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1、第17章 直流电机的运行 内容内容 要求要求 17.3 17.3 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性17.1 17.1 直流电机的基本方程式直流电机的基本方程式17.2 17.2 直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性 17.4 17.4 直流电动机的起动、调速和反转直流电动机的起动、调速和反转 掌握直流电机的电动势、功率和转矩平衡方程式。掌握直流电机的电动势、功率和转矩平衡方程式。掌握直流发电机的空载特性和外特性、并励发电机的自励条件。掌握直流发电机的空载特性和外特性、并励发电机的自励条件。掌握直流电动机的自然机械特性和人为机械特性。掌握直流电动机的自然机械特性和人为机械特性。掌握直
2、流电动机的起动、调速及反转的原理及方法。掌握直流电动机的起动、调速及反转的原理及方法。第17章 直流电机的运行17.1 直流电机的基本方程式电动机电动机一、电动势平衡方程式一、电动势平衡方程式 发电机 电动势平衡方程式电动势平衡方程式功率平衡方程式功率平衡方程式转矩平衡方程式转矩平衡方程式（以并励电机为例）（以并励电机为例）电枢回路总电阻电枢回路总电阻 他励：他励： 第17章 直流电机的运行二、功率平衡方程式二、功率平衡方程式1功率流程图功率流程图发电机：将机械能转换成电能；发电机：将机械能转换成电能；电动机：将电能转换成机械能。电动机：将电能转换成机械能。 在能量转换过程中将产生损耗。在能量
3、转换过程中将产生损耗。2损耗损耗电枢铁心损耗电枢铁心损耗电枢铁心中磁场交变引起的铁心损耗，主极铁心中没有铁耗。电枢铁心中磁场交变引起的铁心损耗，主极铁心中没有铁耗。 机械机械损耗耗由转动部件摩擦所引起的损耗。由转动部件摩擦所引起的损耗。 附加附加损耗耗由于齿槽存在及漏磁场畸变等多种因素所引起的损耗。由于齿槽存在及漏磁场畸变等多种因素所引起的损耗。 电枢枢铜损耗耗电枢绕组电阻和电刷接触电阻上的损耗电枢绕组电阻和电刷接触电阻上的损耗 励磁励磁铜损耗耗第17章 直流电机的运行机械机械损耗耗不变损耗：不变损耗：励磁励磁铜损耗耗电枢铁心损耗电枢铁心损耗电枢枢铜损耗耗附加附加损耗耗取输出功率的取输出功率的
4、0.51）%。 可变损耗：可变损耗：3输入、入、输出、出、电磁功率磁功率输入功率入功率发电机：指转轴上输入的机械功率；发电机：指转轴上输入的机械功率；电动机：指电源输入的电功率电动机：指电源输入的电功率 输出功率出功率发电机：指电枢两端输出的电功率发电机：指电枢两端输出的电功率 电动机：指机：指转轴输出的机械功率。出的机械功率。电磁功率磁功率指电机内部的电功率和机械功率相互转换的功率。指电机内部的电功率和机械功率相互转换的功率。 机械功率机械功率 电功率电功率 角速度角速度第17章 直流电机的运行4功率平衡方程式功率平衡方程式发电机发电机 电动机电动机 统一写成统一写成空载损耗：空载损耗：总总
5、 损损 耗：耗：第17章 直流电机的运行三、转矩平衡方程式三、转矩平衡方程式 发电机发电机(EaU) 电动机电动机(EaU)发电机发电机 电动机电动机讲讲 例例17.1.1 17.1.1 第17章 直流电机的运行17.2 直流发电机的运行特性 一、空载特性指指时，时，空载特性可以用试验求取。空载特性可以用试验求取。试验时将发电机接成他励，使其处于空载，试验时将发电机接成他励，使其处于空载，并保持转速为额定转速。调节励磁电流，并保持转速为额定转速。调节励磁电流，可以测取整个磁滞回线，取平均曲线，作为电机的空载特性。可以测取整个磁滞回线，取平均曲线，作为电机的空载特性。 由于磁路有剩磁，在由于磁路
6、有剩磁，在If = 0 时，有一个不大的剩磁电压，约为额定电压时，有一个不大的剩磁电压，约为额定电压2%4%。 第17章 直流电机的运行二、外特性指指时，时，外特性是一条略带下垂的曲线。外特性是一条略带下垂的曲线。 所以并励比他励发电机端电压下降较多。所以并励比他励发电机端电压下降较多。外特性下降原因：外特性下降原因：他励时他励时 不变，不变，并励时并励时 外特性曲线可用负载试验测得。外特性曲线可用负载试验测得。 额定电压变化率额定电压变化率他励：他励：510 并励：并励：20左右左右 第17章 直流电机的运行三、并励直流发电机的自励条件 2励磁绕组与电枢绕组连接正确励磁绕组与电枢绕组连接正确
7、1电机主磁极中有剩磁电机主磁极中有剩磁 电枢旋转切割电枢旋转切割 若连接不正确若连接不正确励磁电阻线励磁电阻线 空载特性空载特性 二者交点为空载稳定运行点二者交点为空载稳定运行点 3励磁回路电阻励磁回路电阻 小于临界电阻小于临界电阻,励磁电阻线斜率励磁电阻线斜率空载特性斜率，二者有交点。空载特性斜率，二者有交点。 ,电压不稳定；电压不稳定； 不能建立电压。不能建立电压。第17章 直流电机的运行17.3 直流电动机的机械特性指指 为常值时，转速与电磁转矩之间的关系，即为常值时，转速与电磁转矩之间的关系，即 一、机械特性表达式机械特性机械特性由由可得可得转速特性转速特性理想空载转速：理想空载转速：
8、 机械特性斜率机械特性斜率 第17章 直流电机的运行二、自然机械特性时的时的指三、人为机械特性时的时的指 或 或1电枢串电阻人为特性电枢串电阻人为特性很小，硬特性，转速稳定性好。很小，硬特性，转速稳定性好。特点：特点：不变，不变，特性变软。特性变软。特点：特点：第17章 直流电机的运行2降压人为特性降压人为特性不变，不变，特点：特点：硬特性。硬特性。3弱磁人为特性弱磁人为特性特点：特点：特性变软。特性变软。第17章 直流电机的运行17.4 直流电动机的起动、调速和反转一、直流电动机的起动要求：要求： 起动前应将励磁调节电阻短接，使磁通最大；起动前应将励磁调节电阻短接，使磁通最大； 在保证在保证
9、Tem足够大的条件下，尽量减小足够大的条件下，尽量减小Ia。根据根据起动方法：起动方法：直接起动；直接起动；电枢回路串变阻器起动；电枢回路串变阻器起动；降压起动。降压起动。1直接起动全压起动）直接起动全压起动） 直接起动只适用于小型直流电动机。直接起动只适用于小型直流电动机。 起动瞬间，起动瞬间，n=0, Ea=0, 很大，可达很大，可达(1020)IN 后果：造成电机换向困难，出现强烈火花，烧坏电机；后果：造成电机换向困难，出现强烈火花，烧坏电机； 造成电网电压下降，影响其它电力设备正常运行。造成电网电压下降，影响其它电力设备正常运行。 第17章 直流电机的运行2电枢回路串变阻器起动电枢回路
10、串变阻器起动起动电流起动电流随着随着应逐渐切除应逐渐切除直到全部切除。直到全部切除。 为限制起动电流过大，串入起动电阻为限制起动电流过大，串入起动电阻起动电阻计算起动电阻计算设限制起动电流为设限制起动电流为则应串入的起动电阻为则应串入的起动电阻为即即 3. 降压起动为限制为限制 Ist 过大，起动时加低电压，随着过大，起动时加低电压，随着n上升，上升，Ea增大，逐步升高电压直至额定值。增大，逐步升高电压直至额定值。优点：起动电流小，起动过程平滑，能量损耗少。优点：起动电流小，起动过程平滑，能量损耗少。 需要可以调压的晶闸管整流电源。需要可以调压的晶闸管整流电源。第17章 直流电机的运行二、直流
11、电动机的调速直流电动机具有良好的调速性能，在调速性能要求高的场合应用广泛。直流电动机具有良好的调速性能，在调速性能要求高的场合应用广泛。 电枢串电阻调速；电枢串电阻调速；降低电压调速；降低电压调速；减弱磁通调速。减弱磁通调速。 直流电动机调速方法：直流电动机调速方法：1电枢串电阻调速电枢串电阻调速调速方向：调速方向：（1调速不平滑，特性斜率大，转速稳定性较差。调速不平滑，特性斜率大，转速稳定性较差。 （2 2恒恒转矩矩负载时，由于由于 不不变，所以，所以调速前后速前后 Ia Ia 不不变。特点：特点：P1=UNIa不不变，P2TL n 减小，效率下降。减小，效率下降。（3 3）（4 4调速范速
12、范围较小。小。第17章 直流电机的运行2降低电压调速他励电动机）降低电压调速他励电动机）调速方向：调速方向：（4 4恒恒转矩矩负载时，由于由于 不不变，所以，所以调速前后速前后 Ia Ia 不不变。特点：特点：（1电源电压能够平滑调节，可以实现无级调速；电源电压能够平滑调节，可以实现无级调速； （2调速前后机械特性斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好；调速前后机械特性斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好； （3无论轻载还是重载，调速范围相同，且调速范围较宽。无论轻载还是重载，调速范围相同，且调速范围较宽。 （5P1=UIa 减小，减小，P2TL n 减小，效率基本不变。减小，效
13、率基本不变。 需要电压可调节的直流电源：晶闸管整流电源。需要电压可调节的直流电源：晶闸管整流电源。 第17章 直流电机的运行注意，并励电动机运行中，励磁绕组绝对不许断开，否则注意，并励电动机运行中，励磁绕组绝对不许断开，否则 3减弱磁通调速减弱磁通调速调速方向：调速方向：（4机械特性斜率变大，特性变软。机械特性斜率变大，特性变软。特点：特点：（1 1恒恒转矩矩负载时， 即调速后的即调速后的 大于调速前的大于调速前的 （2If 较小，控制方便，能量损耗小，调速平滑性好。较小，控制方便，能量损耗小，调速平滑性好。（5升速受换向性能和机械强度限制，因此升速范围不可能很大。升速受换向性能和机械强度限制
14、，因此升速范围不可能很大。（3P1=UIa 增大，增大，P2TL n 增大，效率基本不变。增大，效率基本不变。 第17章 直流电机的运行为扩大调速范围，常把降压和弱磁调速结合起来。为扩大调速范围，常把降压和弱磁调速结合起来。在额定转速以下采用降压调速，在额定转速以上采用弱磁调速。在额定转速以下采用降压调速，在额定转速以上采用弱磁调速。弱弱 磁磁 调调 速速适合恒功率负载适合恒功率负载电枢串电阻调速电枢串电阻调速降低降低 电电 压压 调速调速适合恒转矩负载适合恒转矩负载常采用改变电枢电流方向来使电动机反转。常采用改变电枢电流方向来使电动机反转。 三、直流电动机的反转Tem方向决定了方向决定了n 的方向，改变的方向，改变Tem方向即可改变电动机的转向。方向即可改变电动机的转向。1. 坚持坚持 If 方向不变，改变方向不变，改变 Ia 方向，即对调电枢绕组接入电源的两出线端；方向，即对调电枢绕组接入电源的两出线端；2. 坚持坚持 Ia 方向不变，改变方向不变，改变 If 方向，即对调励磁绕组接入电源的两出线端。方向，即对调励磁绕组接入电源的两出线端。根据根据可得改变转向的方法：可得改变转向的方法：若电枢电流和主磁场的方向同时改变，则电动机的转向将不变。若电枢电流和主磁场的方向同时改变，则电动机的转向将不变。讲例17.4.1 第17章 直流电机的运行本章结束
