《电机学课件.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机学课件.（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、东南大学 电气工程学院 电机学 直流发电机和直流电动机 东南大学 电气工程学院 本章内容 自励发电机的电压建起1 直流发电机的运行特性2 直流电动机的机械特性和工作特性3 直流电动机的起动、调速和制动4 直流电机的换向和改善换向的方法5 东南大学 电气工程学院 自励发电机的电压建起 自励发电机的电压建立过程 起动开始，U=0，励磁电流If=0。 由于铁心存在剩磁，当电枢旋转时，电枢绕 组中有小的感应电势（b点），在励磁绕组中 产生微小的励磁电流Ifb。 若Ifb产生的磁势与剩磁同方向，则使磁场增 强，电枢端电压随之增加，并产生更大的激 磁电流。 东南大学 电气工程学院 自励发电机的电压建起 在
2、0a段，有 即励磁电流随时间增加，对应端 电压U也增加 在a点达到稳定值，空载电压建 立。 空载特性曲线（磁 化曲线） 励磁回路电压方程 场阻线 东南大学 电气工程学院 自励发电机的电压建起 励磁回路的影响 4.励磁回路的总电阻小于该转速时的临界电阻 临界电阻指一定转速时，与磁化曲线的直线部分（气隙线） 重合的场阻线 电路的因素 3.励磁绕组的接法与电机旋转方向正确配合 4.使最初的微小励磁电流增强原来的剩磁，使感应电势增加 磁路的因素 1. 存在剩磁 2. 饱和现象 铁磁材料的饱和现象，使得磁化曲线与场阻线存在交 点，即电机有确定的电压。 东南大学 电气工程学院 自励发电机的电压建起 绕组接
3、法与旋转方向 改变电枢 绕组与励磁 绕组的相对 连接 改变电枢 的旋转方向 东南大学 电气工程学院 自励发电机的电压建起 转速与场阻线及稳定电压 0a线，场阻r1，稳定端电 压U1 0c线，场阻r3（较大）， 建立电压U2很小，电压无 法建立 0b线，场阻r2，常阻线与 气隙线重合，无明确的交 点，电压不能稳定。且场 阻的微小变化将引起端电 压的较大变化 提高电机转速： 磁化曲线发生变化，如图中虚线，临界场阻随转速增加而增大 。 假设电机场阻不变，如果原临界场阻小于电机场阻不能自励， 此时转速增加后临界场阻大于电机场阻，则电压可以建立。 空载电压与励磁回路电阻 的大小和电机转速高低有 关。 东
4、南大学 电气工程学院 主要变量： 端电压U、励磁电流If、负载电流IL和电机转速n 外特性： 负载特性： 调节特性： 直流发电机的运行特性 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 他励发电机的特性 励磁电流不随负载电流变化 励磁可调，电压调节范围大，适用于要求电压广 泛可调的应用场合。工业上低压（4-24V）及高 压（600V）以上均为他励。 如何改变电机端电压 极性？ 取决于电枢电势的方 向， 1.改变转向，而磁通 方向不变 2.改变磁通方向，而 转向不变 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 他励时的空载特性 空载特性 通过磁路计算，或空载 实验得到。 即电机的磁化曲线 负载
5、特性 假设电枢反应的去磁作 用与负载电流成线性正 比。 如电枢反应起助磁作用 ，则特性三角形应翻转 ，负载曲线比空载曲线 高 I f U0 U=E-Ira E If1 If1 I ra 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 他励时的外特性 端电压下降的因素： 电枢回路中引起的电压 降 电枢反应的去磁作用 通常约为005010 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 他励时的调节特性 当有负载电流时，为 要维持端电压不变， 随着负载电流的增大 ，励磁电流相应增大 U IN 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 并励发电机的特性 励磁绕组与电枢绕组并联、励磁电流由发电机 电枢
6、绕组自己供给，随电枢电压变化 作为短线路的电源，如同步电机的励磁机、蓄 电磁的充电电源等。 如何改变电机端电压极 性？ 取决于电枢电势的方向 改变电刷间极性时应注 意电压建立的问题。 即改变原动机转向时必 须改变绕组的相对连接 。 使感应电势与剩磁方 向一致 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 并励时的空载特性 并励发电机在空载时，电枢电流等于励磁电 流。由于励磁电流很小，它流过电枢绕组所 产生的电阻压降和电枢反应很小，故空载时 的感应电势即可认为是与空载端电压相等。 所以，并励发电机的空载特性和它的磁化曲 线相同 东南大学 电气工程学院 端电压下降的因素 电枢回路的电压降； 电枢反
7、应的去磁作用； 端电压下降引起的励磁电 流减小。 当负载电阻不断减小时，负载电流 IL增加。 但当降至某一临界数值Icr以后， 若负载电阻继续减小，则负载电流 IL反将逐渐减小。 当电枢两端直接短路，负载电流将 降为微小的短路电流Ik。 直流发电机的运行特性 并励时的外特性 电压变化率约为20% 拐 点 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 短路电流的解释： 直接短路时，端电压U=0，励磁 绕组电压等于0。励磁电流为零 ，感应电势仅为剩磁电势，并引 起短路电流。 短路的影响主要在于突然短路的 瞬间： 由于励磁绕组有很大的电阻，磁 通不能立即变为零，imax可达8- 12IN。 并励时的
8、外特性 拐 点 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 拐点产生的原因： 负载电阻减小后，一方面使负载电 流增加，端电压下降；另一方面， 端电压下降后，使励磁电流减小， 电势下降，使负载电流下降。 当电压较高时，磁路饱和，励磁电 流对电势影响不大；（负载电流随 电阻下降而增大） 当电流达到临界值时，磁路退出饱 和，励磁电流的微小变化引起感应 电势的较大变化（负载电流下降） 并励时的外特性 拐 点 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 并励时的调节特性 U IN 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 串励发电机特性 1. 空载特性（另外励磁 ） 2. 外特性 3. 场阻线（
9、包括外电阻 ） 串励发电机的端电压当负 载变化时很大。 3 电压建立过程 端电压与负载电阻有关，若 负载电阻减小，则端电压升 高；若负载电阻大于一临界 电阻，则电势不能建立。 东南大学 电气工程学院 直流发电机的运行特性 复励发电机的特性 复励发电机的外特性界于并励发电机与串励发电机外 特性之间。复励的程度决定于串联励磁与并联励磁的 相对强度，并联励磁通常要比串联励磁强的多。 有平复励（恰好补偿）、超复励（过补偿）、欠复励 之分。 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 直流电动机的作用原理 电枢绕组和励磁绕组分别施加直流电 源。气隙中主磁通与电枢电流相互作 用产生电磁转矩，
10、电磁力矩为原动力矩，在电磁力矩的 作用下，驱动轴上的机械负载旋转。 电枢绕组感应电势为 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 直流电动机的机械特性 转矩特性 转速特性 转速与转矩特性（机械特性，T-n曲线） 在不同的励磁方式下，主磁通随负载电流的变化 不同，导致电机特性的差异。 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 并励电动机的特性 如何改变并励电动机的旋转方向： R：分别调换励磁绕组或电枢绕组接头。 不能简单地改变电源极性，因而电磁转矩方向与主 磁通和电枢电流方向的有关。 1.转矩特性 励磁电流 不变。 当负载电流很小时，电枢反应的去磁作用很小，近 似认为
11、主磁通不变，则 与电枢电流成线性关系。 当负载电流较大时，电枢反应去磁作用使主磁通有 所减小，曲线向下弯曲。 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 2.转速特性 负载电流增加，电枢电阻压降增大 ，如不计电枢反应的去磁作用即主 磁通不变，Ea减小一些，Ea=CeIa ，则n随Ea的下降而有所减小，形成 向下的机械特性。 如考虑电枢反应的去磁作用将使每 极磁通减少，并励电动机的转速 变化很小。电阻电压降的影响影响 较大，转速特性是略为下倾的。 硬特性 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 并励电动机的特性 3. 机械特性 主磁通由于负载电流去磁作 用的影响随电流
12、增加而略有 减小。 Ra=0时，称为自然机 械特性硬特性。 增加电枢回路串联电 阻，则机械特性变软 。 如改变励磁电流，则If越小时 ，空载转速越高，电机特性越 软。 如改变电枢电流（但保持励磁 不变）则机械特性为平行的直 线，n0不同，硬度不变。 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 并励电动机励磁失磁的分析 If=0 当励磁回路断路时，气隙中的磁通将骤 然降至微小的剩磁，电枢回路中的感应 电势也将随着减小。 由于惯性，电机速度不能突变，电枢电 流将急剧增加，使电动机严重过载。 电磁转矩的变化 （1）当电枢电流的增加程度不足以补 偿每极磁通的减小程度时，电磁转矩减 小，因而
13、使电动机减速； （2）当电枢电流的增加程度超过每极 磁通的减小程度时，电磁转矩将增大， 使电动机加速，直至转速上升到危险的 高值（达到电压平衡）。 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 串励电动机的特性 1. 转矩特性 2. 一般情况下： 转矩按大于电流一次方的比例增 加，对起动和过载能力有意义。 当负载电流（即励磁电流）很小 时，铁心处于不饱和状态，主磁 通随励磁成正比增加，即 当负载电流较大时，铁心饱和， 主磁通随励磁变化较小（近似不 变） 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 串励电动机的特性 2. 转速特性 负载较小时，励磁小， 磁路不饱和，主磁通与
14、 电流成正比 负载较大，在磁路饱和 后，主磁通近似不变， 随电流增加转速略有下 降 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 “飞速”的解释 1. 在满载或较重负载时，电枢电流较大， If=Ia较大，气隙磁通较大，电机只需不 太高的转速便能产生较高的反电势与电 网电压平衡。 2. 在空载或很轻负载时，If=Ia很小，使主 磁通很小，电机必须以很高的转速才能 产生反电势保持电压平衡。 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 串励电动机的特性 T 3. 机械特性 铁心饱和后 在工作范围内，转速随负载电流急剧变化软特性。 不能在极轻载下运行 东南大学 电气工程学院 直流
15、电动机的机械特性和工作特性 适当地选择并励磁势和串励磁势的相对强弱，可使复励 电动机具有负载所需要的特性 。 以并励为主的积复励： 当负载转矩突然增加时，电 枢电流增大（电枢反应去磁 作用增强），串励磁势增加 ，使主磁通增大。 使电磁转矩很快的增大以 克服突然增大的负载转矩； 使反电势很快的增大以减 小电枢电流的冲击值。 当电枢反应去磁作用很强 时，仍能使电机有下降的机 械特性，保持其稳定运行。 复励电动机的特性 东南大学 电气工程学院 直流电动机的机械特性和工作特性 电动机稳定运行 在恒负载转矩条件下，下降的机械特性电动机能稳定运行，上 升的机械特性电动机不能稳定运行。 在交点处，转速之上则
16、TTz 东南大学 电气工程学院 直流电动机的起动、调速和制动 直流电动机的起动 起动要求： 足够的起动转矩 一定范围的起动电流 起动时间符合生产要求、起动设备简单、经济 、可靠。 t Ia n n I a Is t 直接起动 t=0时，n=0，Ea=0， Ia=U/ra很大（10-50IN）， 副作用有：损坏电枢绕组、 导致换向器环火。 随着速度增加，反电势增加 ，电枢电流反而下降。 东南大学 电气工程学院 直流电动机的起动、调速和制动 限制起动电流的起动方法 变阻器起动起动时，在电枢回路中串入变阻 器 ，当转速逐渐上升时，可把起动电阻逐级切 除。 直流并励电动机起动时，励磁回路中串联的电阻取 较小的值： 起动中要求较大的转矩，励磁回路电阻小，励磁电 流大，较大，有利起动。电机起动后，感应电势 建立，使起动电流很快减小。 东南大学 电气工程学院 直流电动机的起动、调速和制动 降压起动方法
