《直流电机原理》PPT课件

第 3章 直 流 电 机 原 理n 直 流 电 机 基 本 结 构n 直 流 电 机 基 本 原 理n 直 流 电 机 主 要 工 作 特 性 3.1 直 流 电 机 概 述n 直 流 电 机 是 电 机 的 主 要 类 型 之 一 。 一 台 直 流 电机 即 可 作 为 发 电 机 使 用 ， 也 可 作 为 电 动 机 使 用 。 n 用 作 发 电 机 可 以 获 得 直 流 电 源 ， 用 作 电 动 机 ，由 于 其 具 有 良 好 的 调 速 性 能 ， 在 许 多 调 速 性 能要 求 较 高 的 场 合 ， 得 到 广 泛 使 用 。 直 流 电 机 的 优 缺 点 本 章 分 析 直 流 电 机 的 工 作 原 理 、 结 构 及 换 向 等问 题 ， 为 电 力 拖 动 自 动 控 制 系 统 提 供 元 件 的 基本 知 识 。 直 流 发 电 机 的 电 势 波 形 较 好 ， 受 电 磁 干 扰 的 影 响 小 。直 流 电 动 机 的 调 速 范 围 宽 广 ， 调 速 特 性 平 滑 。直 流 电 动 机 过 载 能 力 较 强 ， 起 动 和 制 动 转 矩 较 大 。电 路 结 构 、 磁 路 结 构直 流 电 机 由 于 存 在 换 向 器 ， 其 制 造 复 杂 ， 价 格 较 高 。 3.2 基 本 工 作 原 理3.2.1 交 流 发 电 机 基 本 工 作 原 理物 理 模 型 磁 极 都 是 成 对 出 现 ； ；Blve 电 子 式机 械 式 整 流 3.2.2 直 流 发 电 机 基 本 工 作 原 理定 子 转 子 3.2.2 直 流 发 电 机 基 本 工 作 原 理 换 向 器 （ 机 械 整 流 装 置 ） 内 部 :交 流 外 部 :直 流 实 质 :带 有 换 向 器 的 交 流 电 机 实 际 电 机 :多 个 线 圈 有 规 律 连 接 3.2.3 直 流 电 动 机 基 本 工 作 原 理 Blif 小 结 ： 1、 直 流 电 机 仅 是 能 量 转 换 工 具 ； 2、 DM DG的 可 逆 性 ； 直 流 电 机 的 可 逆 性 ： 一 台 直 流 电 机 原 则 上 既 可 以 作 为电 动 机 运 行 ， 也 可 以 作 为 发 电 机 运 行 ，只 是 外 界 条 件 不 同 而 已 。 这 种 同 一 台电 机 能 作 电 动 机 或 作 发 电 机 运 行 的 原理 ， 在 电 机 理 论 中 称 为 可 逆 原 理 。 3.3 直 流 电 机 的 主 要 结 构 ： P29 直 流 电 机 由 静 止 的 部 分 定 子 和 旋 转 的 部 分转 子 两 大 部 分 构 成 ：1、 定 子 ： 机 座 、 主 磁 极 、 换 向 极 和 电 刷 装 置 等 。 1） 主 磁 极 ： 在 大 多 数 直 流 电 机 中 ， 主 磁 极 是 电 磁 铁 ，为 了 尽 可 能 的 减 小 涡 流 和 磁 滞 损 耗 ， 主 磁 极 铁 心 用 11.2mm厚 的 低 碳 钢 板 叠 压 而 成 。 整 个 磁 极 用 螺 钉 固 定 在机 座 上 。主 磁 极 的 作 用 是 在 定 转 子 之 间 的 气 隙 中 建 立 磁 场 ,使 电 枢 绕组 在 此 磁 场 的 作 用 下 感 应 电 动 势 和 产 生 电 磁 转 矩 . 2） 换 向 极 ： 换 向 极 又 称 附 加 极 或 间 极 ,其 作 用 是 用 以 改善 换 向 。 换 向 极 装 在 相 邻 两 主 极 之 间 ， 它 也 是 由 铁 心和 绕 组 构 成 。3） 机 座 ： 一 是 作 为 电 机 磁 路 系 统 中 的 一 部 分 ， 二 是 用 来固 定 主 磁 极 、 换 向 极 及 端 盖 等 ， 起 机 械 支 承 的 作 用 。因 此 要 求 机 座 有 好 的 导 磁 性 能 及 足 够 的 机 械 强 度 与 刚度 。 机 座 通 常 用 铸 钢 或 厚 钢 板 焊 成 。4） 电 刷 装 置 ： 电 刷 的 作 用 是 把 转 动 的 电 枢 绕 组 与 静 止 的外 电 路 相 连 接 ， 并 与 换 向 器 相 配 合 ， 起 到 整 流 或 逆 变 器 的作 用 。 2、 转 子 ： 包 括 电 枢 铁 心 、 电 枢 绕 组 、 换 向 器 、 风扇 、 轴 和 轴 承 等 。 1） 电 枢 铁 心 ： 电 机 主 磁 路 的 一 部 分 ， 用 来 嵌 放 电 枢 绕 组的 ， 为 了 减 少 电 枢 旋 转 时 电 枢 铁 心 中 因 磁 通 变 化 而 引 起 的 磁滞 及 涡 流 损 耗 ， 电 枢 铁 心 通 常 用 0.5mm厚 的 两 面 涂 有 绝 缘漆 的 硅 钢 片 叠 压 而 成 。 2） 电 枢 绕 组 ： 电 枢 绕 组 是 由 许 多 按 一 定 规 律 联 接 的 线 圈 组成 ， 它 是 直 流 电 机 的 主 要 电 路 部 分 ， 也 是 通 过 电 流 和 感 应 电 动势 ， 从 而 实 现 机 电 能 量 转 换 的 关 键 性 部 件 。 3.4 直 流 电 机 的 铭 牌 数 据 (额 定 值 ) 为 了 使 电 机 安 全 可 靠 地 工 作 ， 且 保 持 优 良 的运 行 性 能 ， 电 机 厂 家 根 据 国 家 标 准 及 电 机 的设 计 数 据 ， 对 每 台 电 机 在 运 行 中 的 电 压 、 电流 、 功 率 、 转 速 等 规 定 了 保 证 值 ， 这 些 保 证值 称 为 电 机 的 额 定 值 。 1 额 定 容 量 (功 率 ) PN （ kW） ； 2 额 定 电 压 UN（ V） ； 3 额 定 电 流 IN （ A） ； 4 额 定 转 速 n N （ r min） ； 5 励 磁 方 式 和 额 定 励 磁 电 流 IfN（ A） 。 额 定 功 率 ： 额 定 输 出 功 率 。对 直 流 发 电 机 来 说 ， 是 指 输 出 的 电 功 率 ， 对 直 流 电 动 机来 说 ， 是 指 轴 上 输 出 的 机 械 功 率 。直 流 发 电 机 的 额 定 功 率 为 ： NNN IUP NNNN IUP NNNNNNN nPnPPT 95506022 直 流 电 动 机 的 额 定 功 率 为 ：直 流 电 动 机 的 额 定 输 出 转 矩 ：额 定 过 载 欠 载 运 行 状 态 额 定 效 率 NNN PP12 3.5 直 流 电 机 的 电 枢 绕 组n 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 。 因 此 ， 电 枢 绕 组 须 满 足 以 下 要 求 ：n 在 能 通 过 规 定 的 电 流 和 产 生 足 够 的 电 动 势 前 提 下 ， 尽可 能 节 省 有 色 金 属 和 绝 缘 材 料 ；n 并 且 要 结 构 简 单 、 运 行 可 靠 等 。 元 件 边1、 两 个 有 效 边 组 成 一 个 元 件 ;2、 许 多 元 件 互 联 组 成 一 个 绕 组 ;3、 元 件 组 成 的 原 则 :两 个 相 邻 异 性 极 相 对 应 的 位 置 .N SS(元 件 数 )=K(换 向 片 数 )=Ze(虚 槽 数 ) 极 轴 线 ： 磁 极 的 中 心 线 ；几 何 中 性 线 ： 磁 极 之 间 的 平 分 线 ；P ： 极 对 数 ； pZe2元 件 节 距 （ 第 一 节 距 ） ： 元 件 两 条 边 的 距 离 ， 以 槽 数 计 ， 总 是 整 数 1y pZy e21 整 数 N S极 距 ： 在 电 枢 铁 心 表 面 上 ， 一 个 极 所 占 的 距 离 ， 可 用 槽 数 表 示合 成 节 距 、 第 二 节 距 y 2y 单 叠 绕 组 展 开 图 P39 40 元 件 依 次 相 连 ， 元 件 的 出 线 端 接 到 相 邻 的 换 向 片上 ， 第 一 个 元 件 的 下 层 边 连 接 着 第 二 个 元 件 的 上层 边 ， 它 放 在 第 一 元 件 上 层 边 相 邻 的 第 二 个 槽 内 。已 知 某 直 流 电 机 的 极 对 数 P=2 ,Ze=K=S=16,试画 出 单 叠 绕 组 展 开 图 。 42216p2Zy e1 1 计 算 绕 组 数 据 2 画 绕 组 展 开 图 P40（ 1） 先 画 16根 等 长 、 等 距 的 实 线 （ 虚 线 ） ;（ 2） 放 磁 极 :N.S(0.7 );（ 3） 换 向 片 ;（ 4） 联 绕 组 ;（ 5） 确 定 感 应 电 势 方 向 ;（ 6） 放 电 刷 . 单 叠 绕 组 并 联 支 路 图 : 单 叠 绕 组 的 特 点n 元 件 的 两 个 出 线 端 联 接 于 相 邻 两 个 换 向 片 上 ；n 并 联 支 路 数 等 于 磁 极 数 ， 2a=2p ； n 每 条 支 路 由 不 相 同 的 电 刷 引 出 ， 所 以 电 刷 不 能 少 ， 电刷 数 等 于 磁 极 数 ； n 正 负 电 刷 之 间 引 出 的 电 动 势 即 为 每 一 支 路 的 电 动 势 ，电 枢 电 压 等 于 支 路 电 压 ；n 由 正 负 电 刷 引 出 的 电 枢 电 流 Ia 为 各 支 路 电 流 之 和 ， 即 Ia=2aia （ 式 中 ia 为 每 一 条 支 路 的 电 流 ， 即 绕 组 元 件 中 流 过 的 电 流 ） 。 n 从 上 面 的 分 析 可 知 ， 相 同 元 件 数 时 ， 单 叠 绕 组并 联 支 路 数 多 ， 每 条 支 路 里 串 联 元 件 数 少 ， 适用 于 较 低 电 压 、 较 大 电 流 的 电 机 。对 于 单 波 绕 组 ， 支 路 对 数 永 远 等 于 1， 每 条 支路 里 所 包 含 的 元 件 数 较 多 ， 所 以 这 种 绕 组 适 应于 较 高 电 压 、 较 小 电 流 的 电 机 。至 于 大 容 量 的 电 机 ， 可 以 采 用 混 合 绕 组 。 3.6 直 流 电 机 的 磁 场 、 电 枢 反 应一 、 直 流 电 机 的 磁 路 和 励 磁 方 式 ：1.磁 路 2.直 流 电 机 的 磁 势n 主 极 磁 势 : Ff=IfWfn 电 枢 磁 势 : Fa=IaWan 换 向 极 磁 势 : FK=IKWK ( IK=Ia)3.直 流 电 机 的 励 磁 方 式 ： 主 极 励 磁 线 圈 的 供 电 方 式 直 流 电 机 的 励 磁 方 式他 励 式 自 励 式并 励 式 串 励 式 复 励 式(不 同 励 磁 方 式 电 机 的 特 性 不 同 ) 二 、 空 载 时 直 流 电 机 的 磁 场 分 布空 载 ： 发 电 机 出 线 端 没 有 电 流 输 出 ， 电 动 机 轴 上 不 带 机 械 负 载 ， 即 电 枢 电 流 为 零 的 状 态 。 那 么 ， 这 时 的 气 隙 磁 场 ， 只 由 主 极 的 励 磁 电 流 所 建 立 ， 又 称 励 磁 磁 场 。主 磁 通 ： 经 过 主 磁 极 、 气 隙 、 电 枢 铁 心 及 机 座 构 成 磁 回 路 。 它 同 时 与 励 磁 绕 组 及 电 枢 绕 组 交 链 ， 能 在 电 枢 绕 组 中 感 应 电 动 势 和 产 生 电 磁 转 矩 .0漏 磁 通 ： 仅 交 链 励 磁 绕 组 本 身 ， 不 进 入 电 枢 铁 心 ， 不 和 电 枢 绕 组 相 交 链 ， 不 能 在 电 枢 绕 组 中 感 应 电 动 势 及 产 生 电 磁 转 矩 ， 极 靴 下 气 隙 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 。 磁 管 应 用 磁 路 欧 姆 定 律 求 出 P35)(fBx RFf2如 上 图 示 :磁 管 宽 为 mf RF 22 fxm FB lR 0 0 气 隙 磁 阻磁 极 内 表 面 与 电 枢 外 表面 之 间 气 隙 长 度气 隙 磁 导 率电 枢 轴 向 有 效 长 度 磁 极 中 心 及 附 近 处 :靠 近 极 尖 处 :极 靴 以 外 :两 极 之 间 的 几 何 中 心 线 处 : fx FB 0磁 极 内 表 面 与 电 枢 外 表面 之 间 气 隙 长 度 三 直 流 电 机 的 电 枢 反 应电 枢 反 应 :电 枢 磁 场 对 主 极 磁 场 的 影 响 . 励磁电流所建立的磁场 电枢电流所建立的磁场 气隙磁场电 枢 磁 动 势 对 主 极 气 隙 磁 场 的 影 响 : 电 枢 反 应 对 主 极 磁 场 的 影 响A:电 枢 磁 场 在 半 个 极 内 对 主 极 磁 场 起 去 磁 作 用 ， 在 另半 个 极 内 则 起 增 磁 作 用 ， 引 起 气 隙 磁 场 畸 变 ;B:使 电 枢 表 面 磁 通 密 度 等 于 零 的 位 置 偏 移 几 何 中 性 线 ，新 的 等 于 零 的 位 置 我 们 称 之 为 物 理 中 性 线 ,物 理 中 性 线偏 移 ;C:考 虑 饱 和 时 ， 起 到 去 磁 作 用 。问 题 :1.如 何 抑 制 电 枢 反 应 ? 2.电 枢 磁 场 是 静 止 的 吗 ? 3.7 直 流 电 机 的 电 枢 电 动 势 和 电 磁 转 矩一 、 电 枢 电 动 势 E ： 电 枢 电 动 势 是 指 直 流 电 机 正 负 电 刷 之 间 的 感 应 电 动势 ， 也 就 是 电 枢 绕 组 里 每 条 并 联 支 路 的 感 应 电 动 势 。 所以 ， 我 们 可 以 先 求 一 根 导 体 在 一 个 极 距 范 围 内 所 产 生 的平 均 电 动 势 ， 再 求 一 条 支 路 的 。 一 个 磁 极 极 距 范 围 内 ， 平 均 磁 密 用 表 示 ， 极 距为 ， 电 枢 的 轴 向 有 效 长 度 为 ， 每 极 磁 通 为 ， 则 avB l lB av lvBe avav 一 根 导 体 的 平 均 电 动 势 为 ： 602602 npnplle av 所 以 ： 602 npv 其 中 ： lBav nCnapN npaNeaNE eava 60 60222式 中 ， 是 一 个 常 数 ， 称 为 电 动 势 常 数 apNC e 60 一 条 支 路 里 的 串 联 总 导 体 数 为 （ 为 电 枢 绕 组 总 导体 数 ， 为 电 枢 绕 组 并 联 支 路 对 数 ） ， 于 是 ， 电 枢 电 动 势为 ： NaN2a 602 npeav 一 根 导 体 的 电 动 势 ： 二 、 电 磁 转 矩 T (所 有 导 体 )： aavav liBf 求 解 电 磁 转 矩 的 过 程 和 求 解 电 动 势 是 一 样 的 ：1） 先 求 一 个 导 体 的 平 均 电 磁 力 ： 22 DliBDfT aavavx 2） 平 均 电 磁 力 乘 以 电 枢 的 半 径 ， 即 得 到 一 根 导 体 所 受 的 平 均 转矩 ： ata a aavx ICIapN paIllN DliNBNTT 2 222 2 3） 电 机 总 的 电 磁 转 矩 则 为 ：式 中 ： 是 一 个 常 数 ， 称 为 转 矩 常 数 ， 是 电 枢 电 流 。 电 磁 转 矩 的 大 小 正 比 于 每 极 磁 通 和 电 枢 电 流 。apNCt 2 aa aiI 2 a aIapN IapN 2 26060 ， ， 对 于 一 个 具 体 的 电 机 而 言 ， 是 一 个 常 数 ， 并且 通 过 换 算 ， 两 者 之 间 有 一 固 定 的 关 系 ：eC tC 55.9260602 aPNaPNCC et et CC 55.9nCeaE aIaI T MP 直流电机的电磁功率 三 几 点 说 明 at F2 ICT TTT nCE ea at ICT 1. 大 小 及 物 理 意 义2.方 向 Ea:右 手 定 则 T:左 手 定 则3.稳 态 : 问 题 :如 何 改 变 电 磁 转矩 及 感 应 电 动 势 的 方 向大 大 aIFT（ 负 载 转 矩 ）电 枢 电 流负 载 电 流 3.8 直 流 发 电 机一 运 行 原 理发 电 机 规 定 正 方 向 :Ea、 Ia同 向UI a Ea+ -n TT1 T0If 他 励I2 并 励I2 电 动 势 平 衡 方 程 式 :根 据 基 尔 霍 夫 第 二 定 律 ， 对 任 一 有 源 的 闭 合 回 路 ， 所 有 电 动 势 之 和等 于 所 有 电 压 降 和 （ ） ， 有 ： UE二 基 本 关 系nCE ea fff RIU aR aaa RIUE 其 中 ： ： 电 枢 回 路 总 电 阻fR ： 励 磁 回 路 总 电 阻 UIa Ea+ -n TT1 T0If 他 励 转 矩 平 衡 方 程 式 ： 直 流 发 电 机 在 稳 态 运 行 时 ， 电 机 的 转 速 为 n， 作 用 在 电 枢 上 的 转 矩 共有 三 个 ： 一 个 是 原 动 机 输 入 给 发 电 机 转 轴 上 的 驱 动 转 矩 T1； 一 个 是电 磁 转 矩 T； 还 有 一 个 是 电 机 的 机 械 摩 擦 、 风 阻 以 及 铁 损 耗 引 起 的 转矩 ， 叫 空 载 转 矩 ， 用 T0表 示 ， 空 载 转 矩 是 一 个 制 动 性 转 矩 ， 永 远 与 转 速 n的 方 向 相 反 。 01 TTT at ICT UIa Ea+ -n TT1 T0 从 原 动 机 输 入 的 机 械 功 率 可 用 下 式 表 示 ：0011 )( PPTTTP M aaaaaaaaM RIUIIRIUIETP 2)( cuacuf2cuaf2 ppPpIIU )(并 励 式 中 电 磁 功 率 PM为 转 换 成 电 枢 回 路 的 电 功 率 ：cuap ： 铜 耗cua2cua2 pPpUI 他 励 功 率 平 衡 方 程 式 cuacufadmFe pppppPP 21 空 载 损 耗 为 ：0p admFe pppp 0 pP 2mp ： 机 械 摩 擦 损 耗 eFp ： 铁 损 耗sad pp ： 杂 散 损 耗因 此 ： p ： 总 损 耗 如 此 ， 则 发 电 机 的 效 率 为 ： 额 定 负 载 时 ， 直 流 发 电 机 的 效 率 与 电 机 的 容量 有 关 。 10kW以 下 的 小 电 机 ， 效 率 约 为75%88.5%； 10100kW的 ， 效 率 约 为85%90%;1001000kW的 电 机 ， 效 率约 为 88%93%。 P50 pP pPP 212 1 三 他 励 直 流 发 电 机 的 运 行 特 性（ 1） 负 载 特 性指 当 n=常 数 且 Ia =常 数 时 ， U=f(If)的 关 系 ， 其 中 当 Ia=0时的 特 性 U0=f(If)称 为 发 电 机 的 空 载 特 性 。主 要 物 理 量 :U， Ia， If， n； n 常 数 (在 发 电 机 中 )运 行 特 性 :研 究 两 者 之 间 的 关 系 .（ 2） 外 特 性指 当 n=常 数 且 If=常 数 或 Rf=常 数 时 ， U=f(Ia)的 关 系（ 3） 调 节 特 性 指 当 n=常 数 且 U=常 数 时 ， I f=f(Ia)的 关 系（ 4） 效 率 曲 线 )( 2Pf 他 励 直 流 发 电 机 的 空 载 特 性 (n为 常 数 Ia=0) eef KnCEU IfU 00 )( 与相 似)( )( 0 f fIf IfU因 此 1） 由 于 铁 磁 材 料 的 磁 滞 现 象 ， 使 测 得 的 曲 线 是 一 闭 合 的 回 线 。2） 由 于 电 机 有 剩 磁 ， 使 得 时 仍 有 一 个 很 低 的 电 压 ，称 之 为 剩 磁 电 压 ， 其 值 约 为 的 %。 实 际 使 用 时 ，一 般 取 回 线 的 平 均 值 （ 如 图 中 的 虚 线 所 示 ） 作 为 空 载 特性 。3） 空 载 特 性 与 电 机 的 磁 化 曲 线 形 状 相 似 ， 只 差 一 个 比 例 常 数 。)(0 fIfU 0fI)(0 fIfU )(0 fIf4） 他 励 直 流 发 电 机 的 空 载 特 性 是 直 流 电 机 最 基 本 的 特 性 曲 线 。 并 励 发 电 机 的 空 载 特 性 。分 析 特 性 ： )( f0 IfE 他 励 直 流 发 电 机 外 特 性 (n为 常 数 If= IfN)aaa a RIEU IfU )( aae RInC 空 载 电 压 ：Ia=0 U=Ea = U0电 流 增 大 时 ， 端 电 压 下 降 负 载 增 大 时 ， 电 枢 反 应 的 去 磁 作 用 增 强 ， 使 每 极 磁 通量 减 小 ， 从 而 使 电 枢 电 动 势 减 小 。 电 枢 回 路 电 阻 上 的 压 降 随 电 流 增 大 而 增 大 ， 从 而 使 端电 压 下 降 。 并 励 方 式 下 ， 端 电 压 下 降 的 更 快 一 些 ： 负 载 增 大 时 ，电 枢 反 应 的 去 磁 作 用 增 强 ， 使 每 极 磁 通 量 减 小 ， 这 样不 仅 影 响 了 电 枢 电 动 势 ， 使 端 电 压 下 降 ， 同 时 端 电 压的 下 降 进 一 步 也 影 响 了 励 磁 电 流 使 之 减 小 ， 这 样 一 来 ，又 使 得 的 电 枢 电 动 势 双 重 减 小 ， 所 以 ， 并 励 下 降 的 更快 一 些 。 分 析 特 性 ： 他 励 直 流 发 电 机 的 效 率 曲 线 ：2 aImax不 变 损 耗 ： 电 机 的 铁 损 耗 和 机 械 损耗 等 与 负 载 的 大 小 无 关 ， 称 为 不 变 损耗 ；可 变 损 耗 ： 负 载 运 行 时 电 枢 绕 组 的铜 损 耗 与 成 正 比 ， 称 为 可 变 损 耗 。不 变 损 耗 可 变 损 耗 并 励 直 流 发 电 机 在 自 励 过 程 中 ， 发 电 机 的 电压 是 否 会 无 限 制 地 增 长 下 去呢 ？ I f 空 载 特 性 曲 线 励磁回路的伏安特性 当 发 电 机 的 电 压 上 升 到 P点 所 对 应 的 电 压 时 ， 恰 好 等 于励 磁 电 流 通 过 励 磁 回 路 所 需 的 电 阻 压 降 ， 因 此 电 枢 电 压和 励 磁 电 流 都 不 会 再 增 加 ， 自 励 过 程 达 到 了 稳 定 状 态 。以 上 分 析 可 知 并 励 发 电 机 的 自 励 条 件 ：1） 电 机 必 须 有 剩 磁 。 2） 励 磁 绕 组 的 接 线 与 电 枢 旋 转 方 向 必 须 正 确 配 合 ， 以 使 励磁 电 流 产 生 的 磁 场 方 向 与 剩 磁 方 向 一 致 。3） 励 磁 回 路 的 电 阻 应 小 于 与 电 机 运 行 转 速 相 对 应 的 临 界 电阻 。 发 电 机 的 转 速 不 同 时 ， 空 载 特 性 也 不 同 。 因 此 ， 对 应 于不 同 的 转 速 便 有 不 同 的 临 界 电 阻 。 3.9 直流电动机运行原理一 直流电机的可逆原理UIa E a+ -n TT1 T0If 他 励 UIa Ea+ -n TFT T0If 他 励电动机惯例定正方向发电机惯例定正方向 基 本 方 程 T aT C I a eE C nLTTTT )( 02 aaa RIEU fff RIU 功 率 平 衡 方 程 式 ： TIEP aaM admFe pppp 0 fafa1 UIUIIIUUIP )( cufcuaM faaaa faaaa PPP UIRIIE UIIRIE 2 )(并 励 直 流 电 动 机 从 电 源 输 入 的 电 功 率 为 ： 0202 )( pPTT pP pppppPP admFecuacuf2 21功 率 流 程 三、直流电动机的工作特性：1） 转 速 特 性 ： 当 时 ， NUU fNf II aIfn aNaaNaNN ICeRnICeRCeUn 0 aaNeaaaN RInCRIEU 考 虑 电 枢 反 应 的 转 速 特 性 转 速 特 性 曲 线转 矩 特 性 曲 线效 率 特 性 曲 线 2） 转 矩 特 性 ： 当 ， 时 ，3） 效 率 特 性 ： 当 时 ，aNT ICT )( aIfT NUU fNf II NUU fNf II )( 2Pf)( 2Pf cua02 2 PPP P 3.10 他 励 直 流 电 动 机 的 机 械 特 性一 机 械 特 性 ： n=f（ T ） TnTCeC RRCU C RRIUn Tae e aa 02)(R:电 枢 回 路 附 加 电 阻 （ 可 变 ） 一 般 表 达 式UIa Ea+ -n TFT T0If 他 励R 二 固 有 机 械 特 性 与 特 性 曲 线 分 析NUU fNf II 0R TCeCRCUn NTaNe N 2 决 定 于 电 机 本 身 性 能 ， 唯 一 的 。 NNTaNe NN TCeCRCUn 2 N NaNNe n IRUC 条 件 ：固 有 机 械 特 性 Tnn00 T NnN 固 有 机 械 特 性 特 点理 想 空 载 转 速 ：额 定 转 速 降 ： NNCeUnnT 00 N NTaNN NN TCeCRnnn nnTT 20, 起 动 电 流起 动 转 矩 ： aNsa Na RUII nCeEn 0,0 直 接 起 动 电 流 很 大 ， 不 能 直 接 起 动sNTs ICT T nn00 T NnN 三 人 为 机 械 特 性 （ 调 速 的 需 要 ）TCeC RRCUn Tae 2 1、 电 枢 回 路 串 电 阻2、 降 低 电 枢 电 压3、 减 少 气 隙 磁 通 量 Tnn0 四 机 械 特 性 的 绘 制根 据 产 品 目 录 的 数 据 可 绘 出 固 有 机 械 特 性 n=f(T)为 一 直 线 ， 只 要 两 个 点 即 可理 想 空 载 点 ： T=0,n=n0;额 定 运 行 点 ： T=TN,n=nN n T 计 算 n 0 TN NaNN aNNN NN nEn RIUCe CeUn 0 估 算 Ean=(0.930.97)UN伏 安 法 实 测 Ra NNNN npTT 95502 NNN ICeT 55.9精 确 ：近 似 ： 3.11 直 流 电 机 的 换 向一 、 什 么 是 换 向二 、 换 向 元 件 中 的 感 应 电 动 势 二 、 换 向 元 件 中 的 感 应 电 动 势1） 电 抗 电 动 势 ： 换 向 元 件 中 ， 在 电 流 变 化 时 ， 必 然 出 现 由 自 感 与 互 感 作用 所 引 起 的 感 应 电 动 势 ， 这 个 电 动 势 称 为 电 抗 电 动 势 。re dtdiLeee rMLr niKLe arr 30可 见 电 机 的 负 载 越 重 ,转 速 越 高 ， 则 越 大 。 根 据 楞 次 定 律 ， 感 应 电动 势 的 作 用 总 是 阻 碍 电 流 变 化 的 ， 因 为 电 流 是 在 减 少 ， 所 以 其 方 向 必与 + 方 向 相 同 。 reai 2） 电 枢 反 应 电 动 势 ： 虽 然 换 向 元 件 位 于 几 何 中 性 线 处 ， 主 磁 场 的 磁 密 等 于 零 ， 但 是 电 枢 磁场 的 磁 密 不 等 于 零 。 因 此 换 向 元 件 必 然 切 割 电 枢 磁 场 ， 而 在 其 中 产 生一 种 电 动 势 ， 称 为 电 枢 反 应 电 动 势 。 为 ： aaCa lvBNe 因 为 , ,所 以 ,即 当 负 载 越 重 ， 转速 越 高 时 ， 越 大 。 据 右 手 定 则 可 以 判 定 ， 无 论 是 发 电 机 或 电 动 机状 态 ， 的 方 向 总 是 与 换 向 前 元 件 中 电 流 方 向 相 同 ， 也 是 阻 碍 换向 的 。 nv a aa IB nIe aa ae ae 在 换 向 元 件 中 存 在 着 两 个 方 向 相 同 的 电 动 势 + ， 因 此 在换 向 元 件 中 ， 会 产 生 附 加 的 换 向 电 流 ， reaeKi ReeRei raK电 刷 下 产 生 火 花 的 电 磁 原 因 ： 由 所 建 立 的 电 磁 能 量 要 释 放 出 来 。 当 这 部 分 能 量 足 够 大时 ， 它 将 以 火 花 的 形 式 从 电 刷 边 放 出 ， 这 就 是 电 刷 下 产 生 火 花 的 电 磁原 因 。 此 外 还 有 机 械 及 电 化 学 方 面 的 原 因 。 火 花 使 电 刷 及 换 向 器 表 面损 坏 ， 严 重 时 将 使 电 机 不 能 正 常 运 行 。ki rk Li221制 约 直 流 电 机 的 电 流 及 转 速 从 产 生 火 花 的 电 磁 原 因 出 发 ， 减 少 换 向 元 件 的电 抗 电 动 势 和 电 枢 反 应 电 动 势 ， 就 可 以 有 效 地改 善 换 向 。 目 前 最 有 效 的 办 法 是 装 换 向 极 。 三 、 改 善 换 向 的 方 法 ：