【華中科技大學】《電機學》（國家級精品課） P14 - 14. 14-教學錄像-直流電機（十）

下面我們分析一下串立電動機的工作特性。 這是串立直流電動機的實驗的結線圖。 串立電動機它是將電輸繞組跟粒次繞組串聯起到直流電源上面。 串立電動機它的主要的區別, 跟並立電機相比,它的主要的特點是什麼? 粒磁電流跟電輸電流相等。 剛纔我們分析了並立電機輸出功率變化要引起電輸電流的變化。 作爲串立電機,電輸電流的變化,粒磁電流根的變化, 所以磁通根的變化,這就是它的不同。 所以串立電動機和並立電動機相比, 它的工作特性必然有比較大的差別。 這是我們做實驗,串立電動機會得到這樣的工作特性。 它的閃速是隨着輸出功率增加,大大降低,呈拋物線顯示下降。 電磁轉移而是呈拋物線上升。 效率是形狀差不多。 但是請注意,串立電動機它不能夠工作在氫載或者是p2等於0這種情況下, 絕對不可能,不能出現這種情況。 下面我們來分析一下, 它的分析跟並立同樣的方法來分析, p2上升,p1肯定要上升,電輸電流要上升。 電輸電流上升,根據剛纔這一個閃速的表達式,分子就要下降。 但是由於粒子電流等於電輸電流, 所以電輸電流上升,也就是說粒子電流要上升。 粒子電流上升,磁通要上升。 分子下降,分母上升,所以它的轉速要大大的下降。 轉速大大的下降,我們根據電磁轉矩等於t2加t0。 p2上升,轉速下降,那就角速度下降。 t2轉矩同樣是這樣一個關係,分子上升,分母下降, 所以它的轉矩要迅速增加。 效率的分析也是一樣。 由於串立電動機它的粒子電流跟電輸電流相等, 我們剛纔已經分析了並立電機。 並立電機粒子帶線就是磁通很小, 它會發生飛速的危險。 串立電動機如果負載很輕, 意味着電輸電流很小,所以它的磁通很小, 那麼就是並立電機飛速粒子帶線這種形式一樣。 所以串立電動機絕對不允許空載運行。 如果是空載就會發生飛速的危險。 所以我們這裏串立電機不從0開始這裏畫。 一般它的串立電機要求它大於四分之一的額定負載, 就是這裏是四分之一的額定功率。 這是串立電動機。 浮力電動機的工作特性我們不作要求, 這個部分我們不講。 這樣串立電動機怎麼樣衡量它的轉速變化率呢? 剛纔並立電機講過, 所謂轉速變化率是以額定負載的時候, 也就是額定轉速跟空載轉速之差除以額定轉速。 串立電動機不允許空載, 所以我們是以四分之一的額定負載這個地方作爲它的考覈指標。 所以它的轉速調整率或者叫轉速變化率, 是以四分之一的負載的時候的額定轉速再除以額定轉速。 這就是直流電動機的工作特性。 下面我們講直流電動機的機械特性, 第二個特性。 機械特性就是轉速與電磁轉矩之間的這樣一個關係。 怎麼樣來分析? 首先我們就要導出轉速跟電磁轉矩之間的關係式。 怎麼要推導這個關係式? 我們還是有兩個,我們一共三個式子是很重要的。 一個是電壓平衡方程,U等於C1ΦN加上L2A。 第二個就是電磁轉矩的表達式,等於CTΦIA。 第三個是E等於C1ΦN,這三個式子是非常重要的。 我們同樣根據這三個式子是可以推導出轉速跟電磁轉矩之間的關係的。 這個式子是基本方程式。 這裏頭我們把電輸迴路串在一個調節電阻, 外加電壓就是電輸迴路串一個調節電阻進去,爲了討論。 將來我改變電輸迴路所串的電阻是可以改變這個機械特性, 所以這裏頭就把它加進來了。 這是電輸迴路種的電阻,包括繞阻本身的電阻和電刷的接觸電阻RA。 這個式子裏面再把電輸電流用電磁轉矩來代替, 電輸電流就等於電磁轉矩除以CTΦ。 把它代進來之後最後就得到這個表達式。 你們自己底下一定要去推一下, 推一下你的印象才深刻。 現在我們看已經得到了轉速跟電磁轉矩之間的關係表達式。 這裏邊是不變的, CT這兩個是一個常數是不變的,RA是不變的。 外看的這個電阻可以調, 當你這個電阻不調的時候這個也是不變的。 磁通當粒子電流不變, 如果我們現在還是分病例和串例, 分病例來講這個Φ也是不變的。 這樣的話這個式子就是一個什麼樣的方程呢? 就是一個線性的。 這個式子就很好出來了, 所以它是一個直線方程。 直線方程我們把第一個部分除以CTΦ, 這個叫理想空帶轉速。 爲什麼稱爲理想空帶轉速呢? 大家看這個部分實際上就是, 你根據這個表達式, 就是電阻電流等於零的時候這個時候的轉速,對不對? 那麼電阻電流等於零能不能稱爲空載啊? 什麼是空載? 空載就是P2等於零軸上沒有機械負載。 P2等於零叫空載。 空載的時候只是電阻電流很小, 但是它不能等於零。 電阻電流一等於零的時候, 這個電機還轉不轉? 是不會轉的。 它沒有電磁轉矩, 它怎麼能轉呢? 所以把這個轉速稱爲理想的, 就是電阻電流等於零的時候, 相當於電阻電流等於零的時候, 它的轉速當然實際上是不存在的, 只是理想的, 所以稱爲理想空帶轉速。 這一塊RA加二階除C1C2的平方, 我們稱爲機械特性的直線的斜率, 稱爲斜率。 這個理想空電力和他力電動機來講, Phi是不變的, 所以它的N0是不變的。 現在唯一可調的就是調節這個電阻, 調節這個電阻, 那麼也就改變了這個曲線的斜率, 顯然這個二階小的時候, 這個斜率的絕對值就小, 那麼意味着這個直線就怎麼樣啊? 比較平。 二階大的時候, 這個斜率的絕對值就大, 所以它就相當於清晰得多。 所以把這個二階等於零稱爲自然的機械特性, 因爲這個電動機做好的時候, 所以你只要不外插電阻, 那麼這就是它的一個本身的機械特性。 你把二階插進去, 稱爲人工的機械特性。 所以這裏頭我們得到一個改變電輸電阻的時候, 這個改變電輸電阻應該是電輸迴路的調節電阻, 這不是電輸電阻, 並不是電輸電阻饒走的電阻就改不了的。 改變電輸迴路俯瞰的電阻, 調節電阻, 那麼得到的一系列的這樣一個機械特性的形狀。 只改變二階, 所以理想負載轉速不變。 這是紅顏色的, 就是二階等於零, 叫做自然機械特性。 這是二階一, 二階二, 電阻越大, 這個機械特性越傾斜。 我們把斜率小, 就是這個直線比較平的, 這個叫做比較硬, 它的機械特性比較硬, 這個越傾斜就比較軟。 我們也可以, 如果是你再調歷史電流, 調不同的歷史電流, 還可以調節外加電壓, 那麼就可以得到不同的機械特性。 其他條件都不變, 我現在只改變電壓, 這個二階不變, 歷史電流, 歷史迴流不變, 塞不變, 只改變外加的電壓, 那麼這個只是用它力電機, 因爲你改電壓的時候, 如果是病例的話, 它歷史電流就改了。 所以只是用它力電機, 我改變電數電壓, 改變電數電壓, 那麼直線的斜率, 機械特性的斜率是不變的, 所以就會得到一些平行的線, 電壓越高, 那麼理想互動場所越高, 電壓越低, 理想互動場所越低, 所以就得到這樣一系列平行的機械特性, 這個上面的電壓高, 下面的電壓低, 電壓調節電阻不動, 我只改變歷史電流, 就是我改變歷史飛龍串的電阻, 那麼就改變φ, 那麼改變φ的時候, 得到的機械特性就必然是, 它的理想互動場所也要變, 它的斜率也要變, 我們減小歷史電流, φ減小, 那麼理想互動場所就要升高, 減小歷史電流, φ減小, 那麼斜率就要增大, 所以它得到的就是這樣一系列的機械特性, 最上面的是歷史電流最小的, 斜率最大, 機械特性就是這樣, 就是改變歷史電流得到的機械特性, 教材上只給出了這一個機械特性, 這兩個機械特性是沒有的, 這就是直流電的優點, 它可以很方便地來調節它的機械特性的形狀, 很容易改變機械特性的軟硬的程度, 這是交流電路機所不能夠比擬的, 顫力電路機又有不一樣了, 它又會有一個因爲歷史電流跟電流相等, 所以它的機械特性的表達式就不一樣, 我們下面來推導一下, 對於顫力電路機, 爲了簡化分析, 我們首先做一個假設, 假設電機的磁路不飽和, 不飽和意味着磁通就跟歷史電流成正比, 所以phi正比於歷史電流, 歷史電流又等於電輸電流, 電磁轉矩又等於ctpha, 磁通正比於電輸電流, 所以相當於磁通的平方, 電磁轉矩就正比於磁通的平方, 既然是電磁轉矩跟磁通的平方成正比, 那麼磁通就正比於電磁轉矩的根號, 開根開方, 我們爲什麼要這麼做, 就是因爲我們要把機械特性表達式裏的磁通, 因爲磁通這個時候跟電磁轉矩發生關係了, 所以這個時候我們可以令主磁通等於電磁轉矩的開方乘上一個比例常數, 既然是成正比, 我就可以用一個比例常數來表示, 這樣我們帶入上面的這個式子, 就是這個式子把磁通等於跟電磁轉矩的開方乘上一個比例常數, 把磁通代替, 就可以最後得到這樣一個機械特性的表達式, 其中這個C1都是常數, 這個也是一個常數, C2也是一個常數, 這是兩個常數, 這是也是在這裏頭串一個調劑電阻, 當然這個電阻裏頭應該說這個R2A還要加上R2F, 加上勵死擾走的電阻, 這個R2D包括了勵死擾走電阻在裏面, 這個表達式, R2A不變, 輸迴路串的電阻不變, 電壓不變的時候, 那麼這是一個什麼樣的線呢, 這是一個曲線了, 拋物線了, 所以R2J等於0的它的自然機械特性, 是這樣一個拋物線的下降的, 你串的調劑電阻越大, 這個線越下降越厲害, 這就是串立直流電動機的機械特性的形狀, 當然這裏頭它的電磁轉矩不能爲0, 否則它就是無窮大了, 所以它不會跟縱軸有交點, 前面講到, 串立電動機要帶比較重的負載, 它不適合帶輕的負載, 我們要求大家能夠推倒, 你底下去把這個柿子要給我推一遍,