直流电机的的基本方程式和运行特性

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1、第十九章直流电机的基本方程式和运行特性19.1直流发电机的基本方程式+-EaRfΦIIaIfT1TT0nU并励发电机正方向：按发电机惯例规定电枢电流Ia和电枢电动势Ea方向一致T1（原动机输入驱动转矩）与转速n同向；电磁转矩T和n反向，为制动转矩PM=EaIa=TΩ，将轴上输入的机械功率转换成电枢回路的电功率19.1.1电势平衡方程式电势方程:式中:－电枢电阻－励磁回路总电阻－励磁绕组电阻－励磁绕组调节电阻注：发电机中必有Ea>U－电刷接触压降+-EaRfΦIIaIfT1TT0nU并励发电机rΩ19.1.2转矩平衡方程式T1－转轴上输入的是机械转矩T0－阻力转矩（如摩擦，铁耗

2、，风阻等）T－电磁转矩转矩方程式+-EaRfΦIIaIfT1TT0nU并励发电机19.1.3直流发电机的损耗、功率平衡方程式原动机输入功率电磁功率机械损耗pm：轴与轴承摩擦、电刷与换向器摩擦、通风损耗等。这些损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。电机损耗铁心损耗pFe:电枢铁心中磁场交变，会产生涡流损耗和磁滞损耗。铁耗近似与磁密的平方及转速的1.2～1.5次方成正比。励磁损耗pCuf:pCuf=UfIf=If2Rfpm+pFe+pad统称为空载损耗(不变损耗)。附加损耗（也称杂散损耗）pad:齿槽引起磁场脉动引起的铁耗，一些机械部件切割磁通产生的铁耗等pad=(0.

3、5～1)%P2直流发电机功率流程图发电机效率注：额定负载时，直流发电机的效率与容量有关。10kW以下的小电机，效率为75％～88.5％；10～100kW的电机，效率为85％～90％；100～1000kW的电机效率为88％～93％其中负载损耗：电枢回路电阻损耗pCua=Ia2Ra;电刷接触压降损耗（可变损耗）例一台四极并励直流发电机的额定数据为：PN=6kW,UN=230V,nN=1450r/min,电枢回路电阻ra=0.92Ω,励磁回路的电阻Rf=177Ω,2ΔU=2V，损耗pFe＋pm＝295W。试求额定负载下的电磁功率、电磁转矩及效率（杂散损耗取输出功率的1％）。解：额定

4、电流励磁电流额定负载时的电枢电流额定负载时的电枢电势额定运行时的电磁功率电磁转矩额定负载时发电机的输入功率效率19.2直流发电机的运行特性发电机运行时，由原动机转带动，保证其恒速运行，一般认为转速恒定表征其运行状态的物理量主要有：发电机的端电压U、负载电流I和励磁电流If当发电机正常稳态运行时，3个物理量中1个保持不变，另外2个之间的关系称为发电机的运行特性①负载特性②外特性③调节特性n＝常数、I＝常数时，U=f(If)的关系。其中，当I＝0时的特性U0=f(If)称为发电机的空载特性n＝常数、If＝常数（并励时Rf＝常数）时，U=f(I)的关系n＝常数、U＝常数时，If=f

5、(I)的关系19.2.1它励直流发电机的空载特性定义：n=常数，I=0时，U0=f(If)的关系结论：经过一定比例转换后，开路特性U0=f(If)与电机的磁化曲线Φ=f(Ff)形状完全相同。一般电机的工作点位于开路特性上曲线开始弯曲的膝点附近。据此可以判断电机的饱和程度。+-EarfΦIIfUVA改变励磁电流If以改变主磁通Φ的大小，可得到不同的空载电势Ea值。绘制U0＝f(If)曲线—空载特性曲线气隙线Uf19.2.2它励直流发电机的外特性定义：n=常数，If=常数时，U=f(I)的关系保证If=常数，改变负载（负载电流I）的大小，测得到不同的端电压U值。绘制U＝f(I)曲

6、线—外特性曲线结论：外特性U=f(I)是略微下垂的曲线电压调整率：从空载到满载电压变化的程度注：一般他励直流发电机ΔU=（5~10）%,可认为是恒压源他励发电机端电压下降的原因1、电枢电流Ia增加，引起电枢压降IaRa增大2、发电机负载增加，由于电枢反应的去磁作用使气隙磁通减少，导致电势Ea下降分析根据公式19.2.3它励直流发电机的调节特性定义：n=常数，U=UN，If=f(I)的关系保证U=UN，改变负载（负载电流I）的大小，测得到不同的励磁电流If值。绘制If＝f(I)曲线—调节特性曲线结论：调节特性If=f(I)是上翘的曲线当电压上升到P点时，If将稳定19.2.4并

7、励直流发电机的自励条件和特性EarfIIaIfrΩ自励：励磁绕阻并联于电枢绕组两端，由发电机本身的端电压提供励磁，而发电机的端电压又必须在有了励磁电流后才能产生，所以并励发电机由初始的U=0到正常运行时U为一定值，有一个自己建立电压的过程(自励过程)。Φ自励同时受到空载特性和励磁回路方程的限制并励发电机的自励条件1、电机中应有剩磁2、励磁绕组与电枢绕组连接与电枢的方向必须正确配合，使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致3、励磁回路电阻小于与电机运行转速相应的临界电阻。（对应不同的转速有不同的临界电阻）临