串激式直流发电机.PPT

9.1 直流電動機簡介 　　目前直流電動機依舊受歡迎有幾個原因。一是在汽車、卡（貨）車和飛機上仍使用直流電。當交通工具（vehicle）是使用直流電力時，很明顯地，會使用直流電動機。直流電動機另一個應用為需要大範圍改變速度之場合。即使無現成的直流電可用，固態整流器（rectifier）和截波器（chopper）電路可以產生所需的直流電，如此即可作直流電動機之速度控制。 　　直流電動機速率調整率（SR）的定義為 （9-1） 圖 9-1 早期直流電動機︰(a) 1886年由Elihu Thompson製造之很早期直流電動機，額定大額是1/2馬力（HP）。（Courtesy of General電氣公司。）(b)本世紀出現較大之四極直流電動機。注意移動電刷至中性面的處理。（Courtesy of General電氣公司。） （9-2） 一般常用的直流電動機有五種主要的型式︰ 1. 外激式直流電動機。 2. 分激式直流電動機。 3. 永磁式直流電動機。 4. 串激式直流電動機。 5. 複激式直流電動機。 9.2 直流電動機的等效電路 　　直流電動機之等效電路如圖 9-2 所示。電樞電路以一理想電壓源 EA 與一電阻 RA 來表示。此為整個轉子構造之戴維寧等效電路，包含轉子線圈，中間極，與補償繞組，電刷壓降由一小的電池 Vbrush 與電流反方向來表示。產生磁通之場繞組由 LF 與 RF 表示。電阻 Radj 表一用來控制場電流大小之外加可變電阻。 圖 9-2 (a) 直流電動機的等效電路。(b) 省略電刷壓降以及將 Radj 合併到場電阻之簡化等效電路。 電動機內部產生的電壓可由（8-38）方程式決定 （8-38） 它感應的轉矩為 （8-49） 9.3 直流機的磁化曲線 　　EA 直接和電機的場磁通以及轉速成正比。然而此電機的內電勢和其場電流有什麼關係？ 　　電機中磁場電流所產生的磁動勢為 ? ＝NFIF。由於場電流和磁動勢成正比，EA 和場磁通成正比，因此習慣上將磁化曲線表示成在轉速 ω0 固定下 EA 和場電流的關係。 　　為了得到電機單位重量的最大功率輸出，大部分的發電機和馬達都被設計在接近磁化曲線的飽和點工作（即是在曲線的膝點處運轉）。 圖 9-3　鐵磁材料的磁化曲線（? 對 ?）。 圖 9-4 在固定轉速下表示為 EA 對 IF 的磁化曲線。 9.4 外激和分激式直流電動機 　　外激式直流電動機之等效電路如圖 9-5a 所示，圖 9-5b 為分激式直流電動機之等效電路，外激式直流電動機的場電路是由外部定電壓電源所供應，而直流分激式電動機的場電路是由電動機本身電樞端直接供給電源。 　　這些電動機的電樞電路克希荷夫電壓定律（KVL）方程式為 （9-3） 分激式直流電動機之端點特性 　　一部電動機的端點特性為輸出轉矩對速度之關係圖。 　直流分激電動機對負載的反應為何？假設分激式電動機的軸上負載增加，則負載轉矩 τload 將超過電動機所感應的轉矩 τind，結果電動機速度將會減速。當電動機速度變慢，它的內電勢會下降（EA＝K?ω↓)，則電動機的電樞電流 IA＝(VT－EA↓)/RA 會增加。當電樞電流上昇，電動機感應的轉矩會增加（τind＝K? IA↑) ，而最後在一較低的機械轉速 ω 下，感應的轉矩將會與負載轉距相等。 圖 9-5 (a) 外激式直流電動機之等效電路。 圖 9-5(續) (b) 分激式直流電動機之等效電路。 　　分激式電動機的 KVL 方程式為 VT＝EA＋IARA （9-3） 感應電壓 EA＝K?ω，則 VT＝K?ω＋IARA （9-4） 因為 τind＝K? IA，電流 IA 可表示為 （9-5） 由式（9-4）和（9-5）可得 （9-6） 可解得電動機速度為 ? （9-7） 為了使電動機速度對轉矩作線性變化，表示式內其他各項當負載變化時必須保持固定。 圖 9-6 (a) 有補償繞組消除電樞反應之直流分激或外激式電動機之轉矩-速度特性曲線。(b) 存在電樞反應之轉矩-速度特性曲線。 分激式直流電動機非線性分析 　　直流機之磁通 ? 與內電勢 EA 為其磁動勢之非線性函數。因此，任何磁勢之改變將會造成內電勢之非線性效應。 　　若電機有電樞反應，則它的磁通將隨著負載增加而減少。分激式電動機之總磁動勢為場電路磁動勢扣除電樞反應（AR）減少之磁動勢︰ ?net＝NF IF－ ?AR 　（9-11） 因為磁化曲線是