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1、第20章 直流电机的运行特性,20.1 直流发电机的运行特性,发电机励磁方式不同，特性也不一样。,负载特性电压调整特性（外特性）调整特性,负载电流 I 为常数时，Uf ( If )。,保持转速 n 为常数。,空载特性：I0时，Uf ( If )。,1. 他励直流发电机的运行特性,空载特性 E0f ( If )原动机拖动转子以恒速旋转，电枢绕组开路（Ia0），改变励磁电流 If ，测量端电压 E0与If 的关系。,有磁滞、剩磁、饱和现象。,Er ：剩磁电动势,各种直流电机的空载特性都在他励方式下测定。,他励直流发电机的运行特性,负载特性 Uf ( If )原动机拖动转子以恒速旋转，I 一定，改变
2、 If ，测量U 与If 的关系。,If一定时，在不同的I 下有不同的U。原因：IaRa，电枢反应的去磁作用。负载特性与空载特性间相差一个特性三角形。,ab 电枢反应去磁作用ac IaRa,他励直流发电机的运行特性,电压调整特性 Uf ( I )通常指转速nnN ，If为额定值时，U 与 I 的关系。,U随I 的增大而降低，是一条下垂的曲线。原因：IaRa，电枢反应的去磁作用。电压调整率U。,他励发电机的U约为5%10%，变化不大，特性比较硬。,U0为IfIfN时的空载端电压。,他励直流发电机的运行特性,调整特性 Iff ( I )原动机拖动转子以恒速旋转，保持U 恒定时， If 与I 的关系
3、。,If一定时，U 会随 I 变。原因：IaRa，电枢反应的去磁作用。为保持U不变，需调节If 。,2. 并励直流发电机的运行特性,建压及其条件,并励发电机要有一个自行建立励磁和端电压的过程，称为建压。 空载时，I0，IaIf 0。但 If 较小，故可近似认为Ia0，利用空载特性来分析电压建立过程。,并励直流发电机的运行特性,建压及其条件,（1）电机主磁路有剩磁；（2）励磁绕组并联到电枢绕组两端的极性正确，即励磁磁动势与剩磁磁场方向相同；（3）励磁回路总电阻小于电机运行转速下的建压临界电阻Rcr 。,建压条件,Rcrtancr,并励直流发电机的运行特性,电压调整特性,电压调整率U比他励的大，约
4、为20%30% （因If 还随U下降而减小）。 负载电流有“拐弯”现象。,励磁回路总电阻不变时，U 与 I 的关系Uf ( I ) 。,稳态短路电流短路电流Ik0Er/Ra并不很大，常小于IN（因Er数值很小）。,3. 复励直流发电机的电压调整特性,复励发电机通常采用积复励（串、并励绕组的励磁磁动势方向相同）。,按照串励绕组磁动势补偿作用的强弱，可分为三类：,平复励过复励欠复励,20.2 直流电动机的运行特性,他/并励直流电动机的工作特性,UUN，IfIfN时，n、T、 与 Ia （或 P2）关系。,转速调整特性 nf ( Ia ),转速公式,nf(Ia)为硬特性。,20.2 直流电动机的运行
5、特性,他/并励直流电动机的工作特性,转矩特性 Tf ( Ia ),T 近似与 Ia 成正比。,效率特性 f ( Ia ),可变损耗等于不变损耗时， 最高。,p0基本不随Ia变化不变损耗；pCu随Ia变化可变损耗。,他/并励直流电动机的机械特性,他/并励直流电动机的固有机械特性是一条略有下降的直线，是硬特性（ 很小）。,固有机械特性：UUN ，IfIfN ，电枢回路不串任何电阻时的机械特性。,，机械特性的斜率,，理想空载转速,串励和复励直流电动机的机械特性,串励电动机的机械特性,1 串励2 复励3 他励,是一个非线性的软特性，转速n随T的增大而迅速降低。具有优良的起动性能。,复励电动机的机械特性
6、,机械特性介于并励和串励的之间。,20.3 直流电动机的调速,调速的要求,调速范围（调速比）调速平滑性,电枢串接电阻调速改变端电压调速改变磁通调速,他励直流电动机的调速方法,经济性调速方法简单，可靠,他励直流电动机的调速方法,电枢串接电阻调速,机械特性变软。调速范围与负载大小有关。效率低。 负载转矩TL不变时，T不变，串入电阻Rs ，可使转速 n 降低，P2 减小；而Ia不变，P1不变。,电阻的体积大，不能平滑调速。,他励直流电动机的调速方法,改变端电压调速,降低U 的人为机械特性是与固有机械特性平行的直线。调速范围宽，平滑性好。效率高。 TL不变时，T不变，Ia不变；P1UEan， P2 n
7、。,需要可调的直流电源。,他励直流电动机的调速方法,改变磁通调速,减少 的人为机械特性：理想空载转速升高，斜率减小。减少 通常使 n 从基速升高。效率高。 TL不变时，Ia增大，P1增加；P2 n，增加。,设备简单，耗能少，平滑性好。,20.4 直流电动机的起动和制动,直流电动机的起动,起动要求起动转矩大起动冲击电流小能量损耗小简单，便于控制,起动方法全压起动电枢串接电阻起动降压起动,直流电动机的电制动,能耗制动,电制动就是产生与转速方向相反的电磁转矩，使转速降低。,励磁不变，电枢回路从电网断开，并立即接到制动电阻RB上。电枢电动势Ea产生的电枢电流Ia与电动机状态时的方向相反，产生制动电磁转矩。将电机的动能消耗在电阻上。,直流电动机的电制动,反接制动,将电枢回路反接到电源，并接入限流电阻RL 。,端电压U与电枢电动势Ea同向，使电枢电流 Ia 反向，产生较大的制动性电磁转矩。,功率消耗在电阻中。,直流电动机的电制动,回馈制动,降低端电压U调速时，会出现电枢电动势EaU的情况，此时电枢电流Ia反向，产生制动性电磁转矩。此时电机实际上作为发电机运行，将机组的动能转换为电能，回馈给电网。,电机转速升高， 使EaU 时，电机也工作在发电机状态，电磁转矩起制动作用，限制转速的进一步升高。,
