应引起磁场畸变，,防止环火。结构复杂，成本较高，一般不采用。,环火产生原因：,电枢反应磁场畸变，元件切割极尖下增磁区的,时感应出很大的电势，使处于该处换向片间的电,位差很大，当此电位差值超过一定限制，就发生换,向片间电位差火花。该火花延伸到片间电压较大处，,在正负电刷间形成电弧连通，使换向器周围发生环,火。,作业：9月29日,1、一台,P对极的直流电机，电枢绕组为单迭绕组，,其电枢绕组电阻为 ，电枢电流为 。若改接为,单波绕组，并保持支路电流不变，问电枢绕组电阻和,电枢电流将为多少？,2、一台并励直流电动机在,的条件下运行，电枢绕组电阻为 ，,励磁绕组电阻为,额定负载时效率 求：,额定输入功率；额定输出功率；总损耗；,电枢回路铜耗；励磁回路铜耗；电刷接触损耗；,附加损耗；机械损耗与铁耗之和,。,3、一台并励电动机，,1)、电动机的额定输出转矩；,2)、在额定电流时的电磁转矩；,3)、当电枢电流 时，电机的转速；,4)、在总制动转矩不变时，当电枢中串入一电阻0.1欧，,电机稳定时的转速。,4、一台并励电动机，,忽略电枢反应作用，试求：,1)、当电枢电流 时，电机的转速；,2)、当电枢电流 安 时，电动机的转速；,3)、若保持负载转矩不变，当磁通减少15时，,电机稳定时的电枢电流和转速,。,直流电机小结,1、直流电机的工作原理电和磁相互作用。电机外电路中电压、电流、电动势为直流性质；每个绕组元件中的为交流性质。,4、电枢绕组直流电机的心脏，主要电路。,由许多完全相同的绕组元件以一定的规律连接起来,的闭合绕组。,叠绕组、波绕组。并联支路对数。,2、结构静止的磁极、旋转的电枢、气隙。,3、额定值,5、磁场空载、负载时气隙磁密波形。,电枢反应。,电机旋转,气隙磁通变化,电路磁链变化,气隙储能变化,电气系统反应，产生,E。,E与I作用，输入或输出电能,机械系统反应，产生,T。,T与n作用，输入或输出机械能,标志机电能量转换的功率。,6、能量转换电气系统（电枢绕组）、,机械系统（转轴）、联系两系统的耦合介质,（磁场）。,7、基本方程式电势、转矩、功率平衡方程式。,分析电机的运行特性、工作特性。,8、并励直流电动机恒速电动机，,T与I成正比。,串励直流电动机转速变化大，T与I平方成正比。,复励直流电动机介于两者之间。,9、直流发电机特性端电压的建立、变化及调,节。励磁方式不同特性不同。,10、换向几种电动势阻碍换向。,换向不良引起环火。补偿绕组。,思考题：,1、在直流电机中，换向器起什么作用？,2、在下列情况下，直流发电机电刷两端电压,的性质？,1)、磁极固定，电刷与电枢同时旋转。,2)、电枢固定，电刷与磁极同时旋转。,3、下列哪种情况可以使连接在电网上的直流电机,逆变为发电机？,1)、加大励磁电流，使磁通增加，并使 。,2)、在电机轴上外加一转矩，使其转速上升，,并使 。,4、并励直流发电机正转时能自励，反转能否自励？,为什么?应如何处理？,5、如何判断直流电机是运行于发电状态,还是电动状态？它们的电磁转矩、转速、,电枢感应电势、电枢电流和端电压的方向,有何不同？能量转换关系有何不同？,6、一台他励直流电动机拖动一台他励直流发电机，,当发电机电枢电流增加时，电动机的电枢电流,如何变化？试分析其变化过程。,7、直流电动机的电磁转矩是驱动转矩，当电枢,电流增大，即电磁转矩增大时，转速似乎应该上升，,但从其转速特性看，其转速随电磁转矩的增大,而减小，为什么？,8、串励直流电机不能在空载下起动和运行，,而并励和复励直流电机就可以，为什么？,9、要改变他励、并励、串励、复励直流电动机的,旋转方向，应采取什么措施？,10、并励直流电机正常运行时，其电枢电流,由谁决定？其在起动时，起动电流由谁决定？,11、并励直流发电机自励建立电压的条件是什么？,12、分析电枢反应对并励直流电动机转速特性和,转矩特性的影响？,13、哪些因素决定电磁转矩的大小？电磁转矩,的方向与电机运行方式有何关系？,14、若直流电机电枢绕组元件不对称，电刷应,放置在换向器上的什么位置？,例题,：,1、为什么电枢铁芯用硅钢片迭压而成、而磁轭用铸钢,或钢板、磁极用钢片迭压而成？,2、直流电机的主磁路包括哪几部分？,3、一台直流发电机，6极，单迭绕组。正常运行时,有3对电刷。若保持额定运行时转速及磁通不变，当