电机与电力拖动第1章直流电机.ppt
第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 11-3 1-3 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组1-4 1-4 直流电机的磁场直流电机的磁场1-5 1-5 直流电动机直流电动机1-6 1-6 直流发电机直流发电机1-7 1-7 直流电机的换向直流电机的换向第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 21-3 1-3 1-3 1-3 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组绕组型式型式单叠叠绕组单波波绕组电枢：转子电枢：转子机电能量转换的枢纽机电能量转换的枢纽 绕组是由是由许多多线圈圈(下称下称元件元件)按一定按一定规律律连接而成接而成第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 3 电枢绕组是直流电机的核心部分，在电机电枢绕组是直流电机的核心部分，在电机的机电能量转换过程中起着重要的作用。的机电能量转换过程中起着重要的作用。电枢绕组须满足以下要求：电枢绕组须满足以下要求：在能通过规定的电流和产生足够的电动势在能通过规定的电流和产生足够的电动势（或电磁力）前提下，尽可能节省有色金（或电磁力）前提下，尽可能节省有色金属和绝缘材料；属和绝缘材料；结构简单、运行可靠。结构简单、运行可靠。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 4 名词术语介绍名词术语介绍磁极轴线：磁极轴线：主磁极的中心线；主磁极的中心线；几何中性线：几何中性线：相邻两个主磁极之间的平分线；相邻两个主磁极之间的平分线；极对数：极对数：p；极距极距：在电枢铁心表面上，一个极所占的距离。在电枢铁心表面上，一个极所占的距离。可用槽数表示，可用槽数表示，=Z/2 p（槽），式中（槽），式中Z 为电枢为电枢总槽数；总槽数；元件（线圈）：元件（线圈）：是绕组的一个基本单元，可为单是绕组的一个基本单元，可为单匝，也可为多匝匝，也可为多匝；第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 51.电枢枢绕组元件元件线圈圈(1).2个元件个元件边：嵌在槽中的部分：嵌在槽中的部分(2).前端接部分、后端接部分前端接部分、后端接部分(3).上上层元件元件边、下、下层元件元件边(4).首首(出出线)端、末端、末(出出线)端端 上上层元件元件边、下、下层元件元件边处在不同极性的磁极下，即同一在不同极性的磁极下，即同一元件的上元件的上层元件元件边、下、下层元件元件边的距离的距离约为一个一个磁极的距离。磁极的距离。一、元件与节距一、元件与节距第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 62.2.节距：用来表征元件本身和元件之距：用来表征元件本身和元件之间连接接规律的数据律的数据节距距第一第一节距距y1第二第二节距距y2合成合成节距距y换向向节距距yk(1)第一第一节距距y1必必须是整数是整数 用用槽数来表示槽数来表示同一元件的同一元件的2个元件个元件边在在圆周上的距离。周上的距离。极距极距：2个相个相邻磁极在磁极在圆周上的距离。用槽数来表示周上的距离。用槽数来表示 p为极极对数数第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 7*.本本课程只程只讨论：一个槽内共放置：一个槽内共放置2个元件个元件边*.元件数元件数S=换向片数向片数K，即，即S=K*.换向片数向片数K=槽数槽数Z*.S=K=Z 1片片换向片向片总接接1个元件的个元件的上上层元件元件边和另和另1个元件的下个元件的下层元件元件边。1个元件有个元件有2个元件个元件边。1个槽放个槽放2个元件个元件边。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 8第一第一节距距y1=整数整数 y1=整数，整数，为1的正分数的正分数整距整距绕组：y1=短距短距绕组：y1长距距绕组：y1(2)第二第二节距距y2必必须是整数是整数 用槽数来表示第一个元件的下用槽数来表示第一个元件的下层元件元件边与直接相与直接相连的的第二个元件的上第二个元件的上层元件元件边之之间在在圆周上的距离。周上的距离。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 9(3)合成合成节距距y必必须是整数是整数 用用槽数槽数来表示直接相来表示直接相连的的2个元件的个元件的对应元件元件边之之间在在圆周上周上的距离。的距离。(4)换向向节距距yk必必须是整数是整数 每个元件的首、末每个元件的首、末2端所接的端所接的换向片在向片在圆周上的距离。用周上的距离。用换向向片数来表示。片数来表示。yk=y第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 10二、单叠绕组二、单叠绕组 叠绕组叠绕组：后：后1 1元件的端接部分紧叠在前元件的端接部分紧叠在前1 1元件的端接元件的端接部分上部分上;y yk k=1=1的叠绕组称为单叠绕组。的叠绕组称为单叠绕组。例：例：Z=S=K=16Z=S=K=16，2p=42p=4，接成，接成单叠绕组单叠绕组1.1.计算节距计算节距y yk k=y=1=y=1y y1 1=4=4y y2 2=3=3第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 11第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 122.2.画绕组展开图画绕组展开图(1).(1).画画Z Z个槽个槽y yk k=y=1=y=1y y1 1=4=4y y2 2=3=3(2).(2).画一个元件：对称画一个元件：对称(3).(3).画换向片画换向片(4).(4).画其他元件画其他元件(5).(5).换向片编号换向片编号第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 13(6).(6).画磁极，一般认为在绕组的上方画磁极，一般认为在绕组的上方,宽度宽度(7).(7).画电刷：均布，与磁极同中心画电刷：均布，与磁极同中心第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 14（1）先画16根等长、等距的实线，代表各槽上层元件边，再画16根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。实际上一根实线和一根虚线代表一个槽，依次把槽编上号，如图所示；（2）根据 y1，画出第一个元件的上下层边（15槽），令上层边所在的槽号为元件号；（3）接上换向片，1、2片之间对准元件中心线，之后等分换向器，定出换向片号；（4）画出第二个元件，上层边在第2槽，与第一个元件的下层边联接；下层边在第6槽与3号换向片联接。按此规律，一直把16个元件全部联起来。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 15（5）放磁极：磁极宽度约为均匀分布在圆周上，N极磁力 线垂直向里（进入纸面），S极向外（从纸面穿出）（6）放电刷：对准在磁极轴线下，画一个换向片宽（实际上K很多，电刷宽23片宽）。并把相同极性下的电刷并联起来。实际运行时，电刷是静止不动的，电枢在旋转，被电刷所短路的元件，永远都是处于电机的几何中性线，其感应电动势是接近零的。为使正、负电刷间引出的电动势最大，我们已知被电刷所短路的元件电动势为零，在元件端接线对称的情况下，电刷的实际位置应在磁极轴线下，习惯上称为“电刷放在几何中性线位置”，是指被电刷所短路的元件处于电机的几何中性线。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 163.3.单叠绕组连接顺序表单叠绕组连接顺序表y yk k=y=1=y=1y y1 1=4=4y y2 2=3=3下层下层上层上层第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 17换向片换向片上层边上层边下层边下层边5674538121163154123161154第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 184.4.单叠绕组的并联支路图单叠绕组的并联支路图第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 195.5.单叠绕组的特点单叠绕组的特点(1).(1).同一磁极下各元件串联成同一磁极下各元件串联成1 1支路；共支路；共2p2p条支路，条支路，并联并联a=pa=p(2).(2).当元件左右对称、电刷的中心线在换向器表面的当元件左右对称、电刷的中心线在换向器表面的位置对准磁极的中心线时，正负电刷间的感应电动势位置对准磁极的中心线时，正负电刷间的感应电动势最大，被电刷短路的元件中的感应电动势最小。最大，被电刷短路的元件中的感应电动势最小。(3).(3).电刷的对数必须电刷的对数必须=极对数；电刷刷杆数极对数；电刷刷杆数=极数极数第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 20 在元件端接线对称的情况下，电刷的实际位置应在磁极轴线下，此时，正负电刷间引出的电动势亦为最大，此时电刷的位置，习惯上称为“电刷放在几何中性线位置”。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 21三、单波绕组三、单波绕组 单波绕组：合成节距单波绕组：合成节距(换向节距换向节距)2)2个极距、前后个极距、前后2 2元件串联起来像波浪形。元件串联起来像波浪形。单波绕组的条件：单波绕组的条件：pypyk k=K-1=K-1第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 22例：例：Z=S=K=15Z=S=K=15，2p=42p=4，接成，接成单波绕组单波绕组1.1.计算节距计算节距第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 232.2.画绕组展开图画绕组展开图(1).(1).画画Z Z个槽个槽(2).(2).画一个元件画一个元件(3).(3).画换向片画换向片(4).(4).画其他元件画其他元件(5).(5).换向片编号换向片编号(6).(6).画磁极画磁极(7).(7).画电刷画电刷第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 243.3.单波绕组连接顺序表单波绕组连接顺序表第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 25换向片换向片上层边上层边下层边下层边11109546878712635411514109111312下层边下层边432131214115上层边上层边11591014111312换向片换向片87621354第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 264.4.单波绕单波绕组的并联支路图组的并联支路图第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 275.5.单波绕单波绕组的特点组的特点(1).(1).上层边在上层边在同一极性同一极性磁极下所有元件串联成磁极下所有元件串联成1 1支路；支路；共共2 2条支路，并联条支路，并联 a=1a=1(2).(2).当元件左右对称、电刷的中心线在换向器表面的当元件左右对称、电刷的中心线在换向器表面的位置对准磁极的中心线时，正负电刷间的感应电动势位置对准磁极的中心线时，正负电刷间的感应电动势最大，被电刷短路的元件中的感应电动势最小。最大，被电刷短路的元件中的感应电动势最小。(3).(3).电刷的对数电刷的对数=1=1；电刷刷杆数；电刷刷杆数=2=2；可采用全额电刷，即用可采用全额电刷，即用P P对电刷对电刷第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 28电枢电流电枢电流 Ia=2aia其中其中ia为每条支路的电流，共为每条支路的电流，共2a条支路条支路单叠绕组和单波绕组的区别单叠绕组和单波绕组的区别：并联支路对数的多少并联支路对数的多少*单叠绕组：低电压、大电流单叠绕组：低电压、大电流*单波绕组：高电压、小电流单波绕组：高电压、小电流*至于大容量的电机，可以采用混合绕组。至于大容量的电机，可以采用混合绕组。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 291-4 1-4 直流电机的磁场直流电机的磁场1直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式1.他励直流电机他励直流电机2.并励直流电机并励直流电机3.串励直流电机串励直流电机4.复励直流电机复励直流电机第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 30 第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 311.他励直流电机他励直流电机励磁绕组由其他来源提供励磁绕组由其他来源提供与电枢绕组没有电的联系与电枢绕组没有电的联系永磁直流电机属他励电机永磁直流电机属他励电机永磁直流由永磁体产生磁场永磁直流由永磁体产生磁场If只有额定电流的只有额定电流的5%以内以内第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 322.并励直流电机并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联励磁绕组与电枢绕组并联励磁电压励磁电压=电枢端电压电枢端电压If只有额定电流的只有额定电流的5%以内以内第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 333.串励直流电机串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联励磁绕组与电枢绕组串联励磁电流励磁电流=电枢电流电枢电流=大大第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 344.复励直流电机复励直流电机p有有2个励磁绕组个励磁绕组p1个与电枢绕组并联个与电枢绕组并联p并励绕组并励绕组p1个与电枢绕组串联个与电枢绕组串联p串励绕组串励绕组p积复励积复励p差复励差复励第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 35 1.他励式：励磁电流由其他直流电源单独供给，励磁绕组和电枢绕组相互独立。2.自励式：顾名思义，励磁电流由电机自身供给。而根据自励方式即电枢绕组和励磁绕组的连接方式的不同，自励式又分为串励式、并励式和复励式;串励式：电枢绕组和励磁绕组相串联，满足：并励式：电枢绕组和励磁绕组相并联，满足：第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 36 复励式：在整个励磁回路中，有两套励磁绕组，一套和电枢绕组相并联，一套和电枢绕组相串联，根据两个励磁绕组所产生的磁动势的关系，又可分为积复励和差复励：积复励：串励绕组和并励绕组所产生的磁动势方向一致，互相叠加，反之，叫做差复励：第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 37 第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 38二二.直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场空载运行空载运行直流电机不带负载直流电机不带负载(不输出功率不输出功率)时的运行状时的运行状态态空载电流空载电流相对额定电流而言，很小、常认为相对额定电流而言，很小、常认为=0空载磁场空载磁场主磁场主磁场主磁极励磁磁动势单独产生的励磁磁场主磁极励磁磁动势单独产生的励磁磁场第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 391.主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通磁通：由励磁绕组通电产生磁通：由励磁绕组通电产生*主磁通主磁通0与电枢绕组匝链的磁通与电枢绕组匝链的磁通;*主磁路主磁路主磁极、气隙、电枢齿、轭、定子轭主磁极、气隙、电枢齿、轭、定子轭*漏磁通漏磁通s只与励磁绕组匝链的磁通；只与励磁绕组匝链的磁通；第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 40 第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 412.直流电机的空载磁化特性直流电机的空载磁化特性l0=ff（IIf0f0）l0=ff（FFf0f0）l饱和：饱和：*磁阻非线性磁阻非线性*磁阻变大磁阻变大*电机工作点选在磁路开电机工作点选在磁路开始饱和的始饱和的A A点点第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 423.空载磁场气隙磁密分布曲线空载磁场气隙磁密分布曲线气隙气隙极距极距=D/(2p)磁极极靴的宽度磁极极靴的宽度75%气隙磁密气隙磁密平均气隙磁密平均气隙磁密第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 43 极靴下气隙的远远小于极靴之外的气隙。显然，极靴下沿电枢圆周各点的主磁场将明显大于极靴范围以外，在两极之间的几何中心线处，磁场等于零。对于这一点，可以通过数学形式来看一下：设电枢圆周为x 轴，磁极轴线处为纵轴，又设电枢有效长度为 l，则离开坐标原点为x的 dx范围内的气隙主磁通为：dx=Bx l dx第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 44 则空载时每极主磁通为：Bav为气隙磁密的平均值为气隙磁密的平均值第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 45 在额定状态下，电机往往工作在饱和点附近，这样既可以获得较大的磁通，又不致需要太大的励磁磁动势，从而可以节省铁心和励磁绕组的材料。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 46 负载时的气隙磁场：第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 47 由于电枢磁动势的出现，气隙磁场将会发生变化，而这个变化的性质将是我们下面研究的重点电枢反应：电枢磁动势对主极气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应的性质又根据其反应方向的不同，分为交轴电枢反应和直轴电枢反应。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 48二二.电流电机的电枢反应及负载磁场电流电机的电枢反应及负载磁场1.直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应 负载时，电枢绕组通有负载电流，由此产负载时，电枢绕组通有负载电流，由此产生电枢磁动势生电枢磁动势Fa，Fa与励磁磁动势与励磁磁动势Ff共同共同合成负载时的气隙磁密，它与空载气隙磁合成负载时的气隙磁密，它与空载气隙磁密分布不同。电枢磁动势对气隙磁密分布密分布不同。电枢磁动势对气隙磁密分布的影响称为电枢反应。的影响称为电枢反应。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 492.直流电机的电枢磁场直流电机的电枢磁场*分析仅由电枢绕分析仅由电枢绕组的电流产生的组的电流产生的磁场。用右手螺磁场。用右手螺旋定则可以电枢旋定则可以电枢磁动势的方向。磁动势的方向。*电枢磁动势电枢磁动势Fa第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 50先分析只有先分析只有1个整距元件个整距元件Wc匝，电流匝，电流ia，磁动势为，磁动势为ia Wc设从电枢出、进定子的磁动势为设从电枢出、进定子的磁动势为+可得可得1个绕组元件的磁动势如图个绕组元件的磁动势如图第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 513个元件个元件3阶梯波形阶梯波形很多个元件很多个元件三角三角波形波形第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 523.负载时的气隙合成磁场负载时的气隙合成磁场第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 531）物理中性线物理中性线偏离了偏离了几何中性线几何中性线不考虑饱和，每极总磁通不考虑饱和，每极总磁通不变不变电枢反应电枢反应的影响，使电枢表面磁密的影响，使电枢表面磁密=0的物的物理中性线理中性线偏离了偏离了几何中性线几何中性线对电动机，对电动机，物理中性线物理中性线逆着旋转方向逆着旋转方向偏离偏离了了几何中性线几何中性线对发电机，对发电机，物理中性线物理中性线顺着旋转方向顺着旋转方向偏离偏离了了几何中性线几何中性线第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 542）考虑饱和的影响）考虑饱和的影响考虑饱和的影响，半个极下减少的磁通大于增加考虑饱和的影响，半个极下减少的磁通大于增加的磁通，使每极总磁通减小。的磁通，使每极总磁通减小。如电刷放在如电刷放在几何中性线几何中性线上，电枢反应的影响：上，电枢反应的影响：(1)是气隙磁场发生畸变，是气隙磁场发生畸变，物理中性线物理中性线偏离了偏离了几何中几何中 性线性线(2)考虑饱和的影响，半个极下减少的磁通大于增加考虑饱和的影响，半个极下减少的磁通大于增加的磁通，使每极总磁通减小。的磁通，使每极总磁通减小。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 55三三.电枢绕组的感应电动势电枢绕组的感应电动势指正负电刷之间的感应电动势指正负电刷之间的感应电动势产生的原因：元件边产生的原因：元件边(导体导体)切割气隙合成磁场切割气隙合成磁场气隙合成磁场的分布是不均匀，每根导体的感应气隙合成磁场的分布是不均匀，每根导体的感应电动势是不同的。电动势是不同的。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 56假设磁密是均匀的假设磁密是均匀的假设磁密是均匀的，取假设磁密是均匀的，取1个极下的平均值个极下的平均值每个极下的每个极下的1根导体的感应电动势的大小相等根导体的感应电动势的大小相等 第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 57 第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 58电枢绕组的感应电动势电枢绕组的感应电动势第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 59四四.电枢绕组的电磁转矩电枢绕组的电磁转矩第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 60电枢电动势、电磁转矩公式电枢电动势、电磁转矩公式第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 611-5 1-5 直流电动机直流电动机一、直流电动机稳定运行的基本关系式一、直流电动机稳定运行的基本关系式1.电压平衡方程式电压平衡方程式2.转矩平衡方程式转矩平衡方程式3.功率平衡方程式功率平衡方程式第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 62电动机惯例电动机惯例反电动势反电动势Ea与与U方向相反方向相反励磁绕组与电枢励磁绕组与电枢绕组是并联的绕组是并联的1.电压平衡方程式电压平衡方程式并励电动机并励电动机第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 632.转矩平衡方程式转矩平衡方程式电磁转矩电磁转矩T，与，与n同方向同方向拖动转矩拖动转矩空载损耗转矩空载损耗转矩T0，为制动转矩，为制动转矩轴输出的转矩轴输出的转矩T2，带动生产机械，带动生产机械(负载转矩负载转矩)，通常是制动转矩。，通常是制动转矩。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 643.功率平衡方程式功率平衡方程式第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 65电磁功率电磁功率Pem在电磁感应作用下，由电能转换为机械能，在电磁感应作用下，由电能转换为机械能，或由机械能转换为电能的这部分功率称为或由机械能转换为电能的这部分功率称为电磁功率电磁功率。用。用Pem表示。表示。体现了能量的互相转换作用。体现了能量的互相转换作用。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 66功率平衡方程式功率平衡方程式第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 67第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 68他励电动机他励电动机第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 69二、并励直流电动机的工作特性二、并励直流电动机的工作特性1.1.转速特性转速特性2.2.转矩特性转矩特性第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 703.3.效率特性效率特性 当可变损耗当可变损耗p pcucu等于不变损等于不变损耗时，效率耗时，效率达到最大值。达到最大值。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 71三、串励直流电动机的工作特性三、串励直流电动机的工作特性特点：特点：反电动势反电动势Ea与与U方向相反方向相反 励磁绕组与电励磁绕组与电枢绕组是串联的枢绕组是串联的总电总电阻阻反电反电势势串励绕组电阻串励绕组电阻第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 72串励直流电动机的工作特性串励直流电动机的工作特性1.1.转速特性转速特性第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 73串励直流电动机的工作特性串励直流电动机的工作特性2.2.转矩特性转矩特性起动时，起动时，n=0,Ian=0,Ia很大很大第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 74四、四、复励复励直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性 工作特性由起主要作用的励磁绕组决定；一般工作特性由起主要作用的励磁绕组决定；一般在并励与串励电动机的特性之间。积复励有较高的在并励与串励电动机的特性之间。积复励有较高的启动能力、过载能力，可空载轻载运行。启动能力、过载能力，可空载轻载运行。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 751-6 1-6 直流发电机直流发电机直流发电机的励磁方式直流发电机的励磁方式1.他励直流他励直流发发电机电机2.并励直流并励直流发发电机电机3.串励直流串励直流发发电机电机4.复励直流复励直流发发电机电机第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 76一、直流发电机稳定运行的基本方程式一、直流发电机稳定运行的基本方程式他励直流发电机他励直流发电机发电机惯例：发电机惯例：1.1.电动势平衡方程式电动势平衡方程式第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 772.转矩平衡方程式转矩平衡方程式空载损耗转矩空载损耗转矩由机械损耗、铁耗引起由机械损耗、铁耗引起拖动转矩拖动转矩电磁转矩电磁转矩方向同方向同n n方向方向-n-n方向方向-n-n第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 783.功率平衡方程式功率平衡方程式 发电机的输入功率发电机的输入功率P1P1，除小部分损耗外，大部，除小部分损耗外，大部分转换为电磁功率，由机械功率分转换为电磁功率，由机械功率电功率电功率第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 793.功率平衡方程式功率平衡方程式 电磁功率，除去电枢回路的铜损耗外，其余部电磁功率，除去电枢回路的铜损耗外，其余部分分输出电功率输出电功率发电机的发电机的输出输出功率功率电枢回路的电枢回路的铜铜损耗损耗第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 803.功率平衡方程式功率平衡方程式他他励励并励并励第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 81直流发电机的总损耗直流发电机的总损耗由由输入机械功率输入机械功率或或其他电源其他电源提供提供发电机的效率发电机的效率第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 82二、他励直流电发电机的运行特性二、他励直流电发电机的运行特性4个主要物理量：个主要物理量：电枢端电压电枢端电压U励磁电流励磁电流If负载电流负载电流I=Ia转速转速n一般保持为额定值不变一般保持为额定值不变 运行特性即：运行特性即：3个量，其中个量，其中1个不变，其个不变，其余余2个物理量之间的关系。个物理量之间的关系。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 831.空载特性空载特性空载磁化特性空载磁化特性饱和曲线饱和曲线第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 84空载特性空载特性磁滞现象、平均空载特性、剩磁电压磁滞现象、平均空载特性、剩磁电压饱和现象、设计时工作点的选择饱和现象、设计时工作点的选择如果转速不是额定值，则空载特性按比例变化如果转速不是额定值，则空载特性按比例变化第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 852.外特性外特性负载试验方法：负载试验方法：1.1.I If fI IfNfN保持保持2.n2.nn nN N保持保持3.3.I I从从0 0调节调节I IN N第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 862.外特性外特性 由于电枢反应使磁通由于电枢反应使磁通减小，使端电压与电流的减小，使端电压与电流的关系不是一条直线。关系不是一条直线。发电机端电压随负载发电机端电压随负载电流的增大而减小的程度电流的增大而减小的程度电压调整率电压调整率重要性能指标重要性能指标第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 873.调节特性调节特性负载电流的增大负载电流的增大端端电压下降，原因？电压下降，原因？调节励磁电流调节励磁电流达到达到保持端电压不变保持端电压不变第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 88三、并励直流发电机的自励过程和自励条件三、并励直流发电机的自励过程和自励条件发电的条件发电的条件机械拖动机械拖动n要有气隙磁场要有气隙磁场第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 89并励直流发电机的自励过程和自励条件并励直流发电机的自励过程和自励条件p并励直流发电机自并励直流发电机自励的三个条件励的三个条件1电机必须有剩磁电机必须有剩磁2励磁绕组并联到电枢励磁绕组并联到电枢的极性必须正确的极性必须正确3励磁回路中电阻小于励磁回路中电阻小于 Rcr(称为临界电阻称为临界电阻)第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 90四、并励直流发电机的运行特性四、并励直流发电机的运行特性1.空载特性空载特性2.该接成他励方式后，测量得到空载特该接成他励方式后，测量得到空载特性，方法和特性曲线与他励直流发电机相性，方法和特性曲线与他励直流发电机相同。同。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 91并励直流发电机的外特性并励直流发电机的外特性2.外特性外特性 同一台直流同一台直流发电机，分别接发电机，分别接成成并励方式并励方式、他他励方式励方式，得到外，得到外特性分别如图特性分别如图1、2曲线。曲线。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 923.并励直流发电机的调节特性并励直流发电机的调节特性第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 93五、复励直流发电机的外特性五、复励直流发电机的外特性并励绕组：电压高并励绕组：电压高线细、匝多线细、匝多串励绕组：电流大串励绕组：电流大线粗、匝少线粗、匝少串励绕组起辅助作用，串励绕组起辅助作用，并励绕组起主要作用。并励绕组起主要作用。积复励积复励:过复励、过复励、平复励平复励、欠复励、欠复励第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 94 一、换向概述1-7 直流电机的换向 为了分析方便假定换向片的宽度等于电刷的宽度。直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向改变，即换向。电枢移到电刷与换向片2接触时，元件1的被短路，电流被分流。如图所示。电刷与换向片1接触时，元件1 中的电流方向如图所示，大小为 。电刷仅与换向片2接触时，元件1 中的电流方向如图所示，大小为 。元件11 2第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 95一个元件被电刷短路前的电流是一个元件被电刷短路前的电流是+ia，被短路一下，被短路一下，之后的电流是之后的电流是-ia，这种电流方向的改变，就称为，这种电流方向的改变，就称为换向换向。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 961.直线换向直线换向(电阻换向电阻换向)*只考虑接触电阻，它只考虑接触电阻，它与接触面积成反比。与接触面积成反比。*接触电阻是均匀变化接触电阻是均匀变化的。的。*换向元件的电流是由换向元件的电流是由ia 均匀变化到均匀变化到-ia直线换向的特点：电刷下的电流密度为常数，不产直线换向的特点：电刷下的电流密度为常数，不产生火花。生火花。理想换向理想换向第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 972.延迟换向延迟换向自感电势自感电势互感电势互感电势切割电势切割电势电抗电势电抗电势 元件从元件从+ia -ia产生产生电抗电势电抗电势er，er的方向与换向的方向与换向前的电流前的电流 方向一致；方向一致；电枢反应使几何中线电枢反应使几何中线处处B0，产生切割电势，产生切割电势ea，它的方向也与换向，它的方向也与换向前电流方向一致。前电流方向一致。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 98er和和eA的存在，使换向延迟了。在电刷中的电流密的存在，使换向延迟了。在电刷中的电流密度分布不均匀，产生附加换向电流度分布不均匀，产生附加换向电流ik延迟换向延迟换向 换向结束瞬间，附加换换向结束瞬间，附加换向电流向电流ikT0，换向元件储，换向元件储存能量存能量LrikT2，释放出火花，释放出火花改善换向的方法：改善换向的方法：第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 99换向火花换向火花换向周期换向周期Tk换向条件不好则会在电刷与换向器之间产换向条件不好则会在电刷与换向器之间产生火花。超过一定限度，会烧坏电刷和换生火花。超过一定限度，会烧坏电刷和换向器。向器。正常工作时，火花等级不超过级；正常工作时，火花等级不超过级；短时过载时，火花等级不超过短时过载时，火花等级不超过2级。级。第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 100二、产生火花的二、产生火花的其他原因其他原因1.机械原因机械原因装配因素装配因素2.化学原因化学原因环境因素环境因素第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 101三、改善换向的方法三、改善换向的方法2.装设换向极装设换向极换向极磁势一方面抵消交轴电枢反应磁势，使几换向极磁势一方面抵消交轴电枢反应磁势，使几何中性线处何中性线处B=0，另一方面产生一个电势刚好与，另一方面产生一个电势刚好与电抗电势电抗电势er相抵消，使换向元件内的合成电势等相抵消，使换向元件内的合成电势等于零，不出现火花。于零，不出现火花。换向极绕组必须和电枢绕组换向极绕组必须和电枢绕组串联串联，同时，同时换向极磁路换向极磁路应处于应处于不饱和不饱和状态，且极状态，且极性不能搞错性不能搞错(分发电机、电动机分发电机、电动机2 2种情况种情况)1.选用合适型号的电刷选用合适型号的电刷第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 102用换向极改善换向用换向极改善换向第第1 1章章 直流电机直流电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 103四、环火与补偿绕组四、环火与补偿绕组1.产生环火的原因产生环火的原因2.电枢反应电枢反应2.装设补偿绕组装设补偿绕组补偿绕组与电枢绕组补偿绕组与电枢绕组串联串联，
