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第20章 直流电机的运行特性,20.1 直流发电机的运行特性,发电机励磁方式不同,特性也不一样。,负载特性电压调整特性(外特性)调整特性,负载电流 I 为常数时,Uf ( If )。,保持转速 n 为常数。,空载特性:I0时,Uf ( If )。,1. 他励直流发电机的运行特性,空载特性 E0f ( If )原动机拖动转子以恒速旋转,电枢绕组开路(Ia0),改变励磁电流 If ,测量端电压 E0与If 的关系。,有磁滞、剩磁、饱和现象。,Er :剩磁电动势,各种直流电机的空载特性都在他励方式下测定。,他励直流发电机的运行特性,负载特性 Uf ( If )原动机拖动转子以恒速旋转,I 一定,改变 If ,测量U 与If 的关系。,If一定时,在不同的I 下有不同的U。原因:IaRa,电枢反应的去磁作用。负载特性与空载特性间相差一个特性三角形。,ab 电枢反应去磁作用ac IaRa,他励直流发电机的运行特性,电压调整特性 Uf ( I )通常指转速nnN ,If为额定值时,U 与 I 的关系。,U随I 的增大而降低,是一条下垂的曲线。原因:IaRa,电枢反应的去磁作用。电压调整率U。,他励发电机的U约为5%10%,变化不大,特性比较硬。,U0为IfIfN时的空载端电压。,他励直流发电机的运行特性,调整特性 Iff ( I )原动机拖动转子以恒速旋转,保持U 恒定时, If 与I 的关系。,If一定时,U 会随 I 变。原因:IaRa,电枢反应的去磁作用。为保持U不变,需调节If 。,2. 并励直流发电机的运行特性,建压及其条件,并励发电机要有一个自行建立励磁和端电压的过程,称为建压。 空载时,I0,IaIf 0。但 If 较小,故可近似认为Ia0,利用空载特性来分析电压建立过程。,并励直流发电机的运行特性,建压及其条件,(1)电机主磁路有剩磁;(2)励磁绕组并联到电枢绕组两端的极性正确,即励磁磁动势与剩磁磁场方向相同;(3)励磁回路总电阻小于电机运行转速下的建压临界电阻Rcr 。,建压条件,Rcrtancr,并励直流发电机的运行特性,电压调整特性,电压调整率U比他励的大,约为20%30% (因If 还随U下降而减小)。 负载电流有“拐弯”现象。,励磁回路总电阻不变时,U 与 I 的关系Uf ( I ) 。,稳态短路电流短路电流Ik0Er/Ra并不很大,常小于IN(因Er数值很小)。,3. 复励直流发电机的电压调整特性,复励发电机通常采用积复励(串、并励绕组的励磁磁动势方向相同)。,按照串励绕组磁动势补偿作用的强弱,可分为三类:,平复励过复励欠复励,20.2 直流电动机的运行特性,他/并励直流电动机的工作特性,UUN,IfIfN时,n、T、 与 Ia (或 P2)关系。,转速调整特性 nf ( Ia ),转速公式,nf(Ia)为硬特性。,20.2 直流电动机的运行特性,他/并励直流电动机的工作特性,转矩特性 Tf ( Ia ),T 近似与 Ia 成正比。,效率特性 f ( Ia ),可变损耗等于不变损耗时, 最高。,p0基本不随Ia变化不变损耗;pCu随Ia变化可变损耗。,他/并励直流电动机的机械特性,他/并励直流电动机的固有机械特性是一条略有下降的直线,是硬特性( 很小)。,固有机械特性:UUN ,IfIfN ,电枢回路不串任何电阻时的机械特性。,,机械特性的斜率,,理想空载转速,串励和复励直流电动机的机械特性,串励电动机的机械特性,1 串励2 复励3 他励,是一个非线性的软特性,转速n随T的增大而迅速降低。具有优良的起动性能。,复励电动机的机械特性,机械特性介于并励和串励的之间。,20.3 直流电动机的调速,调速的要求,调速范围(调速比)调速平滑性,电枢串接电阻调速改变端电压调速改变磁通调速,他励直流电动机的调速方法,经济性调速方法简单,可靠,他励直流电动机的调速方法,电枢串接电阻调速,机械特性变软。调速范围与负载大小有关。效率低。 负载转矩TL不变时,T不变,串入电阻Rs ,可使转速 n 降低,P2 减小;而Ia不变,P1不变。,电阻的体积大,不能平滑调速。,他励直流电动机的调速方法,改变端电压调速,降低U 的人为机械特性是与固有机械特性平行的直线。调速范围宽,平滑性好。效率高。 TL不变时,T不变,Ia不变;P1UEan, P2 n。,需要可调的直流电源。,他励直流电动机的调速方法,改变磁通调速,减少 的人为机械特性:理想空载转速升高,斜率减小。减少 通常使 n 从基速升高。效率高。 TL不变时,Ia增大,P1增加;P2 n,增加。,设备简单,耗能少,平滑性好。,20.4 直流电动机的起动和制动,直流电动机的起动,起动要求起动转矩大起动冲击电流小能量损耗小简单,便于控制,起动方法全压起动电枢串接电阻起动降压起动,直流电动机的电制动,能耗制动,电制动就是产生与转速方向相反的电磁转矩,使转速降低。,励磁不变,电枢回路从电网断开,并立即接到制动电阻RB上。电枢电动势Ea产生的电枢电流Ia与电动机状态时的方向相反,产生制动电磁转矩。将电机的动能消耗在电阻上。,直流电动机的电制动,反接制动,将电枢回路反接到电源,并接入限流电阻RL 。,端电压U与电枢电动势Ea同向,使电枢电流 Ia 反向,产生较大的制动性电磁转矩。,功率消耗在电阻中。,直流电动机的电制动,回馈制动,降低端电压U调速时,会出现电枢电动势EaU的情况,此时电枢电流Ia反向,产生制动性电磁转矩。此时电机实际上作为发电机运行,将机组的动能转换为电能,回馈给电网。,电机转速升高, 使EaU 时,电机也工作在发电机状态,电磁转矩起制动作用,限制转速的进一步升高。,
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