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第三章 直流电机 换向器 3.2 直流电枢绕组 主磁场的气隙磁密的空间分布 1.电刷在几何中性线位置时的电枢反应 3.4 电枢的感应电动势和电磁转矩 二、直流电机的电磁转矩 2、直流电动机的运行特性 （2）转矩特性 转矩方程 (2)电枢回路接入变阻器起动 为限制起动电流，起动时在电枢回路接入起动 电阻Rst，待转速上升后逐步将起动电阻切除。 起动电流变为 起动变阻器种类很多，右图为三点起动器。 使用步骤： (1)励磁回路变阻器调为零; (2)手柄从0位移到1位，励磁绕组接通主磁场建立；电枢绕组接通，全部起动电阻加载电枢回路。 (3)随转速增加，把手柄移过一个触点，切除一段电阻，直到手柄移到触点5; 三点起动器常用于小容量并励电动机中。 直流电动机转速公式 据此，调速方法有两种： (1)电枢控制：调节电枢电压或者在 电枢电路中接入调速电阻； (2)磁场控制：调节励磁电流。 他励和并励电动机速度调节 (1)电枢回路接入调速电阻 电枢电路接入调速电阻后，机械特性 斜率将随之增大，他和负载特性交点 逐步下降，电动机转速下降。 右图为并励（他励）电动机 (2)调节电枢电压 电枢采用专用直流电源(可控整流电源) 单独供电，励磁由另一电源他励。提高 或降低电枢端电压U，电动机转速将相 应升高或降低。(U1U2U3) 电力拖动系统中，有时要求电动机尽快停转，或者高速运行很快 转入低速运行，此时需要进行制动。下面介绍：能耗制动、反接 制动和回馈制动。 能耗制动： 制动时，保持励磁电流不变，用开关 Q将电枢两端从电网断开，并立即将它 接到一个制动电阻RL上。 电机内主磁通保持不变，电枢因惯性 继续旋转，电机由电动机变成发电机。 发电机的电磁转矩为制动转矩，使得 转速迅速下降。 能耗制动时，转速动能大部分转换成 电能，消耗在制动电阻上。 反接制动 保持励磁电流不变的条件下，利用倒向开关 Q把电枢两端反接到电网，此时电枢电流将 变为负值，根据 原电流 现电流 电流相当大，随之产生很大制动性质的电磁转矩 使电机停转。 优点：很快使机组停转。 缺点：电枢电流过大。为此，反接时必须接入足够电阻RL，限制 电流。此外转速下降到零时，必须及时断开电源，否则将反转。 回馈制动 串励电动机驱动的电车或电力机车下坡时，如果不制动，机车速度会越来越高(串励电动机机械特性，n随T2减小而增大)。此时，如果把串励改为他励，由其他电源供给适量的励磁电流，电枢仍接到电网上，当转速高于某一数值时，电枢电动势EaU,电机将进入发电机状态；此时，电磁转矩将制动，限制转速继续上升。 此法将下坡时机车位能转换为电能回馈给电网，称为回馈制动。 【例3-1】并励电动机，数据为PN=2.6kW,UN=110V,IN=28A(线路电流)，nN=1470r/min,R=0.15Ω,RfN=138Ω。设在额定负载下，电枢回路接入0.5Ω电阻，若不计电枢电感的影响，并略去电枢反应，计算：(1)接入电阻瞬间电枢的电动势、电枢电流和电磁转矩；(2)若负载转矩不变，求稳态时电动机转速。 解： 对于并励电动机，PN为输出机械功率，UN为电枢端电压，IN为线路电流(I=Ia+If)。 (1)求接入电阻瞬间电枢电动势Ea 根据Ea=CenΦ可知，接入电阻前后，这三个量都没有变化，因此接入电阻前后的电枢电动势Ea相等，因此可以求额定状态时的电动势EaN。根据电压方程： 只有电枢电流IaN未知，可根据 直流发电机基本方程小结 N S RL T1 Tem T0 n Ea Ia + - U Pcu P2 Pem 电压：Ea=IaRa+U 转矩：T1=T0+Tem 功率：P1=p0+pcu+ P2 P1 P0 定义：当 、 时， 空载特性曲线上升分支 空载特性曲线下降分支 平均空载特性曲线 1、他励发电机的空载特性 A Rr Uf - + If G A + - V K RL n 3.6 直流发电机的运行特性 O If U0 Er 剩磁感应 电动势 空载特性 空载时， 。由于 ，因此空载特性实质上就是 。由于 正比于 ，所以空载特性曲线的形状与空载磁化特性曲线相同。 空载特性曲线上升分支 空载特性曲线下降分支 平均空载特性曲线 定义：当 、 时， 外特性 A Rr Uf - + If G A + - V K RL n O I U n = nN If = IfN IN UN U0 外特性