電機及拖動(化工出版社)PPT-02 第二章

1、第二章第二章 本章主要教學內(nèi)容本章主要教學內(nèi)容：1 1. . 直流發(fā)電機的運行原理直流發(fā)電機的運行原理2. 2. 直流電動機的運行原理直流電動機的運行原理3. 3. 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性4. 4. 串勵和復勵直流電動機串勵和復勵直流電動機2014.05第二章第二章2.1 直流發(fā)電機的運行原理直流發(fā)電機的運行原理2.1.1 直流發(fā)電機的基本方程式直流發(fā)電機的基本方程式 電壓平衡方程式、轉矩平衡電壓平衡方程式、轉矩平衡方程式和功率平衡方程式。方程式和功率平衡方程式。 右圖右圖為并勵直流發(fā)電機慣例為并勵直流發(fā)電機慣例1.電壓平衡方程式電壓平衡方程式 ffaaaRIURIUE第二章

2、第二章2.轉矩平衡方程式轉矩平衡方程式3.功率平衡方程式功率平衡方程式將轉矩平衡方程式兩邊乘以電樞機械角速度將轉矩平衡方程式兩邊乘以電樞機械角速度 得得 01TTT01TTT01pPPMsFempppTP00其中其中，aaaeaaMIEnICnIapNnIapNTP606022cuacufcuafaaaaappPpIIURIUIIE22)(注意注意：如果是他勵發(fā)電機則沒有如果是他勵發(fā)電機則沒有fI第二章第二章pPpPP2121并勵直流發(fā)電機并勵直流發(fā)電機功率流圖功率流圖直流發(fā)電機效率直流發(fā)電機效率：第二章第二章例例2-12-1 一臺額定功率一臺額定功率 的并勵直流發(fā)電機的并勵直流發(fā)電機，額定電

3、額定電壓壓 ，額定轉速額定轉速 ，電樞回路總電樞回路總電阻電阻 ，勵磁回路總電阻勵磁回路總電阻 。已知機已知機械損耗和鐵耗械損耗和鐵耗 ，附加損耗附加損耗 ，求額求額定負載時各繞組的銅耗、電磁功率、總損耗、輸入功率及效率定負載時各繞組的銅耗、電磁功率、總損耗、輸入功率及效率各為多少？各為多少？ KWPN20VUN230min/1500rnN156. 0aR3 .73fRkwppFem1NsPp01. 0解解：先計算額定電流：先計算額定電流 )(96.8623020000AUPINNN勵磁電流勵磁電流)(14. 33 .73230ARUIfNf電樞電流電樞電流)( 1 .9014. 396.86

4、AIIIfNa第二章第二章電樞回路銅耗電樞回路銅耗)(1266156. 01 .9022WRIpaacua勵磁回路銅耗勵磁回路銅耗)(7233 .7314. 322WRIpffcuf電磁功率電磁功率)(219897231266200002WppPIEPcufcuaaaM總損耗總損耗)(31892000001. 010007231266WppppppsFemcufcua輸入功率輸入功率)(2318931892000021WpPP效率效率%25.86231892000012PP第二章第二章2.1.2 2.1.2 直流發(fā)電機的運行特性直流發(fā)電機的運行特性 直流發(fā)電機的運行特性指發(fā)直流發(fā)電機的運行特性

5、指發(fā)電機的電樞端電壓、勵磁電流、電機的電樞端電壓、勵磁電流、負載電流或電樞電流這三個基本負載電流或電樞電流這三個基本物理量之間的關系。保持其中一物理量之間的關系。保持其中一個量不變，只研究其余兩個量之個量不變，只研究其余兩個量之間的關系就構成了一種運行特性。間的關系就構成了一種運行特性。我們只研究端電壓特性。我們只研究端電壓特性。 1.1. 空載運行空載運行 (1)(1)空載特性空載特性第二章第二章(2)(2)并勵和復勵直流發(fā)電機空載電壓的建立并勵和復勵直流發(fā)電機空載電壓的建立 并勵和復勵直流發(fā)電機都是自勵發(fā)電機，可不需要外部并勵和復勵直流發(fā)電機都是自勵發(fā)電機，可不需要外部直流電源供給勵磁電流

6、，即可以自勵直流電源供給勵磁電流，即可以自勵。右圖右圖為并勵發(fā)電機接線圖為并勵發(fā)電機接線圖，下圖下圖為為自勵分析曲線自勵分析曲線。第二章第二章自勵的自勵的三個三個條件條件電機電機必須有剩磁必須有剩磁，如果電機無剩磁，可用其他直流電源激勵，如果電機無剩磁，可用其他直流電源激勵一次，以獲得剩磁一次，以獲得剩磁。勵磁繞組并聯(lián)到電樞的勵磁繞組并聯(lián)到電樞的極性必須正確極性必須正確，否則勵磁繞組接通以，否則勵磁繞組接通以后，電樞電動勢不但不會增大，反而會下降，如有這種現(xiàn)象，后，電樞電動勢不但不會增大，反而會下降，如有這種現(xiàn)象，可將勵磁繞組與電樞出線端的連接對調(diào)，或者將電樞反轉。可將勵磁繞組與電樞出線端的連

7、接對調(diào)，或者將電樞反轉。勵磁回路電阻必須勵磁回路電阻必須小于小于臨界電阻值。如果勵磁回路中電阻很臨界電阻值。如果勵磁回路中電阻很大，則伏安特性很陡，與空載特性交點很低或無交點，也不能大，則伏安特性很陡，與空載特性交點很低或無交點，也不能建立電壓，如上頁左圖中直線建立電壓，如上頁左圖中直線3 3與空載特性相切，此時勵磁回與空載特性相切，此時勵磁回路的電阻值稱為臨界電阻值路的電阻值稱為臨界電阻值。 第二章第二章2. 2. 負載運行負載運行(1) 外特性：保持外特性：保持 ， 不變，端電壓與負載不變，端電壓與負載電流之間的關系曲線。電流之間的關系曲線。fNfIINnn 1 1積復勵；積復勵；2 2他

8、勵；他勵；3 3并勵并勵右圖右圖為直流發(fā)電機為直流發(fā)電機外特性外特性曲線曲線。思考思考：為什么并勵直流發(fā)：為什么并勵直流發(fā)電機的外特性下降最多電機的外特性下降最多？第二章第二章(2) (2) 調(diào)節(jié)特性：保持端電壓恒定，勵磁電流與負載電流之間調(diào)節(jié)特性：保持端電壓恒定，勵磁電流與負載電流之間的關系曲線的關系曲線。(3) (3) 效率特性：發(fā)電機的效率與負載電流之間的關系曲線。效率特性：發(fā)電機的效率與負載電流之間的關系曲線。下圖下圖分別為他勵直流發(fā)電機的分別為他勵直流發(fā)電機的調(diào)節(jié)特性和效率特性調(diào)節(jié)特性和效率特性調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性效率特性效率特性第二章第二章2.2 2.2 直流電動機的運行原理直流電動機

9、的運行原理2.2.1 2.2.1 直流電機的可逆原理直流電機的可逆原理 以并勵發(fā)電機為例說明以并勵發(fā)電機為例說明發(fā)電機運行發(fā)電機運行：UEa0aI0aaMIEP保持保持 不變，撤去原動機不變，撤去原動機，fI0, 0, 011MPTP naE0, 0, 0,0MaaPTIUEnn存在0T0nnn00, 0,TPIUEMaa0T為阻轉矩為阻轉矩變?yōu)轵寗愚D矩變?yōu)轵寗愚D矩當當 時穩(wěn)速運行時穩(wěn)速運行 變?yōu)殡妱訖C運行。變?yōu)殡妱訖C運行。 0TT 第二章第二章上述電機上述電機可逆運行可逆運行的原理說明的原理說明： 發(fā)電機與電動機在一定條件下可以相互轉換，關鍵取發(fā)電機與電動機在一定條件下可以相互轉換，關鍵取決

10、于加在電機軸上轉矩的性質(zhì)和大小。如能使決于加在電機軸上轉矩的性質(zhì)和大小。如能使 升高，升高，并使并使 ，則電機運行在發(fā)電機狀態(tài)，反之則運行在，則電機運行在發(fā)電機狀態(tài)，反之則運行在電動機狀態(tài)電動機狀態(tài)。電動機運行：只要在電機軸上接上原動機，向電機輸入機械功電動機運行：只要在電機軸上接上原動機，向電機輸入機械功率，轉速率，轉速 和電樞電動勢和電樞電動勢 就會上升。如果使得就會上升。如果使得 大于電網(wǎng)大于電網(wǎng)電壓電壓 , ,電樞電流將反向，電機的電磁轉矩電樞電流將反向，電機的電磁轉矩 也反向，與電機也反向，與電機的轉向相反，變成制動性轉矩。此時電機向電網(wǎng)輸送電功率，的轉向相反，變成制動性轉矩。此時電

11、機向電網(wǎng)輸送電功率，變成發(fā)電機運行變成發(fā)電機運行。naEaEUTnUEa第二章第二章cufcuaMppPP12.2.22.2.2 直流電動機的基本方程式直流電動機的基本方程式右圖右圖為并勵直流電動機慣例為并勵直流電動機慣例1. 1. 電壓平衡方程式電壓平衡方程式ffaaaRIURIEU2.2. 轉矩平衡方程式轉矩平衡方程式LTTTT023. 3. 功率平衡方程式功率平衡方程式0202pPTTTIEPaaM第二章第二章pPpppPppPPcufcuacufcuaM2021下圖下圖為并勵直流電動機的為并勵直流電動機的功率流圖功率流圖電動機的效率電動機的效率：PPPPP2121第二章第二章例例2-2

12、2-2 一臺四極他勵直流電機，電樞采用單波繞組，電樞總導一臺四極他勵直流電機，電樞采用單波繞組，電樞總導體數(shù)體數(shù) ，電樞回路總電阻電樞回路總電阻 。當此電機運行當此電機運行在電源電壓在電源電壓 ，電機的轉速電機的轉速 ，氣隙氣隙每極磁通每極磁通 時時，電機的鐵耗電機的鐵耗 ，機械摩機械摩擦損耗擦損耗 ( (忽略附加損耗忽略附加損耗) )。求。求： 該電機運行在發(fā)電機狀態(tài)還是電動機狀態(tài)？該電機運行在發(fā)電機狀態(tài)還是電動機狀態(tài)？ 電磁轉矩為多少？電磁轉矩為多少？ 輸入功率和效率各為多少？輸入功率和效率各為多少？372N208. 0aRVU220min/1500rn Wb011. 0WpFe362Wp

13、m204解解： 先計算電樞電動勢先計算電樞電動勢 )(6 .2041500011. 0160372260VnapNEa由于由于 ，故此電機運行在電動機狀態(tài)故此電機運行在電動機狀態(tài)。VUEa220第二章第二章 電樞電流為電樞電流為)(03.74208. 06 .204220AREUIaaa電磁轉矩為電磁轉矩為)(47.9660/150014. 3203.746 .20460/2mNnIEPTaaM 輸入功率為輸入功率為)(6 .1628603.742201WUIPa輸出功率為輸出功率為)(54.1458020436203.746 .2042WppIEppPPFemaaFemM總損耗為總損耗為)(

14、06.170654.145806 .1628621WPPp效率為效率為%5 .89%100)1620806.17061 (1112PpPP第二章第二章例例2-32-3 一臺并勵直流電動機，額定功率一臺并勵直流電動機，額定功率 ，額定電額定電壓壓 ，額定電流額定電流 ，額定轉速額定轉速 ，電樞回路總電阻電樞回路總電阻 ，額定勵磁電流為額定勵磁電流為 ，忽略電樞反應的影響。求：忽略電樞反應的影響。求： 額定輸出轉矩為多少？額定輸出轉矩為多少？ 在額定電流時的電磁轉矩為多少？在額定電流時的電磁轉矩為多少？KWPN96VUN440AIN255min/500rnN078. 0aR解解： 額定輸出轉矩為額

15、定輸出轉矩為 )(6 .1833500109655. 955. 932mNnPTNNN 額定電流時的電樞電流為額定電流時的電樞電流為)(2505255AIIIfNNa)( 5 .420078. 0250440VRIUEaaNaN)(1051252505 .420WIEPaaM)(8 .200860/500210512560/2mNnPPTNMMAIfN5第二章第二章2.2.3 2.2.3 直流電動機的工作特性直流電動機的工作特性 直流電動機的工作特性：指當直流電動機的工作特性：指當 , , ，電樞電樞回路不外串電阻時，轉速、電磁轉矩、效率隨輸出功率變化的回路不外串電阻時，轉速、電磁轉矩、效率隨

16、輸出功率變化的關系關系。 NUU fNfII1. 1. 轉速特性轉速特性aNeaNeNICRCUn2. 2. 轉矩特性轉矩特性aNTaTICICT3. 3. 效率特性效率特性1211211PRIpppPpPPaacufmFe電動機工作特電動機工作特性曲線性曲線第二章第二章2.3 2.3 直流電動機的機械特性直流電動機的機械特性2.3.1 2.3.1 機械特性的一般表達式機械特性的一般表達式TnTCCRRCUnTecae022.3.2 2.3.2 固有機械特性固有機械特性 指指 ， 且電樞且電樞回路不外串電阻時的機械特性回路不外串電阻時的機械特性。 NUU NTCCRCUnNTeaNeN2固有機

17、械特性曲線固有機械特性曲線 第二章第二章例例2-42-4 一臺他勵直流電動機額定功率為一臺他勵直流電動機額定功率為96KW,96KW,額定電壓為額定電壓為440V440V，額定電流為額定電流為250A250A，額定轉速，額定轉速 ，電樞回路總電阻電樞回路總電阻為為 , ,忽略電樞反應的影響，求忽略電樞反應的影響，求： 理想空載轉速理想空載轉速 ； 固有機械特性斜率固有機械特性斜率 ； 畫出固有機械特性曲線。畫出固有機械特性曲線。min/500rnN078. 0aR0n解解： 由電動機的電壓平衡方程式得由電動機的電壓平衡方程式得841. 0500078. 0250440NaNNNenRIUCmi

18、n/2 .523841. 04400rCUnNeN第二章第二章 固有機械特性的斜率固有機械特性的斜率 固有機械特性固有機械特性0116. 0841. 055. 9078. 02NTNeaCCR第二章第二章2.3.2 2.3.2 人為機械特性人為機械特性固有機械特性的條件有三個固有機械特性的條件有三個： ，改變其中改變其中任何一個條件即可改變其特性，故人為機械特性可分為三種任何一個條件即可改變其特性，故人為機械特性可分為三種。0,CNNRUU1.1.電樞回路串電阻的人為機械特性電樞回路串電阻的人為機械特性 TCCRRCUnNTecaNeN2特點特點：(1)(1)為過理想空載轉速點的一組為過理想空

19、載轉速點的一組放射形直線放射形直線；(2)(2)特性斜率隨外串電阻的增大特性斜率隨外串電阻的增大而增大，即機械特性的硬度隨而增大，即機械特性的硬度隨外串電阻的增大而降低。外串電阻的增大而降低。第二章第二章2.2.降低電樞電壓的人為機械特性降低電樞電壓的人為機械特性 TCCRCUnNTeaNe2特點特點：(1) (1) 為一組斜率相同的平行線；為一組斜率相同的平行線；(2)(2)在負載轉矩一定時，降低電在負載轉矩一定時，降低電樞電壓，轉速樞電壓，轉速 下降，但轉速下降，但轉速降降 不變。不變。nnLNTeaTCCRn2第二章第二章3.3.減弱磁通的人為機械特性減弱磁通的人為機械特性TCCRCUn

20、TeaeN2特點特點：(1) (1) 是既不平行也不呈放射形的一是既不平行也不呈放射形的一組直線；組直線；(2)(2)在負載轉矩一定時，一般情況下在負載轉矩一定時，一般情況下減弱磁通會使轉速升高，轉速降也減弱磁通會使轉速升高，轉速降也會增大。但在負載很重或磁通很小會增大。但在負載很重或磁通很小時，再減弱磁通，轉速反而會下降。時，再減弱磁通，轉速反而會下降。 第二章第二章考慮電樞反應的機械特性考慮電樞反應的機械特性 由于電樞反應的去磁效由于電樞反應的去磁效應，使機械特性出現(xiàn)一定應，使機械特性出現(xiàn)一定的上翹現(xiàn)象，影響電動機的上翹現(xiàn)象，影響電動機的穩(wěn)定運行，如的穩(wěn)定運行，如圖中圖中虛線虛線所示。所示

21、。 解決方法解決方法：小容量電機電樞反應不小容量電機電樞反應不嚴重，一般可忽略；對大容量電動嚴重，一般可忽略；對大容量電動機，可在主磁極上加補償繞組，補機，可在主磁極上加補償繞組，補償電樞反應的去磁效應，使電機的償電樞反應的去磁效應，使電機的機械特性不出現(xiàn)上翹現(xiàn)象。機械特性不出現(xiàn)上翹現(xiàn)象。 第二章第二章2.3.3 2.3.3 根據(jù)電機的銘牌數(shù)據(jù)估算機械特性根據(jù)電機的銘牌數(shù)據(jù)估算機械特性1.1. 理想空載轉速點理想空載轉速點(0(0， ) )的求取的求取0n電機的銘牌數(shù)據(jù)通常有電機的銘牌數(shù)據(jù)通常有：NNNNnIUP,NeNCUn0NaaNNNaNNenRIUnEC 根據(jù)經(jīng)驗估算額定電樞電動勢根據(jù)

22、經(jīng)驗估算額定電樞電動勢aNENaNUE)97. 093. 0( 根據(jù)所選直流電動機，實測它的電樞回路電阻根據(jù)所選直流電動機，實測它的電樞回路電阻aR 根據(jù)經(jīng)驗公式估算電樞回路電阻根據(jù)經(jīng)驗公式估算電樞回路電阻aR2)3221(NNNNaIPIURNNNaIURR)07. 003. 0()07. 003. 0(或或第二章第二章2. 2. 額定運行點額定運行點( ， )的求取的求取NTNnaNNeaNNTNICICT55. 9例例2-52-5 一臺他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)為一臺他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)為： ， ， 。試計算其固有機械特性試計算其固有機械特性。AIVUNN115,220KWPN22mi

23、n/1500rnN解解： 估算額定電樞電動勢估算額定電樞電動勢VUENaN20922095. 095. 0139. 01500209NaNNenECmin)/(7 .1582139. 02200rCUnNeN第二章第二章)(7 .152115139. 055. 955. 9mNICTNNeN 于是得到固有機械特性上的兩個特殊點：理想空載轉速點于是得到固有機械特性上的兩個特殊點：理想空載轉速點(0,1582.7)(0,1582.7)，額定工作點額定工作點(152.7,1500)(152.7,1500)，通過這兩點即可畫出通過這兩點即可畫出這臺直流電動機的固有機械特性這臺直流電動機的固有機械特性。

24、2.4 2.4 串勵和復勵直流電動機串勵和復勵直流電動機2.4.1 2.4.1 串勵直流電動機的機械特性串勵直流電動機的機械特性 串勵直流電動機的勵磁繞組是串聯(lián)在電機電樞回路里的串勵直流電動機的勵磁繞組是串聯(lián)在電機電樞回路里的。 串勵直流電動機慣例串勵直流電動機慣例如圖如圖所示所示。第二章第二章如果電機的磁路不飽和，則氣隙每極如果電機的磁路不飽和，則氣隙每極磁通磁通 與勵磁電流與勵磁電流 呈線性關系呈線性關系。 fIafffIKIK代入電動機的機械特性方程，有代入電動機的機械特性方程，有eaaeeaaCRICUCRIUnfeeKCC fcaaRRRR式中式中，又又fTTKCC 2aTafTaT

25、ICIICICT第二章第二章eaeTCRTUCCn整理上述各式，得串勵電動機機械特性方程式為整理上述各式，得串勵電動機機械特性方程式為：機械特性的機械特性的特點特點：(1) (1) 它是一條非線性的軟特性；它是一條非線性的軟特性；(2) (2) 當電磁轉矩很小時，轉速會很當電磁轉矩很小時，轉速會很高；高；(3) (3) 電磁轉矩與電樞電流的平方成電磁轉矩與電樞電流的平方成正比，因此啟動轉矩大，過載能力正比，因此啟動轉矩大，過載能力強。強。思考思考：串勵電動機能否空載運行？串勵電動機能否空載運行？1-1-并并( (他他) )勵；勵；2-2-復勵；復勵；3-3-串勵串勵第二章第二章2.4.2 2.4.2 復勵直流電動機的機械特性復勵直流電動機的機械特性右圖右圖為復勵電動機接線圖為復勵電動機接線圖復勵分為：積復勵，差復勵。復勵分為：積