直流电机直流电机郭郭 嘉嘉电机学习题课电机学习题课1电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-1 3-1 直流电机有哪些励磁方式直流电机有哪些励磁方式励磁方式励磁方式2电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery各类直流电机优缺点各类直流电机优缺点他励式他励式 separately excited D.C.separately excited D.C.自励式自励式 self-excited D.C.self-excited D.C.串励串励电动机电动机 优点：有较大的起动转矩与过载能力优点：有较大的起动转矩与过载能力 （适用于电气牵引和卷（适用于电气牵引和卷 扬机械）扬机械）缺点：软机械特性、轻载时容易飞速（串励电动机不能用皮缺点：软机械特性、轻载时容易飞速（串励电动机不能用皮 带传动，它和所驱动的机械负载必须直接耦合）带传动，它和所驱动的机械负载必须直接耦合） 优点：机械硬度不变优点：机械硬度不变 、转速可调高调低、转速可调高调低 缺点：调速时电缺点：调速时电 枢需要专用枢需要专用 的直流电源（一般为晶闸管整流）单独供电的直流电源（一般为晶闸管整流）单独供电并励并励电动机电动机 优点：调速简单优点：调速简单 、方便、方便 缺点：能耗大、增加缺点：能耗大、增加R Ra a 只能调低转速、增加只能调低转速、增加R Rf f只能调高转只能调高转速，且机械特性变软速，且机械特性变软复励复励电动机电动机 特点：串励磁动势使电枢反应的去磁作用受到抑制，并励磁特点：串励磁动势使电枢反应的去磁作用受到抑制，并励磁动势使得电机空载不会出现飞车动势使得电机空载不会出现飞车 3电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-23-2（1 1）计算下列电枢绕组的节距，并绘出展开图和电路图）计算下列电枢绕组的节距，并绘出展开图和电路图 ：右行单叠短距绕组：右行单叠短距绕组：2P=4,Qu=S=K=222P=4,Qu=S=K=22。分析：单叠绕组的连接规律是，所有的相邻元件依次串联，同时每个元件的出线端依次连接到相邻的换向 片上，最成一个闭合回路。4电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery原则：电刷应固定放置在换向器上的几何中心线上，对于端接对称的原则：电刷应固定放置在换向器上的几何中心线上，对于端接对称的 元件，元件轴线、主极轴线和换向器上的几何中心线三线合一，元件，元件轴线、主极轴线和换向器上的几何中心线三线合一， 故电刷也就放置在主极轴线下的换向片上。故电刷也就放置在主极轴线下的换向片上。5电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-6 3-6 在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性 质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样 ？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质又是怎样？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质又是怎样？分析思路：按负载时合成磁场分布来分析交轴电枢反应交轴电枢反应 a a）负载时的合成磁场）负载时的合成磁场 b b）合成磁场分布）合成磁场分布不计磁饱和时：不计磁饱和时：计磁饱和时：计磁饱和时：交轴电枢反应既无增磁、亦无去磁作用交轴电枢反应既无增磁、亦无去磁作用交轴电枢反具有一定的去磁作用交轴电枢反具有一定的去磁作用若电机为发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，对主极若电机为发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，对主极磁场而言，直轴电枢反应将是去磁的，若电刷逆着旋转方向磁场而言，直轴电枢反应将是去磁的，若电刷逆着旋转方向移动一角度，直轴电枢反应时增磁的。电动机的情况恰好相移动一角度，直轴电枢反应时增磁的。电动机的情况恰好相反。反。 6电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-7 3-7 直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是 直流？为什么在稳态电压方程中不出现元件本身的电感直流？为什么在稳态电压方程中不出现元件本身的电感 电动势？电动势？l电枢元件内的电动势和电流是交流l直流发电机：尽管单个元件内的电动势是交流，但稳态电 压方程考察的对象是电刷间的输出电动势（由于换向器的 “整流”作用，输出电动势是直流），所以不会出现元件本 身的电感电动势l直流电动机：导体中的电流随其所处的磁极极性的改变而 同时改变方向，使得电磁转矩不变。换向器将外电路的直 流电改变为线圈内的交流电。电压方程与元件的电感电动 势无关。7电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-9 3-9 一台四极一台四极82kW82kW、230V230V、970r/min970r/min的他励直流发电机，电枢上共的他励直流发电机，电枢上共 有有123123个元件个元件 ，每个元件为一匝，支路数为，每个元件为一匝，支路数为2a2a2 2。如果每极的合成磁通等于空载额定转速时。如果每极的合成磁通等于空载额定转速时 具有额定电压时每极的磁通，试计算当电机输出额定电流的电磁转矩。具有额定电压时每极的磁通，试计算当电机输出额定电流的电磁转矩。l他励直流电动机：注注: :中间过程完全不必计算中间过程完全不必计算, , C Ce e和和C CT T也不用求出来也不用求出来8电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-11 一台他励发电机的转速提高20，空载电压会提高多少 （If不变）？若为并励发电机，则电压升高的百分值 比他励发电机多还是少(Rf不变)？ If不变不变不变他励空载：他励空载：E Ea aU U0 0= =C Ce e n nn n2020U U0 02020并励空载：并励空载：E Ea aU U0 0= =C Ce e n nR Rf fI If fn nU U0 0R Rf f不变不变I If fn nU U0 0增幅大于增幅大于20209电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-13 一台四极82kW，230V，970r/min的并励大电机，R（750）0.0259 ，R f（750）22.8 额定负载下 串入3.5 的调节电阻，电刷压降为2V， 铁耗和机械损耗共2.5kW，杂散损耗为额定功率的0.5，试求额定负载 时发电机的输入功率、电磁功率和效率。 分析：并励发电机分析：并励发电机额定负载时：额定负载时：I If fU UN N/ /R Rf f 230/26.3230/26.38.745A8.745AI=P/UI=P/UN N=82000/230=356.52A=82000/230=356.52AI Ia a I + II + If f365.27A365.27AP Pe eP P2 2+I+Ia a2 2R R+ + 2 2U Us sI Ia aI If f2 2R Rf f88.197kW88.197kW或者：或者： P Pe eE Ea aI Ia a(U+ I (U+ I a aR+2R+2U Us s)I )Ia a=(230+365.27*0.0259+2)*365.27=(230+365.27*0.0259+2)*365.27 88.198kW88.198kW（推荐）（推荐）10电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric MachineryP P1 1P Pe eP P0 088.19888.1982.52.50.50.5828291.108kW 91.108kW 11电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-14 一台100kW，230kV的并励发电机，每极励磁绕组有1000匝，在额 定转速下，空载产生额定电压需励磁电流7A，额定电流时需9.4A才能达 到同样的电压，今欲将该机改为平复励，问每极应加多少励磁绕组？分析：平复励分析：平复励串励绕组的补偿作用适中，额定负载时的端电压串励绕组的补偿作用适中，额定负载时的端电压 为额定电压为额定电压分两种情况：短复励、长复励分两种情况：短复励、长复励Case 1Case 1：10001000（9.49.47 7）N10010N100103 3/230/230N=5.52 N=5.52取取N N6 6匝匝12电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric MachineryCase 2:Case 2:10001000（9.4-79.4-7）NNN=5.403N=5.403取取N N5 5匝匝13电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-15 一台并励直流电动机正转时为某一转速，如将它停车 ，仅改变励磁电流的方向后重新启动运转，发现此时转速与 原来不同，是什么原因？l分析：转速变化，由于仅有If方向变化，U、Ia、Ra都没 变化，由下式可知一定是主磁通 变化了。1. 1.剩磁的影响。剩磁的影响。 的一部分用来抵消剩磁的一部分用来抵消剩磁2. 2.电枢位置不在几何中心线。电枢位置不在几何中心线。I If f变向前后直轴电枢反应的效果变向前后直轴电枢反应的效果 是相反的，导致是相反的，导致 不一样不一样14电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-16 一台17kW、220V的并励直流电动机，电枢总电阻Ra0.1欧，在额定电压 下电枢电流为100A，转速为1450r/min,并励绕组与一变阻器串联以限制电流为 4.3A。当变阻器短路时，励磁电流为9A，转速降低到850r/min,电动机带有恒转 距负载，机械损耗等不计，试计算（1）励磁绕组的电阻和变阻器电阻（2）变阻 器短路后，电枢电流的稳态值；（3）电磁转矩值励磁支路总电阻励磁支路总电阻R R220/4.3220/4.351.1651.16R Rf f=220/9=24.44=220/9=24.44R R滑滑 =51.16-24.44=51.16-24.4426.7226.72T Tl l不变，机械损耗等不计不变，机械损耗等不计15电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery16电机学习题课电机学习题课Electric MachineryElectric Machinery3-18 一台96kW得并励直流电动机，额定电压为440V，电枢 总电阻为0.078欧，不计电枢反应，试求（1）电动机得额定 输出转距；（2）额定电流时的电磁转矩（3）电动机的空载 转速。电枢电流电枢电流电磁转矩电磁转矩输出转矩输出转矩17电机学习题课电机学习题课Ele