直流电机的建模与特性(第部分)hq.ppt

第2章 直流电机的建模与特性分析（第2部分） 2.7 直流发电机的运行特性及自励建压过程 2.9 串励直流电动机的机械特性 2.9.1 串励直流电动机的人工机械特性 2.10 复励直流电动机的机械特性 2.11 直流电机的换向 当负载较轻、磁路未饱和时，由式（2-18）得： 。于是： （2-54） 则机械特性变为： （2-56） 根据式（2-56）并结合上述结论，得串励直流电动机的固有机械特性曲线如图2.44所示。 图2.44 串励直流电动机的机械特性 值得一提的是：当负载较轻时，由式（2-56）可见，随着 ，转速 。 结论：串励直流电动机不允许轻载或空载运行。 当负载较重、磁路饱和时， 近似不变。此时，转速随转矩的增加线性下降。 通过改变下列控制参数和控制量便可获得各种情况下的人工机械特性： 电枢回路串电阻； 降低电源电压； 在串励绕组两端并联电阻实现弱磁； 在电枢两端并联电阻实现增磁； 下图给出了各种情况下串励直流电动机的人工机械特性。 图2.45 串励直流电动机的人工机械特性。 1-固有机械特性 2-电枢回路串电阻时的人工机械特性 3-励磁绕组并联电阻时的人工机械特性 4-电枢回路并联电阻时的人工机械特性 图2.46 复励直流电动机的接线图 积复励直流电动机的机械特性介于并励（或他励）和串励直流电动机之间，如图2.47所示。为便于比较，图2.47还同时绘出了并励和串励电动机的机械特性曲线。 图2.47 复励直流电动机的机械特性 1—并励 2—串励 3—复励 定义: 换向是指：电枢元件在经过电刷前后其中的电流方向的改变。 换向过程如图图2.48所示。 图2.48 电枢绕组元件的换向过程示意图 直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向改变，即换向。 2.11 换向概述 电枢移到电刷与换向片2接触时，元件1的被短路，电流被分流。如b图所示。 电刷与换向片1接触时，元件1 中的电流方向如a图所示，大小为 。 电刷仅与换向片2接触时，元件1 中的电流方向如c图所示，大小为 。 为了分析方便假定换向片的宽度等于电刷的宽度。 * * A、直流发电机的运行特性 1、空载特性 定义： 在 、 条件下，正负电刷之间的空载端电压与励磁电流之间的关系曲线 ，即为空载特性。 图2.17 他励直流发电机的空载特性 2、外特性 定义： 在 、 条件下，端部输出电压与输出电流之间的关系曲线 ，即为外特性。 对于他励直流发电机，外特性可通过电压方程式（2-27）获得： （3-37） 图2.33 各种励磁方式下直流发电机的外特性 1--—积复励 2—他励 3—并励 结论: 对他励直流电动机，影响端部电压随负载增加而下降的因素： 负载电流增加，电阻压降增加； 电枢反应的去磁作用造成每极磁通减小，引起感应电势下降。 定义: 电压变化率 ： 在 ， 的条件下， （2-38） 式中， 为直流发电机的空载端电压。 图2.33 中，显然，并励直流发电机的电压变化率大于他励直流发电机。主要原因为： 负载电流增加，电阻压降增加； 电枢反应的去磁作用造成每极磁通减小，引起感应电势下降； 随着电枢电压下降，励磁电流减少，引起每极磁通和相应感应电势的进一步下降； 3、调节特性 定义： 在 、 条件下，负载输出电流与励磁电流之间的关系曲线 ,即为调节特性。 图2.34 他励直流发电机的调节特性 从外特性可知，负载电流增加时，发电机的端电压要下降，如要维持端电压为一常值，励磁电流应相应地增加，以抵消电枢反应的去磁作用和电枢回路电阻压降的作用。 4、效率特性 定义： 电机的效率定义为输出功率 与输入功率 之比，即： （2-39） 式中，总损耗为： （2-40） 其中，不变损耗即空载损耗为： 。 可变损耗为： 对Ia求导 当可变损耗等于不变损耗时，其效率最高。 效率特性的这一特点具有普遍意义，可适用于各种电机。 设计制造电机时，通常要求在额定运行附近的效率最高。(实际上额定运行点并不是效率最高) 通常在设计电机时，需要将各种损耗作适当的分配，使最大效率出现在（0.75~1）PN范围内，