本章主要教学内容 1. 直流发电机的运行原理 2. 直流电动机的运行原理 3. 直流电动机的机械特性 4. 串励和复励直流电动机,2.1 直流发动机的运行原理,2.1.1 直流发电机的基本方程式 电压平衡方程式、转矩平衡方程式和功率平衡方程式。,右图为并励直流发电机惯例 1.电压平衡方程式,并励直流发电机惯例,2.转矩平衡方程式 3.功率平衡方程式 将转矩平衡方程式两边乘以电枢机械角速度 得,其中，,注意：如果是他励发电机则没有,并励直流发电机功率流图,直流发电机效率：,例2-1 一台额定功率 的并励直流发电机，额定电压 ，额定转速 ，电枢回路总电阻 ，励磁回路总电阻 。已知机械损耗和铁耗 ，附加损耗 ，求额定负载时各绕组的铜耗、电磁功率、总损耗、输入功率及效率各为多少？,解：先计算额定电流,励磁电流,电枢电流,电枢回路铜耗,励磁回路铜耗,电磁功率,总损耗,输入功率,效率,2.1.2 直流发电机的运行特性,直流发电机的运行特性指发电机的电枢端电压、励磁电流、负载电流或电枢电流这三个基本物理量之间的关系。保持其中一个量不变，只研究其余两个量之间的关系就构成了一种运行特性。我们只研究端电压特性。,空载运行 (1)空载特性：如右图,(2)并励和复励直流发电机空载电压的建立 并励和复励直流发电机都是自励发电机，可不需要外部直流电源供给励磁电流，即可以自励。,右图为并励发电机接线图，下图为自励分析曲线。,自励的三个条件 电机必须有剩磁，如果电机无剩磁，可用其他直流电源激励一次，以获得剩磁。 励磁绕组并联到电枢的极性必须正确，否则励磁绕组接通以后，电枢电动势不但不会增大，反而会下降，如有这种现象，可将励磁绕组与电枢出线端的连接对调，或者将电枢反转。 励磁回路电阻必须小于临界电阻值。如果励磁回路中电阻很大，则伏安特性很陡，与空载特性交点很低或无交点，也不能建立电压，如上页左图中直线3与空载特性相切，此时励磁回路的电阻值称为临界电阻值。,2. 负载运行 (1) 外特性：保持 ， 不变，端电压与负载电流之间的关系曲线。,1积复励；2他励；3并励,右图为直流发电机外特性曲线。,思考：为什么并励直流发电机的外特性下降最多？,(2) 调节特性：保持端电压恒定，励磁电流与负载电流之间的关系曲线。 (3) 效率特性：发电机的效率与负载电流之间的关系曲线。,下图分别为他励直流发电机的调节特性和效率特性,调节特性,效率特性,2.2 直流电动机的运行原理,2.1.1 直流电机的可逆原理 以并励发电机为例说明（右图）,发电机运行：,保持 不变，撤去原动机，,为阻转矩,变为驱动转矩,当 时稳速运行 变为电动机运行。,上述电机可逆运行的原理说明： 发电机与电动机在一定条件下可以相互转换，关键取决于加在电机轴上转矩的性质和大小。如能使 升高，并使 ，则电机运行在发电机状态，反之则运行在电动机状态。,电动机运行：只要在电机轴上接上原动机，向电机输入机械功率，转速 和电枢电动势 就会上升。如果使得 大于电网电压 ,电枢电流将反向，电机的电磁转矩 也反向，与电机的转向相反，变成制动性转矩。此时电机向电网输送电功率，变成发电机运行。,2.1.1 直流电动机的基本方程式,右图为并励直流电动机惯例,1. 电压平衡方程式,2. 转矩平衡方程式,3. 功率平衡方程式,并励直流电动机惯例,并励直流电动机的功率流图,电动机的效率：,例2-2 一台四极他励直流电机，电枢采用单波绕组，电枢总导体数 ，电枢回路总电阻 。当此电机运行在电源电压 ，电机的转速 ，气隙每极磁通 时，电机的铁耗 ，机械摩擦损耗 (忽略附加损耗)。求： 该电机运行在发电机状态还是电动机状态？ 电磁转矩为多少？ 输入功率和效率各为多少？,解：先计算电枢电动势,由于 ，故此电机运行在电动机状态。, 电枢电流为,电磁转矩为, 输入功率为,输出功率为,总损耗为,效率为,例2-3 一台并励直流电动机，额定功率 ，额定电压 ，额定电流 ，额定转速 ，电枢回路总电阻 ，额定励磁电流为 ，忽略电枢反应的影响。求： 额定输出转矩为多少？ 在额定电流时的电磁转矩为多少？,解： 额定输出转矩为, 额定电流时的电枢电流为,2.2.3 直流电动机的工作特性,直流电动机的工作特性：指当 , ，电枢回路不外串电阻时，转速、电磁转矩、效率随输出功率变化的关系。,1.转速特性,2. 转矩特性,3. 效率特性,电动机工作特性曲线,2.3 直流电动机的机械特性,2.3.1 机械特性的一般表达式,2.3.2 固有机械特性： 指 ， 且电枢回路不外串电阻时的机械特性。,固有机械特性曲线,例2-4 一台他励直流电动机额定功率为96KW,额定电压为440V，额定电流为250A，额定转速 ，电枢回路总电阻为 ,忽略电枢反应的影响，求： 理想空载转速 ； 固有机械特性斜率 ； 画出固有机械特性曲线。,解： 由电动机的电压平衡方程式得,固有机械特性的斜率, 固有机械特性,2.3.2 人为机械特性,固有机械特性的条件有三个： ，改变其中任何一个条件即可改变其特性，故人为机械特性可分为三种。,1.电枢回路串电阻的人为机械特性,特点：(1)为过理想空载转速点的一组放射形直线； （2）特性斜率随外串电阻的增大而增大，即机械特性的硬度随外串电阻的增大而降低。,电枢回路串电阻的人为机械特性,2.降低电枢电压的人为机械特性,特点：(1) 为一组斜率相同的平行线； (2)在负载转矩一定时，降低电枢电压，转速 下降，但转速降 不变。,降低电枢电压的人为机械特性,3.减弱磁通的人为机械特性,特点：(1) 是既不平行也不呈放射形的一组直线； (2)在负载转矩一定时，一般情况下减弱磁通会使转速升高，转速降也会增大。但在负载很重或磁通很小时，再减弱磁通，转速反而会下降。,减弱磁通的人为机械特性,考虑电枢反应的机械特性,由于电枢反应的去磁效应，使机械特性出现一定的上翘现象，影响电动机的稳定运行，如右图中虚线所示。,解决方法：小容量电机电枢反应不严重，一般可忽略；对大容量电动机，可在主磁极上加补偿绕组，补偿电枢反应的去磁效应，使电机的机械特性不出现上翘现象。,2.3.4 根据电机的铭牌数据估算机械特性,1.理想空载转速点(0， )的求取,电机的铭牌数据通常有：, 根据经验估算额定电枢电动势, 根据所选直流电动机，实测它的电枢回路电阻, 根据经验公式估算电枢回路电阻,或,2. 额定运行点( ， )的求取,例2-5 一台他励直流电动机的铭牌数据为： ， ， 。试计算其固有机械特性。,解： 估算额定电枢电动势,于是得到固有机械特性上的两个特殊点：理想空载转速点(0,1582.7)，额定工作点(152.7,1500)，通过这两点即可画出这台直流电动机的固有机械特性。,2.4 串励和复励直流电动机,2.4.1 串励直流电动机的机械特性 串励直流电动机的励磁绕组是串联在电机电枢回路里的。,串励直流电动机惯例如下图所示。,如果电机的磁路不饱和，则气隙每极磁通 与励磁电流 呈线性关系。,代入电动机的机械特性方程，有,式中，,又,串励直流电动机惯例,整理上述各式，得串励电动机机械特性方程式为：,机械特性的特点： (1) 它是一条非线性的软特性； (2) 当电磁转矩很小时，转速会很高； (3) 电磁转矩与电枢电流的平方成正比，因此启动转矩大，过载能力强。,思考：串励电动机能否空载运行？,1并(他)励； 2 复励 ； 3 串励,2.4.2 复励直流电动机的机械特性,右图为复励电动机接线图,复励分为：积复励，差复励。 积复励的机械特性介于并励和串励电动机机械特性之间。,特点：积复励直流电动机具有串励直流电动机的启动转矩大，过载能力强的优点，但没有空载转速很高的缺点。,1并(他)励；2 复励 ； 3 串励,