1、第5章，DC電機，上海交通大學周順榮，第23章，DC電機基本方程，第1節，以并聯勵磁DC電機為例，1。勢平衡方程，I=Ia If，(23-1)，U=E IaRa，(23-2)，2。功率平衡方程，電機的電功率輸入，(23-2)并聯勵磁電機的總損耗，(23-4)、(23-5)、(23-6)，電磁功率=，輸出功率，3。力矩平衡方程、電機的電磁驅動力矩，(23-7)，因為在由DC電機和由它拖動的機械負載組成的單元中，經常需要改變速度。當改變速度時，電機的轉子，那么，轉矩平衡方程為，(23-8)，J單元旋轉部分的轉動慣量，TC單元的總負載制動轉矩(簡化的總制動轉矩)，Tj慣性轉矩，4。效率，(23-9)

2、，DC電機的工作特性第二節，1。并聯和獨立勵磁電機的工作特性，1。速率特性n=f (ia)。電機轉速調整率，(23-11)，當并聯電機運行時，勵磁繞組不能斷開。當勵磁繞組在重負荷下斷開時，Tem將下降，電機將停止運行，反電動勢將為零，電樞電流將非常大，電機將過熱并燒毀；如果勵磁繞組在輕負載下斷開，將導致電機“飛轉”，并可能損壞電機。2轉矩特性Tem=f (Ia)，當Ia較小時，電樞反應退磁影響不大，氣隙磁通大致不變，Tem=f (Ia)為線性；當Ia較大時，電樞反應的退磁增加，所以Tem=f (Ia)比原來的直線向下彎曲。效率特性=f (Ia)，4機械特性n=f (Tem)，當U=常數且并聯勵

3、磁電機中勵磁電路的電阻為常數時，If為常數。如果忽略電樞反應的影響，它是一個恒定值。因此，n=f (Tem)是一條直線。由于Ra CE CT 2很常見，并聯電機的自然機械特性非常接近水平線。此時，由Tem的增加引起的n的減少不多。這種屬性稱為硬屬性。人工機械特性比自然機械特性軟(即，在相同電磁轉矩下轉速較低)。這是因為人工機械特性是電阻器Rj串聯在電樞電路中的原因。隨著電阻器兩端的電壓降增加，電樞兩端實際施加的電壓降低。因此，在相同的電磁轉矩(電樞電流)下，轉速將不可避免地降低。(23-12)，2。串聯勵磁電機的工作特性，1速率特性n=(Ia)，串聯勵磁電機的速度特性表達式與并聯勵磁電機(單獨

4、勵磁電機)相同，即當電機磁路飽和時，它隨Ia緩慢上升，所以N的下降程度隨Ia的增加而減小。當電機磁路為線性時，IA與Ia成線性關系，N與Ia成反比，即n=f (Ia)為雙曲線。可以看出，串勵電動機的一個特點是速度隨負載的增加而迅速下降。速度調整率，由于串聯勵磁電機在空載或輕載時，如果=Ia很小，那么也很小。從公式(23-10)可以看出，轉速會很高，這通常被稱為“超速”(危險)。這種情況可以從物理過程來分析：因為它非常小，根據關系E=CEn，電樞必須以非常高的速度旋轉，以產生足夠的反電動勢來平衡電網電壓。因此，串聯勵磁電機不允許空載運行。(23-13)，由于串聯勵磁電機不允許空載運行，根據GB7

5、55-87，串聯勵磁電機的速度調整率定義為n1/4電機在負載下的速度P2=PN 4。2轉矩特性Tem=(Ia)，電磁轉矩Tem會隨著Ia的增加而迅速上升，這是串聯勵磁電機的另一個特性。在串聯勵磁電動機中，因為如果If=Ia，當負載轉矩增加時，P1和Ia增加，如果磁路不飽和，磁通量Ia，tem=ia如果磁路高度飽和，它基本不變，Tem Ia。電磁轉矩Tem會隨著Ia的增加而迅速上升，這是串激電機的另一個特點，串激電機具有較大的起動轉矩。此外，當過載發生時，轉速n將自動下降當負荷減輕時，轉速會自動再次上升。串聯勵磁電機的這些特性特別適用于電力機車等場合。機械特性n=f (Tem)，當電機磁路為線性

6、時，則=CIa，(23-14)，代入上述公式(23-14)、(23-15)，其中，當電機磁路飽和時，則為CIa，(23-15)為了避免運輸過程中的不穩定現象，通常采用產品復合勵磁。在復合勵磁電機中，如果并聯繞組起主要作用，則其工作特性接近并聯勵磁電機。然而，當電樞反應的退磁作用很強時，仍然可以獲得遞減率的特性，以保證電機的穩定運行。此時，串聯勵磁繞組稱為“穩定繞組”；如果串聯繞組起主要作用，它的工作特性接近串聯勵磁電機。然而，卸載時沒有“超速”的危險。第3節DC電機的啟動，1。直接起動，(23-17)，以并聯電機為例，圖23-11并聯電機直接起動時電樞電流和速度的變化過程，Tst=CTIst，

7、(23-18)，2。用串聯變阻器啟動電樞電路(23-19)。當電樞電流等于設定值時，接觸器1接通。隨著轉速的進一步提高，接觸器2和3逐步接通，電樞電流在和之間變化，直至達到穩定狀態。第三，降壓起動是通過降低電機電樞端電壓來限制起動電流。降壓起動的電動機應單獨勵磁，這樣起動時電動機的勵磁電流不受端電壓變化的影響，并能保證足夠的起動轉矩。降壓起動需要特殊的DC電源。啟動時，電源電壓由小變大，電機轉速以指定的加速度上升，從而避免了大的沖擊電流。過去，DC發電機被用作特殊的DC電源，但在現代，晶閘管整流電機組經常使用。降壓起動的優點是：起動電流小，起動時能量損失小，正反向旋轉。缺點是單位投資大。因此，

8、該方法僅用于需要頻繁啟動或調節的大容量DC電機。第四節DC電機1的調速。通過改變勵磁電流進行速度調節(23-20)。調速方式：改變勵磁電流；改變電樞端電壓；改變串聯電樞電路的電阻Rj，如果僅降低勵磁電流If以降低主磁通，電機轉速N將上升；相反，速度n降低。當負載扭矩恒定時，因為E U=恒定值、(23-21)、(23-22)、(23-23)、2。改變電樞端電壓的調速，如果只有電樞端電壓u增加，電機轉速n也會增加；相反，電機速度n降低。對于恒定扭矩速度調節，Tem=1=2。如果激勵保持不變，1=2，那么，(23-24)，因此，(23-25)，即3。改變串聯電樞電路的電阻Rj來調節速度，將E1=CE

9、1 n1，E2=CE2 n2代入上式，1=2，如果只有電樞電路的電阻Rj增加，電機速度就會降低；相反，電機速度n增加。對于恒定扭矩速度調節，Tem=1=2。如果勵磁保持不變，1=2，那么，(23-26)，也就是，(23-27)，第5節：當制動DC電機時，保持勵磁電流不變。此時，電機仍有磁場，由于轉子的慣性，電樞繼續旋轉。電機成為獨立勵磁發電機，電機產生的電磁轉矩方向與轉子方向相反，起到制動作用。此時，轉子的動能轉化為電能，電能在制動電阻和單元體上消耗，直到單元停止運行。1、能耗制動，2、反向制動，在保持勵磁電流不變的情況下，用反向開關將電樞兩端串聯后再反向接入電網。此時，當電網電壓與作為電動機

10、運行時的原始反電動勢方向相同，并且仍然指定在電動機的正方向時，電樞電流Ia=-(U E) /(Ra RL)非常大，這與原始電樞電流方向相反，然后產生與電樞旋轉方向相反的大電磁轉矩，這缺點是電樞電流可能非常大，這會影響電機并導致電網電壓下降。因此，在反向連接期間，必須串聯足夠的限流電阻R1，以將Ia=-(U E)/(Ra R1)限制在允許值以下。這樣，在制動時，電網提供的功率和機組的動能都消耗在電樞電路電阻和限流電阻上，這是非常不經濟的。需要注意的是，當轉速達到零時，必須及時切斷電源，否則電機會反轉。3.反饋制動連接到電網的電機由于高速進入發電機運行狀態。此時，電磁轉矩充當制動器，產生的電能被反饋到電網。這種制動方法稱為反饋制動。例如，當由串聯勵磁電機驅動的電車或電力機車下坡時，如果不施加制動，機車的速度將變得越來越高，達到危險值。如果將串聯勵磁改為并聯勵磁或其他勵磁，以確保勵磁電流適當，并且電樞仍連接到電網，當速度達到某個值時，電機的反電動勢E U，電樞電流反向，電機進入發電機狀態。此時，扭矩起到制動器的作用，限制轉速繼續上升，并將機車下坡時的勢能轉化為電能，并將其反饋給電網。第六節整流電源對DC電機的影響晶閘管整流電源比DC發電機更經濟、高效、方便，已廣泛用于DC電機的供電。晶閘管整流電源一般通過單相、三相