电机与电力拖动基础

1. 电机与电力拖动基础

2. 第二章 直流电机原理 2.6 直流发电机 2.7 直流电动机运行原理 2.8 他励直流电动机的机械特性 2.9 串励和复励直流电动机 2.10 直流电机的换向

3. 2.6 直流发电机 一、直流发电机稳态运行时的基本方程 二、功率关系 三、他励直流发电机的运行特性 四、并励直流发电机

4. 一、直流发电机稳态运行时的基本方程 • 在列写直流电机运行时的基本方程式之前，电压、电流、磁通、转速、转矩等，应先规定好正方向。正方向的选择是任意的，但是一经选定就不要再改变了。 • 有了正方向后，各有关物理量都变 成代数量了。即:各有关物理量如果其瞬时实际方向与它的规定正方向—致，就为正，否则为负。

5. 一、直流发电机稳态运行时的基本方程 图中： U—电机负载两端的端电压； Ia—电枢电流； Tl—原动机的拖动转矩； T—电磁转矩； T0—空载转矩； n—电机电枢的转速； Φ—主磁通； Uf—励磁电压； If—励磁电流等 发电机惯例

6. 一、直流发电机稳态运行时的基本方程 基尔霍夫第二定律：对任一有源的闭合回路，所有电动势之和等于所有压降之和(ΣE＝ΣU)。 按图中虚线方向绕行。其中共有三个压降及一个电动势Ea。 三个压降:(1)负载上压降U； (2)正、负电刷与换向器表面的接触压降; (3)电枢电流Ia在电枢回路串联的各绕组 (包括电枢绕组、换向极绕组和补偿绕 组、电刷电阻等)总电阻Ra上的压降。

7. 一、直流发电机稳态运行时的基本方程 电枢回路方程 电枢电动势 电磁转矩T 稳态运行时的转矩关系

8. 一、直流发电机稳态运行时的基本方程 发电机稳态运行时作用在电枢上的三个转矩： （1）原动机输入给发电机转轴上的转矩T1； （2）电磁转矩T； （3）空载转矩T0——机械摩擦、铁损耗引起的。 是一个制动性转矩，永远与转速n的方向相反

9. 一、直流发电机稳态运行时的基本方程 并励和他励发电机的励磁电流 Uf——励磁绕组的端电压，他励时为给定值；并励时，Uf=U Rf——励磁回路总电阻 气隙每极磁通 以上六个方程为直流发电机稳定运行的基本方程

10. PCuf 二、功率关系 功率流程图

11. 二、功率关系 • 功率平衡方程 • P1=PM+p0=P2+pm+pFe+pCua • =P2+Σp • 电磁功率PM：从机械功率转化为电功率的那一部分功率。 • PM=TΩ=CTΦIaΩ=pN/(2πa)ΦIa*(2πn/60) •         =pN/(60a)ΦnIa=EaIa • 效率η=P2/P1=1-Σp/P1=1-Σp/（ Σp+P2)

12. 三、他励直流发电机的运行特性 1、无载特性 端电压=电枢电动势：转速不变，无载势电枢电动势与励磁电流 的关系 E0=Ea=f(If) 2、外特性 U=f(Ia) 　　励磁电流=额定电流不变，改变负载的大小，即外电路负载电阻，端电压随之变化，与励磁电流的关系——外特性

13. 三、他励直流发电机的运行特性 3、调节特性 　　维持端电压不变，负载电流的大小改变，需要调节励磁电流，负载电流大，励磁电流也大。

14. 三、他励直流发电机的运行特性 4、效率曲线 可变损耗——电枢绕组的铜损耗；不变损耗——铁心损耗和机械损耗。二者相同时，可达最高效率。 他励直流发电机的工作特性 1－他励；2－并励

15. 四、并励直流发电机 由自己的端电压产生励磁电流——自己建立电压的过程——自励 并励直流发电机电压建立过程 1－空载特性；2、3－励磁回路的伏安特性 并励直流发电机的接线图

16. Er E1 剩磁 If1 If2 U0 If0 … 四、并励直流发电机 并励直流发电机的自励条件 伏安曲线的斜率

17. αcr α 四、并励直流发电机

18. 四、并励直流发电机 自励条件： （1）主磁路有剩磁 （2）并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确 （3）励磁回路的总电组要小于该转速下的临界电阻

19. 直流发电机原理演示 四、并励直流发电机 整流： 电子整流； 机械整流——换向器 两极直流发电机的过程 演示

21. 四、并励直流发电机

22. 四、并励直流发电机 结果： 电刷A——在N极下（+） 电刷B——在S极下（-） 直流电

23. 直流电动机工作过程演示 • 将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组，使电枢导体abcd内有电流流过。 • 电机内部有磁场存在。线圈无原动机拖动。 • 载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用（安培定律） f=Bli（N）（左手定则） • 所有导体产生的电磁力作用于转子，拖动机械负载旋转。

24. 直流电动机工作过程演示 直流电动机的工作过程 演示

26. 结论： 1、电枢里的饶组是交变的 2、产生的电磁转矩是单向的（因换向器的缘故） 3、实际上电机的电枢不止一个线圈，但电磁转矩是一样的。 线圈内的感应电动势是一种交变电动势 而在电刷 A B 端的电动势却是直流电动势 4、 电机的可逆运行原理 从上述基本电磁情况来看：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行也可以作为发电机运行这种原理在电机理论中称为可逆原理

27. 问题1-1：直流电机电枢单个导体中感应电势的性质？问题1-1：直流电机电枢单个导体中感应电势的性质？ • 问题1-2：直流电机通过电刷引出的感应电势的性质？ • 问题1-3：直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势？

28. 2.7 直流电动机运行原理 一、可逆运行原理 二、他励直流电动机稳态运行的基本方程 三、他励直流电动机的功率关系 四、直流电动机的工作特性

29. 一、可逆运行原理 一台电机从原理上，在某一条件下既可以作为电动机运行 也可以作为发电机运行，并且可以互相转换，这种原理在电 机理论中称为可逆原理。

30. 一、可逆运行原理 发电运行时的功率关系和转矩关系 P1=PM+P0 将输入的机械功率转变为电功率送给电网 发电机惯例

31. 二、他励直流电动机稳态运行的基本方程 U—电动机两端的供电电压； Ia—负载（电枢）电流； T2—电动机轴上输出转矩； T—电磁转矩； T0—空载转矩； TL—负载转矩； n—电机电枢的转速； Φ—主磁通； Uf—励磁电压； If—励磁电流等 电动机惯例

32. 二、他励直流电动机稳态运行的基本方程 电枢回路方程 电枢电动势 电磁转矩T 稳态运行时的转矩关系 并励和他励电动机的励磁电流 气隙每极磁通

33. 三、他励直流电动机的功率关系 即 他励直流电动机的功率流程

34. 四、直流电动机的工作特性 1、转速特性 当U=UN，If=IfN时，n=f(Ia) 2、转矩特性 当U=UN， If=IfN时，T=f(Ia) 3、效率特性 当U=UN， If=IfN时， η =f(Ia)

35. 四、直流电动机的工作特性

36. 四、直流电动机的工作特性

37. 2.8 他励直流电动机的机械特性 一、机械特性的一般表达式 二、固有机械特性 三、人为机械特性 四 、机械特性的求取

38. 式中 理想空载转速 机械特性的斜率 通常称 大的机械特性为软特性， 小 的机械特性为硬特性。 一、机械特性的一般表达式 定义：电动机加上一定电压U和一定的励磁电流If时，电磁转矩与 转速之间的关系。n=f(T)

39. 二、固有机械特性 当电枢加额定电压、气隙每极磁通量为额定值、电枢回路不串联电阻时，即 U=UN，Ф= ФN，R=0情况下的机械特性——固有机械特性 他励直流电动机固有机械特性

40. 当改变 或 或 得到的机械特性称为 ——人为机械特性 三、人为机械特性

41. 保持 不变，只在电枢回路中串入电阻 的人为特性： T 三、人为机械特性 1）电枢串电阻时的人为特性 特点：（1）n0不变，β变大； （2）RS越大，特性越软。

42. 保持 不变，只改变电枢电压 的人为特性： T 三、人为机械特性 2）降低电枢电压时的人为特性 特点：（1）n0 随 U 变化； （2）U 不同，曲线是一组平行线。

43. 三、人为机械特性 3）减弱励磁磁通时的人为特性 保持 不变，只改变励磁回路调节电 阻 的人为特性： 特点：（1）弱磁，n0 增大； （2）弱磁，β增大

44. T TK2 TK1 TK 三、人为机械特性 3）减弱励磁磁通时的人为特性

45. 1、固有机械特性 （已知： ） 四 、机械特性的求取 求两点：1）理想空载点： 2）额定运行点：

46. 1）估算 2）计算 3）计算理想空载点： 4）计算额定工作点： 四 、机械特性的求取 步骤：

47. 在固有机械特性方程 的基础上，根据人为特性所对应的参数 或 或 变化，重新计算 和 ，然后得（ ）、（ ）。 四 、机械特性的求取 2、人为机械特性的求取

48. 2.9 串励和复励直流电动机 • 复励直流电动机既有并励绕组又有串励绕组。其机械特性介于并励和串励电动机之间。 • 如果并励绕组起主导作用，则特性接近并励电动机。如果串励绕组起主导作用，则接近串励电动机。 • 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。

49. 2.9 串励和复励直流电动机 • 各种直流电动机机械特性比较

50. 2.10 直流电机的换向 一、换向过程分析 二、换向元件中的电势 三、影响换向的因素 四、改善换向的方法