直流電路及其特性

特性 直流電機 主要由勵磁線圈的導通方式決定。根據這一點，電動機有以下區別：

1.獨立勵磁：勵磁線圈由外接直流電源（勵磁機或整流器）供電，

2.並聯勵磁：勵磁繞組與電樞繞組並聯，

3.串聯勵磁：勵磁繞組與電樞繞組串聯，

4、混勵：有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組並聯，一個與電樞繞組串聯。

所有這些電動機都具有相同的裝置，僅在勵磁線圈的結構上有所不同。這些電動機的勵磁繞組的執行方式與 各自的發電機.

自勵直流電動機

在這個電動機中（圖1、a）電樞繞組接電壓為U的主直流電源（直流電網、發電機或整流器），勵磁繞組接電壓為UB的輔助電源。勵磁線圈電路中包括調節變阻器Rp，電樞線圈電路中包括啟動變阻器Rn。

調節變阻器用於調節電動機的電樞轉速，啟動變阻器用於限制啟動時電樞繞組中的電流。電動機的一個特徵是其勵磁電流 Iv 不依賴於電樞繞組中的電流 Ii（負載電流）。因此，忽略電樞反應的退磁效應，我們可以近似假設電機磁通 F 與負載無關。電磁力矩 M 和速度 n 對電流 I 的依賴性將是線性的（圖 2，a）。因此，發動機的機械特性也將是線性的——依賴性 n (M)（圖 2，b）。

如果電樞電路中沒有電阻為 Rn 的變阻器，速度和機械特性將是剛性的，即與水平軸的傾角很小，因為電機繞組中的電壓降 IяΣRя 包含在額定負載下的電樞迴路僅為Unom的3-5%。這些特性（圖 2 中的直線 1，a 和 b）稱為自然特性。當電樞迴路中加入電阻為Rn的變阻器時，這些特性的傾角增大，由此可得到變阻器特性族2、3、4，分別對應不同的值Rn1、Rn2 和 Rn3。

米。 1.獨立（a）和並聯（b）勵磁的直流電機示意圖

米。 2、獨立並聯勵磁直流電動機的特性：a——轉速和轉矩，b——機械，c——工作電阻Rn越大，變阻器的特性傾角越大，即更柔軟。

調節變阻器 Rpv 可以改變電機勵磁電流 Iv 及其磁通量 F。在這種情況下，旋轉頻率 n 也會發生變化。

勵磁線圈迴路中沒有安裝開關和熔斷器，因為當該迴路中斷時，電動機的磁通量急劇下降（其中僅剩剩磁通量）並出現緊急模式。如果電電機在空轉或軸上輕載運行，然後速度急劇增加（電機移動）。在這種情況下，電樞繞組Iya中的電流顯著增加，並可能發生全面火災。為避免這種情況，保護裝置必須斷開電動機與電源的連接。

勵磁線圈電路中斷時轉速急劇增加的原因是，在這種情況下，磁通量 Ф（高達來自剩磁的 Fost 磁通量值）和 e。 ETC。 v. E 和電流 Iya 增加。並且由於施加電壓U保持不變，旋轉頻率n將增加到e。 ETC。 c. E 不會達到約等於 U 的值（這是電樞電路平衡狀態所必需的，其中 E = U — IяΣRя。

當軸負載接近額定值時，如果勵磁電路發生斷路，電動機將停止，因為電動機可以產生的電磁力矩隨著磁通量的顯著減少而減小並變得小於扭矩的軸負載。在這種情況下，電流 Iya 也會急劇增加，機器必須與電源斷開。

需要說明的是，轉速n0對應於電機不消耗電網電能、電磁力矩為零時的理想怠速。在實際情況下，在怠速模式下，發動機從網絡消耗怠速電流 I0，這是補償內部功率損耗所必需的，並產生一定的扭矩 M0，這是克服機器中的摩擦力所必需的。因此，實際上怠速小於n0。

根據所考慮的關係，轉速 n 和電磁力矩 M 與電機軸的功率 P2（圖 2，c）的相關性是線性的。電樞繞組電流 Iya 和功率 P1 對 P2 的依賴性實際上也是線性的。 P2 = 0 時的電流 I 和功率 P1 表示空閒時消耗的空閒電流 I0 和功率 P0。效率曲線是所有電機的特徵。

電動機直流並聯勵磁

在該電動機中（見圖 1，b），勵磁繞組和電樞由同一電源供電，電壓為 U。調節變阻器 Rpv 包含在勵磁繞組和啟動變阻器 Rp 的電路中包含在錨上的繞組電路中。

在所考慮的電動機中，電樞和勵磁繞組電路基本上是分開供電的，因此勵磁電流 Iv 不依賴於電樞繞組電流 Iv。因此，並聯勵磁電動機將具有與獨立勵磁電動機相同的特性。然而，並聯勵磁電動機只有在由恆壓直流電源供電時才能正常運行。

當電動機由具有不同電壓的電源（發電機或可控整流器）供電時，電源電壓 U 的降低導致勵磁電流 Ic 和磁通量 Ф 相應降低，從而導致電樞增加繞組電流 Iya。這限制了通過改變電源電壓U來調節電樞轉速的可能性。因此，設計為由發電機或可控整流器供電的電動機必須具有獨立勵磁。

電動機直流串勵

為了限制啟動電流，啟動變阻器 Rp（圖 3，a）包含在電樞繞組（圖 3，a）的電路中，並通過調節變阻器來調節與勵磁繞組並聯的旋轉速度可以包括 Rpv。

米。 3. 串聯勵磁直流電機示意圖（a）及其磁通量Ф對電樞繞組中電流I的依賴性（b）

米。 4、順序勵磁直流電動機的特點：a——高速大扭矩，b——機械式，c——工人。

該電動機的一個特點是其勵磁電流 Iv 與電樞繞組電流 Iya 相等或成正比（當變阻器 Rpv 導通時），因此磁通量 F 取決於電動機負載（圖 3， b) 。

當電樞繞組電流Iya小於額定電流Inom的（0.8-0.9）時，電機磁系未飽和，可以認為磁通量Ф的變化與電流Iia成正比。因此，電動機的速度特性將變得柔和——隨著電流 I 的增加，轉速 n 將急劇下降（圖 4，a）。轉速n的降低是由於電壓降IjaΣRja的增加。內阻Rα。電樞繞組電路，以及由於磁通量 F 的增加。

電磁力矩M隨著電流Ija的增加而急劇增加，因為此時磁通量Ф也增加，即電磁力矩M與電流Ija成正比。因此，當電流Iya小於(0.8N-0.9)Inom時，速度特性為雙曲線，力矩特性為拋物線。

在電流 Ia> Ia 時，M 和 n 對 Ia 的依賴性是線性的，因為在這種模式下磁路將飽和，磁通量 Ф 不會隨著電流 Ia 的變化而變化。

機械特性，即 n 對 M 的依賴性（圖 4，b），可以基於 n 和 M 對 Iya 的依賴性來構建。除了自然特性 1 之外，通過在電樞繞組電路中加入電阻為 Rp 的變阻器，可以獲得變阻器特性 2、3 和 4 系列。這些特性對應於Rn1、Rn2和Rn3的不同值，而Rn越高，特性越低。

所考慮的發動機的機械特性是柔和的和雙曲線的。在低負載時，磁通量Ф明顯減小，轉速n急劇增加，可能超過最大允許值（電機空轉）。因此，此類發動機不能用於驅動在怠速模式和低負載下運行的機構（各種機器、輸送機等）。

通常，大功率和中功率電機的最小允許負載為 (0.2…0.25) Inom。為防止電機空載運行，與驅動機構牢固連接（齒形聯軸器或盲聯軸器）；使用皮帶傳動或摩擦離合器是不可接受的。

儘管存在這一缺點，但順序勵磁電機仍得到廣泛應用，尤其是在負載轉矩差異較大和啟動條件苛刻的情況下：在所有牽引傳動（電力機車、內燃機車、電動火車、電動汽車、電動叉車等）中，以及起重機構（起重機、電梯等）的驅動器。

這是因為具有軟特性，負載轉矩的增加導致電流和功耗的增加低於獨立和並聯勵磁電機，因此串勵電機可以更好地承受過載。此外，這些電機比並聯和獨勵電機具有更高的啟動轉矩，因為啟動時隨著電樞繞組電流的增加，磁通量也相應增加。

例如，如果我們假設短時湧流可以是電機額定工作電流的 2 倍，而忽略繞組飽和、電樞反應和電壓降的影響，那麼在串勵電動機中，啟動轉矩將比標稱值高 4 倍（電流和磁通量均增加 2 倍），而在具有獨立和並聯勵磁的電機中 - 僅增加 2 倍。

事實上，由於磁路飽和，磁通量並不與電流成正比增加，但串勵電動機的啟動轉矩在其他條件相同的情況下會遠大於啟動轉矩具有獨立或併聯勵磁的同一電動機。

從上面討論的位置來看，n 和 M 對電機軸功率 P2 的依賴性（圖 4，c）是非線性的，P1、Ith 和 η 對 P2 的依賴性具有與下式相同的形式對於具有平行喚醒的電機。

混勵直流電動機

在該電動機中（圖 5，a），磁通量 Ф 是兩個勵磁線圈（並聯（或獨立）和串聯）共同作用的結果，通過它們勵磁電流 Iв1 和 Iв2 = Iя

這就是為什麼

式中Fposl——串聯線圈的磁通量，與電流Ia有關，Fpar——並聯線圈的磁通量，與負載無關（由勵磁電流Ic1決定）。

混合勵磁電機的機械特性（圖 5，b）介於並聯（直線 1）和串聯（曲線 2）勵磁電機的特性之間。根據額定模式下並聯和串聯繞組的磁動勢比，混合勵磁電機的特性可以近似為特性 1（串聯繞組低 ppm 時的曲線 3）或特性 2（曲線 4 在低 ppm. v. 並聯繞組）。

米。 5.混合勵磁電動機原理圖（a）及其機械特性（b）

混合勵磁直流電動機的優點是它具有軟機械特性，當Fposl = 0時可以空轉運行。在這種模式下，其電樞的旋轉頻率由磁通量Fpar決定，並且具有有限的值（引擎未運行）。