第十七章 直流电动机和发电机

U 空载转速 n0 = CeΦ0 点略有下倾直线， 过n0点略有下倾直线，
斜率为
∑r −
a
CeΦ
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n0 − nN ×100% 定义转速变化率 ∆n = nN
优点：转速特性硬 转速变化率小， 优点：转速特性硬，转速变化率小，并励电动机 的转速变化率为3%~8%。 的转速变化率为 。 注意！并励电动机的励磁回路一定不能断路！ 注意！并励电动机的励磁回路一定不能断路！ 断路的后果： 断路的后果： 反电势减小，电枢电流剧增。 反电势减小，电枢电流剧增。 转速迅速上升，造成“飞车” 或转速下降， 转速迅速上升，造成“飞车”，或转速下降， 最终停车。 最终停车。
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四、复励发电机的特性 平复励 积复励 超复励 复励发电机 欠复励 差复励
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DHale Waihona Puke te:2011-6-11例：一台并励发电机，转速为1450r/min，电枢绕组电阻 一台并励发电机，转速为 ， 电刷接触压降∆U=1V，满载时的电枢电流 为ra=0. 516 ，电刷接触压降 ， 为40.5A，满载时电枢反应的去磁作用相当于并励绕组励 ， 磁电流0.05A，当转速为 磁电流 ，当转速为1000r/min时测得的空载特性的数 时测得的空载特性的数 据见下表，试求： 据见下表，试求： （1）若满载端电压为 ）若满载端电压为230V，问并励回路的电阻为多少？ ，问并励回路的电阻为多少？ 电压变化率为多少？（ ？（2） 电压变化率为多少？（ ）若在每一磁极上加绕串励绕组 5匝，则可将满载电压提升到 匝 则可将满载电压提升到240V，且场阻保持不变，问 ，且场阻保持不变， 每一磁极上并励绕组有几匝？（ 如串励绕组增至10匝 ？（3） 每一磁极上并励绕组有几匝？（ ）如串励绕组增至 匝， 问满载端电压为多少？ 问满载端电压为多少？
If0(A) 0.64 E0(V) 70
0.89 100
1.38 150
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1.73 172
2.07 182
2.75 196
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转速为1450r/min时的空载特性的数据如下表所示 时的空载特性的数据如下表所示 转速为
If0(A) 0.64 0.89 E0(V) 101.5 145
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一、他励发电机的特性 空载特性： 空载特性： = nN，IL = 0 U0 = f（I f） n ，
U0 = E0 = CeΦn ∝Φ
特点： 特点：形状与磁化曲线完 全相似 注意： 注意：不同转速下的空载 特性不一样
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一、并励电动机的特性 1、转矩特性 T = f（Ia） 、 过原点略有下倾直线， 过原点略有下倾直线，斜率为 CTΦ0 2、转速特性 n = f（Ia） 、 Ea U − Ia ∑ra − 2∆U U − 2∆U ∑ra Ia n= = = − CeΦ CeΦ CeΦ CeΦ
转矩特性在电流较小 时为抛物线， 时为抛物线，电流较大 时近似为直线。 时近似为直线。
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2、转速特性 n = f（Ia） 、
Ea U − Ia ∑ra − 2∆U U − 2∆U ∑ra n= = = − CeΦ CeΦ Ce KIa Ce K
转速特性在电流较小时为双曲线， 转速特性在电流较小时为双曲线，电流较大时 近似为直线。 近似为直线。 注意！串励电动机不允许空载运行，也不允许 注意！串励电动机不允许空载运行， 带很轻的负载！ 带很轻的负载！ 因为此时励磁电流和电枢电流都很小， 因为此时励磁电流和电枢电流都很小，气 隙磁通很微弱，电机的转速将急剧上升。 隙磁通很微弱，电机的转速将急剧上升。
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电枢及励磁所组成回路满足以下方程
di f U = i f ∑rf + Lf dt U = f (i f )
励磁电流增大会引起两方面的反应： 励磁电流增大会引起两方面的反应： 感应电动势增大， 感应电动势增大，从而端电压增大 励磁回路压降增大 当端电压等于励磁回路压降， 当端电压等于励磁回路压降，励磁电流便不 会增大，回路便达到平衡状态。 会增大，回路便达到平衡状态。
查空载特性曲线得
估计空载电压在264V到284V之间，则应有 到 之间， 估计空载电压在 之间
262.9 − 249 I f 0 = 1.73 + (2.07 −1.73) = 2.045( A) 264 − 249
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并励绕组实际励磁电流
U 240 If = = = 1.946( A) ∑rf 123.3
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3、机械特性 n = f（T） 、
U − 2∆U ∑ra T n= − 2 CeΦ CeCTΦ
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二、串励电动机的特性 1、转矩特性 T = f（Ia） 、 特点： 特点： I = Ia = Is，Φ=KIa
2 T = CTΦIa = CT KIa
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自励建压条件
铁芯有剩磁，磁化曲线有饱和现象 铁芯有剩磁，磁化曲线有饱和现象 剩磁 饱和 励磁绕组接法和电枢旋转方向正确配合， 励磁绕组接法和电枢旋转方向正确配合，使励 接法和电枢旋转方向正确配合 磁电流产生的磁场与剩磁方向一致 励磁回路的总电阻应小于发电机该转速时的临 界电阻
实际运行时， 实际运行时，总的磁动势平衡式
I f 0 N f = I f N f + Is Ns − Fadq 2.045× N f = 1.946× N f + 40.5× 5 − 0.05× N f N f = 1350 匝/ 极） （ 解得
(3) 用试探法求解。设满载电压为 用试探法求解。设满载电压为246V，则 ，
Ea = 246 + 40.5×0.516 + 2 = 268.9
查空载特性曲线得
268.9 − 264 I f 0 = 2.07 + (2.75 − 2.07) = 2.24( A) 284 − 264
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实际运行时， 实际运行时，由总的磁动势平衡式可得
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调节特性： 调节特性：n = nN，U = C，I f = f（IL ） 变化趋势与外特性相反， 变化趋势与外特性相反，为稍微上翘的曲线
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二、并励发电机的特性 1、空载特性：可以认为就是它的磁化曲线 、空载特性： 2、外特性： 、外特性：
n1/ 4 − nN ×100% 定义转速变化率 ∆n = nN
n = nN， rf = C， = f（ L） U I ∑
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负载电流增大产生的影响： 负载电流增大产生的影响： 电枢绕组压降增大，端电压下降。 电枢绕组压降增大，端电压下降。 端电压下降，励磁电流减小，感应电动势下降。 端电压下降，励磁电流减小，感应电动势下降。 端电压下降。 端电压下降。 负载电阻减小产生的影响： 负载电阻减小产生的影响： 负载电流增大，励磁电流减小，端电压下降。 负载电流增大，励磁电流减小，端电压下降。 端电压下降， 端电压下降，负载电流减小 电阻减小不大，端电压下降不大，电流增大； 电阻减小不大，端电压下降不大，电流增大； 电阻减小太多，端电压下降更厉害，电流减小。 电阻减小太多，端电压下降更厉害，电流减小。 3、调节特性：同他励发电机，为上翘曲线 、调节特性：同他励发电机，
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第二节 直流发电机的运行特性
运行特性的种类： 运行特性的种类： 外特性： 外特性：I f = C，U = f（I L ） 负载特性： I L = C，U = f（I f） 负载特性： 空载特性： 空载特性： I L = 0 U = f（I f） ， 调节特性： 调节特性：U = C，I f = f（IL ）
第十七章 直流发电机和直流电动机
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第一节 自励发电机的电压建立
并励发电机自励建压原理 定子铁芯有剩磁，转子转动时， 定子铁芯有剩磁，转子转动时，电枢绕组切 有剩磁 割剩磁磁场，感应出微小的电动势， 割剩磁磁场，感应出微小的电动势，该电动势加 在并励绕组上，产生微弱的励磁电流， 在并励绕组上，产生微弱的励磁电流，若励磁电 流产生的磁场与剩磁方向相同 则气隙磁场增强， 相同， 流产生的磁场与剩磁方向相同，则气隙磁场增强， 电枢感应的电动势也增大，励磁电流也随着增大， 电枢感应的电动势也增大，励磁电流也随着增大， 如此反复，电机端电压便可上升到所需值。 如此反复，电机端电压便可上升到所需值。 思考：电机端电压会不会无限上升？ 思考：电机端电压会不会无限上升？
I f = I f 0 + 0.05 = 1.815 + 0.05 = 1.865( A)
U 230 ∑rf = I = 1.865 = 123.3(Ω) f
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U0 = ∑rf I f =123.3I f U0 − 264 I f − 2.07 = 284 − 264 2.75 − 2.07 联立求解得 I f = 2.163( A)，U0 = 266.75(V ) 电压变化率 U0 −UN 266.75 − 230 ∆U = ×100%= = 15.98% UN 230 (2) 当满载电压为 当满载电压为240V时 时 Ea = U + IaNra + 2∆U = 240 + 40.5×0.516 + 2 = 262.9