直流发电机和直流电动机

2.3.1 并励时的空载特性
U 0 = f ( I f = I a )， I L = 0
并励发电机在空载时，电枢电流等于励磁电流。由于励磁电流很 小，它流过电枢绕组所产生的电阻压降和电枢反应很小，故空载 时的感应电势即可认为是与空载端电压相等。所以，并励发电机 的空载特性和它的磁化曲线相同
2.3.2 并励时的外特性
输入机械转矩 Ia 并励发电机
电磁转矩 PM Ea I a T= = Ω Ω p n W Φ = a 60 I a = CT ΦI a 2πn 60
P1 T1 = Ω
2.2 他励发电机的特性
励磁电流不随负载电流变化 励磁可调，电压调节范围大，适用于要求电压广泛可调的应用场合。 工业上低压（4-24V）及高压（>600V）以上均为他励。
电磁力矩为原动力矩，在电磁力矩的作用下，驱动轴上 的机械负载旋转。 电枢绕组感应电势为
p n Ea = W Φ = C e Φn a 60
3.1 直流电动机的平衡方程式
I Ia 电压平衡式
E a = U − I a ∑ I a − 2ΔU
电流平衡式 （并励时）
Ia
I = Ia + I f
3.1 直流电动机的平衡方程式
二、 直流发电机的运行特性
2.1 直流发电机的平衡方程式
IL •电压平衡式
Ia = IL + I f
E a = U + I a ra + 2ΔU
Ia ΔU——每一电刷的接触电压降 并励发电机 电刷接触电阻随电流的增大而减 小，通常假定为常数，当用石墨 电刷或碳石墨电刷时，取为1V
2.1 直流发电机的平衡方程式
并励回路损耗 电枢回路铜损 电刷接触电损耗 机械损耗 铁损耗 杂散损耗
3.1 直流电动机的平衡方程式
I 转矩平衡式 Ia
T = T2 + T0
Ia
PM E a I a pN T= = = ΦI a 2πa Ω Ω
T2 = P2 Ω
p mec + p Fe + p Δ T0 = Ω
四、 直流电动机的机械特性 和工作特性
2.4 串励发电机特性
3
串励发电机的端电压当负载变 化时很大。 电压建立过程 端电压与负载电阻有关，若负载电 阻减小，则端电压升高；若负载电 阻大于一临界电阻，则电势不能建 立。 1. 空载特性（另外励磁） 2. 外特性 3. 场阻线（包括外电阻）
2.5 复励发电机的特性
复励发电机的外特性界于并励发电机与串励发电机外特性之 间。复励的程度决定于串联励磁与并联励磁的相对强度，并联 励磁通常要比串联励磁强的多。 有平复励（恰好补偿）、超复励（过补偿）、欠复励之分。
U = f ( I L )， I f = const
端电压下降的因素 短路电流的解释： 拐点产生的原因： ①电枢回路的电压降； 直接短路时，端电压U=0，励磁绕组 负载电阻减小后，一方面使负载电流 ②电枢反应的去磁作用； 电压等于0。励磁电流为零，感应电 增加，端电压下降；另一方面，端电 ③端电压下降引起的励磁电流减小。
在交点处，转速之上则 T<Tz ,转速之下则T>Tz
4.2 电动机稳定运行
dT dTΣ < dn dn
dT dTΣ > dn dn
在恒负载转矩条件下，下降的机械特性电动机能稳定运行，上 升的机械特性电动机不能稳定运行。
4.3 并励电动机的特性
2.转速特性
R ′ T0 实际空载转速n0 = CeCT Φ 2
If0——有效激磁电流，If——并励绕组激磁电流， Ia——串励绕组激磁电流 Faqd——交轴电枢反应的去磁作用
作业
17-4
三、直流电动机
三、 直流电动机的作用原理
电枢绕组和励磁绕组分别施加直流电源。气隙中主磁 通与电枢电流相互作用产生电磁转矩，
pW T= ΦI a = CT ΦI a 2πa
I’f1
If1
If
2.2.2 他励时的外特性
U = f ( I L )， I f = const
端电压下降的因素： ①电枢回路中引起的电压降 ②电枢反应的去磁作用
电压变化率 =
U0 −U N UN
通常约为0．05—0．10
2.2.3 他励时的调节特性
I f = f ( I L ), U = const
当有负载电流时，为要维持端电 压不变，随着负载电流的增大， 励磁电流相应增大
U
IN
2.3 并励发电机的特性
励磁绕组与电枢绕组并联、励磁电流由发电机电枢绕组自己供给， 随电枢电压变化 作为短线路的电源，如同步电机的励磁机、蓄电磁的充电电源等。
如何改变电机端电压极 性？ 取决于电枢电势的方向 改变电刷间极性时应注意 电压建立的问题。 即改变原动机转向时必须 改变绕组的相对连 接。 《使感应电势与剩磁方向 一致》
微小的短路电流Ik。
电压变化率约为20%
2.3.3 并励时的调节特性
I f = f ( I L ), U = const
U
IN
讨论
E a = Ce Φ n
并励发电机在下列情况下空载电压何变化？ 磁通Φ减小10% 则Ea=E0也减小10% 励磁电流减小10% 发电机正常运行处于磁路饱和状态，If减小10%，则Φ减小 小于10% 励磁回路电阻减小10% If减小10%，磁阻斜率线减小10%，空载电压是磁化曲线与 磁阻线的交点。由于工作在磁化曲线的饱和区，U0增加不到 10%
4.1 直流电动机的机械特性
转矩特性 转速特性
T=
n=
pW ΦI a = CT ΦI a 2πa
U − I a ∑ ra − 2ΔU Ce Φ
转速与转矩特性（机械特性，T-n曲线）
U − 2 ΔU ∑ ra T n= − Ce Φ C e Φ CT Φ
在不同的励磁方式下，主磁通随负载电流的变化不同， 导致电机特性的差异。
P1 = PM + p mec + p Fe + p Δ
Ia 并励发电机
ra 耗:串接在电枢回路中各种绕组的总 = P2 + p f + pa + pb 电阻，如电枢绕组、串励绕组和换 由换向电流产生的损耗 向极绕组等。 负载损耗
2.1 直流发电机的平衡方程式
IL •转矩平衡式
T1 = T + T0
思考题
如果没有磁饱和现象，直流发电机是否能自励?试作图说明 试描述串励发电机电压建起过程的物理概念。串励发电机短路时 有无危险? 试解释下二公式的物理意义，并说明它们各用于何种电机
(1) N f I f 0 = N f I f − Faqd
并励，他励
(2) N f I f 0 = N f I f + N s I a − Faqd 积复励
4.3并励电动机的特性
3. 机械特性
U − 2 ΔU ∑ ra T n= − Ce Φ C e ΦCT Φ
主磁通由于负载电流去磁作用的影 响随电流增加而略有减小。 Ra=0时，称为自然机械 特性——硬特性。 增加电枢回路串联电 阻，则机械特性变软。 如改变励磁电流，则If越小 时，空载转速越高，电机特性 越软。 如改变电枢电流（但保持励磁 不变）则机械特性为平行的直
∑
•在a点达到稳定值，空载电压建 立。
U = I f ∑ rf + L f
Ifb
dI f dt
1.2 自励发电机的电压建立条件
U 0 = E 0 = f (I f
)
空载特性曲线（磁 化曲线） 程——场阻线
U 0 = I f ∑ r f 励磁回路电压方
电路的因素 磁路的因素 励磁回路的影响 3. 励磁绕组的接法与电机旋转 •4. 存在剩磁 励磁回路的总电阻小于该转 方向正确配合 速时的临界电阻 • 饱和现象 使最初的微小励磁电流增强原来 临界电阻指一定转速时，与磁化 铁磁材料的饱和现象，使得磁化 的剩磁，使感应电势增加 曲线的直线部分（气隙线） 曲线与场阻线存在交点，即 重合的场阻线 电机有确定的电压。
1.转矩特性 如何改变并励电动机的旋转方 U − I a ∑ ra − 2ΔU 向： n = I f = U = const 励磁电流 不变。 C ∑ refΦ R：分别调换励磁绕组或电枢绕 当负载电流很小时，电枢反应的 负载电流增加，电枢电阻压降增 组接头。 Δn = R 2 T = βT 转速降 去磁作用很小，近似认为主磁通 大，如不计电枢反应的去磁作用 CeCT Φ 即主磁通不变，Ea减小一些， 不变，则 T = C ΦI ∝ I 不能简单地改变电源极性，因而 T a a Ea=CeφIa，则n随Ea的下降而有 电磁转矩方向与主磁通和电枢电 与电枢电流成线性关系。 流方向的有关。 所减小，形成向下的机械特性。 当负载电流较大时，电枢反应去 如考虑电枢反应的去磁作用将使 磁作用使主磁通有所减小，曲线 每极磁通φ减少，并励电动机的 向下弯曲。 转速变化很小。电阻电压降的影 响影响较大，转速特性是略为下 倾的。——硬特性
拐 点
势仅为剩磁电势，并引起短路电流。 压下降后，使励磁电流减小，电势下 降，使负载电流下降。 当电压较高时，磁路饱和，励磁电流 短路的影响主要在于突然短路的瞬 当负载电阻不断减小时，负载电流IL增 对电势影响不大；（负载电流随电阻 加。 间： 下降而增大） 但当降至某一临界数值Icr以后，若负载 由于励磁绕组有很大的电阻，磁通不 电阻继续减小，则负载电流IL反将逐渐减 当电流达到临界值时，磁路退出饱 能立即变为零，imax可达8-12IN。 小。 和，励磁电流的微小变化引起感应电 当电枢两端直接短路，负载电流将降为 势的较大变化（负载电流下降）
IL 附加损耗产生PΔ的原因 功率平衡式 电枢存在齿槽，使气隙磁通发生脉 输入功率 动，在电枢铁心、主极铁心和极靴表 面中产生脉动损耗 电枢反应使磁场畸变产生的额外电枢 空载损耗 损耗 电磁功率