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1、电机与拖动电机与拖动第第 四四 章章直直直直 流流流流 发发发发 电电电电 机机机机电机与拖动电机与拖动基基 本本 方方 程程他他 励励 发发 电电 机机 特特 性性并并 励励 发发 电电 机机直直 流流 发发 电电 机机电机与拖动电机与拖动第四章第四章 直直 流流 发发 电电 机机本本 章章 要要 求：求：熟练掌握直流发电机的熟练掌握直流发电机的基本方程基本方程，并能正确使用。，并能正确使用。掌握基本概念：物理量的掌握基本概念：物理量的正方向正方向，电机的稳态运，电机的稳态运行。直流发电机的空载特性、负载特性、外特性行。直流发电机的空载特性、负载特性、外特性以及调节特性。以及调节特性。掌握直
2、流并励发电机掌握直流并励发电机自励条件自励条件，并能正确判断直，并能正确判断直流并励发电机无法自励原因。流并励发电机无法自励原因。熟练掌握直流发电机的熟练掌握直流发电机的空载特性和外特性空载特性和外特性，其它，其它特性一般掌握。特性一般掌握。电机与拖动电机与拖动第第 一一 节节 直流发电机的基本方程直流发电机的基本方程 以电路、力学、能量守恒以电路、力学、能量守恒的基本定律为基础，建立直流的基本定律为基础，建立直流电机电压、转矩、功率三个平电机电压、转矩、功率三个平衡方程（衡方程（稳态稳态）。）。一、电压平衡方程一、电压平衡方程正方向规定如图示：正方向规定如图示：电刷压降电刷压降绕组内阻绕组内
3、阻包括绕组内阻和电刷接触电阻的包括绕组内阻和电刷接触电阻的电枢总内阻电枢总内阻上上 下下NSRLT1TemT0nEa+-UIaCe n电机与拖动电机与拖动二、转矩平衡方程二、转矩平衡方程 当发电机当发电机输出功率增加输出功率增加时，输出电流时，输出电流Ia增大增大、Tem增大，必须加大外力矩增大，必须加大外力矩T1才能维持正常运转。才能维持正常运转。 1、当发电机空载运行时，、当发电机空载运行时，其转子的阻转矩只有其转子的阻转矩只有T0。转。转矩平衡方程：矩平衡方程：T1 =T0。 2、当发电机负载运行时，其转子的阻（制动）转矩、当发电机负载运行时，其转子的阻（制动）转矩有有T0和电磁转矩和电
4、磁转矩Tem。转矩平衡方程为：转矩平衡方程为：T1 =T0+Tem 发电机必须有外力矩发电机必须有外力矩T1，才能维持正常运转。才能维持正常运转。上上 下下NST1TemT0n+-UIaT1其中：其中：电机与拖动电机与拖动三、功率平衡方程三、功率平衡方程RL 1、机械功率平衡方程、机械功率平衡方程摩擦损耗摩擦损耗铁损耗铁损耗附加损耗附加损耗上上 下下NST1TemT0nEa+-UIa其中：其中：电机与拖动电机与拖动2、电功率平衡方程、电功率平衡方程P2：输出功率：输出功率pcu：电枢铜耗：电枢铜耗上上 下下NSRLT1TemT0nEa+-UIa 外力矩为了克服制动转矩（电磁和空载转矩）提供机外
5、力矩为了克服制动转矩（电磁和空载转矩）提供机械力矩（功率）；它部分转换成了电磁功率传给了电枢。械力矩（功率）；它部分转换成了电磁功率传给了电枢。电机与拖动电机与拖动3、机电能量转换关系、机电能量转换关系 发电机将从转轴上输入发电机将从转轴上输入的克服电磁转矩的机械功率的克服电磁转矩的机械功率转换成电功率。该电功率为转换成电功率。该电功率为Ea Ia 电磁功率：电磁功率： Pem=Ea Ia = Tem 上上 下下NSRLT1TemT0nEa+-UIa电机与拖动电机与拖动4、功率分配、功率分配5、效率、效率6、功率流程、功率流程P1p0pcuPemP2上上 下下NSRLT1TemT0nEa+-U
6、Ia电机与拖动电机与拖动直流发电机基本方程小结直流发电机基本方程小结NSRLT1TemT0nEaIa+-UPcuP2Pem电势：电势：Ea=IaRa+U转矩：转矩：T1=T0+Tem功率：功率：P1=p0+pcu+ P2上上 下下IaP1P0电机与拖动电机与拖动第二节第二节 他他 励励 发发 电电 机机 特特 性性 直流发电机中，物理量：直流发电机中，物理量：U（端电压）、（端电压）、Ia（电枢电流）、（电枢电流）、If（励磁电流）两两间的变化关系（励磁电流）两两间的变化关系称为发电机特性。它们包括称为发电机特性。它们包括 空载特性：空载特性：U=f(If) ，Ia =0 ，n N=C 外特性
7、：外特性： U=f(Ia) ，If=C ，n N=C 调节特性：调节特性： If =f(Ia) ，U=C ，n N=C上上 下下电机与拖动电机与拖动一、空载特性一、空载特性U=f(If)U0UfEa 当当n=nN且且Ia=0时，时，U与与If关关系也等于系也等于Ea与与If关系，即关系，即 Ea=f(If) Ea， Ea=f(If)曲线与电曲线与电机磁化曲线机磁化曲线 =f(If)相似相似Ea=f(If)曲线也有磁滞现象曲线也有磁滞现象 注意：空载实验时，注意：空载实验时， If只能单方向调节。只能单方向调节。上上 下下EaIf0电机与拖动电机与拖动二、外特性二、外特性U=f(Ia)当当If=
8、IfN ，n=nN时，时，U与与Ia的关系的关系UUfEaRLIa曲线下降原因：曲线下降原因： U =Ea-IaRa1、电枢反应去磁，使、电枢反应去磁，使Ea减小。减小。2、内阻、内阻Ra有压降。有压降。(主要主要)电压变化大小用电压变化大小用 U表示，称为电压变化率表示，称为电压变化率 U=U0-UNUN 100%他励他励 U=（510）%上上 下下UIaINU0UN0电机与拖动电机与拖动 三、调节特性三、调节特性If =f(Ia)当当n=nN , U=C时，时， If与与Ia关系关系UUfEaRLIaRrIfIaIfIf00上上 下下电机与拖动电机与拖动第三节第三节 并并 励励 发发 电电
9、 机机UUfEaIaRrIfIL并发电机：并发电机：Ia=IL+If Uf=U一、空载电压建立的物理过程一、空载电压建立的物理过程有剩磁有剩磁 r电机转电机转EaIf 正反馈正反馈上上 下下 发电机何时建立起一个稳定的直流电压？该发电机何时建立起一个稳定的直流电压？该电压为多大？电压为多大？电机与拖动电机与拖动 并励发电机的稳定空载电压必须同时满足两个并励发电机的稳定空载电压必须同时满足两个方程（两条曲线），即空载曲线方程（两条曲线），即空载曲线U0=f(If)和励磁和励磁回路电阻线回路电阻线U0=Uf=IfRf总总。U0UfEaIaRrIfILU0IfEr0A上上 下下电机与拖动电机与拖动二
10、、并励发电机的自励条件二、并励发电机的自励条件1、有剩磁；、有剩磁；2、励磁绕组极性正确；、励磁绕组极性正确；3、励磁回路的总电阻必须小于、励磁回路的总电阻必须小于相应转速下相应转速下的的临界电阻临界电阻当当n不变时，不变时，Rf总总增加，励磁增加，励磁回路电阻线斜率会增加。当回路电阻线斜率会增加。当电阻线与空载曲线直线段重电阻线与空载曲线直线段重合时，无固定交点，合时，无固定交点，U0不稳不稳定，此状态叫定，此状态叫临界状态。此临界状态。此时时Rf总总叫临界电阻。叫临界电阻。Ea=Ce n，n不同空载曲线不同空载曲线高度不同，临界电阻也不同高度不同，临界电阻也不同U0IfEr0n1n2上上
11、下下电机与拖动电机与拖动三、外特性三、外特性U=f(I)当当Rf总总=C ，n=nN时，时，U与与I关系关系UUfEaIaRrIfIRLUIINU0并励并励 U=（2030）%他励他励 U=（510）%1、U下降原因下降原因 1） Ra压降压降 2） 电枢反应去磁电枢反应去磁 3） U=Uf Ea U上上 下下电机与拖动电机与拖动UUfEaIaRrIfIRLUIINU0并励并励 U=（2030）%他励他励 U=（510）%2、拐弯原因、拐弯原因当当RL较大时，较大时，I小小,Ea基本不变基本不变I =（Ea-IaRa）/ RLRL小时，小时， U=Uf EaI =（Ea-IaRa）/ RL上上
12、 下下当当RL=0时，时，Ea=剩磁电势，剩磁电势，I达达到最小。到最小。注意：虽然并励直流发电注意：虽然并励直流发电机稳态短路电流小，但不机稳态短路电流小，但不能突然短路，因为暂态冲能突然短路，因为暂态冲击电流会很大。击电流会很大。电机与拖动电机与拖动作业：作业： 3-14； 3-15； 3-19； 3-21；电机与拖动电机与拖动思思 考考 题题 1、一台四级直流发电机（单叠绕组），如、一台四级直流发电机（单叠绕组），如果一个电刷脱落，绕组内部是否有环流出现？果一个电刷脱落，绕组内部是否有环流出现？刷间电势大小是否会改变？电枢电流大小是否刷间电势大小是否会改变？电枢电流大小是否受到影响？受到影响？ 2、如何改变直流发电机电枢电势的大小的、如何改变直流发电机电枢电势的大小的极性？极性？ 3、并励直流发电机能自励的基本条件是、并励直流发电机能自励的基本条件是什么？什么？ 上上
