直流电机工作特性
' ' e a
C Ce பைடு நூலகம் f ' CM CM K f
' e
A、转速特性:
U Ea I a Ra I f R f Ea Ce n C I n
' e a
' U I a Ra U 1 ' n Ra ' ' Ce Ce I a Ce
' Ra Ra R f
dia (t ) 2ia er Lr Lr dt TK
由元件自感和互感漏磁通产生,作用是阻碍换向。
(二)、电枢反应电势 ea : 由于电枢反应的作用,换向元件的有效边所处的 电枢磁场的磁密不为零,元件边将切割电枢磁场产生 旋转电势,称为电枢反应电势 ea 。 ea=Balva 其作用是阻碍换向。 (三)、 e r 和 ea 均使电流换向延时。 i 1、被电刷短路的换向元件 ia 瞬时断开时,附加电流iK 不为零,储能以弧光放电 iK 转化为热能,产生火花。 2、e r 、ea 均与电枢电流和 0 t 转速成正比。大电流,高转 ia 速电机换向更困难。
,接入 的曲线。 积复励 他励 并励
I
第八节 直流电机的换向
换向的电磁现象
改善换向的方法
补偿绕组
直流电机电枢绕组中的电势和电流是交变的。 借助于换向器和电刷,在电刷间获得直流电压和电 流。当旋转的电枢绕组元件从一条支路经电刷底而 进入另一条支路时,该元件中的电流从一方向变换 成另一方向,这种电流方向的变换称为换向。 换向不良:电刷火花,烧坏电刷和换向器,电 机不能运行。 换向过程复杂:电磁、机械、电化学等各方面 因素。 现仅就电磁现象及改善换向的方法作介绍:
max
0
Ia
2、串励直流电动机的工作特性: 基本方程式:
U Ea R f I f Ra I a Ea ( Ra R f ) I a M M M I I 2 0 f a
不计饱和时:
Ea Ce n C e I f n C I n ' ' 2 M C I C I I C I M a M a f M a
U
Ue
积复励 他励 并励
o
I
Ie
4、调节特性: 当 n=C , U C 时,端电压 I f f ( I a ) 曲线。 当电枢电流增大时,曲线往上翘。
If I fe
If0
Ie
Ia
(二)、并励直流发电机空载电压的建立: 并励和复励直流发电机均为自励发电机,首先应 在空载时建立电压,然后再带负载。 自励电压建立的三个条件: 必须有剩磁;励磁绕组与电枢并联的极性正确; 励磁回路中电阻小于临界电阻。
PM 电磁功率
P2
机械功率
pcua
pcuf ps
p p Fe
P 1 UI U ( I f I a ) pcuf pcua ps P M PM M Ea I a (M 2 M 0 ) P2 pFe p
C、并励发电机的功率方程式:
P 1
机械功率
电机有剩磁,极性正确 电枢绕组电势增加
气隙磁场得到加强
励磁电流增加
如何稳定呢?
电枢端电压建立起来
空载电压建立能否稳定? 励磁绕组端电压 U 0 与励磁电流 I f :
在磁路上满足空载特性 U0 f (I f ) , 在电路上满足伏安特性 U f rf I f 0 。 当 U f U 0 时 ,达稳定点A。即两曲线的交点。
U0
临界电阻线
A
励磁电阻线
空载特性
E0 r
If0
(三)、并励、复励直流发电机负载运行: 当 n=C ,建立自励电压后,保持 R f =C 负载 RL ,逐渐减小 RL ,测取 U 与 I 下垂原因: U 电枢反应; U0 Ue 电枢绕组压降; 并励直流电机随 U 的减小,电枢感 应电势 Ea 大大 减小; 串励电机 I f =I a 随 0 负载变化,使 U Ie 不稳定,可安自动装置。
第七节 直流电机的运行原理
直流电机的基本方程式 直流电动机的工作特性 直流发电机的特性
一、直流电机的基本方程式:
(电系统的电势平衡方程式,机械系统的转矩平 衡方程式,能量系统的功率平衡方程式。) 1、电势平衡方程式: A、不计磁路饱和效应,并励电动机电枢回路和 励磁回路的电势方程式:
Ea
1、并励直流电动机的工作特性: A、转速特性:
Ea Ce n U Ea Ra I a
Ra U ' n I a n0 I a Ce Ce
U 其中, n0 为理想空载转速。 Ce Ra ' 转速特性为一斜率为 Ce 的直线。 M n M 当电机磁路饱和时,随着 P2 的增大, I a 增大, n0 n 电枢反应的去磁作用使 n 增大,直线上翘。 Ia 为保证电机稳定运行, 0 采取措施使特性略为下降。 B、转矩特性: ' M CM I a 不计去磁 M CM Ia 特性为一过原点的直线。当考虑电枢反应时,实 ' I a ,仍接近于一条直线。 际曲线偏离直线 CM
二、改善换向的方法: 从减小和消除附加电流 iK 着手: 1、装换向极。主极间几何中性线处,绕组与电枢绕组 串联。作用:抵消电枢磁势在几何中性线处的作用; 剩余部分产生附加磁场 BK ,抵消 e r 。 2、移动电刷位置。电刷移开几何中性线一角度。 一般不常用。 3、选用合适电刷:减小接触电阻。 石墨电刷---换向不困难的中小型电机, 碳--石墨电刷---换向困难的中小型电机, 青铜--石墨电刷---低压大电流电机, 紫铜--石墨电刷---低压大电流电机。
惯性转矩 瞬态方程
d M (t ) M 2 (t ) M 0 (t ) J dt
(电磁转矩 负载转矩
M M2 M0
稳态方程
B、发电机:
d 瞬态方程 M 1 (t ) M (t ) M 0 (t ) J dt
原动机拖动转矩
M1 M M 0 稳态方程
3、功率方程式: A、直流电机中的损耗、效率: 损耗有三类 消耗于导体电阻中。 消耗于摩擦损耗、通风和机械损耗。 消耗于铁心中的损耗。 铁耗:p Fe 由于电枢旋转时主磁通在电枢铁心内 交变而引起的。 铜耗:pcu1 2 p I a ra 电枢回路铜耗 cua 2 p I f rf 励磁回路铜耗 cuf 电刷接触铜耗 p s 2 I a U s
PM 电磁功率
P2 电功率
p Fe
p
pcuf
pcua
ps
PM Ea I a (U I a r a 2 U s ) I a pcuf pcua ps P2 P 1 M 1 ( M M 0 ) P M p0 P M p pFe
二、直流电动机的工作特性:
当端电压为额电压,电枢回路无外串电阻,励磁 电流为额定励磁电流时,电机转速 n ,电磁转矩 M , 和效率 与输出功率 P2 之间的关系。
即:
n, M , f ( P2 )
实际运行中,I a 可测,且 I a 随 P2 增大而增大,所以,
工作特性可表示为:
n, M , f ( I a )
C、效率特性: p P2 100% (1 ) 100% P P 1 1
2 pFe p pcuf I a ra 2 U s I s [1 ] 100% U (Ia I f ) 是 I a 的二次曲线。
max 取得最大。 当不变损耗=可变损耗时,
U U a Gaf I f Ra I a Ea Ra I a U U f Rf I f
Ia
If
B、并励发电机电势方程式:
Ea U a Ra I a U R I f f f
If
Ea Ia
发电机的
Ea大于 U a 。
2、转矩平衡方程式: A、电动机: 空载转矩
一、换向的电磁现象:
1 2 1 2 1 2
vk
vk
vk
2ia
(a)
2ia
(b )
2ia
(c )
在上述过程中,元件1 中的电流改变了方向。 经过了一个换向过程。换向过程经历时间为换向 周期 TK ,一般为千分之几秒。 若换向元件中电势为零,则元件中电流变化 为线性的变化。实际换向元件中会出现两种电势: 电抗电势 e r ,电枢反应电势 ea 。 (一)、电抗电势 e r : 换向元件中在电流变化时,必然出现由自感和互感 作用引起的感应电势,称为电抗电势 e r 。
M
串励
并励
M st串 M st并
0
Ia I st
3、复励直流电动机的工作特性: 它介于并励和串励电动机特性之间。
当并励绕组磁势起主要作用,特性接近于
并励电动机特性。 当串励绕组磁势起主要作用,特性接近于 串励电动机特性。 在空载时无飞速现象。
三、直流发电机的工作特性:
可测物理量有:发电机端电压 U ,电枢电流 I a , 励磁电流 I f ,转速 n 等。 有四种特性曲线: 空载特性 U0 f ( I f ) ,
Ia 0 , n C I a C, n C I f C, n C U C, n C
负载特性
外特性
U f (I f ) , U f (I a ) , I f f (I a ) ,
调节特性
(一)、他励发电机特性: 1、他励发电机空载特性:当电机 n ne 时,调节 I f 使发电机空载端电压 U 0 1.1 ~ 1.3U e , 然后使 I f 逐渐回到零,测取空载端电压 U 0 与 I f 0关系曲线 即为空载特性曲线 U0 f (I f ) 。 分析:A、空载特性表明电机磁路的性质。即:当 n 一定时,电机绕组感应电势与其对应磁势的关系。 B、改变励磁电流 I f 0 的方向,可测出反方向的 空载特性曲线。 C、改变电机转速 n ,可得不同的空载特性曲线。 D、并励、复励直流发电机的空载特性都以 他励形式测取。