船舶电力拖动Ⅰ 电机及拖动 教学课件 作者 宋谦 1.4.ppt

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1、第四节直流电动机运行原理与直流发电机类似，直流电动机的运行性能也与励磁方式有关，本节以他励直流电动机为例介绍直流电动机的电动势平衡方程式、转矩平衡方程式和功率平衡方程式。一、基本方程式(一)电动势平衡方程式在外加电源电压U的作用下，电枢绕组中流过电枢电流；电流在磁场的作用下，受到电磁力的作用，形成电磁转矩；在电磁转矩的作用下，电枢旋转；旋转的电枢切割磁力线，产生感应电动势，其方向与电枢电流相反，是反电动势。图1—17他励直流电动机各物理量的正方向如图1—17所示，则他励直流电动机稳定运行时的电动势平衡方程式为

2、U=Ea+Iara+2ΔU=Ea+IaRa(1—10)Vf=IfRf式中ra——电枢电阻；2ΔU——正负电刷的总接触压降(其中：碳ΔU≈1V；金属ΔU≈0.3V)；Ra——电枢电阻和电刷接触电阻之和。由直流电动机的基本工作原理知，U>Ea。(二)转矩平衡方程式对直流电动机来说，电磁转矩是拖动性质的转矩，与负载转矩TL，和空载转矩T0相平衡，即T=TL+T0(1—11)==9.55(三)功率平衡方程式直流电动机从电网吸取电能，除去电枢回路的铜损耗pCu。(包括电刷接触铜损耗)；其余部分便是电枢所吸收的电功率，即

3、电磁功率PM，也是电动机获得的总机械功率Pm，因此和发电机一样，电动机的电磁功率也可以写成：(1—12)式中:--机械角速度==n/9.55；即n=9.55ΩT=CTФIa=ФIa=9.55×CeФIa.即CT=9.55Ce电磁功率在补偿了机械损耗pm、铁耗pFe，和附加损耗ps以后，剩下的部分即是对外输出的机械功率P2，所以PM=pm+pFe+ps+P2=p0+P2(1—13)最后可写出直流电动机的功率平衡方程式为P1=PCu+PM=pCu+pm+pFe十ps+P2=∑p+P2(1—14)例1-2一台他励直

4、流电动机，UN=220V，Ce=12.4，Ф=1.1×10-2wb，Ra=0.208Ω，pFe=362W，pm=204w，nN=1450r／min，忽略附加损耗。求：(1)判断这台电机是发电机运行还是电动机运行；(2)电磁转矩、输入功率和效率。解(1)判断一台电机的工作状态，可以比较电枢电动势Ea与端电压U的大小，即Ea=CeФn=12.4×1.1×10-2×1450=197.8V因为U>Ea，故此电机为电动机状态运行。(2)由式(1—28)得：T=CTФIa=9.55×CeФIa=9.55×12．4×1.1

5、×10-2×106.7≈139NmP1=UIa=220×106.7≈23.47kWP2=PM—pFe—pm=EIa—pFe—pm=197.8×106.7—362—204=20.54kW二、工作特性直流电动机的工作特性是指U=UN，励磁电流If=IfN，电枢回路不外串任何电阻时，电动机的转速n、电磁转矩T和效率η分别与输出功率P2之间的关系。在实际运用时，因为电枢电流Ia较易测量，且Ia随输出功率的变化而变化，所以电动机的工作特性常表示为电动机的转速n、电磁转矩T、效率η分别与电枢电流之间的关系，如图1—18所

6、示。图1—18直流电动机工作特性(一)转速特性转速特性是指当U=UN、If=IfN，电枢回路不外串任何电阻时，电动机的转速与输出功率之间的关系，即n=(P2)。由U=Ea+IaRa和Ea=CeФn得转速公式(1—15)当输出功率增加时，电枢电流增加，电枢压降IaRa增加，使转速下降；同时由于电枢反应的去磁作用，使转速上升。上述二者相互作用的结果，使转速的变化很小。电动机转速随负载变化的稳定程度用电动机的额定转速调整率△nN％表示：△nN％=×100％(1—16)式中n0——空载转速；nN——额定负载转速。并励

7、直流电动机的转速调整率很小，△nN％约为3％～8％。(二)转矩特性转矩特性是指U=UN、If=IfN、电枢回路不外串任何电阻时，电动机的电磁转矩与输出功率之间的关系，即T=(P2)。由式TL=可知，当负载增加、转速略有下降时，T=(P2)的关系曲线略向上弯曲。根据转矩平衡方程式T=TL+To，在TL=(P2)的曲线上叠加空载转矩曲线可得T=(P2)的关系曲线。(三)效率特性直流电动机的效率特性与发电机相同，此处不再赘述。第五节直流电机的换向直流电机的电枢绕组是一闭合绕组，由电刷把这一闭合电路分成若干支路，每个

8、支路的元件个数相等。一个电刷所连接两条支路的电流方向相反，当电枢旋转时，绕组元件从一个支路，经电刷短路，进入另一个支路，电流方向要发生变化。元件中电流改变方向的过程，称为换向。直流电机的换向非常关键，换向不理想会使电刷和换向器之间产生火花，严重时会烧坏换向器与电刷，使电机不能正常工作。国家有关标准对电机换向时产生的火花等级与允许的运行状态有一定的规定。电磁、机械、电化学、电热等很多方面的因素均会对换