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1、第22章 直流发电机和直流电动机,22.1 直流电机按励磁方式分类,图22-1 直流电机按励磁分类接线图,1)他励电机 2)并励电机 发电机 电动机 3)串励电机 4)复励电机,(22-1),(22-2),(22-3),(22-4),22.2 直流电机的基本方程式 22.2.1 电动势平衡方程式 根据基尔霍夫第二定律写出电枢回路电动势平衡方程式为 式中 ra电枢回路各绕组的总电阻； 2Ub正、负电刷之间的接触压降； 电枢回路总电阻。,(22-5),图22-2 直流电机的电动势和电流方向,在电动机中，电枢电流方向与电源电压一致，见图22-2。这时E和Ia是反向的，故称E为反电动势。同理可得 22
2、.2.2 转矩平衡方程式 发电机的电磁转矩是制动转矩，其转向与原动机拖动方向相反。为了使电机恒速运,(22-6),转，原动机的驱动转矩T1应与空载制动转矩T0和电磁转矩Tem相平衡，故 电动机的电磁转矩Tem是驱动转矩。它必须与轴上负载制动转矩T2和空载制动转矩T0相平衡，才能稳定运行。故,(22-7),(22-8),22.2.3 功率平衡方程式 对发电机，由式(22-8)乘以得 或 式中P1=T1原动机输入的机械功率； Pem=Tem电磁功率； p0=T0发电机的空载损耗功率。有,(22-9),(22-10),式中pFe铁耗，由电枢旋转时主磁通在铁心内交变所引起。它包括电枢轭及齿部的磁滞损耗
3、和涡流损耗。 pmec机械损耗，包括轴承、电刷的摩擦损耗和空气摩擦损耗。 pad附加损耗，它产生的原因复杂，难以准确计算，通常取pad=（0.51）%PN。,(22-11),同理，对电动机有 式中 P2电动机轴上输出的机械功率。 另 对发电机而言，将式(22-5)乘以电枢电流Ia，可得电功率表达式,(22-12),(22-13),总的功率平衡关系为 式中 并励直流发电机的总损耗。,(22-14),(22-15),对并励电动机而言，将式(22-6)乘以电枢电流Ia，可得电功率表达式 式中 P1=UI电动机输入的电功率。 又 最后可得并励直流电动机的功率平衡方程式为,(22-16),(22-17)
4、,直流电机的效率为,(22-18),(22-19),图22-3 直流电机功率流程,22.3 他励发电机的运行特性 22.3.1 空载特性,图22-4 他励直流发电机接线图,22.3.2 外特性,图22-5 他励发电机的特性曲线,22.3.3 调整特性 22.4 并励发电机的自励条件和特性 22.4.1 自励过程及自励条件,图22-6 并励发电机接线图,图22-7 并励发电机的自励过程,22.4.2 外特性,图22-8 直流发电机的外特性,22.5 复励发电机的特点,图22-9 复励发电机外特性,22.6 直流电动机的工作特性 22.6.1 转速特性n=f(P2) 将E=Cen代入U=E+IaR
5、a中，即得直流电动机的转速特性 用电机转速变化率n来表征从空载到满载时电动机转速的变化程度，即,(22-21),式中 n0电动机的空载转速。 串励电动机不允许用皮带轮或链条拖动生产机械，而且负载转矩不得小于额定转矩的 ，其转速变化率定义为,(22-22),(22-23),式中 时的转速 22.6.2 转矩特性Tem=f(P2) 由转矩平衡方程式Tem=T2+T0知，T0为常数，则Tem曲线直接与T2有关，因为,(22-24),图22-10 并励电动机的工作特性,图22-11 串励电动机的工作特性,22.6.3 效率特性=f(P2) 据效率计算公式得并励电动机效率特性为 式中变化较小的量pmec
6、、pFe、pCuf称为不变损耗， 称为可变损耗。,(22-25),22.7 直流电动机的机械特性 22.7.1 并励电动机的机械特性 用Ia=Tem/CT代入转速特性公式可得并励电动机的机械特性为 当忽略电枢反应的影响时，If=常数，则为常值，故机械特性为一直线。式(22-26) 又可表示为,(22-26),式中 理想空载转速； 机械特性的斜率。 (1)自然机械特性 (2)人工机械特性 22.7.2 串励电动机的机械特性,(22-27),图22-12 并励电动机的机械特性,图22-13 串励电动机的机械特性,当负载不大，电机磁路处于不饱和状态时，Ia，即=C1Ia(C1为比例常数)，故 或 将
7、式(22-29)和=C1Ia代入转速公式(22-21)中，并用Ra+Rj代替公式中Ra，则导出机械特性为,（22-28）,（22-29）,故不饱和时串励电动机的机械特性为一双曲线，随着负载增加，转速n迅速下降。 如果负载过大时，磁路处于饱和状态，接近于常数。设=C,故,（22-30）,（22-31）,把上式代入转速特性公式中可得 这时机械特性为一直线，转速n随电磁转矩Tem的增加而缓慢下降。 22.7.3 电力拖动机组稳定运行的条件 设电机总负载转矩为,（22-32）,（22-33）,图22-14 电力拖动机组稳定运行的条件,得出机组能稳定运行的条件为 22.8 直流电动机的起动与调速方法 2
8、2.8.1 直流电动机的起动 (1)直接起动 起动时，应将并励绕组先接入电源，再接通电枢回路，因此必须先合上开关K1，在,（22-34）,电动机起动瞬间，n=0, E=Cen=0，这时的电枢电流称为起动电流Ist，即 由Ist产生的电磁转矩称为起动转矩Tst，即 (2)电枢电路串变阻器起动 (3)降压起动,（22-35）,（22-36）,图22-15 并励电动机直接起动接线图,图22-16 并励电动机直接起动时电枢电流和转速变化过程,22.8.2 直流电动机的调速 22.9 直流电动机的制动 22.9.1 能耗制动 从机械特性来分析，由于U=0，=N,这时电动机的机械特性方程式为 由Iamax
9、可以计算出能耗制动过程电枢回路中串入制动电阻的最小值,（22-37）,图22-17 能耗制动接线图,图22-18 能耗制动机械特性曲线,其中Ea为能耗制动开始瞬间的电枢电动势。 22.9.2 反接制动 (1)电枢电压反接制动 因为反接后，电压U=-UN，则电枢电流sddsdsdsdssdfdf ，所以反接后电流的数值将非常大，为了限制电枢电流，反接,（22-38）,图22-19 电压反接制动的线路图,时必须在电枢回路串入一个足够大的限流电阻 电压反接制动时，U=-UN ，=N，电枢回路总电阻为Ra+R，电动机的机械特性方程式为,（22-39）,（22-40）,图22-20 电压反接制动过程的机械特性,(2)倒拉反转制动运行 22.9.3 回馈制动,图22-21 倒拉反转制动的机械特性,图22-22 正向回馈制动的机械特性,