电机与拖动1-5.ppt

第一章 直 流 电 机 1、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： 2、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： 3、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： (1)打开开关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。 分析特性： a）由于铁磁材料的磁滞现象，使测得的曲线 是一闭合的回线。 b）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。 c）空载特性 与电机的磁化曲线 形状相似，只差一个比例常数。 （2）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： a)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 b)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步也使得励磁电流使之减小，这样一来，又导致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。 他励直流发电机电压变化率约为５％~１０％。 （3）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。如下页图： 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，使效率反而随着输出的增大而降低 。 ◎、并励直流发电机的自励建压： 我们讲过：直流电机的励磁方式有两种：他励式和自励式，我们就来看看自励过程是如何实现的：如图所示由于电机磁路中总有一定剩磁，当发电机由原动机推动至额定转速之初，发电机两端将发出一个数值不大的剩磁电压。而励磁绕组又是接到电枢两端的，于是在剩磁电压的作用下，励磁绕组将流过一个不大的电流，并产生一个不大的励磁磁动势。如果励磁绕组接法正确，这个励磁磁动势的方向和电机的剩磁磁动势的方向相同。 从而使电机内的磁通和由它产生的电枢端电压有所增加。在比较高的励磁电压作用下，励磁电流又进一步加大，导致磁通的进一步增加，继而电枢端电压又进一步加大。如此反复作用下去，发电机的端电压便自动建立起来。这就是发电机自励过程。 在自励过程中，发电机的电压是否会无限制地增长下去呢？从图19-8可以清楚地看出，当发电机的电压上升到P点所对应的电压时，恰好等于励磁电流通过励磁回路所需的电阻压降，因此电枢电压和励磁电流都不会再增加，自励过程达到了稳定状态。 以上分析可知并励发电机的自励条件： 1）电机必须有剩磁； 2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致； 3）励磁回路的总电阻不能太大，发电机的转速不能太低。 §1-7 直流电机的换向 三、换向的物理过程： 换向元件中的感应电动势 1）电抗电动势 ： 换向元件中，在电流变化时，必然出现由自