1、2.1 直流电机的结构和基本原理直流电机的结构和基本原理 2.2 直流电机的电枢绕组和磁场直流电机的电枢绕组和磁场 2.3 直流电机的感应电动势和电磁转矩直流电机的感应电动势和电磁转矩 2.4 直流电动机运行原理直流电动机运行原理 2.5 直流发电机运行原理直流发电机运行原理 2022-11-192 直流电机结构图直流电机结构图端盖端盖 端盖端盖 磁轭磁轭 主磁极主磁极励磁绕组励磁绕组 电枢铁心电枢铁心 电枢绕组电枢绕组 换向器换向器 电刷装置电刷装置轴轴 轴承轴承 风扇风扇 换向极绕组换向极绕组 换向磁极换向磁极 2022-11-193产生磁场和作电机的机械支撑产生磁场和作电机的机械支撑20
2、22-11-194 主磁极主磁极 机座机座 主磁极铁心主磁极铁心 励磁励磁 绕组绕组 绝缘绝缘 框架框架 电枢铁心电枢铁心 螺栓螺栓 机座机座 换向极换向极 主磁极主磁极 主磁极和机座主磁极和机座 2022-11-195换向极和电刷换向极和电刷 换向极绕组换向极绕组 换向极铁心换向极铁心 铜丝辫铜丝辫 压紧弹簧压紧弹簧 电刷电刷 刷握刷握 2022-11-196 电枢铁心和绕组电枢铁心和绕组 换向器换向器 转轴和风扇转轴和风扇 2022-11-197 电动机工作原理电动机工作原理 NSAXUiaiaffNSUXAiaiaf线圈边中电流不改变方向，则平均线圈边中电流不改变方向，则平均 Tem=0
3、。2022-11-198 电动机工作原理电动机工作原理 NSAX换向片换向片 电刷电刷 UiaiaffNSUXAiaiaff电刷和换向片的作用是什么？电刷和换向片的作用是什么？线圈边切割磁力线会产生什么？线圈边切割磁力线会产生什么？eaeaeaea2022-11-199 有磁场，电源通过电有磁场，电源通过电刷和换向器向电枢绕组刷和换向器向电枢绕组通入直流电。根据电磁通入直流电。根据电磁力定律，直流电动机电力定律，直流电动机电枢绕组产生电磁力矩，枢绕组产生电磁力矩，驱动机械负载。同时，驱动机械负载。同时，根据电磁感应定律，电根据电磁感应定律，电枢绕组内部也产生感应枢绕组内部也产生感应电势电势20
4、22-11-1910直流直流电流电流交流交流电流电流电磁转矩电磁转矩(拖动转矩拖动转矩)换向换向 机械机械负载负载 旋转旋转 克克 服服 反电反电动势动势做功做功 电动机的电磁关系电动机的电磁关系外加电源外加电源电刷和换向器电刷和换向器电枢绕组内部电枢绕组内部气隙磁场气隙磁场转子转子2022-11-1911NSAXeaeaEaXANSeaeaEa电刷和换向片的作用是什么？电刷和换向片的作用是什么？载流导体在磁场中会产生什么？载流导体在磁场中会产生什么？直流发电机直流发电机 2022-11-1912 原动机拖动转子旋转，根据电磁感应定律，直流发电机电原动机拖动转子旋转，根据电磁感应定律，直流发电
5、机电枢绕组产生感应电势，同时，根据电磁力定律，旋转的电枢绕枢绕组产生感应电势，同时，根据电磁力定律，旋转的电枢绕组切割磁场，也产生电磁转矩组切割磁场，也产生电磁转矩2022-11-1913 气隙磁场的分布波形及线圈电动势波形气隙磁场的分布波形及线圈电动势波形 0B t 2 3 A X 0eXA t NS0AX+e0eB1B2 t 2022-11-1914 每极下有每极下有 3 个串联线圈时的电动势波形个串联线圈时的电动势波形 0 e t 2 3 在直流发电机中，换向器和电刷的共同作用：在直流发电机中，换向器和电刷的共同作用：将线圈中的交流电动势整流成刷间的直流电动势；将线圈中的交流电动势整流成
6、刷间的直流电动势；把转动的电路与外面不转的电路联接。把转动的电路与外面不转的电路联接。2022-11-1915 电磁关系电磁关系 输出输出直流电直流电 换向换向 原动机原动机感应电动感应电动势和电流势和电流 电磁转矩电磁转矩 (阻转矩阻转矩)做功做功 气隙磁场气隙磁场电枢绕组内部电枢绕组内部机械能机械能电刷和换向器电刷和换向器转子转子2022-11-19161.铭牌铭牌直流电动机直流电动机型号型号Z395产品编号产品编号7001结构类型结构类型励磁方式励磁方式他励他励功率功率30kW励磁电压励磁电压220V电压电压220V工作方式工作方式连续连续电流电流160.5A绝缘等级绝缘等级定子定子B转
7、子转子B转速转速750r/min重量重量685kg标准编号标准编号JB110468出厂日期出厂日期 年年 月月2022-11-1917 发电机的发电机的 UN：指输出电压的额定值。指输出电压的额定值。电动机的电动机的 UN：指输入电压的额定值。指输入电压的额定值。发电机的发电机的 IN：指输出电流的额定值。指输出电流的额定值。电动机的电动机的 IN：指输入电流的额定值。指输入电流的额定值。发电机的发电机的 PN：指指输出输出电功率的额定值。电功率的额定值。电动机的电动机的 PN：指指输出输出机械功率的额定值。机械功率的额定值。NNNPU INNNNPU I2022-11-1918 额定状态额定
8、状态：指指 U、I、P、n 均为额定值的状态。均为额定值的状态。满载状态满载状态：指指 I=IN 的状态。的状态。例例21一台一台Z2型直流发电机，型直流发电机，UN=230V，nN=1450r/min，PN=145kW，N90，求该发电机的额定电流和额定输入功率求该发电机的额定电流和额定输入功率例例22一台直流电动机，一台直流电动机，UN=110V，nN=1000r/m，PN=22kW，N84，求该电动机的额定电流和额定输入功率求该电动机的额定电流和额定输入功率2022-11-1919 Z2系列是普通中小型直流电机。系列是普通中小型直流电机。l ZZJ系列是一种冶金起重辅助传动直流电动机适用
9、于轧钢系列是一种冶金起重辅助传动直流电动机适用于轧钢机、起重机、升降机、电铲等。机、起重机、升降机、电铲等。l 其他系列的直流电机型号、技术数据可从产品目录或相关其他系列的直流电机型号、技术数据可从产品目录或相关的手册中查到。的手册中查到。国产直流电机的系列产品代号采用大写汉语拼音字母表示，型国产直流电机的系列产品代号采用大写汉语拼音字母表示，型号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组合表示，例如：号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组合表示，例如：“Z2-72”表表示直流电动机、第二次改进设计型，示直流电动机、第二次改进设计型，“7”表示机座号，表示机座号，7后面的后面的2表示长铁心（表示长铁心（2号表示
10、长铁心，号表示长铁心，1号表示短铁心）。号表示短铁心）。2022-11-1920 单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组、蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。复波绕组、蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。是构成电枢绕组的基本是构成电枢绕组的基本 单元，其两端分别与两单元，其两端分别与两 片换向片相连的单匝或片换向片相连的单匝或 多匝线圈。多匝线圈。后端接后端接 上元件边上元件边 前端接前端接 下元件边下元件边 2022-11-1921 叠绕元件叠绕元件 波绕元件波绕元件 元件边元件边(有效边有效边)匝数为匝数为1 1的是单匝元件，匝数大于的是单匝元件，匝数大于1 1的是多匝元
11、件。由于的是多匝元件。由于工艺等原因，电枢不宜开太多的槽，在一实际的槽中，上、工艺等原因，电枢不宜开太多的槽，在一实际的槽中，上、下层嵌放多个下层嵌放多个(设为设为u个个)元件边。元件边。将一个上层边和一个下层边在槽内所占的空间称为一个虚将一个上层边和一个下层边在槽内所占的空间称为一个虚槽。若电枢每槽上、下层只有一个元件边，则总元件数槽。若电枢每槽上、下层只有一个元件边，则总元件数Z等于实等于实槽数槽数Q；若每槽的上、下层各有；若每槽的上、下层各有u个元件边时，则有：个元件边时，则有：Z=uQ=Qu，Qu为虚槽数。为虚槽数。2022-11-1922 各元件在电枢表面的几何关系一般用元件的节距表
12、示各元件在电枢表面的几何关系一般用元件的节距表示2022-11-1923u第一节距第一节距y1 指同一元件的二个有效边在电枢表面跨过的距离，用槽数指同一元件的二个有效边在电枢表面跨过的距离，用槽数表示。其表达式为：表示。其表达式为：式中式中为把为把y1凑整的小于凑整的小于1的分数。的分数。当当=0，y1=（极距）（极距）称为整距元件；称为整距元件；当当0称为长距元件；当称为长距元件；当0称为短距元件，称为短距元件，实际电机中采用短距元件，可节省铜。实际电机中采用短距元件，可节省铜。整数pQyu21u第二节距第二节距y2 指两个相串联的元件中第一个元件的下层边与第二个元指两个相串联的元件中第一个
13、元件的下层边与第二个元件的上层边所跨的距离，用槽数表示。件的上层边所跨的距离，用槽数表示。2022-11-1924u合成节距合成节距y 指直接串联的两个元件的对应边所跨的距离。指直接串联的两个元件的对应边所跨的距离。u换相器节距换相器节距yk 指同一元件的两个出线端所接的两换相片之间所跨的距指同一元件的两个出线端所接的两换相片之间所跨的距离，用换相片数表示。离，用换相片数表示。相邻两个主磁极轴线之间的距离称作极距，记作相邻两个主磁极轴线之间的距离称作极距，记作 ，一，一般用槽数表示，即有般用槽数表示，即有：=Z 2p 电枢总槽数电枢总槽数 主磁极极对数主磁极极对数 2022-11-1925 单
14、叠绕组是以相邻元件依次串联的联接规律连成的，每个元单叠绕组是以相邻元件依次串联的联接规律连成的，每个元件的两个出线端分别接到相邻的两个换相片上，最后形成一闭合件的两个出线端分别接到相邻的两个换相片上，最后形成一闭合回路。回路。例例23 以总元件数为以总元件数为6的电机为例，说明单叠绕组的联接。的电机为例，说明单叠绕组的联接。设设S（元件数）（元件数）=K（换相片数）（换相片数）=Z（槽数）（槽数）=6，u=1，2p=2，则，则合成节距合成节距y=1，极距，极距=第一节距第一节距y1=3，换相器节距，换相器节距yk=1（右行（右行绕），第二节距绕），第二节距y2=y1-y=3-1=2，上述数据所
15、表示的实际电机绕，上述数据所表示的实际电机绕组安放如图。组安放如图。2022-11-19262022-11-1927 展开图虽然能反应电枢绕组联接规律，也能说明电机内部电展开图虽然能反应电枢绕组联接规律，也能说明电机内部电磁关系，但画展开图太麻烦，在分析电机内部电磁关系时，采用磁关系，但画展开图太麻烦，在分析电机内部电磁关系时，采用电机模型。电机模型。无论电机有多少对无论电机有多少对磁极都只用磁极都只用N、S一对磁一对磁极表示，不画换相器，极表示，不画换相器，电刷放在几何中性线处，电刷放在几何中性线处，并与位于几何中性线处并与位于几何中性线处的元件接触，一个圆圈的元件接触，一个圆圈代表一个元件
16、。代表一个元件。2022-11-1928 电动机电动机 发电机发电机 e e e e e e e e EA1 2 3 48 7 6 5BIa 结论：结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。1 2 3 48 7 6 5ABIae e e e e e e e E电枢电流电枢电流aI/2aaiIa支路电流支路电流并联支路对数并联支路对数a 个串联支路上的导体数个串联支路上的导体数/2NaN为电枢的全部导体数为电枢的全部导体数2022-11-1929MMIfIa 他励他励 并励并励 串励串励 复励复励 I If Ia Ua Uf U MMU I Ia UI
17、 If If Ia 2022-11-1930GI Uf Ua If Ia 分为他励和自励。分为他励和自励。GI Ia U If GIa If I U GIa U If I 他励他励 串励（自励）串励（自励）并励（自励）并励（自励）复励（自励）复励（自励）2022-11-1931 直流电机空载是指电机对外无功率输出、不带负载直流电机空载是指电机对外无功率输出、不带负载空转的一种状态。空转的一种状态。直流电机空载时，励磁绕组内有励磁电流，电动机直流电机空载时，励磁绕组内有励磁电流，电动机电枢电流很小可忽略，而发电机电枢电流为零，这时电电枢电流很小可忽略，而发电机电枢电流为零，这时电机的磁场由励磁电
18、流单独建立。机的磁场由励磁电流单独建立。2022-11-1932气隙气隙电枢齿电枢齿转子铁心轭转子铁心轭主磁极铁心主磁极铁心定子铁心轭定子铁心轭主磁通主磁通漏磁通漏磁通主磁通主磁通漏磁通漏磁通主磁通主磁通产生感应电动势和电磁转矩产生感应电动势和电磁转矩主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通2022-11-1933 Bav 0 B B B m产生主磁通产生主磁通 时整个闭合磁路所需的磁通势为时整个闭合磁路所需的磁通势为012222nk k t tc cm mjjFH lH lH lH lH lH l022 FH l0 FH l0BF000FB磁感应强度磁感应强度B 的分布的分布2022-11-1934电机
19、主磁通与励磁电流的关系可以计算或实验测定电机主磁通与励磁电流的关系可以计算或实验测定气隙线气隙线abc 0000mFNICIRA 磁化曲线磁化曲线磁感应强度磁感应强度B 的分布的分布 I00I0较小时铁心不饱和，磁通较小时铁心不饱和，磁通势主要作用在气隙上。势主要作用在气隙上。I0较大时铁心饱和，励磁电较大时铁心饱和，励磁电流与磁通是非线性关系。流与磁通是非线性关系。2022-11-1935几何几何中性线中性线 直轴直轴d 交轴交轴q Fa 2 2 O x x Fa(x)Ba(x)直流电机负载运行时，电枢电流直流电机负载运行时，电枢电流Ia不为不为零，气隙中由电枢电流零，气隙中由电枢电流Ia产
20、生电枢磁动势产生电枢磁动势Fa。2022-11-1936 当电机带负载后，电枢绕组流过电流，出现电枢磁动势。当电机带负载后，电枢绕组流过电流，出现电枢磁动势。电电枢磁动势对主磁极产生的磁场有影响，故对电机的运行性能也枢磁动势对主磁极产生的磁场有影响，故对电机的运行性能也会产生一定的影响。把电枢磁动势对励磁磁动势产生的影响称会产生一定的影响。把电枢磁动势对励磁磁动势产生的影响称为为电枢反应电枢反应(the armature reaction)。当电刷位于几何中性线时，电枢反应使气隙磁场发生畸变当电刷位于几何中性线时，电枢反应使气隙磁场发生畸变并使物理中性线偏移并使物理中性线偏移,当磁路饱和时有祛
21、磁作用。当磁路饱和时有祛磁作用。直流电机负载运行时主磁极的一端磁通增加，另一端磁直流电机负载运行时主磁极的一端磁通增加，另一端磁通减少，使气隙磁场的分布发生扭斜，气隙磁密过零的地方通减少，使气隙磁场的分布发生扭斜，气隙磁密过零的地方偏离了几何中心线，呈现不均匀分布，出现了偏离了几何中心线，呈现不均匀分布，出现了电枢反应电枢反应。2022-11-1937Ba 2 2 O x N S B0 B 将通过圆心和电枢圆周上径向磁密为将通过圆心和电枢圆周上径向磁密为 零的点连接成的直线零的点连接成的直线物理中性线。物理中性线。N S 几何几何中性线中性线 物理物理 中性线中性线 2022-11-1938B
22、 电枢旋转电枢旋转 n磁磁 场场 ex ex Ea ex=Bxlv Bx 导体所在处的气隙磁密。导体所在处的气隙磁密。l 导体的有效长度。导体的有效长度。v 导体切割磁场线的线速度。导体切割磁场线的线速度。2022-11-1939=n pN 60a 设电枢总导体数为设电枢总导体数为 N，则每条支路的导体为则每条支路的导体为 ，故故v=n2 R60=n2p 60N 2a Ea=ex 1 N/2a=Bxlv 1 N/2a=lv Bx1 N/2a B Bav平均气隙磁密平均气隙磁密=lv Bav N 2a=l n 2p 60 l N 2a=Ce n 每极下的磁通每极下的磁通 2022-11-1940
23、 E=Ce n Ce 电动势常数。电动势常数。单位：单位：Wb 单位：单位：r/min(V)方向：由方向：由 和和 n 共同决定。共同决定。性质：发电机为电源电动势；性质：发电机为电源电动势；电动机为反电动势。电动机为反电动势。2022-11-1941 电枢电流电枢电流 ia 磁磁 场场 f Tem 设电刷在几何中性线处，元件为整距。设电刷在几何中性线处，元件为整距。(1)同一极下每根导体受到的平均电磁力为同一极下每根导体受到的平均电磁力为 fav=Bavlia ia 导体中的电流导体中的电流。每根导体受到的平均电磁转矩为每根导体受到的平均电磁转矩为 Tav=fav=Bav lia D 2 D
24、 2 2022-11-1942电枢直径为：电枢直径为：电枢电流与支路电流的关系为：电枢电流与支路电流的关系为：则则 D=2p ia=Ia 2a Tem=NTav=N Bav lia D 2=N l l Ia 2a p =IapN2 a(Nm)Tem=CT Ia CT 转矩常数。转矩常数。单位：单位：Wb单位：单位：A2022-11-1943 方向：由方向：由 和和 Ia 共同决定。共同决定。性质：发电机为性质：发电机为制动转矩，制动转矩，Tem 与与 n 方向相反方向相反。电动机为电动机为拖动转矩，拖动转矩，Tem 与与 n 方向相同。方向相同。，CT=pN 2 a Ce=pN 60a 因为因
25、为 则则 T60C=C=9.55C2ee问题问题如何使他励、并励、串励直流电动机反转如何使他励、并励、串励直流电动机反转？2022-11-19442.4.1 基本方程式基本方程式(以他励电机为例以他励电机为例)TemTL=T0+T2IfIaEaMGU+-+-Ufn电枢回路电压电枢回路电压 U=Ea+IaRa励磁回路电压励磁回路电压fffUI R电磁转矩电磁转矩emTaTCI转矩平衡方程转矩平衡方程T em=T2+T0输出转矩输出转矩空载转矩空载转矩稳定运行时稳定运行时T2+T0=TL2022-11-1945(1)输入功率输入功率电压平衡方程电压平衡方程 U=Ea+IaRa等式两边同时乘以电源电
26、流等式两边同时乘以电源电流I(他励电机的他励电机的IIa)aIaaaU EI R2aaaaaEIIUIR1emCuaPPP(2)电磁功率电磁功率ema aPE I60602ememeaTTTNpNpCnInnNpaCaa260emememPnTT 2022-11-1946(3)输出功率输出功率根据转矩平衡方程根据转矩平衡方程20emTTT20emTTT等式两边同时乘以等式两边同时乘以 20emPPp空载损耗空载损耗9 55emememPPT.n2229 55PPT.n0009 55ppT.n0Femppp铁损耗铁损耗机械损耗机械损耗(4)总损耗总损耗12FeCumPPppppadp附加损耗附加
27、损耗(5)效率效率21100P%P2022-11-1947(6)功率流程图功率流程图P1pCuPemp0P2 当忽略空载损耗不计，当忽略空载损耗不计，Tem=TL，电动机的电枢，电动机的电枢电流由负载转矩电流由负载转矩TL和磁通和磁通 决定决定电枢电流电枢电流aaaUEIRemLaTTTTICC2022-11-19482.4.2 直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性 电动机的转速电动机的转速n、电磁转矩电磁转矩T、效率效率 与输出功率与输出功率P2 或或（Ia）的关系叫工作的关系叫工作特性特性。(1)转速特性转速特性：n=f(Ia）研究条件：研究条件：U=UN,If=IfN数学表达式数学表
28、达式U=Ea+IaRa且且Ea=Ce nNaaeNeNURnIC C nIa0n0IaNnN转速变化率转速变化率0100%NNnnnn 他、并励电机他、并励电机 n=（28）%当当Ia 时，时，n 下降不多下降不多(硬特性硬特性)。2022-11-1949 励磁电路断电的后果励磁电路断电的后果 当当 If=0，=r 很小，很小，n 不能突变不能突变 Ea 很小很小 Tem=CT r Ia 仍有一定数值。仍有一定数值。Ia 若若 Tem TL n (飞车飞车)若若TemTL n n=0(闷车闷车)(2)转矩特性：转矩特性：Tem=f(Ia）研究条件研究条件：U=UN，If=IfNemTNaTCI
29、O Tem Ia 若不计磁路饱和，则若不计磁路饱和，则 TemIa；若计及磁路饱和，则若计及磁路饱和，则 Tem 随着随着 Ia 的增加略有下降。的增加略有下降。2022-11-1950(3)效率特性：效率特性：=f(P2）研究条件：研究条件：U=UN，If=IfN21100%PP101100%CuadPpppP11100%PpP Ia0PCu可变损耗可变损耗；p0不变损耗；当它们相等时不变损耗；当它们相等时效率最大效率最大 2022-11-1951【例例24】已知某并励直流电动机，已知某并励直流电动机，PN=22 kW,UN=220 V,IN=115 A,nN=1500 r/min,电枢电阻
30、电枢电阻Ra=0.18 ，励磁电阻励磁电阻 Rf628 。试求：。试求：(1)Ce N、CT N；(2)电磁转矩电磁转矩 Tem；(3)额定输出转矩额定输出转矩 T2；(4)空载转矩空载转矩T0；(5)理想空载转速理想空载转速 n0 与实际空载转速与实际空载转速 n 0。解：解：(1)A7.114628220115fNNaRUIINaaNN2200.18 114.7N m A15000.133 N m AeUR IC nemTNa1.27 114.7 N m145.7 N mTC IAmN27.155.9NeNTCC2022-11-1952mN140mN15002295509550NNNN2N
31、nPPT0em2145.7 140 N m5.7 N mTTTN0eN2201654r minC0.133UnNa002NTN0.1816545.7 r/min1648 r/min0.133 1.27eeURnTC C C 2022-11-1953 特点是特点是I=If=Ia，主主磁通随磁通随负载电流负载电流Ia的变化而变化。的变化而变化。MU I Uf If Ua Ia afUUU(1)转速特性转速特性n=f(Ia)aeeICRCUnafRRR电机空载或轻载运行，电机空载或轻载运行，Tem=0If=Ia0 (很小很小)056NeUnnnC 串励直流电动机绝对不允许空载或轻载运行串励直流电动机
32、绝对不允许空载或轻载运行2022-11-1954 他励电动机他励电动机的的 与与Ia无关，而无关，而串励电动机串励电动机If=Ia，与与Ia符合磁化符合磁化曲线关系曲线关系.轻载时轻载时Ia较小，较小，aI，akI eaeURnC kIC knIa0双曲线双曲线重载时重载时Ia=If 较大，较大，近似不变近似不变aeeURnICC直线直线 当当Ia 时，时，n 下降较多下降较多(软特性软特性)。2022-11-1955(2)转矩特性转矩特性Tem=f(Ia)根据根据Tem=CT Ia 轻载时轻载时=kIa2TemTaC kI抛物线抛物线TIa0重载时重载时=常数常数TemTCI直线直线串励直流
33、电动机适用于负载转串励直流电动机适用于负载转矩在较大范围内变化和要求有较矩在较大范围内变化和要求有较大起动转矩及过载能力的生产机大起动转矩及过载能力的生产机械上。械上。2022-11-1956M-UIIaIf串励励磁绕组串励励磁绕组匝数少，导线匝数少，导线粗，电阻小粗，电阻小并励励磁绕组，并励励磁绕组，匝数多，导线细，匝数多，导线细，电阻大电阻大两个励磁绕组磁通势两个励磁绕组磁通势方向相同称为积复励电方向相同称为积复励电动机动机两个励磁绕组磁通两个励磁绕组磁通势方向相反称为差复势方向相反称为差复励电动机励电动机nIa0并励并励串励串励复励复励复励电动机的起动转复励电动机的起动转矩和过载能力大，
34、可以矩和过载能力大，可以在空载和轻载状态下运在空载和轻载状态下运行。行。2022-11-1957GI UIf Ia Uf 励励 磁磁 Uf If Ea n原动机原动机电枢电枢UUf=Rf If U=EaRaIaE调节调节Rf If 可调可调 可调可调 Ea 可调可调 U可调。可调。T1=TemT0 2022-11-1958 当发电机当发电机P2增加时，输出电流增加时，输出电流Ia增大增大、Tem增大，必须增大，必须加大外力矩加大外力矩T1才能维持正常运转才能维持正常运转。当发电机空载运行时，其转子的阻转矩只有当发电机空载运行时，其转子的阻转矩只有T0。转矩转矩平衡方程：平衡方程：T1=T0。当
35、发电机负载运行时，其转子的阻（制动）转矩有当发电机负载运行时，其转子的阻（制动）转矩有T0和电磁转矩和电磁转矩Tem。转矩平衡方程为转矩平衡方程为：emTaTCI 发电机必须有外力矩发电机必须有外力矩T1，才能维持正常运转才能维持正常运转。其中其中：10emTTT2022-11-1959T1 =Tem T0 P1=PemP0 Pem=EaIa Pem=P2pCua p0=pFepmpad =UaIaRaIa 2 输入功率输入功率 P1：电磁功率电磁功率 Pem：空载损耗空载损耗 P0:1002emcuPpPppPP1pm+padpFePempCua P2外力矩为了克服制动转矩外力矩为了克服制动
36、转矩（Tem和和T0）提供机械力矩）提供机械力矩（功率）；并部分转换成了（功率）；并部分转换成了电磁功率传给了电枢电磁功率传给了电枢。2022-11-1960 直流发电机中，物理量直流发电机中，物理量U（端电压）、端电压）、Ia（电枢电流）、电枢电流）、If（励磁电流）两两间的关系称为励磁电流）两两间的关系称为发电机发电机运行运行特性。特性。(1)空载特性空载特性U0=f(If)当当n=nN且且Ia=0时，时，U0与与If关系关系也等于也等于E0与与If 关系关系，即即 E0=f(If)O If U0 当励磁电流为零时的当励磁电流为零时的电压是什么电压？电压是什么电压？Er剩磁感应剩磁感应 电
37、动势电动势2022-11-1961(2)外特性外特性U=f(Ia)当当If=IfN，n=nN时，时，U与与Ia的关系的关系曲线下降原因曲线下降原因：U=Ea-IaRa电枢反应去磁，使电枢反应去磁，使Ea减小减小内阻内阻Ra有压降有压降 (主要主要)电压变化电压变化的程度的程度用用 U表示，称为表示，称为电压变化率电压变化率0100%NNUUUU他励他励电机电机U=(510)%O Ia U U0UNIN2022-11-1962当当 n=nN，U=UN 时：时：If=f(Ia)O I If IfNIaN =100%P2P1 小型发电机：小型发电机：N=70%90%中大型发电机：中大型发电机：N=9
38、1%96%当当 n=nN，U=UN 时：时：=f(P2)2022-11-1963GI Ia U If Ea问题：问题：Ea？Ea？E主磁极必须有剩磁主磁极必须有剩磁 r r r ErIfr 与与 r 方向相同方向相同 EaEr 与与 r 方向相反方向相反 EaEr E励磁电流产生的磁通励磁电流产生的磁通 必须与剩磁同方向必须与剩磁同方向 r Er Ifr EaEr IfIfr Ea 发电机何时建立起稳定的直流电压？该电压为多大？发电机何时建立起稳定的直流电压？该电压为多大？If=E RaRf OIfEErIfrIf1If2IfQ2022-11-1964（磁场电阻线）（磁场电阻线）磁场电阻线的斜
39、率：磁场电阻线的斜率：tan =RaRf Ea If OIf E Er Rf=Rk RfRk RfRkIf=Ea RaRf E励磁电路的电阻必须小于临界电阻励磁电路的电阻必须小于临界电阻 当当n不变时，不变时，Rf增加，增加，磁场磁场电电阻线斜率会增加。当电阻线与空阻线斜率会增加。当电阻线与空载曲线直线段重合时，无固定交载曲线直线段重合时，无固定交点，点，U0不稳定，此状态叫不稳定，此状态叫临界状临界状态。此时态。此时Rf叫临界电阻叫临界电阻Rk。当当 Rf Rk 时，时，Ea Er，能够自励。能够自励。当当 Rf =Rk 时，时，Ea 不确定，不能自励。不确定，不能自励。当当 Rf Rk 时
40、，时，EaEr，不能自励。不能自励。总结自励的三个条件总结自励的三个条件2022-11-1965I=IaIf，U=Uf I Ia RaIa Ea (电枢反应电枢反应)Uf U O I U U0他励他励并励并励 GI Ia U If Ea当当 n=nN、If=IfN 时：时：U=f(Ia)=EaRaIa 特点特点 负载增加时，负载增加时，U 下降较快。下降较快。U(2030)%与他励相比与他励相比外特性有拐弯现象。外特性有拐弯现象。稳态短路电流稳态短路电流 ISC 不大。不大。2022-11-1966【例例25】一台并励直流发电机一台并励直流发电机 UN=220 V，IN=76 A,nN=150
41、0 r/min,电枢电阻电枢电阻 Ra=0.1，励磁电阻，励磁电阻 Rf 100 ，效率效率 =86%。试求额定状态下的输入功率、电。试求额定状态下的输入功率、电 磁功率和磁功率和电磁转矩。电磁转矩。解：解：励磁电流为励磁电流为电枢电流为电枢电流为 电枢电动势为电枢电动势为 Nff220A2.2A100UIRaNNfN(762.2)A78.2AIIINaa(22078.2 0.1)V227.8VaEUI R2NN122076W19442W0.86PU IP输入功率为输入功率为 2022-11-1967电磁功率为电磁功率为 电磁转矩为电磁转矩为 emaN227.8 78.2W17814WaPE IemaemN17814N m113.5 N m22 15006060aPE ITn2022-11-1968 第第2章作业章作业1-7、1-8、1-9、1-10、1-14、1-15、1-21、1-22、1-23、1-24、1-25、1-26、1-27、1-282022-11-1969
