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并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組是與電樞并聯(lián)的，要產(chǎn)生勵(lì)磁電流If，電樞兩端必須要有電壓，而在電壓建立起來之前，If=0,沒有勵(lì)磁電流，電樞兩端又不可能建立起電壓，因此有必要在分析并勵(lì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性前，先討論一下它的電壓建立過程，也稱為“自勵(lì)過程”。,2.5 并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī),一、并勵(lì)直流發(fā)電機(jī),1、自勵(lì)過程,設(shè)發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，由于電機(jī)有一定的剩磁，在發(fā)電機(jī)的端點(diǎn)將會(huì)有一個(gè)不大的剩磁電壓。這時(shí)把并勵(lì)繞組并接到電樞上去，便有電流流過勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生一個(gè)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的磁場與剩磁同方向，使電機(jī)內(nèi)的磁場得到加強(qiáng)，從而使電機(jī)的端電壓升高。在這一較高端電壓的作用下，勵(lì)磁電流又進(jìn)一步升高，如此反復(fù)作用，發(fā)電機(jī)的端電壓便“自勵(lì)”起來。,1-空載特性 2-場阻線 3-臨界場阻線,發(fā)電機(jī)的電壓能否穩(wěn)定在某一數(shù)值？,自勵(lì)條件,1）發(fā)電機(jī)的主磁極必須要有一定的剩磁。,2）勵(lì)磁繞組與電樞的聯(lián)接要正確，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場與剩磁同方向。,3）勵(lì)磁回路的總電阻要小于臨界電阻。,若在某一轉(zhuǎn)向下，勵(lì)磁繞組與電樞的聯(lián)接能使電機(jī)自勵(lì)，則改變轉(zhuǎn)向后，電機(jī)便不能自勵(lì)。這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)向改變后，剩磁電壓的方向也隨之改變，由此產(chǎn)生的勵(lì)磁電流對(duì)剩磁起去磁作用。所以，所謂勵(lì)磁繞組與電樞的連接正確是對(duì)某一旋轉(zhuǎn)方向而言的。發(fā)電機(jī)應(yīng)按制造廠規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)行。,由于對(duì)應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速，電機(jī)的空載特性位置不同，因此對(duì)應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速便有不同的臨界電阻。如果保持勵(lì)磁回路的總電阻不變，發(fā)電機(jī)在高速時(shí)能自勵(lì)，而在低速時(shí)也許就不能自勵(lì)（為什么？）。,2、運(yùn)行特性,并勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性和調(diào)節(jié)特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)無多大差別。只分析并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性。,定義：在n=nN、Rf=RfN=常數(shù)（注意：不是If=常數(shù)）時(shí)，U=f（I）的關(guān)系曲線。,將電機(jī)拖到額定轉(zhuǎn)速，使電機(jī)自勵(lì)建立電壓，然后調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和負(fù)載電流，使電機(jī)達(dá)到額定運(yùn)行狀態(tài)，即U=UN、I=IN,此時(shí)勵(lì)磁回路的總電阻即為RfN。保持RfN不變，求取不同負(fù)載時(shí)的端電壓，就可得到圖中曲線1所示的外特性曲線，圖中曲線2表示接成他勵(lì)時(shí)的外特性。,比較兩條曲線，可以看出并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性有兩個(gè)特點(diǎn),1）并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率較他勵(lì)時(shí)大，這時(shí)因?yàn)樗麆?lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流If=IfN=常數(shù)，它不受端電壓變化的影響；而并勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流卻隨電樞端電壓的降低而減小，這就使電樞電動(dòng)勢(shì)進(jìn)一步下降。因此并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性比他勵(lì)時(shí)要下降得快一些。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整一般在20%左右。,2）穩(wěn)態(tài)短路電流小 ，當(dāng)負(fù)載電阻短路時(shí)（R=0），電樞端電壓U=0，勵(lì)磁電流If也為零。這時(shí)電樞繞組中的電流由剩磁電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生。由于剩磁電動(dòng)勢(shì)不大，所以穩(wěn)態(tài)短路電流也不大。,,,并勵(lì)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)短路電流雖然不大，若發(fā)生突然短路，則因?yàn)閯?lì)磁繞組有很大的電感，勵(lì)磁電流及其所建立的磁通不能立即消失，因此短路電流的最大值仍可達(dá)到額定電流的8-12倍，還是有損壞電機(jī)的危險(xiǎn)。,強(qiáng) 調(diào),二、直流電動(dòng)機(jī),1 直流電機(jī)的可逆原理,以他勵(lì)電機(jī)為例說明可逆原理：把一臺(tái)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)于直流電網(wǎng)上運(yùn)行保持電源電壓不變。,一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是直流電機(jī)的可逆原理。,,減少原動(dòng)機(jī)的輸出功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定程度時(shí)，使得 ，此時(shí)電樞電流為零，發(fā)電機(jī)輸出的電功率為零，原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械功率僅用來補(bǔ)償電機(jī)的空載損耗。,繼續(xù)降低原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，將有 ，電樞電流反向，這時(shí)電網(wǎng)向電機(jī)輸入電功率，電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行。,同理，上述的物理過程也可以反過來，電機(jī)從電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到發(fā)電機(jī)狀態(tài)。,2 直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類,直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流都是由外電源供給的，和直流發(fā)電機(jī)相似，勵(lì)磁方式不同也會(huì)使直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生很大差異。,按照勵(lì)磁方式的不同，直流電動(dòng)機(jī)可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。,一）、他勵(lì)電動(dòng)機(jī),電樞繞組和勵(lì)磁繞組分別由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。,二）、并勵(lì)電動(dòng)機(jī),勵(lì)磁繞組和電樞并聯(lián)，由同一電源供電。,三）、串勵(lì)電動(dòng)機(jī),勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)后再接于直流電源，如圖所示。,四）、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī),有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，它也分積復(fù)勵(lì)和差復(fù)勵(lì)兩類。差復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，實(shí)際上不采用。,3 直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式,（1）、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式,直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，設(shè)電樞兩端外加電壓為U，電樞電流為Ia，電樞電動(dòng)勢(shì)為Ea，則從電動(dòng)機(jī)的工作原理可以知道，這時(shí)Ea與Ia是反向的，即Ea是個(gè)反電動(dòng)勢(shì)。,U=Ea+IaR+2△Ub,式中 R——電樞電路總電阻，R=Ra+Rpa，包括電樞電阻Ra和與電樞串聯(lián)的附加電阻Rpa。,若以U、Ea、Ia的實(shí)際方向?yàn)檎较?，則可列出直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：,（2）、轉(zhuǎn)矩平衡方程式,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是個(gè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動(dòng)機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz及空載轉(zhuǎn)矩TO 相平衡，即,Tem=TZ+TO,可見，電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩Td只是電磁轉(zhuǎn)矩的一部分，它與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，即：,Td=Tem-TO=TZ,(3)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)功率平衡方程式,直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，從電網(wǎng)吸取電功率P1，除去電樞回路的銅損耗pcua，電刷接觸損耗pcub及勵(lì)磁回路銅耗pcuf，其余部分便是轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率的電磁功率Pem，所以直流電動(dòng)機(jī)的電磁功率Pem也就是電樞所發(fā)出的全部機(jī)械功率Temω。,從電的觀點(diǎn)來看，由于電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)是個(gè)反電動(dòng)勢(shì)，它與Ia反向，所以EaIa表示電樞所吸收的電功率。因此和發(fā)電機(jī)一樣，電動(dòng)機(jī)的電磁功率：,Pem=Temω=EaIa,電磁功率并不能全部用來輸出，它必須補(bǔ)償機(jī)械損耗pΩ、鐵耗pFe和附加損耗ps，最后剩下的部分才是對(duì)外輸出的機(jī)械功率P2,Pem=（PΩ+PFe+Ps）+P2=PO+P2,直流電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式：,P1=UI=(Ea+IaRa+2△Ub)（Ia+If） =pcua+pcub+pcuf+Pem =（pcua+pcub+pCuf）+（pΩ+pFe+ps）+P2 =Σp+P2,直流電動(dòng)機(jī)的功率圖,,1、轉(zhuǎn)速特性,4、他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的工作特性,定義：當(dāng) 、 時(shí)，,由方程式可得,忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化,2、轉(zhuǎn)矩特性,轉(zhuǎn)矩表達(dá)式,考慮電樞反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)矩上升的速度比電流上升的慢。,定義：當(dāng) 、 時(shí)，,3、效率特性,由方程式可得,空載損耗為不變損耗，不隨負(fù)載電流變化，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)效率較低，輸入功率大部分消耗在空載損耗上；負(fù)載電流增大，效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流增大到一定程度時(shí)銅損快速增大此時(shí)效率又變小。,定義：當(dāng) 、 時(shí)，,結(jié) 束,