船舶电气基础——直流电机

§9-5并励（他励）电动机的调速
原则
n=（U－Ia Ra）／KEΦ
方法
调Φ、调U和调Ra
一．改变磁通Φ（调磁）
1．方法 调节Rf’
Rf’↑→If↓→Φ↓
2．过程 Φ↓→E↓=KEΦn→Ia↑=（U－E） /Ra
→T↑=KTΦIa＞ T2+T0→ n ↑→E↑=KEΦn → Ia↓→T↓= T2+T0
第九章 直流电机
教学目的：使学生掌握直流电机的结构与原理，励 磁方式与机械特性，起动、变向与调速方法和特 点。
重点：直流电机的机械特性、起动和调速。 难点：直流电机的工作原理。
计划课时：5节左右。 作业：练习与思考。
§9-1 直流电机的构造 §9-2 直流电机的基本工作原理 §9-3 直流电动机的机械特性 §9-4 并励电动机的起动和反转 §9-5 并励（他励）电动机的调速
§9-2直流电机的
一．作为发电机原理（见左 图）
基本工作原理
1．定子绕组通电产生固定磁
场；
2．电枢在外力作用下转动
（逆时针），上、下边分别感 应电势；
3．上边连的换向片与电刷A
相接，下边连的换向片与电刷 B相接，A、B分别为电势的 正、负；
4．上、下边换位，感应电势 变向，但A、B电刷的正、负 不变。
c．E= If Rf伏安特性 与E=f（If）空载特 性要有交点否则要调Rf。
4．外特性U=f(I)
I↑→Ia↑→IaRa↑→U↓→If↓→E↓→U↓↓
§9-3直流电动机的机械特性
分类
他励；自励(并励、串励、复励) 一．并励电动机电路
二．电流与电压
电枢电压 U=E+IaRa （反电动势E=KEΦn）
§9-1直流电机的构造
1．定子 组成： 主磁极 ( 极心、极掌和励磁绕组)
作用：产生磁场 换向极 (铁芯绕组)与电枢电路串联，改善电
枢电流的换向，减少换向火花。 电刷装置（绕线式交流电机也有）
2．转子（电枢） 电枢绕组和电枢铁芯，产生感应电势或产生电
磁力。 换向器用于换向。
直流电机Baidu Nhomakorabea构
直流电机电动与发电原理
5．电刷间的电动势为E=KEΦn， 为直流电势,接负载才有电流 输出。
二．作为电动机原理
1．电刷B连电源正端、 A连负端；
2．电枢绕组电流下边 向里、上边向外；
3．电枢绕组受力按左 手定则,下边向左、上 边向右，合力矩方向 为顺时针；
4．绕组转动，电流通 过换向器使处于上、 下位置的边始终受固 定方向的电磁力作用；
一．起动 1．性能 起动电流大、烧坏换向器；起动转矩大、 机械冲击。 起动时 E=KEΦn n=0 Iast= U/Ra=（10～20）IaN
Tst=KTΦIast 2．方法 电枢电路串起动电阻，起动过程中逐级切除
Iast↓=U/（Ra+ Rst）=（1.5～2.5) IaN Tst ' = （1.5～2.5) TN
励磁 If=U/Rf 总电流 I=Ia+If≈Ia 三．电磁转矩
T=KTΦIa=KIa （If=U/Rf、Φ为常数）
四．机械特性n=f(T)
由 U =E+IaRa E= KEΦn T= KTΦIa 得 n= U/（KEΦ）－Ra T /（KEKTΦ2）
= n0-Δn 其中 n0为理想空载转速，Δn为转速降 T2（负载转矩）↑→T（=KTΦIa ）＜ T2+T0→n↓ →E↓（=KEΦn）→Ia↑ [=（U-E）/Ra]
3．性质 属恒功率调速。 因Φ↓→Ia↑＞IN ，不允许， 则T↓（=KTΦ↓Ia不变 ）= T2↓+T0 故T↓n↑=9550P 不变
4．特点： 速度只能往上调；机械特性逐渐变软,经济； 调速范围不大（D=nmax/nmin）；属恒功率调速。
二．改变电压U（调压）
1．过程 U↓→Ia↓=（U－E）／Ra
→ T↓=KTΦIa＜ T2+T0 T2+T0
2．性质
→n↓→E↓→Ia↑→T↑=
恒转矩调速， T=KTΦIa Ia先减后增不变， T也不变
3．特点 机械特性硬；调速幅度大（D=6～10）；无级调
速；属恒转矩调速；调压设备较复杂（常采用晶闸 管可控整流调压）。
Ia=I+If≈I
2．空载特性与空载电压的建立过程 a. 空载特性E=f（If）:为磁化曲线，
调空载电压、调励磁。 b. 空载电压的建立过程： 剩磁 →E’→Ia→If→E↑→Ia↑→If↑(饱和)→E↑为定值
3．空载电压建立的条件 a．要有剩磁；否则要充磁。 b．剩磁方向与励磁方向一致；否则要 对换励磁或电枢的接线。
5．电枢电磁力矩 T=KTΦIa 。
三．力矩平衡
1．发电机 T1（原动机转矩）=T（电磁转矩）+T0（空载转矩） 2．电动机 T = T2（阻转矩）+T0
四．电动机的工作过程
转矩平衡过程
T2（负载转矩）↑→T（=KTΦIa ）＜ (T2+T0) →n↓→E↓(=KEΦn)→Ia↑〔=（U-E）/Ra〕
→T↑= (T2+T0)
补:直流发电机 船上主要采用复励
一．他励发电机
1．电流与电压 U=E－IaRa U=IR Ia=I
Ia----电枢电流 Ra -----电枢电阻
2．电源电动势 E=KEΦn
U0= E
(空载电源端电压)
二．并励发电机
1．电流与电压 电枢 U=E-IaRa 励磁 If=U/Rf 负载 I=U/R
3．要求 起动和运行时励磁电路不能断开。
a．起动时 Tst=KTΦIast 很小、带负载起动艰难； E=0 、Iast=（U－E）/（Ra+ Rst）大、烧坏绕组。
b．有载运行：E↓=KEΦ↓n→Ia↑=（U－E）／Ra T（=KTΦ↓Ia ）＜ T2+T0
→n↓=0→E↓=KEΦn=→Ia↑↑ 电机堵转、烧坏绕组。 c．空载运行：T（=KTΦ↓Ia ↑）＞T0→n↑↑产生飞车 事故、易烧坏绕组。 二．反转 1．方法 改变电枢绕组或励磁绕组之一的接线。 2．原理 Φ＜0 或 Ia＜0 有 T=KTΦIa＜0
→T↑= T2+T0
a.并励电动机 机械特性硬，适用于恒转
速负载（如泵、通风机）。
b.串励电动机 机械特性软，过载能力强，
用于锚机等。
注意：理想空载转速为无穷大，不能轻载和空载， 不能皮带轮转动，以免“飞车”。
c.复励电动机
机械特性介于两者之间，有软的机械特性和安全的 理想空载转速。
§9-4并励电动机的起动和反转