电机拖动第四章(直流发电机)

电机与拖动基本方程他励发电机特性并励发电机直流发电机电机与拖动第四章直流发电机本章要求：熟练掌握直流发电机的基本方程，并能正确使用。掌握基本概念：物理量的正方向，电机的稳态运行。直流发电机的空载特性、负载特性、外特性以及调节特性。掌握直流并励发电机自励条件，并能正确判断直流并励发电机无法自励原因。熟练掌握直流发电机的空载特性和外特性，其它特性一般掌握。电机与拖动第一节直流发电机的基本方程以电路、力学、能量守恒的基本定律为基础，建立直流电机电压、转矩、功率三个平衡方程（稳态）。一、电压平衡方程正方向规定如图示：baaaUrIUE电刷压降绕组内阻aaaRIUE包括绕组内阻和电刷接触电阻的电枢总内阻上下NSRLT1TemT0nEa+-UIaCen电机与拖动二、转矩平衡方程当发电机输出功率增加时，输出电流Ia增大、Tem增大，必须加大外力矩T1才能维持正常运转。1、当发电机空载运行时，其转子的阻转矩只有T0。转矩平衡方程：T1=T0。2、当发电机负载运行时，其转子的阻（制动）转矩有:T0和电磁转矩Tem。转矩平衡方程为：T1=T0+Tem发电机必须有外力矩T1，才能维持正常运转。上下NST1TemT0n+-UIaT1其中：aTemICT电机与拖动三、功率平衡方程RL0em1TTT0em1TTT0em1pPP输入机械功率:TP11电磁功率:TPemem1、机械功率平衡方程空载损耗功率:Tp00sFemec0pppp摩擦损耗铁损耗附加损耗上下NST1TemT0nEa+-UIa其中：电机与拖动2、电功率平衡方程aIaaaRIUEa2aaaaRIUIIEcu2empPP电枢的电磁功率:IEPaaemP2：输出功率pcu：电枢铜耗上下NSRLT1TemT0nEa+-UIa外力矩T1为了克服制动电磁转矩Tem供机械力矩（功率Pem）；它转换成了电磁功率传给了电枢。电机与拖动3、机电能量转换关系发电机将从转轴上输入的克服电磁转矩的机械功率转换成电功率。该电功率为EaIan602Ia2NPIna60NPInCIEaaaeaaemaTTIC电磁功率：Pem=EaIa=Tem上下NSRLT1TemT0nEa+-UIa电机与拖动4、功率分配2cu0em01PppPpP5、效率%100PpP%100PP11126、功率流程P1p0pcuPemP2上下NSRLT1TemT0nEa+-UIa电机与拖动直流发电机基本方程小结NSRLT1TemT0nEaIa+-UP2电势：Ea=IaRa+U转矩：T1=T0+Tem功率：P1=p0+pcu+P2上下P1P0电机与拖动第二节他励发电机特性直流发电机中，物理量：U（端电压）、Ia（电枢电流）、If（励磁电流）两两间的变化关系称为发电机特性。它们包括空载特性：U=f（If），Ia=0，nN=C外特性：U=f（Ia），If=C，nN=C调节特性：If=f（Ia），U=C，nN=C上下UUfEaIa电机与拖动一、空载特性U=f(If)U0UfEa当n=nN且Ia=0时，U与If关系也等于Ea与If关系，即Ea=f(If)Ea，Ea=f(If)曲线与电机磁化曲线=f(If)相似Ea=f(If)曲线也有磁滞现象注意：空载实验时，If只能单方向调节。上下EaIf0电机与拖动二、外特性U=f(Ia)当If=IfN，n=nN时，U与Ia的关系UUfEaRLIa曲线下降原因：U=Ea-IaRa1、电枢反应去磁，使Ea减小。2、内阻Ra有压降。(主要)电压变化大小用U表示，称为电压变化率U=U0-UNUN100%他励U=（5~10）%上下UIaINU0UN0电机与拖动三、调节特性If=f(Ia)当n=nN,U=C时，If与Ia关系UUfEaRLIaRrIfIaIfIf00上下电机与拖动第三节并励发电机UUfEaIaRrIfIL并励发电机：Ia=IL+IfUf=U一、空载电压建立的物理过程有剩磁r电机转EaIf正反馈上下发电机何时建立起一个稳定的直流电压？该电压为多大？电机与拖动并励发电机的稳定空载电压必须同时满足两个方程（两条曲线），即空载曲线U0=f(If)和励磁回路电阻线U0=Uf=IfRf总。U0UfEaIaRrIfILU0IfEr0A上下电机与拖动二、并励发电机的自励条件1、有剩磁；2、励磁绕组极性正确；3、励磁回路的总电阻必须小于相应转速下的临界电阻当n不变时，Rf总增加，励磁回路电阻线斜率会增加。当电阻线与空载曲线直线段重合时，无固定交点，U0不稳定，此状态叫临界状态。此时Rf总叫临界电阻。Ea=Cen，n不同空载曲线高度不同，临界电阻也不同U0IfEr0n1n2上下电机与拖动三、外特性U=f(I)当Rf总=C，n=nN时，U与I关系UUfEaIaRrIfIRLUIINU0并励U=（20~30）%他励U=（5~10）%1、U下降原因1）Ra压降2）电枢反应去磁3）U=UfEaU上下电机与拖动UUfEaIaRrIfIRLUIINU0并励U=（20~30）%他励U=（5~10）%2、拐弯原因当RL较大时，I小,Ea基本不变I=（Ea-IaRa）/RLRL小时，U=UfEaI=（Ea-IaRa）/RL上下当RL=0时，Ea=剩磁电势，I达到最小。注意：虽然并励直流发电机稳态短路电流小，但不能突然短路，因为暂态冲击电流会很大。电机与拖动作业：3-14；3-15；3-19；3-21；电机与拖动思考题1、一台四级直流发电机（单叠绕组），如果一个电刷脱落，绕组内部是否有环流出现？刷间电势大小是否会改变？电枢电流大小是否受到影响？2、如何改变直流发电机电枢电势的大小的极性？3、并励直流发电机能自励的基本条件是什么？上