直流电机及其控制系统

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• 对和复励发电机，当负载电流增加时，由 于电枢反应、电枢电阻与串励绕组所引起 的电压降落，可由串励绕组的磁动势增强 来补偿。
• 所以，和复励发电机在任何负载下，其端 电压U几乎可以保持不变。
• 对差复励发电机，由于其串励绕组磁动势 与并励绕组磁动势相反。当有负载时，使 它的磁通大为削弱，端电压急剧下降。
器在内的励磁回路的总电阻。
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• ⒈ 空载特性（n不变）
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• ⒉ 外特性（n不变、Rf不变）
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• 对并励发电机，当负载增加时（即外电 路电阻减小），负载电流IL增加，当负载 增加到一定程度，电流达到最大ILm 。若 负载电阻继续减小，电流则不在增加，
反而减小，当负载短路时，仅有不大的 短路电流Ia。
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• ⒊功率平衡方程
• 式中：P1=U*Ia是电源对电机输入的功率； • Pe=Ea*Ia是电机向机械负载转换的电功率； • Pcua=Ia2*Ra是电枢回路总的铜损耗。
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㈣ 复励发电机
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• 复励发电机在磁极上有两个励磁绕组： 一个绕组与电枢并联，导线细匝数多— —并励绕组；另一个绕组与电枢串联， 导线粗而匝数少——串励绕组。
• 发电机空载时，串励绕组中没有电流， 故空载特性与并励发电机相同。
• 和复励、差复励
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第三章 直流电机及其控制系统
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第一节 直流电机的基本原理
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• 直流电机电刷间的感应电势为：
• 式中：φ：一个磁极的磁通； n：电枢转速； KE： K关E 的=p常N/数60。a是与电机结构有 a：电枢绕组并联支路数。
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• 如将图3-1中与电刷相连的负载去掉，使 之通入直流电源，电流流入电枢线圈， 再将原动机作为机械负载。
• 并励发电机输出短路的危险性比他励发 电机小。
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• ⒊ 调节特性
• 并励发电机的调节特性与他励发电机的 调节特性相似。
• 并励发电机的电压变动百分数ΔU%较他 励大。
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㈢ 串励发电机
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• 发 载电特机性空无载法时 画， 出由 。于Ia=If=IL=0，所以空
自动进行调整，以适应负载的变化。
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第二节 直流电机的构造
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第三节 直流发电机的分类和运 行特性
• 一、按励磁方法分类
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• 直流发电机内的磁通是在主磁极的励磁 绕组内通以直流电
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• 和复励发电机主要应用于负载变动激烈， 或负载距发电机距离较远，而又需要保 持端电压相对平稳的场合。
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第四节 直流电动机的分类和运行特性
• 直流电动机的基本结构与直流发电机结 构完全一样。励磁方式也分为他励、并 励、串励和复励四种。
• 在控制系统中，常用他励电动机和复励 电动机。
• 对串励发电机的外特性：
• 当IL =0时，U=E’为剩磁电动势。 • 接入负载后，负载电流增加，励磁电流
亦增加，电动势升高。当电压上升到一 定限度后，由于磁路趋于饱和，磁通及 电势增加不大。
• 当负载电流再增加时，由于电枢反应及 电枢电阻压降增大，使输出电压反而降 低。
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• 由上可知，串励发电机的端电压U在负载 变动时，极不稳定。
• 在等速转动时，原动机的驱动转矩T1与 发电机的电磁转矩T和空载损耗转矩T0相 平衡。
• 直流电动机的电磁转矩是使电枢转动的 驱动转矩。
• 在等速转动时，电动机的电磁转矩T需与 电机轴输出的机械负载转矩T2及空载损 耗转矩T0相平衡。
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• 在电机轴上的负载转矩变化时，则电动 机的转速、电动势、电枢电流及转矩将
直流电动机电磁转矩可表示为：
• 式中：φ：一个磁极的磁通；
•
Ia：为电枢电流。
•
KT=pN/2πa是与电机结构有关的常数。
•
KT =9.55 KE
•
p：磁极对数；
•
a：电枢绕组并联支路数。
•
N：切割磁通的电枢总导体数。
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• 发电机的电磁转矩为阻转矩，它与电枢 转动的方向（原动机的驱动转矩方向） 相反。
• 两个有效边导体受到的电磁力方向一致， 电枢因产生扭矩而转动，此时，图3-1就
变成了直流电动机。
• 当电枢在磁场中转动时，线圈也要产生 感应电动势，该电动势的方向与电流的 方向相反——反电动势
• 发电机的电动势——电源电动势
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• 直流电机电枢绕组中的电流（电枢电流Ia） • Ia与磁通φ相互作用产生电磁力和电磁转矩，
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• ⒉ 外特性：转速和励磁电流不变 电压变动百分数：
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• ⒊ 调节特性：当转速n为常数时，同时保 持U=UN为常数时，励磁电流If与电枢电 流Ia之间的关系曲线。
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• ㈡ 并励发电机
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• 并励发电机的电压、电流的关系为： • 式中：U为发电机端电压、Rf为包括电位
• RL——负载电阻 • IL——负载电流 • Rf——励磁调节电阻 • Ra——电枢电阻 • Ia——电枢电流 • E——发电机电动势
• U——发电机输出端电压
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• 根据电路原理，可得：
• 当发电机空载时：
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• ⒈ 空载特性：当发电机空载运行时，转 速n为常数时，发电机电动势与励磁电流 的关系——空载特性曲线。
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• 一、他励直流电动机运行特性
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• ㈠ 稳态运行的基本方程 • ⒈电动势平衡方程
• 式动中势：、UIa为为电电枢动电机流外、加I直f为流励电磁压电、流E、a为φ反为电主 磁通。
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• ⒉ 转矩平衡方程
• 式中， • T：电磁转矩； • T0：空载转矩； • T2：负载阻转矩。
• 励磁电流如果由独立的直流电源供给— —他励直流发电机。
• 励磁电流若由发电机本身供给——自励 直流发电机。
• 自励直流发电机——并励、串励、复励
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二、直流发电机的运行特性
• ㈠ 他励发电机
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• 上图中：