第17章 直流发电机和直流电动机PPT讲稿.ppt

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1、第17章 直流发电机和直流电动机第1页，共47页，编辑于2022年，星期一目目 录录第十七章第十七章 直流发电机和直流电动机直流发电机和直流电动机17.1 17.1 自励发电机的电压建起自励发电机的电压建起17.2 17.2 直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性17.3 17.3 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和工作特性17.4 17.4 直流电动机的起动、调速和制动直流电动机的起动、调速和制动第2页，共47页，编辑于2022年，星期一17.1 17.1 自励发电机的电压建起自励发电机的电压建起一、并励直流发电机的自励过程：一、并励直流发电机的自励过程：1、剩磁剩磁-建

2、压先决条件建压先决条件初始：初始：n=0、Ea=0、If=0、设有剩磁、设有剩磁Br起动：起动：原动机带动原动机带动n n电枢切割电枢切割B Br r感应出较小感应出较小的的E0rIf 较小较小Bf B=Br+BfE0 If B E0 磁路饱和磁路饱和达到新的平衡点。达到新的平衡点。磁路饱和现像磁路饱和现像-稳定建压重要因素稳定建压重要因素第3页，共47页，编辑于2022年，星期一2 2、励磁绕组极性与发电机转向相匹配、励磁绕组极性与发电机转向相匹配第4页，共47页，编辑于2022年，星期一 发电机的自励过程中励磁回路应满足发电机的自励过程中励磁回路应满足:电电枢枢的的端端电电压压恰恰好好等等

3、于于励励磁磁电电流流通通过过励励磁磁回回路路电电阻阻压压降降，自自励励过过程达到了稳定状态。程达到了稳定状态。稳定点稳定点:-稳定建压前稳定建压前-稳定建压后稳定建压后3 3、励磁回路电阻小于与电机运行转速、励磁回路电阻小于与电机运行转速相对应的临界电阻相对应的临界电阻第5页，共47页，编辑于2022年，星期一曲线曲线1 1为空载特性曲线为空载特性曲线曲线曲线2 2为励磁回路场阻线为励磁回路场阻线 场阻线斜率场阻线斜率:曲线曲线3 3为为临界场阻线临界场阻线 若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。第6页，共47页，编辑于2022年，星期一解解决决措措施

4、施：提提高高电电机机的的转转速速，从而提高其临界电阻值。从而提高其临界电阻值。因因此此，对对应应于于不不同同的的转转速速便有不同的临界电阻。便有不同的临界电阻。第7页，共47页，编辑于2022年，星期一结论：并励直流发电机的自励建压条件结论：并励直流发电机的自励建压条件1 1、电机必须有、电机必须有剩磁剩磁,磁化曲线呈磁化曲线呈饱和饱和现象现象2 2、励磁绕组的、励磁绕组的接线接线与电枢旋转方向必须正与电枢旋转方向必须正确配合，使励磁电流产生的磁场方向与剩确配合，使励磁电流产生的磁场方向与剩磁磁方向一致方向一致。3 3、励磁回路的电阻应小于电机运行转速相、励磁回路的电阻应小于电机运行转速相对应

5、的对应的临界电阻临界电阻。第8页，共47页，编辑于2022年，星期一第9页，共47页，编辑于2022年，星期一一、他励直流发电机的运行特性一、他励直流发电机的运行特性17.2 17.2 直流发电机运行特性直流发电机运行特性1 1、空载特性、空载特性定义定义：当当n=nN、IL=0时，时，U=f(If)空载特性曲线与空载特性曲线与磁化曲线磁化曲线相同相同空空载载特特性性是是非非线线性性的的，实实际际中中通通常取常取平均特性曲线平均特性曲线n n变化变化时曲线成正比上升或下降时曲线成正比上升或下降其其它它励励磁磁方方式式发发电电机机的的空空载载特特性性均均可由可由他励他励方式求取方式求取空载特性曲

6、线下降分支空载特性曲线上升分支平均空载特性曲线第10页，共47页，编辑于2022年，星期一2 2、外特性、外特性定义定义：当n=nN、If=IfN时，U=f(IL)ILFa电枢反应电枢反应去磁去磁 EaU负载电流增加，端电压下降的原因：负载电流增加，端电压下降的原因：他励 ILIaRaU电压调整率电压调整率:从空载到负载，电压下降的程度由电压变化率来表示：从空载到负载，电压下降的程度由电压变化率来表示：他励他励U=510%第11页，共47页，编辑于2022年，星期一3 3、调节特性、调节特性定义定义：当n=nN、U=常数时，If=f(IL)在负载电流变化时，若保持端电压在负载电流变化时，若保持

7、端电压不变，必须改变励磁电流，不变，必须改变励磁电流，补偿电枢补偿电枢反应及电枢回路电阻压降反应及电枢回路电阻压降对输出端电对输出端电压的影响。压的影响。第12页，共47页，编辑于2022年，星期一二、并励发电机的特性二、并励发电机的特性1 1、空载特性、空载特性空载时空载时Ia0=If0，其空载特性也是电机的，其空载特性也是电机的磁化曲线磁化曲线特点：励磁电流特点：励磁电流I If f随端电压随端电压U U变化而变化变化而变化2 2、外特性、外特性与与他他励励发发电电机机相相似似，也也是是一一条条下下降降曲曲线线（比比他他励励稍稍弯弯曲曲，电电压压变化率约为变化率约为2020）定义：定义：当

8、当n=nN、r=0（不串电阻）（不串电阻）时，时，U=f(IL)第13页，共47页，编辑于2022年，星期一负载电流有最大值（有负载电流有最大值（有”拐点拐点”）第14页，共47页，编辑于2022年，星期一3 3、调节特性、调节特性 并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励磁电并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励磁电流分量，所以调节特性与他励发电机的相差不大。流分量，所以调节特性与他励发电机的相差不大。他励他励并励并励第15页，共47页，编辑于2022年，星期一1 1、空载特性、空载特性 空载特性是反应电机的磁空载特性是反应电机的磁化化,通常由外电源供给励磁电通常由外电

9、源供给励磁电流流,以他励方式求得以他励方式求得,所以曲所以曲线的形状与空载线的形状与空载磁化特性曲磁化特性曲线线相同相同.三、串励发电机特性三、串励发电机特性串励发电机串励发电机:第16页，共47页，编辑于2022年，星期一2 2、外特性、外特性外特性外特性:串励串励:空载空载:负载负载:未饱和未饱和:饱和饱和:第17页，共47页，编辑于2022年，星期一四、复励发电机特性四、复励发电机特性a)积复励积复励平复励平复励超复励超复励欠复励欠复励b)b)差复励差复励复励发电机外特性复励发电机外特性第18页，共47页，编辑于2022年，星期一课时小结课时小结1、并励直流发电机自励建压的过程？条件？不

10、能建、并励直流发电机自励建压的过程？条件？不能建压的原因及解决措施？压的原因及解决措施？（重点）（重点）2、直流发电机空载特性曲线与磁化曲线形状相似。、直流发电机空载特性曲线与磁化曲线形状相似。2、直流发电机的外特性曲线？其变化趋势及原因？（他励、直流发电机的外特性曲线？其变化趋势及原因？（他励、并励、串励）并励、串励）（重点）（重点）3、直流发电机的电压调整率？、直流发电机的电压调整率？（重点）（重点）4、直流发电机的调整特性？（他励、并励）、直流发电机的调整特性？（他励、并励）书面作业：书面作业：17-1、17-6第19页，共47页，编辑于2022年，星期一17.3 17.3 直流电动机的

11、工作特性和机械特性直流电动机的工作特性和机械特性工作特性工作特性:指在指在U=UN ，If=IfN时时,转速转速n n、电磁转矩、电磁转矩T T、效率、效率随输出功率随输出功率 P2 而变化的关系。而变化的关系。转矩特性：转矩特性：T=f（Ia）转速特性：转速特性：n=f（Ia）机械特性：机械特性：n=f（T）(ra=常数常数)第20页，共47页，编辑于2022年，星期一一、并励（他励）电动机的特性一、并励（他励）电动机的特性1 1、转矩特性：、转矩特性：T=fT=f（I Ia a）曲线曲线:过源点的直线过源点的直线;(负载较大时曲线稍下降负载较大时曲线稍下降)条件条件:U=UN 和和 If=

12、IfNB第21页，共47页，编辑于2022年，星期一2 2、转速特性、转速特性:n=f(Ia):n=f(Ia)并励直流电动机并励直流电动机转速特性和转矩特性转速特性和转矩特性表达式表达式:条条 件件:U=UN 和和 If=IfN第22页，共47页，编辑于2022年，星期一分析分析:用转速变化率来表征：用转速变化率来表征：曲线曲线:一条稍下倾斜的直线一条稍下倾斜的直线并励直流电动机的励磁回路不可开路并励直流电动机的励磁回路不可开路原因原因:若若 If=0 =r Ia后果：后果：a)轻载轻载飞车、飞车、Ia;b)重载重载停车、停车、Ia第23页，共47页，编辑于2022年，星期一3 3、机械特性、

13、机械特性:n=f(T):n=f(T)机械特性反映机械特性反映转速与电磁转矩之间的变化规律。转速与电磁转矩之间的变化规律。a)a)自然机械特性自然机械特性:Ra=ra，硬特性，硬特性b)人为机械特性人为机械特性:Ra=ra+R 软特性软特性参考第24页，共47页，编辑于2022年，星期一二、串励电动机的特性二、串励电动机的特性1 1、转矩特性、转矩特性:T=f(Ia):T=f(Ia)串励电动机的特点串励电动机的特点:Ia=Is=IIa=Is=Ia)a)轻载未饱和轻载未饱和:=KIa=KIa 抛物线抛物线b)b)重载磁路饱和重载磁路饱和:饱和饱和 直线直线第25页，共47页，编辑于2022年，星期

14、一2 2、转速特性、转速特性:n=f(Ia):n=f(Ia)a)a)轻载未饱和轻载未饱和:双曲线双曲线b)b)重载磁路饱和重载磁路饱和:直线直线串励直流电动机转矩和转速特性Tn第26页，共47页，编辑于2022年，星期一3 3、机械特性、机械特性:n=f(T):n=f(T)表达式表达式:由上两式整理可得：思考：饱和后？思考：饱和后？第27页，共47页，编辑于2022年，星期一a)a)机械特性特点机械特性特点:b)b)转速变化率转速变化率:软特性软特性 人为机械特性人为机械特性 起动转矩大，过载能力强起动转矩大，过载能力强 不允许空载或轻载运行不允许空载或轻载运行（TN/4）第28页，共47页，

15、编辑于2022年，星期一三、复励电动机的特性三、复励电动机的特性a)a)多为积复励多为积复励:特性介于串励和并励特性介于串励和并励之间之间b)b)差复励差复励:电动机运行不稳电动机运行不稳定定,少用少用第29页，共47页，编辑于2022年，星期一第30页，共47页，编辑于2022年，星期一四、永磁直流电动机四、永磁直流电动机a)a)结构结构:b)特性特性:与它励直流电动机相似与它励直流电动机相似无需电励磁无需电励磁c)c)特点：特点：结构简单结构简单 电机尺寸小电机尺寸小 无励磁损耗无励磁损耗效率高效率高 受永磁材料限制受永磁材料限制第31页，共47页，编辑于2022年，星期一五、直流电动机稳

16、定运行条件五、直流电动机稳定运行条件 指当电网或轴上机构负载波动而使电动机转速发生变化指当电网或轴上机构负载波动而使电动机转速发生变化时时,电动机具有能恢复到原工作状态的能力。电动机具有能恢复到原工作状态的能力。A稳定稳定运行点运行点B不稳定不稳定运行点运行点静态稳定运行条件：静态稳定运行条件：第32页，共47页，编辑于2022年，星期一课时小结课时小结1、并、串励直流电动机的转速特性、转矩特性和机械特性的、并、串励直流电动机的转速特性、转矩特性和机械特性的表达式、曲线变化及原因？表达式、曲线变化及原因？（重点）（重点）2、并励直流电动机励磁回路不允许开路的原因？、并励直流电动机励磁回路不允许

17、开路的原因？（重（重点）点）4、串励直流电动机不允许空载或轻载的原因？、串励直流电动机不允许空载或轻载的原因？（重点）（重点）5、直流电动机稳定运行的条件和分析？、直流电动机稳定运行的条件和分析？（重点）（重点）第33页，共47页，编辑于2022年，星期一第四节第四节 直流电动机的起动、调速和制动直流电动机的起动、调速和制动一、直流电动机的起动一、直流电动机的起动v对起动的要求：对起动的要求：Tst 足够大足够大Ist 不能太大不能太大v注：直流电动机一般不允许直接起动注：直流电动机一般不允许直接起动 （1）、）、（2）、）、很大很大很大很大第34页，共47页，编辑于2022年，星期一v直流电

18、动机的起动方法：直流电动机的起动方法：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低电源电压起动降低电源电压起动第35页，共47页，编辑于2022年，星期一1、电枢串电阻起动、电枢串电阻起动v方法：随电机转速升高逐步切除起动电阻方法：随电机转速升高逐步切除起动电阻v要求：要求：起动电流最大值起动电流最大值 I1=（1.751.5）IN。起动电流最小值起动电流最小值 I2=（1.31.1）IN。v实现：三点起动器或四点起动器实现：三点起动器或四点起动器第36页，共47页，编辑于2022年，星期一 起动电阻计算（解析法）：起动电阻计算（解析法）：（1）依据：电阻切除前后转速不能突变的

19、原则）依据：电阻切除前后转速不能突变的原则 d、e点：点：b、c点：点：0 IN I2 I1 Ia第37页，共47页，编辑于2022年，星期一各级各级电枢总电阻电枢总电阻：各级各级起动电阻起动电阻：推广到推广到m级起动的一般情况，得级起动的一般情况，得第38页，共47页，编辑于2022年，星期一 起动电阻计算步骤起动电阻计算步骤v m 已知已知 选定选定 I1 Rm=UN/I1 求求：求各级起动电阻求各级起动电阻v 若若 m 未知，必须先确定未知，必须先确定 m：初定初定 I1、I2 Rm=UN/I1 并初定并初定 =I1/I2 求求 m 并圆整：并圆整：第39页，共47页，编辑于2022年，

20、星期一二、直流电动机的调速二、直流电动机的调速v调速方法：调速方法：电枢回路串电阻电枢回路串电阻R调节外施电源电压调节外施电源电压U调节励磁电流以改变每极磁通调节励磁电流以改变每极磁通 以并励直流电动机为例，其转速公式为：以并励直流电动机为例，其转速公式为：第40页，共47页，编辑于2022年，星期一1、电枢回路串电阻、电枢回路串电阻R调速速v机械特性：随机械特性：随 R 增大，增大，n0 不变，不变，增大。增大。v特点：恒转矩调速，适合带恒转矩负载。特点：恒转矩调速，适合带恒转矩负载。v优点：设备简单，操作方便。优点：设备简单，操作方便。v缺点：效率低、性能差，转载时调速范围小。缺点：效率低

21、、性能差，转载时调速范围小。第41页，共47页，编辑于2022年，星期一2、调节外施电源电压、调节外施电源电压Uv机械特性：随机械特性：随U 减小，减小，n0 减小，减小，不变不变v特点：恒转矩调速，适合带恒转矩负载特点：恒转矩调速，适合带恒转矩负载v优点：效率高、性能好，调速范围广。优点：效率高、性能好，调速范围广。v缺点：设备投资大。缺点：设备投资大。第42页，共47页，编辑于2022年，星期一3、调节励磁电流以改变每极磁通、调节励磁电流以改变每极磁通v机械特性：随机械特性：随 If 减小，减小，n0 增大，增大，增大增大v特点：恒功率调速，适合带恒功率负载特点：恒功率调速，适合带恒功率负

22、载v优点：效率高、转速可以高于优点：效率高、转速可以高于n0。v缺点：调速比不大，一般为缺点：调速比不大，一般为1:21:6。第43页，共47页，编辑于2022年，星期一三、直流电动机的制动三、直流电动机的制动v制动原理：制动原理：使电动机产生一个与转速反向的转矩。使电动机产生一个与转速反向的转矩。1、能耗制动、能耗制动v操作步骤：切除电源，电枢串电操作步骤：切除电源，电枢串电阻形成闭合回路。阻形成闭合回路。v原理：切除电源，转速不变，电原理：切除电源，转速不变，电动势不变，电流反向，转矩反向，动势不变，电流反向，转矩反向，与转速方向相反，为制动转矩。与转速方向相反，为制动转矩。第44页，共4

23、7页，编辑于2022年，星期一2、回馈制动、回馈制动v前提：转速前提：转速 n 高于理想空载转速高于理想空载转速 n0。v原理：电动机在外力的作用下，原理：电动机在外力的作用下，n n0，则感应电动势，则感应电动势 Ea=Cen Cen0=U，电流反向，转矩反向，方向，电流反向，转矩反向，方向与转速方向相反，为制动转矩。可以限制转速的进一与转速方向相反，为制动转矩。可以限制转速的进一步上升。步上升。v优点：电流与电压方向相反，电能回馈到电网。优点：电流与电压方向相反，电能回馈到电网。第45页，共47页，编辑于2022年，星期一3、反接制动、反接制动v操作：电源反接操作：电源反接，电枢串电阻。，

24、电枢串电阻。v原理：电源反接，电流反向且很原理：电源反接，电流反向且很大，为了限制电流必须串电阻，大，为了限制电流必须串电阻，转矩反向，方向与转速方向相反，转矩反向，方向与转速方向相反，为制动转矩。为制动转矩。v注意：电机停转以后要把电源切注意：电机停转以后要把电源切除，否则电机将反转。除，否则电机将反转。第46页，共47页，编辑于2022年，星期一(补充作业：补充作业：)一台并励直流电动机一台并励直流电动机UN=220V、IN=80A、rf=88、N=0.85、nN=1000r/min、ra=0.08、2U=2V，试求：求：（1）P1、PN、p p、pa、pb、pf、p、pFe+pmec（2）T、T2、T0第47页，共47页，编辑于2022年，星期一