直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)(已修改)
2025-05-26 21:35 本頁(yè)面
【正文】 第三章 直流電機(jī)及其控制系統(tǒng) 第一節(jié) 直流電機(jī)的基本原理 ? 直流電機(jī)電刷間的感應(yīng)電勢(shì)為： ? 式中： φ：一個(gè)磁極的磁通； n：電樞轉(zhuǎn)速； KE： KE =pN/60a是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有 關(guān)的常數(shù)。 a：電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)。 ? 如將圖 31中與電刷相連的負(fù)載去掉，使之通入直流電源，電流流入電樞線圈，再將原動(dòng)機(jī)作為機(jī)械負(fù)載。 ? 兩個(gè)有效邊導(dǎo)體受到的電磁力方向一致，電樞因產(chǎn)生扭矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，圖 31就變成了直流電動(dòng)機(jī)。 ? 當(dāng)電樞在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈也要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相反 —— 反電動(dòng)勢(shì) ? 發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì) —— 電源電動(dòng)勢(shì) ? 直流電機(jī)電樞繞組中的電流（電樞電流 Ia） ? Ia與磁通 φ相互作用產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩可表示為： ? 式中： φ：一個(gè)磁極的磁通； ? Ia：為電樞電流。 ? KT=pN/2πa是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。 ? KT = KE ? p：磁極對(duì)數(shù)； ? a：電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)。 ? N：切割磁通的電樞總導(dǎo)體數(shù)。 ? 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為阻轉(zhuǎn)矩，它與電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的方向（原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩方向）相反。 ? 在等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T1與發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 T和空載損耗轉(zhuǎn)矩 T0相平衡。 ? 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是使電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 ? 在等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 T需與電機(jī)軸輸出的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T2及空載損耗轉(zhuǎn)矩 T0相平衡。 ? 在電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電樞電流及轉(zhuǎn)矩將自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化。 第二節(jié) 直流電機(jī)的構(gòu)造 第三節(jié) 直流發(fā)電機(jī)的分類(lèi)和運(yùn)行特性 ? 一、按勵(lì)磁方法分類(lèi) ? 直流發(fā)電機(jī)內(nèi)的磁通是在主磁極的勵(lì)磁繞組內(nèi)通以直流電產(chǎn)生的。 —— 勵(lì)磁電流。 ? 勵(lì)磁電流如果由獨(dú)立的直流電源供給 —— 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。 ? 勵(lì)磁電流若由發(fā)電機(jī)本身供給 —— 自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。 ? 自勵(lì)直流發(fā)電機(jī) —— 并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì) 二、直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 ? ㈠ 他勵(lì)發(fā)電機(jī) ? 上圖中： ? RL—— 負(fù)載電阻 ? IL—— 負(fù)載電流 ? Rf—— 勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻 ? Ra—— 電樞電阻 ? Ia—— 電樞電流 ? E—— 發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì) ? U—— 發(fā)電機(jī)輸出端電壓 ? 根據(jù)電路原理，可得： ? 當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時(shí)： ? ⒈ 空載特性：當(dāng)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速 n為常數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁電流的關(guān)系 —— 空載特性曲線。 ? ⒉ 外特性：轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁電流不變 電壓變動(dòng)百分?jǐn)?shù)： ? ⒊ 調(diào)節(jié)特性：當(dāng)轉(zhuǎn)速 n為常數(shù)時(shí)，同時(shí)保持 U=UN為常數(shù)時(shí)，勵(lì)磁電流 If與電樞電流 Ia之間的關(guān)系曲線。 ? ㈡ 并勵(lì)發(fā)電機(jī) ? 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓、電流的關(guān)系為： ? 式中： U為發(fā)電機(jī)端電壓、 Rf為包括電位器在內(nèi)的勵(lì)磁回路的總電阻。 ? ⒈ 空載特性（ n不變） ? ⒉ 外特性（ n不變、 Rf不變） ? 對(duì)并勵(lì)發(fā)電機(jī)，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)（即外電路電阻減?。?，負(fù)載電流 IL增加，當(dāng)負(fù)載增加到一定程度，電流達(dá)到最大 ILm 。若負(fù)載電阻繼續(xù)減小，電流則不在增加，反而減小，當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，僅有不大的短路電流 Ia。 ? 并勵(lì)發(fā)電機(jī)輸出短路的危險(xiǎn)性比他勵(lì)發(fā)電機(jī)小。 ? ⒊ 調(diào)節(jié)特性 ? 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性與他勵(lì)發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性相似。 ? 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓變動(dòng)百分?jǐn)?shù) ΔU%較他勵(lì)大。 ㈢ 串勵(lì)發(fā)電機(jī) ? 發(fā)電機(jī)空載時(shí)，由于 Ia=If=IL=0，所以空載特性無(wú)法畫(huà)出。 ? 對(duì)串勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性： ? 當(dāng) IL =0時(shí)， U=E’為剩磁電動(dòng)勢(shì)。 ? 接入負(fù)載后，負(fù)載電流增加，勵(lì)磁電流亦增加，電動(dòng)勢(shì)升高。當(dāng)電壓上升到一定限度后，由于磁路趨于飽和，磁通及電勢(shì)增加不大。 ? 當(dāng)負(fù)載電流再增加時(shí)，由于電樞反應(yīng)及電樞電阻壓降增大，使輸出電壓反而降低。 ? 由上可知，串勵(lì)發(fā)電機(jī)的端電壓 U在負(fù)載變動(dòng)時(shí)，極不穩(wěn)定。 ㈣ 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī) ? 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)在磁極上有兩個(gè)勵(lì)磁繞組：一個(gè)繞組與電樞并聯(lián)，導(dǎo)線細(xì)匝數(shù)多 —— 并勵(lì)繞組；另一個(gè)繞組與電樞串聯(lián)，導(dǎo)線粗而匝數(shù)少 —— 串勵(lì)繞組。 ? 發(fā)電機(jī)空載時(shí)，串勵(lì)繞組中沒(méi)有電流，故空載特性與并勵(lì)發(fā)電機(jī)相同。 ? 和復(fù)勵(lì)、差復(fù)勵(lì) ? 對(duì)和復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，由于電樞反應(yīng)、電樞電阻與串勵(lì)繞組所引起的電壓降落，可由串勵(lì)繞組的磁動(dòng)勢(shì)增強(qiáng)來(lái)補(bǔ)償。 ? 所以，和復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)在任何負(fù)載下，其端電壓 U幾乎可以保持不變。 ? 對(duì)差復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)，由于其串勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)與并勵(lì)繞組磁動(dòng)勢(shì)相反。當(dāng)有負(fù)載時(shí)，使它的磁通大為削弱，端電壓急劇下降。 ? 和復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)主要應(yīng)用于負(fù)載變動(dòng)激烈，或負(fù)載距發(fā)電機(jī)距離較遠(yuǎn)，而又需要保持端電壓相對(duì)平穩(wěn)的場(chǎng)合。 第四節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)和運(yùn)行特性 ? 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與直流發(fā)電機(jī)
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