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第17章 直流发电机和直流电动机(课件).ppt

上传人:无敌 文档编号:965282 上传时间:2018-05-08 格式:PPT 页数:47 大小:3.45MB
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资源描述

1、,电机学多媒体课件系列,福州大学电气工程与自动化学院电机学教研组,2006.10,第五篇 直流 电 机,第十七章 直流发电机和直流电动机,目 录,第十七章 直流发电机和直流电动机17.1 自励发电机的电压建起17.2 直流发电机的运行特性17.3 直流电动机的机械特性和工作特性17.4 直流电动机的起动、调速和制动,17.1 自励发电机的电压建起,一、并励直流发电机的自励过程:,1 、剩磁-建压先决条件,初始:n=0、Ea=0、If=0、设有剩磁Br起动:原动机带动n电枢切割Br感应出较小的E0rIf 较小Bf B=Br+BfE0 If B E0 磁路饱和达到新的平衡点。,磁路饱和现像-稳定建

2、压重要因素,2 、励磁绕组极性与发电机转向相匹配,发电机的自励过程中励磁回路应满足:,电枢的端电压恰好等于励磁电流通过励磁回路电阻压降,自励过程达到了稳定状态。,稳定点:,-稳定建压前,-稳定建压后,3 、励磁回路电阻小于与电机运行转速相对应的临界电阻,曲线1为空载特性曲线曲线2为励磁回路场阻线 场阻线斜率:曲线3为临界场阻线,若再增加励磁回路电阻,发电机将不能自励。,解决措施:提高电机的转速,从而提高其临界电阻值。因此,对应于不同的转速便有不同的临界电阻。,结论:并励直流发电机的自励建压条件1 、电机必须有剩磁,磁化曲线呈饱和现象2 、励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合,使励磁电流产生

3、的磁场方向与剩磁方向一致。3 、励磁回路的电阻应小于电机运行转速相对应的临界电阻。,一、他励直流发电机的运行特性,17.2 直流发电机运行特性,1、空载特性,定义:当n=nN、IL=0时,U=f(If),空载特性曲线与磁化曲线相同空载特性是非线性的,实际中通常取平均特性曲线n变化时曲线成正比上升或下降其它励磁方式发电机的空载特性均可由他励方式求取,2、外特性,定义:当n=nN、If=IfN时,U=f(IL),ILFa电枢反应去磁 EaU,负载电流增加,端电压下降的原因:,ILIaRaU,电压调整率:,从空载到负载,电压下降的程度由电压变化率来表示:,他励U=510%,3、调节特性,定义:当n=

4、nN、U=常数时,If=f(IL),在负载电流变化时,若保持端电压不变,必须改变励磁电流,补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对输出端电压的影响。,二、并励发电机的特性,1、空载特性,空载时Ia0=If0,其空载特性也是电机的磁化曲线,特点:励磁电流If随端电压U变化而变化,2、外特性,与他励发电机相似,也是一条下降曲线(比他励稍弯曲,电压变化率约为20),定义:当n=nN、r=0(不串电阻)时,U=f(IL),负载电流有最大值(有”拐点”),3、调节特性,并励发电机的电枢电流,比起他励发电机仅仅多了一个励磁电流分量,所以调节特性与他励发电机的相差不大。,他励,并励,1、空载特性,空载特性是反应电机

5、的磁化,通常由外电源供给励磁电流,以他励方式求得,所以曲线的形状与空载磁化特性曲线相同.,三、串励发电机特性,串励发电机:,2、外特性,外特性:,串励:,空载:,负载:,四、复励发电机特性,a) 积复励,平复励超复励欠复励,b)差复励,复励发电机外特性,课时小结,1、并励直流发电机自励建压的过程?条件?不能建压的原因及解决措施?(重点)2、直流发电机空载特性曲线与磁化曲线形状相似。2、直流发电机的外特性曲线?其变化趋势及原因?(他励、并励、串励) (重点)3、直流发电机的电压调整率? (重点)4、直流发电机的调整特性?(他励、并励)书面作业:17-1、17-6,17.3 直流电动机的工作特性和

6、机械特性,工作特性: 指在U=UN ,If=IfN时, 转速n、电磁转矩T、效率随输出功率 P2 而变化的关系。,转矩特性: T=f(Ia)转速特性: n=f(Ia)机械特性: n=f(T) (ra=常数),一、并励(他励)电动机的特性,1 、转矩特性:T=f(Ia),B,2、转速特性: n=f( Ia ),并励直流电动机转速特性和转矩特性,表达式:,条 件: U=UN 和 If=IfN,分析:,用转速变化率来表征:,曲线: 一条稍下倾斜的直线,并励直流电动机的励磁回路不可开路,原因: 若 If=0 =r Ia后果:a)轻载飞车、Ia; b)重载停车、Ia,3、机械特性: n=f( T ),机

7、械特性反映转速与电磁转矩之间的变化规律。,a)自然机械特性:,Ra=ra,硬特性,b) 人为机械特性: Ra=ra+R 软特性,参考,二、串励电动机的特性,1 、转矩特性: T=f( Ia ),串励电动机的特点: Ia=Is=I,a)轻载未饱和: =KIa 抛物线,b)重载磁路饱和: 饱和 直线,2、转速特性: n=f( Ia ),a)轻载未饱和: 双曲线,b)重载磁路饱和: 直线,3、机械特性: n=f( T ),表达式:,由上两式整理可得:,思考:饱和后?,a)机械特性特点:,b)转速变化率:,软特性 人为机械特性 起动转矩大,过载能力强 不允许空载或轻载运行(TN/4),三、复励电动机的

8、特性,a)多为积复励:特性介于串励和并励之间,b)差复励:电动机运行不稳定,少用,四、永磁直流电动机,a)结构:,b)特性:与它励直流电动机相似,无需电励磁,c) 特点:结构简单 电机尺寸小 无励磁损耗效率高 受永磁材料限制,五、直流电动机稳定运行条件,指当电网或轴上机构负载波动而使电动机转速发生变化时,电动机具有能恢复到原工作状态的能力。,A稳定运行点,B不稳定运行点,静态稳定运行条件:,课时小结,1、并、串励直流电动机的转速特性、转矩特性和机械特性的表达式、曲线变化及原因?(重点)2、并励直流电动机励磁回路不允许开路的原因? (重点)4、串励直流电动机不允许空载或轻载的原因? (重点)5、

9、直流电动机稳定运行的条件和分析? (重点),第四节 直流电动机的起动、调速和制动,一、直流电动机的起动,对起动的要求:Tst 足够大Ist 不能太大注:直流电动机一般不允许直接起动 (1)、(2)、,很大,很大,直流电动机的起动方法:直接起动电枢回路串变阻器起动降低电源电压起动,1、电枢串电阻起动,方法:随电机转速升高逐步切除起动电阻要求:起动电流最大值 I1 =(1.751.5)IN。起动电流最小值 I2 =(1.31.1)IN。实现:三点起动器或四点起动器,起动电阻计算(解析法):,(1)依据:电阻切除前后转速不能突变的原则,d、e点:,b、c点:,0 IN I2 I1 Ia,各级电枢总电

10、阻:,各级起动电阻:,推广到m级起动的一般情况,得,起动电阻计算步骤,m 已知 选定 I1 Rm = UN /I1 求 :,求各级起动电阻,若 m 未知,必须先确定 m : 初定 I1、I2 Rm = UN /I1 并初定 = I1 /I2 求 m 并圆整:,二、直流电动机的调速,调速方法:电枢回路串电阻R调节外施电源电压U调节励磁电流以改变每极磁通,以并励直流电动机为例,其转速公式为:,1、电枢回路串电阻R调速,机械特性:随 R 增大, n0 不变, 增大。特点:恒转矩调速,适合带恒转矩负载。优点:设备简单,操作方便。缺点:效率低、性能差,转载时调速范围小。,2、调节外施电源电压U,机械特性

11、:随U 减小, n0 减小, 不变特点:恒转矩调速,适合带恒转矩负载优点:效率高、性能好,调速范围广。缺点:设备投资大。,3、调节励磁电流以改变每极磁通,机械特性:随 If 减小, n0 增大, 增大特点:恒功率调速,适合带恒功率负载优点:效率高、转速可以高于n0。缺点:调速比不大,一般为1:21:6。,三、直流电动机的制动,制动原理:使电动机产生一个与转速反向的转矩。1、能耗制动,操作步骤:切除电源,电枢串电阻形成闭合回路。原理:切除电源,转速不变,电动势不变,电流反向,转矩反向,与转速方向相反,为制动转矩。,2、回馈制动,前提:转速 n 高于理想空载转速 n0 。原理:电动机在外力的作用下

12、, n n0 ,则感应电动势 Ea = Cen Cen0 = U,电流反向,转矩反向,方向与转速方向相反,为制动转矩。可以限制转速的进一步上升。优点:电流与电压方向相反,电能回馈到电网。,3、反接制动,操作:电源反接 ,电枢串电阻。,原理:电源反接,电流反向且很大,为了限制电流必须串电阻,转矩反向,方向与转速方向相反,为制动转矩。注意:电机停转以后要把电源切除,否则电机将反转。,(补充作业:)一台并励直流电动机UN=220V、IN=80A、rf=88、N=0.85、nN=1000r/min、ra=0.08、2U=2V,试求:(1)P1、PN、p、pa、pb、pf、p 、pFe+pmec(2)T、T2、T0,

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