并勵直流發(fā)電機、直流電動機.ppt

并勵發(fā)電機的勵磁繞組是與電樞并聯(lián)的，要產(chǎn)生勵磁電流If，電樞兩端必須要有電壓，而在電壓建立起來之前，If=0,沒有勵磁電流，電樞兩端又不可能建立起電壓，因此有必要在分析并勵發(fā)電機的運行特性前，先討論一下它的電壓建立過程，也稱為“自勵過程”。,2.5 并勵直流發(fā)電機、直流電動機,一、并勵直流發(fā)電機,1、自勵過程,設(shè)發(fā)電機由原動機拖動至額定轉(zhuǎn)速，由于電機有一定的剩磁，在發(fā)電機的端點將會有一個不大的剩磁電壓。這時把并勵繞組并接到電樞上去，便有電流流過勵磁繞組，產(chǎn)生一個勵磁磁動勢。勵磁磁動勢產(chǎn)生的磁場與剩磁同方向，使電機內(nèi)的磁場得到加強，從而使電機的端電壓升高。在這一較高端電壓的作用下，勵磁電流又進一步升高，如此反復(fù)作用，發(fā)電機的端電壓便“自勵”起來。,1-空載特性 2-場阻線 3-臨界場阻線,發(fā)電機的電壓能否穩(wěn)定在某一數(shù)值？,自勵條件,1）發(fā)電機的主磁極必須要有一定的剩磁。,2）勵磁繞組與電樞的聯(lián)接要正確，使勵磁電流產(chǎn)生的磁場與剩磁同方向。,3）勵磁回路的總電阻要小于臨界電阻。,若在某一轉(zhuǎn)向下，勵磁繞組與電樞的聯(lián)接能使電機自勵，則改變轉(zhuǎn)向后，電機便不能自勵。這是因為發(fā)電機的轉(zhuǎn)向改變后，剩磁電壓的方向也隨之改變，由此產(chǎn)生的勵磁電流對剩磁起去磁作用。所以，所謂勵磁繞組與電樞的連接正確是對某一旋轉(zhuǎn)方向而言的。發(fā)電機應(yīng)按制造廠規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向運行。,由于對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速，電機的空載特性位置不同，因此對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。如果保持勵磁回路的總電阻不變，發(fā)電機在高速時能自勵，而在低速時也許就不能自勵（為什么？）。,2、運行特性,并勵發(fā)電機的空載特性和調(diào)節(jié)特性與他勵發(fā)電機無多大差別。只分析并勵發(fā)電機的外特性。,定義：在n=nN、Rf=RfN=常數(shù)（注意：不是If=常數(shù)）時，U=f（I）的關(guān)系曲線。,將電機拖到額定轉(zhuǎn)速，使電機自勵建立電壓，然后調(diào)節(jié)勵磁電流和負載電流，使電機達到額定運行狀態(tài)，即U=UN、I=IN,此時勵磁回路的總電阻即為RfN。保持RfN不變，求取不同負載時的端電壓，就可得到圖中曲線1所示的外特性曲線，圖中曲線2表示接成他勵時的外特性。,比較兩條曲線，可以看出并勵發(fā)電機的外特性有兩個特點,1）并勵發(fā)電機的電壓調(diào)整率較他勵時大，這時因為他勵發(fā)電機的勵磁電流If=IfN=常數(shù)，它不受端電壓變化的影響；而并勵發(fā)電機的勵磁電流卻隨電樞端電壓的降低而減小，這就使電樞電動勢進一步下降。因此并勵發(fā)電機的外特性比他勵時要下降得快一些。并勵發(fā)電機的電壓調(diào)整一般在20%左右。,2）穩(wěn)態(tài)短路電流小 ，當負載電阻短路時（R=0），電樞端電壓U=0，勵磁電流If也為零。這時電樞繞組中的電流由剩磁電動勢所產(chǎn)生。由于剩磁電動勢不大，所以穩(wěn)態(tài)短路電流也不大。,并勵發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)短路電流雖然不大，若發(fā)生突然短路，則因為勵磁繞組有很大的電感，勵磁電流及其所建立的磁通不能立即消失，因此短路電流的最大值仍可達到額定電流的8-12倍，還是有損壞電機的危險。,強 調(diào),二、直流電動機,1 直流電機的可逆原理,以他勵電機為例說明可逆原理：把一臺他勵直流發(fā)電機并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運行保持電源電壓不變。,一臺電機既可作為發(fā)電機運行，又可作為電動機運行，這就是直流電機的可逆原理。,減少原動機的輸出功率，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速下降。當轉(zhuǎn)速下降到一定程度時，使得 ，此時電樞電流為零，發(fā)電機輸出的電功率為零，原動機輸入的機械功率僅用來補償電機的空載損耗。,繼續(xù)降低原動機的轉(zhuǎn)速，將有 ，電樞電流反向，這時電網(wǎng)向電機輸入電功率，電機進入電動機狀態(tài)運行。,同理，上述的物理過程也可以反過來，電機從電動機狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機狀態(tài)。,2 直流電動機按勵磁方式分類,直流電動機的勵磁電流都是由外電源供給的，和直流發(fā)電機相似，勵磁方式不同也會使直流電動機的運行性能產(chǎn)生很大差異。,按照勵磁方式的不同，直流電動機可分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵電動機。,一）、他勵電動機,電樞繞組和勵磁繞組分別由兩個獨立的電源供電。,二）、并勵電動機,勵磁繞組和電樞并聯(lián)，由同一電源供電。,三）、串勵電動機,勵磁繞組與電樞串聯(lián)后再接于直流電源，如圖所示。,四）、復(fù)勵電動機,有并勵和串勵兩個勵磁繞組，它也分積復(fù)勵和差復(fù)勵兩類。差復(fù)勵電動機運行時轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，實際上不采用。,3 直流電動機的基本方程式,（1）、電動勢平衡方程式,直流電動機穩(wěn)定運行時，設(shè)電樞兩端外加電壓為U，電樞電流為Ia，電樞電動勢為Ea，則從電動機的工作原理可以知道，這時Ea與Ia是反向的，即Ea是個反電動勢。,U=Ea+IaR+2Ub,式中 R電樞電路總電阻，R=Ra+Rpa，包括電樞電阻Ra和與電樞串聯(lián)的附加電阻Rpa。,若以U、Ea、Ia的實際方向為正方向，則可列出直流電動機的電動勢平衡方程式：,（2）、轉(zhuǎn)矩平衡方程式,電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是個驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。當電動機以恒定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與負載轉(zhuǎn)矩Tz及空載轉(zhuǎn)矩TO 相平衡，即,Tem=TZ+TO,可見，電動機軸上的輸出轉(zhuǎn)矩Td只是電磁轉(zhuǎn)矩的一部分，它與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，即：,Td=Tem-TO=TZ,(3)、并勵直流電動機功率平衡方程式,直流電動機工作時，從電網(wǎng)吸取電功率P1，除去電樞回路的銅損耗pcua，電刷接觸損耗pcub及勵磁回路銅耗pcuf，其余部分便是轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功率的電磁功率Pem，所以直流電動機的電磁功率Pem也就是電樞所發(fā)出的全部機械功率Tem。,從電的觀點來看，由于電動機的電樞電動勢是個反電動勢，它與Ia反向，所以EaIa表示電樞所吸收的電功率。因此和發(fā)電機一樣，電動機的電磁功率：,Pem=Tem=EaIa,電磁功率并不能全部用來輸出，它必須補償機械損耗p、鐵耗pFe和附加損耗ps，最后剩下的部分才是對外輸出的機械功率P2,Pem=（P+PFe+Ps）+P2=PO+P2,直流電動機的功率平衡方程式：,P1=UI=(Ea+IaRa+2Ub)（Ia+If） =pcua+pcub+pcuf+Pem =（pcua+pcub+pCuf）+（p+pFe+ps）+P2 =p+P2,直流電動機的功率圖,1、轉(zhuǎn)速特性,4、他勵（并勵）直流電動機的工作特性,定義：當 、 時，,由方程式可得,忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負載電流按線性關(guān)系變化,2、轉(zhuǎn)矩特性,轉(zhuǎn)矩表達式,考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。,定義：當 、 時，,3、效率特性,由方程式可得,空載損耗為不變損耗，不隨負載電流變化，當負載電流較小時效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機械負載上；但當負載電流增大到一定程度時銅損快速增大此時效率又變小。,定義：當 、 時，,結(jié) 束,