技能培訓(xùn)專題 直流電機(jī)（二）

29.4.4.3 調(diào)整特性 調(diào)整特性是指保持發(fā)電機(jī)的端電壓為長(zhǎng)治，負(fù)載變化時(shí)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)規(guī)律，它表明當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，如何調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，才能維持發(fā)電機(jī)的端電壓不變，故又稱為勵(lì)磁電流調(diào)整特性 29.4.5 并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和特性 29.4.5.1 并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過程及條件 自勵(lì)：勵(lì)磁繞阻并接于電樞繞組兩端，由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供勵(lì)磁，而發(fā)電機(jī)的端電壓有必須在有了勵(lì)磁電流后才能產(chǎn)生，所以并勵(lì)發(fā)電機(jī)由初始的U=0到正常運(yùn)行時(shí)U為一定值，有一個(gè)自己建立電壓的過程(自勵(lì)過程). 電機(jī)的主磁極通?？傆惺４糯嬖凇?原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割剩磁場(chǎng)，產(chǎn)生一個(gè)不大的剩磁感應(yīng)電勢(shì)。 這一電勢(shì)加到勵(lì)磁繞組將產(chǎn)生一個(gè)不大的勵(lì)磁電流。 該勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁勢(shì)如果和剩磁同方向，將相互加強(qiáng)，會(huì)建立起穩(wěn)定電壓。 該勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁勢(shì)如果和剩磁反方向，將相互減弱，無法建立穩(wěn)定電壓。 可見勵(lì)磁繞組的接線對(duì)建立電壓很重要。 穩(wěn)定點(diǎn)：由動(dòng)態(tài)方程可知，當(dāng)(u0(if)-Rfif)=0時(shí)，勵(lì)磁電流和電壓將達(dá)到穩(wěn)定值。 建壓臨界電阻：場(chǎng)阻線與空載特性相切時(shí)對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁回路電阻。 建壓條件： 1電機(jī)中要有剩磁 2勵(lì)磁繞組與電樞繞組并接正確 3勵(lì)磁回路電阻小于建壓臨界電阻 29.4.5.2 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的特性 并勵(lì)直發(fā)的外特性曲線隨 I 增大而下降的原因： （1）電樞電阻壓降的存在； （2）電樞反應(yīng)的去磁作用； （3）勵(lì)磁電流的進(jìn)一步減少。 由經(jīng)曲線圖可知外特性曲線形狀仍然是端電壓隨負(fù)載電流的增大而下降，其原因（1）、（2）同他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。這里比他勵(lì)式多了第（3）個(gè)理由，因?yàn)閯?lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)勵(lì)磁繞組上的電壓是由電樞繞組產(chǎn)生的，由于前兩個(gè)原因，使得電樞電壓下降，因而勵(lì)磁電流又進(jìn)一步減少。故并勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率比他勵(lì)式大。 29.4.6復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的特性 1．過復(fù)勵(lì) 串勵(lì)磁勢(shì)的助磁作用較強(qiáng)，外特性曲線上翹； 2．平復(fù)勵(lì) 串勵(lì)磁勢(shì)的助磁作用恰好補(bǔ)償電樞反應(yīng)地去磁作用和電樞電阻的壓降，在額定負(fù)載時(shí)的 ； 3．復(fù)勵(lì) 串勵(lì)磁勢(shì)的助磁作用較弱，外特性曲線微有下降； 4．減復(fù)勵(lì) 串勵(lì)磁勢(shì)為減磁作用，外特性曲線隨負(fù)出電流的增加急劇下降。 29.5 直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式和工作特性 29.5.1 電動(dòng)勢(shì)平衡方程式 式中Ra仍與前面的方程定義相同 電流方程改寫為： 在動(dòng)態(tài)情況下，需要考慮回路中電感的作用。 29.5.2 功率平衡方程式 29.5.3 轉(zhuǎn)矩平衡方程式 29.5.4 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 29.5.4.1 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 2. 轉(zhuǎn)矩特性 TM=f（Ia） 3．效率特性 29.5.4.2 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 29.5.4.3 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 積復(fù)勵(lì)介于兩者之間，差復(fù)勵(lì)不穩(wěn)定 29.6 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和電動(dòng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件 29.6．1 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為雙曲線，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩增加而下降的速度很快，稱為軟特性 29.6.2電動(dòng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的條件 處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，由于受到某種擾動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開原來的平衡狀態(tài)，如果系統(tǒng)能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)，或者當(dāng)擾動(dòng)消失后系統(tǒng)回到原來的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運(yùn)行，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 1.必要條件: 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性有交點(diǎn),即存在。 2.充分條件: 在交點(diǎn)處滿足。 或者說，在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在,在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以下存在 29.7 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng) 29.7.1 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 1．定義：電動(dòng)機(jī)接到規(guī)定電源后，轉(zhuǎn)速從零上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程稱為起動(dòng)過程。這里分析穩(wěn)態(tài)起動(dòng)即 n=0,Ea=0 之瞬間，起動(dòng)電流將很大。起動(dòng)問題是評(píng)價(jià)電動(dòng)機(jī)性能的重要方面之一。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。但這里只介紹穩(wěn)態(tài)情況，即在電動(dòng)機(jī)接入電源瞬間，轉(zhuǎn)子待轉(zhuǎn)而未轉(zhuǎn)動(dòng)這一瞬間的狀態(tài)。系統(tǒng)要求起動(dòng)電流要小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大的原因是要保證電源供電質(zhì)量和起動(dòng)時(shí)間要短。 2．對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求 （1）起動(dòng)電流要??； （2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大； （3）起動(dòng)設(shè)備要簡(jiǎn)單便可靠 29.7.1.1 全壓?jiǎn)?dòng) 1．直接起動(dòng)（即全壓起動(dòng)） 操作方法簡(jiǎn)便，不需任何起動(dòng)設(shè)備，只需兩個(gè)開關(guān)（勵(lì)磁開關(guān)Q1 和電樞開關(guān)Q2 ）即可 但起動(dòng)時(shí)沖擊電流很大，可達(dá)（10～20）IN，從而沖擊電源電壓，影響同一電源的其他設(shè)備正常運(yùn)行。還對(duì)電機(jī)本身造成換向困難引起較大火花。故全壓起動(dòng)僅用于微小型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。 29.7.1.2 電樞電路串變阻器啟動(dòng) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)已有磁場(chǎng)時(shí)，給電樞電路加電源電壓U。觸點(diǎn)KM1、KM2均斷開，電樞串入了全部附加電阻 電樞回路總電阻為 。這時(shí)起動(dòng)電流為 29.7.1.3降壓?jiǎn)?dòng) 優(yōu)點(diǎn)：沒有起動(dòng)電阻，起動(dòng)過程平滑，起動(dòng)過程中能量損耗少。 缺點(diǎn)：專用降壓設(shè)備，成本較高。 注： （1）并勵(lì)（或他勵(lì)）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí) 電樞回路的外串電阻Rst 應(yīng)置于最大阻值位置；(是為了限制起動(dòng)電流；) 勵(lì)磁回路的外串電阻Rf 應(yīng)置于最小阻值位置。（是為了限制起動(dòng)電流；） （2）對(duì)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，不允許空載（或輕載）起動(dòng)，否則起動(dòng)后將造成"飛車"事故。 29.7.2 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 29.7.2.1 改變勵(lì)磁電流調(diào)速 結(jié)論：磁場(chǎng)越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機(jī)運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁回路不能開路。 優(yōu)點(diǎn)：由于在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)速平滑性好。弱磁升速后電樞電流增大，電動(dòng)機(jī)的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動(dòng)機(jī)的效率基本不變，因此經(jīng)濟(jì)性是比較好。 缺點(diǎn)：1）機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟； 2）轉(zhuǎn)速的升高受到電動(dòng)機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，升速范圍不可能很大，一般 D≤2； 為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，通常把降壓和弱磁兩種調(diào)速方法結(jié)合起來，在額定轉(zhuǎn)速以上，采用弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下采用降壓 調(diào)速。 29.7.2.2 改變串入點(diǎn)數(shù)回路中的電阻調(diào)速 結(jié)論：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí),串電阻越大,轉(zhuǎn)速越低。 優(yōu)點(diǎn)：電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。 缺點(diǎn)：1）由于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差； 2）低速時(shí)特性曲線斜率大,靜差率大,所以轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性差； 3）輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D≦2； 4）損耗大，效率低，不經(jīng)濟(jì)。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因增通不變而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。 29.7.2.3 改變電樞端電壓調(diào)速 降壓調(diào)速過程與電樞串電阻調(diào)速過程相似，調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速和電樞電流（或轉(zhuǎn)矩）隨時(shí)間變化的曲線也相似。 優(yōu)點(diǎn)： 1）電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。 2）調(diào)速前后的機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定性好。 3）無論輕載還是負(fù)載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá) D=2.5?12。 4）電能損耗較小。 缺點(diǎn)： 需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源 8頁