第19章 直流电机的基本方程式和运行特性.ppt

第19章 直流电机的基本方程式和运行特性 19.1 直流发电机的基本方程式 在这里，首先对正方向进行规定：和交流电机一样，我们令对发电机而言，电流流出为正方向；对电动机而言，电流流入为正方向。 一、电动势平衡方程式： 如图所示，根据基尔霍夫第二定律，对任一有源的闭合回路，所有电动势之和等于所有电压降和（ ）， 有： 二、转矩平衡方程式： 直流发电机在稳态运行时，电机的转速为n,作用在电枢上的转矩共有三个：一个是原动机输入给发电机转轴上的驱动转矩 ；一个是电磁转矩T；还有一个是电机的机械摩擦、风阻以及铁损耗引起的转矩，叫空载转矩，用表示T0,.空载转矩是一个制动性转矩,永远与转 速n的方向相反 由上图可的： 三、功率平衡方程式： 从原动机输入的机械功率可用下式表示 ： 式中电磁功率PM为转换成电枢回路的电功率： 其中， 空载损耗 为： 由以上各式可得： 如此，则发电机的效率为： 额定负载时，直流发电机的效率与电机的容量有关。10kW以下的小电机，效率约为75%~88.5%；10~100kW的，效率约为85%~90%;100~1000kW的电机，效率约为88%~93%。 19.2直流发电机的运行特性 所谓运行特性，就是要找出电机在工作的过程中所展现的某些特性，并将这些特性用曲线的形式进行表示，在直流电机中，我们要重点掌握的有： （1） 负载特性 指当n=常数且I=常数时，U=f(If)的关系，其中当I=0时的特性U0=f(If)称为发电机的空载特性。 （2） 外特性 指当n=常数且If=常数或Rf=常数时，U=f(I)的关系 （3）调节特性 指当n=常数且U=常数时，If=f(I)的关系。 （4）效率曲线 下面进行详细的几种主要特性的介绍：一、他励直流发电机的空载特性： ?实验条件：如图所示， 打开闸刀开关Q，调节电阻ｒ? 从而改变励磁电流 ，由零开始单调增长直至 ，然后让 单调减小至零再反向单调增加直至负的 为 ，然后又使 单调减小至零。在调节过程中读取空载端电压 与励磁电流 数组数据，即的空载特性，如图 19－３所示。 分析特性： 1）由于铁磁材料的磁滞现象，使测得的曲线 是一闭合的回线。 2）由于电机有剩磁，使得 时仍有一个很低的电压，称之为剩磁电压，其值约为的２％~４%。实际使用时，一般取回线的平均值（如图中的虚线所示）作为空载特性。 3）空载特性 与电机的磁化曲线 形状相似，只差一个比例常数。 4）空载特性与励磁方式无关，因此并励发电机的空载特性也可以用上述方法求取，他励直流发电机的空载特性是直流电机最基本的特性曲线。 二、他励直流发电机的外特性： 实验条件：使发电机接上负载，当原动机保持 ，调节 使之不变，然后改变负载使 从零增加到 ，读取 、 之值，即得到外特性曲线 ，如图19－４所示。电流增大时，端电压下降，其原因有两个： ⑴负载增大时，电枢反映的去磁作用增强，使每极磁通量减小，从而使电枢电动势减小 ⑵电枢回路电阻上的压降随电流增大而增大，从而使端电压下降。 而我们发现并励方式下，端电压下降的更快一些：负载增大时，电枢反应的去磁作用增强，使每极磁通量减小，这样不仅影响了电枢电动势，使端电压下降，同时端电压的下降进一不也影响了励磁电流使之减小，这样一来，又使得的电枢电动势双重减小，所以，并励下降的更快一些。 电压变化率：由空载倒负载，电压下降的程度。 他励直流发电机的电压变化率约为５％~１０％。 三、他励直流发电机的效率曲线： 不变损耗：电机的铁损耗和机械损耗等与负载的大小无关，称为不变损耗。 可变损耗：负载运行时电枢绕组的铜损耗与 成正比，称为可变损耗。同样，我们可用实验的方法得到效率曲线。如图： 我们发现效率特性在经过一个峰值后开始下降，那么，这是为什么呢？ 分析：我们知道在负载较小时，电机内的损耗主要以不变损耗为主，随着负载的增加，电枢电流也在随之增加，这样，铜损耗的作用开始显著，当增加到和不变损耗相等时，出现效率最大点，随后，若继续增加负载，可变损耗将有大量的以热的形式存在，并且增大的速度比不上铜损耗增加速度，使效率反而随着输出的增大而降低 。 四、并励直流发电机的自励建压： 在前面我们讲过直流电机的