并励直流发电机的自励条件和运行特性
2.5并励直流发电机、直流电动机解析
Td=Tem-TO=TZ
(3)、并励直流电动机功率平衡方程式 直流电动机工作时，从电网吸取电功率P1，除去电枢回路 的铜损耗pcua，电刷接触损耗pcub及励磁回路铜耗pcuf，其余部 分便是转变为机械功率的电磁功率Pem，所以直流电动机的电 磁功率Pem也就是电枢所发出的全部机械功率Temω 。 从电的观点来看，由于电动机的电枢电动势是个反电动 势，它与Ia反向，所以EaIa表示电枢所吸收的电功率。因此 和发电机一样，电动机的电磁功率： Pem=Temω =EaIa 电磁功率并不能全部用来输出，它必须补偿机械损耗pΩ 、 铁耗pFe和附加损耗ps，最后剩下的部分才是对外输出的机械 功率P2 Pem=（PΩ +PFe+Ps）+P2=PO+P2
式中 R——电枢电路总电阻，R=Ra+Rpa，包括电枢电阻Ra和 与电枢串联的附加电阻Rpa。
（2）、转矩平衡方程式
电动机的电磁转矩是个驱动转矩。当电动机以恒定的转
速稳定运行时，电磁转矩Tem与负载转矩Tz及空载转矩TO 相平 衡，即 Tem=TZ&#是电磁转矩的一部分，它与
二、直流电动机
1 直流电机的可逆原理 以他励电机为例说明可逆原理：把一台他励直流发电机并 联于直流电网上运行保持电源电压不变。
减少原动机的输出功率，发电机的转速下降。当转速下降 到一定程度时，使得 Ea U，此时电枢电流为零，发电机输出 的电功率为零，原动机输入的机械功率仅用来补偿电机的空载损 耗。 继续降低原动机的转速，将有 E U ，电枢电流反向，这时 a 电网向电机输入电功率，电机进入电动机状态运行。 同理，上述的物理过程也可以反过来，电机从电动机状态 转变到发电机状态。 一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行，这 就是直流电机的可逆原理。
电力拖动答案
1、直流电机的绕组有叠绕组、波绕组和混合绕组三种。
2、并励发电机自励的三个条件是：⑴：磁极铁芯中要有剩磁；(2):励磁磁动势与剩磁方向一致;(3):励磁回路的总电阻必须小于临—「。
3、他励直流电动机带负载运行，电源电压与负载电流均维持不变，若转速上升20%，则当磁路线性时，励磁电流是原来的_5/6倍。
卜Ea=Ce^ n (n T 20%4、感应电动机运行时可定义转差率s,根据s的不同可以确定其三种工作状态，其中，当s>1 时工作于电磁制动状态，当0VSV1是工作于电动运行状态。
5、感应电机在实际应用中，根据其自身特点，可以从三方面进行调速，即：(1):改变极对数；(2)改变电源频率fl ; (3改变转差率。
6在研究电机磁路问题时，若沿着回线L，磁场强度H的方向总在切线方向、其大小处处相等，且闭合回线所包围的总电流是由通有电流i的N匝线圈所提供，则常用的安培环流定律可表达为：O HL=Ni 。
7、从空间和时间两方面来看单相交流绕组基波磁动势的变化规律为，空间上：位置固定,正弦分布，时间上：幅值按正弦规律变化。
三相对称绕组通以三相对称交流电~基波合成磁动势的旋转速度可以表达为：60f/P。
8 感应电机运行时的转子反应是指转子磁动势对电子磁动势的影响。
9、根据磁路的基尔霍夫第二定律，沿任意闭合磁路的磁动势恒等于各段磁路磁压降的代数和。
10、在他励直流发电机中，随着负载的增加，输出电压将稍微下降。
这是由交轴电枢反应的去磁效果和电枢电阻压降增加造成的。
11、直流电机按照其励磁方式不同，分为他励式,并励式,串励式,复励式。
12、感应电机按照其转子结构不同，分为鼠笼式和绕线式感应电机。
13、电动机按所接的电源种类不同，可分为直流电机和交流电机。
14、直流电动机电磁制动的实质是让电动机产生与转子旋转方向相反的转矩。
它有三种电磁制动方法，分别为能耗制动、反接制动、回馈制动。
15、对于三相4极50Hz感应电机，当额定转速为1550r/min时，其额定转差率为0.03 , 转子电路的频率为4色Hz,转子磁动势相对于转子的转速为_50 r/min,转子磁动势相对于定子的转速为1500 r/min。
并励直流发电机的自励条件和运行特性
1.6.4
二、并励直流发电机的空载特性
思考题 电机正转能自 励,反转能自励 吗?
并励发电机的空载特性与一般电机的空载特性一样，也是 磁化曲线。由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只 在第一象限。
第1章 直流电机
三、并励直流发电机的外特性曲线
1.6.4
并励发电机的外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线。 对并励发电机，除了像他励发电机存在的电枢反应去磁作 用和电枢回路上的电阻压降使端电压下降外，还有第三个原因： 由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，端电压 进一步下降。 四、并励直流发电机的调节特性 并励发电机的电枢电流，比起他励发电机仅仅多了一个励 磁电流，所以调节特性与他励发电机的相差不大。
第1章 直流电机
小结
教学重点： 1 掌握直流发电机的励磁方式
2 熟练掌握直流发电机基本方程式
1.6
3
熟练掌握直流发电机的外特性和调节特性
教学难点： 并励直流发电机的自1.26
第1章 直流电机
1.6.4 并励发电机的自励条件和外特性
1.6.4
并励发电机的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而 端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不 同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的 条件称为自励条件。 一、并励直流发电机的自励条件 曲线1为空载特性曲线,曲线2为励磁回路总电阻 R f 特性曲线， 也称场阻线 U f I f R f 。
1.6.4
4
U
3
A
2
1
U0
0
R f 称为临界电阻 Rcr 。 增大R f ,场阻线变为曲线3时，
If0 If
若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。
第十七章直流发电机和直流电动机(lhc)
转速变化的大小 用转速变化率来表征： 用转速变化率来表征：
n0 − n N ∆n% = × 100 % nN
并励直流电动机的励磁回路不可开路 原因: 若 If=0 → Ф=Фr →Ea → Ia↑↑(U不变 ， 原因 不变)， 不变 后果： 轻载 飞车、 轻载→飞车 重载→停车 后果：a)轻载 飞车、Ia↑↑; b)重载 停车、Ia↑↑ 重载 停车、
参考
二、串励电动机的特性 串励电动机的特点: 串励电动机的特点: Ia=Is=I
转矩特性: 1 、转矩特性: T=f( Ia )
a)轻载未饱和: a)轻载未饱和: Ф=KIa 轻载未饱和
T = CTφIa = CT KI
抛物线
2 a
b)重载磁路饱和: b)重载磁路饱和: Ф饱和 重载磁路饱和
T = CTφIa
解决措施： 解决措施 ： 提高电机的 转速， 转速 ， 从而提高其临界 电阻值。 电阻值。 因此， 对应于不同的转 因此 ， 速便有不同的临界电阻。 速便有不同的临界电阻 。
并励直流发电机的自励建压条件： 二、并励直流发电机的自励建压条件： 电机必须有剩磁 磁化曲线呈饱和 剩磁, 饱和现象 1 、电机必须有剩磁,磁化曲线呈饱和现象 接线与电枢旋转方向必须正 励磁绕组的接线 2 、励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正 确配合， 确配合，使励磁电流产生的磁场方向与剩 方向一致。 磁方向一致。 3 、励磁回路的电阻应小于电机运行转速相 临界电阻。 对应的临界电阻 对应的临界电阻。
§17.2 直流发电机运行特性
一、他励直流发电机的运行特性 1、空载特性
《电机原理与维修》课件第17章
机械损耗，包括轴承、电刷的摩擦损耗和空气摩擦损耗；pad为
附加损耗，是由于电枢的齿槽等因素引起的，因其产生的原因复
杂，难以准确计算，所以通常取额定功率的0.5%~1% 。
将式(17-10)乘以电枢电流Ia，可得
Pm Ea Ia UIa Ia2ra 2Ub Ia
UI UIf
I
2 a
ra
2UbIa
(3) 励磁回路的总电阻应小于与发电机转速相对应的临界电 阻。电机转速越高，其临界电阻值越大。一般发电机都在额定转 速下运行，只要调节rf小于此时的临界电阻即可。
17.4 直流发电机的基本方程式
17.4.1 电动势平衡方程式 当发电机的电枢旋转时，电枢绕组中将产生感应电动势Ea，
其方向由右手定则判定。
动势。如这时并励绕组接到电枢两端的极性正确，则励磁磁动势
产生的磁场与剩磁同方向，使电机内的气隙磁场增强，从而使发
电机端电压升高。在这一较高端电压的作用下，励磁电流
If
U
rf
又进一步升高,如此反复作用,发电机的端电压便“自励”
起来。最终稳定在电机的空载特性1与磁场电阻线2的交点A处，
如图17-3所示。由该图可见，调节励磁回路总电阻rf，可改变磁场 电阻线的斜率，相应可调节空载电压的稳定点。当rf逐渐增大时， 空载电压逐渐减小；当rf=rfcr时，磁场电阻线与空载特性的直线部 分相切(见图17-3中曲线3)，空载电压变为不稳定，这时的rfcr称为 临界电阻，当rf>rfcr时，磁场电阻线与空载特性交点很低，所得电 压与剩磁电动势相差无几，不能使发电机自励建压。
图17-1 直流电机按励磁分类接线图
(1) 他励电机。励磁绕组由独立电源供电，如图17-1(a)所示。
上分解知识讲解
＞10 硬特性 如直流他励电动机和异步电动机的机械特性
＜10 软特性 如直流串励电动机的机械特性
机械特性曲线n=f(T)
nC U eCeC Rm a2Tn0n
4.机械特性
1)他励直流电动机的机械特性(正转)
在额定电压,额定磁通,电枢电路内不外接电阻时的
机械特性即为自然机械特性。 额定负载时,转速降
2.电磁力定律
载流导体在磁场中将会受到力的 作用，若磁场与载流导体互相垂直 (图1-1c)，作用在导体上的电磁力 大小为：
FBLI
T CmIa
三、直流电机的基本方程式
1、电磁感应定律
E Cen
3、电压平衡方程式
U a E IaRa
2、电磁力定律
T CmIa
实质是回路方程
1.2 直流发电机
(2)理想空载转速no计算:
CeN
UN
INRa nN
Ra0500751Up NN INU IN N
n0
UN C e N
(3)额定转矩Nn的计算:
TN
9 55 PN nN
3)举例
(1)一台Z2-51型直流他励电动机,已知额定功率 5.5kW,额定电压220V,额定电流31A,额定转速 1500r/min,忽略损耗,求自然机械特性.
上分解
一、 直流电机的基本结构
剖面图：电枢1； 主磁极2；换向 极4；机座6
电枢铁心冲片 换向器：换向片3； 连接片4；云母环2
.
定子：主磁极、换向极、机座、电刷装置
转子（电枢）：电枢铁芯、电枢绕组、换向器
二、 直流电机的基本工作原理
直流电机的主要结构可简化为一对磁极,一个线圈，其工作原理是 基于电磁感应定律和电磁力定律的。
电机实验 答案
实验一直流发电机的工作特性一实验目的1观察并励直流发电机的自励过程及自励条件。
2测定并励及他励直流发电机运行的负载外特性曲线。
3观察直流发电机的剩磁（无励磁）发电。
二预习要点1什么是发电机的运行外特性？如何测定？2并励直流发电机不能自励发电时该如何处理？3如何保持直流发电机的转速不变？4直流发电机的他励运行与并励运行差异何在？为什么？5认真阅读附录部分关于实验台的使用说明。
三实验设备1 原动机为直流电动机M03一台：U N 220V，I N 1.1A, P N 185W，n N 1600rpm2 直流发电机为M01一台：U N 200V，I N 0.5A, P N 100W，n N 1600rpm3 直流电流表三台（500mA、2A、2A各一台）4 直流电压表一台5 MEL－03可变电阻箱（900Ω×6）及转速表（MEL－09）各一台6 直流励磁电源、可调直流电源各一台四实验项目1 并励发电机A 实验线路图1-1 并励发电机（1）可调直流源经电枢电流测量表A1向直流电动机M03的电枢供电（V0内接）。
（2）直流励磁电源经励磁电流测量表A2向直流电机的励磁线圈F1，F2供电。
（3）直流发电机M01输出端接300V档电压表，负载回路串直流电流表2A档。
（4）直流发电机的励磁线圈F1，F2并联到发电机的电枢端。
（5）R L由3组900Ω可变电阻并联后串联（见附录），总阻值0～1350Ω可调。
接线要求：必须保证在操作过程中带电导线的金属部分不裸露在外。
完成接线后，检查各旋钮的初始位置：可调直流电源输出最小（调节旋钮逆时针旋到底），而R L在最大位置（3个调节旋钮都逆时针旋到底）；直流励磁电源开关置“0N”，可调直流电源开关置“0N”；必须经指导教师检查认可，才能通电。
B 实验系统的启动及调试（1）接通总电源后，先检查直流电动机的励磁电流测量表A2，必须要有100mA左右的电流指示，才能按复位键启动电机，否则禁止启动电动机，直到励磁电流正常。
电机简答
2-8 简述并励直流发电机自励的条件;若正转时能自励,试问反转能否自励?若在额定转速时能自励,试问降低转速后能否自励? 答:并励直流发电机自励有如下3个条件:①要有剩磁;②由剩磁感应产生的励磁电流所产生的磁通方向与剩磁方向一致;③励磁回路的总电阻要小于临界电阻值。
若正转时能自励,在不改变任何接线的情况下,反转是不能自励的。
因为,如果不改变任何接线 ,反转时将破坏上述自励的第二个条件。
要使反转时也能自励 ,必须在反转时交换励磁绕组的两端。
若在额定转速时能自励,降低转速后可能就不能自励了。
因为不同的转速对应不同的空载特性,相应的临界电阻值也就不同。
直流发电机转速降低后,临界电阻值减小,当临界电阻值小于励磁回路的总电阻时,并励直流发电机便不能自励。
3-4变压器的一、二次绕组之间并无电的联系,为什么一次侧的电流会随二次侧电流的变化而变化? 答:虽然一、二次绕组之间没有电路上的直接连接,但有磁的耦合,即它们交链着同一个主磁通。
负载运行时,主磁通是由一、二次绕组磁动势共同激励的。
当变压器一次侧电压和频率不变时,主磁通幅值基本不变,因此,负载与空载时磁路中的总励磁磁动势不变,即遵循磁动势平衡关系 :N1I1+N2I2=N1I0。
因此,当二次侧电流I2变化时,其磁动势N2I2也随之改变。
由磁动势平衡关系可知,一次侧电流会产生一个增量I1(一撇)与此相应的磁动势N1I1（一撇）与二次电流产生的磁动势N2I2大小相等、方向相反,以维持主磁通幅值基本不变。
故I1将随I2的增减而增减 ,也说明变压器二次侧的输出能量是从一次侧传递过来的。
4-9为什么转子绕组自行闭合的二相异步电动机在理想空载时转子相当于开路,而在堵转时相当于转子短路?将绕线转子三相异步电动机的定子接到三相对称电源,转子开路,电机能否旋转,为什么? 答:理想空载时,转差率s→0,异步电机等效电路中与转子所产生的机械功率相对应的等效电阻（1-s）R2(一撇)/s→∞,因此理想空载时转子相当于开路,而在堵转时,s=1,等效电阻(1-s）R2(一撇)/s=0,因此堵转时相当于转子短路。
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与I f Rf 相等，达到稳定的平衡工作点A。
0
增大R f ,场阻线变为曲线3时，R f 称为临界电阻 Rcr 。
若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。
4
32 A
1
If0 If
第1章 直流电机
1.6.4
可见，并励直流发电机的自励条件有：
（1）电机的主磁路有剩磁 （3）励磁回路的总
并励发电机的外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线。
对并励发电机，除了像他励发电机存在的电枢反应去磁作 用和电枢回路上的电阻压降使端电压下降外，还有第三个原因： 由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，端电压 进一步下降。
四、并励直流发电机的调节特性
并励发电机的电枢电流，比起他他励发电机的相差不大。
电阻小于该转速下
（2）并联在电枢绕组两
的临界电阻
端的励磁绕组极性要正确
思考题
电机正转能自
二、并励直流发电机的空载特性
励,反转能自励 吗?
并励发电机的空载特性与一般电机的空载特性一样，也是
磁化曲线。由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只 在第一象限。
第1章 直流电机
1.6.4
三、并励直流发电机的外特性曲线
也称场阻线 U f I f R f 。
第1章 直流电机 U f I f Rf
1.6.4
原动机带动发电机旋转时，如果主磁
极有剩磁，则电枢绕组切割剩磁通感应电 U
动势。在电动势作用下励磁回路产生I f 。
如果励磁绕组和电枢绕组连接正确， U 0
励磁电流产生与剩磁方向相同的磁通，使
主磁路磁通增加，电动势增大，I f 增加。
第1章 直流电机
1.6
小结
教学重点： 1 掌握直流发电机的励磁方式
2 熟练掌握直流发电机基本方程式 3 熟练掌握直流发电机的外特性和调节特性
教学难点： 并励直流发电机的自励建压过程
作业： P52：1.15；1.26
第1章 直流电机
1.6.4
1.6.4 并励发电机的自励条件和外特性
并励发电机的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而 端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不 同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的 条件称为自励条件。
一、并励直流发电机的自励条件
曲线1为空载特性曲线,曲线2为励磁回路总电阻 Rf 特性曲线，