电机课程_chap17直流发电机和直流电动机.ppt
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1、第17章 直流发电机和直流电动机,一、 自励发电机的电压建起,1.1 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。,在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。,1.2 自励发电机的电压建立条件,磁路的因素存在剩磁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。,电路的因素励磁绕组的接法与电机旋转方向正确配合使最初的微
2、小励磁电流增强原来的剩磁,使感应电势增加,励磁回路的影响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,1.3 绕组接法与旋转方向,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,1.4 转速与场阻线及稳定电压,0a线,场阻r1,稳定端电压U10c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,空载电压与励磁回路电阻的大小和电机转速高低有关。,二、 直流发电机的运行特性,2.1 直流发电机的平衡方程式,并励发电机,2.1 直流
3、发电机的平衡方程式,并励发电机,ra:串接在电枢回路中各种绕组的总电阻,如电枢绕组、串励绕组和换向极绕组等。,附加损耗产生P的原因电枢存在齿槽,使气隙磁通发生脉动,在电枢铁心、主极铁心和极靴表面中产生脉动损耗电枢反应使磁场畸变产生的额外电枢损耗电枢拉紧螺栓在磁场中旋转引起的铁耗由换向电流产生的损耗,2.1 直流发电机的平衡方程式,并励发电机,转矩平衡式,输入机械转矩,电磁转矩,2.2 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,改变转
4、向,而磁通方向不变改变磁通方向,而转向不变,2.2.1 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,2.2.2 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005010,2.2.3 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,2.3 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
5、、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,2.3.1 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,2.3.2 并励时的外特性,端电压下降的因素电枢回路的电压降;电枢反应的去磁作用;端电压下降引起的励磁电流减小。,电压变化率约为20%,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I
6、cr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。,拐点,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),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
7、能立即变为零,imax可达8-12IN。,2.3.3 并励时的调节特性,讨论,并励发电机在下列情况下空载电压如何变化?磁通减小10%则Ea=E0也减小10%励磁电流减小10%发电机正常运行处于磁路饱和状态,If减小10%,则减小小于10%励磁回路电阻减小10%If减小10%,磁阻斜率线减小10%,空载电压是磁化曲线与磁阻线的交点。由于工作在磁化曲线的饱和区,U0增加不到10%,2.4 串励发电机特性,空载特性(另外励磁)外特性场阻线(包括外电阻),串励发电机的端电压当负载变化时很大。,2.5 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
8、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。,思考题,如果没有磁饱和现象,直流发电机是否能自励?试作图说明试描述串励发电机电压建起过程的物理概念。串励发电机短路时有无危险? 试解释下二公式的物理意义,并说明它们各用于何种电机,If0有效激磁电流,If并励绕组激磁电流,Ia串励绕组激磁电流Faqd交轴电枢反应的去磁作用,并励,他励积复励,作业,17-4,三、直流电动机,三、 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,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
9、。电枢绕组感应电势为,3.1 直流电动机的平衡方程式,电压平衡式,电流平衡式(并励时),3.1 直流电动机的平衡方程式,功率平衡式(并励时),并励回路损耗电枢回路铜损电刷接触电损耗机械损耗铁损耗杂散损耗,并励电动机,3.1 直流电动机的平衡方程式,转矩平衡式,四、 直流电动机的机械特性和工作特性,4.1 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。,4.2 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TTz,4.3
10、 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。,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,4.3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
11、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。,并励电动机励磁失磁的分析,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)。,4.4 串励电动机的特性,4.4 串励电动机
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