NDJ3直流电机磁场、方程

中原工学院电机学13.3空载和负载时直流电机的磁场3.4直流电机的感应电动势和电磁转矩3.5直流电机的基本方程中原工学院电机学23.3空载和负载时直流电机的磁场•为什么要研究电机内的磁场–机电能量转换的媒介•思路–空载时的磁场–负载时的磁场中原工学院电机学3一、空载时直流电机的磁场•空载运行:Ia≈0•空载时的磁场:–磁动势–主磁通→主磁场气隙磁场–漏磁通•磁场分布:忽略齿槽影响–极靴下–极靴范围以外–几何中性线处绕组元件位于气隙处中原工学院电机学4二、负载时的电枢磁动势和电枢反应•电枢反应:–负载时磁动势=主极+电枢•理想电枢:电枢表面光滑,绕组为整距,构成绕组元件的导体均匀分布在电枢表面.•讨论顺序1、电刷位于几何中性线时的交轴电枢磁动势和交轴电枢反应2、电刷偏离几何中性线时的直轴电枢磁动势和直轴电枢反应Ia≠0中原工学院电机学51、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应•电刷位于几何中性线时的电枢磁动势.–磁场分布–直轴–交轴–交轴磁动势•电枢磁动势的空间分布–展开,–确定原点中原工学院电机学61、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应•电枢磁动势的空间分布,–导体中电流ia，总导体数Za–x处,沿磁力线选择闭合回路–磁动势分布:–电枢旋转时同样适用22-)(2Axx：fx：Aa气隙磁动势作用在磁路上的磁动势时三角形22xAFaqDiZ：Aaa单位长度安培导体数不计铁心磁位降中原工学院电机学71、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应•气隙磁场–极靴下–极间–马鞍形)()()(0xxfxbaaBHlF中原工学院电机学81、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应•合成磁场的求取–例图:电动机,顺时针旋转–主磁场–电枢磁动势分布,磁场–磁场叠加.电流方向中原工学院电机学91、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应电枢反应作用：半个极下为增磁，半个极下为去磁的作用1）引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁密等于零的位置（物理中性线）偏离几何中性线，2）不计饱和时，交轴电枢反应（总）既无增磁、亦无去磁作用计及饱和时，交轴电枢反应（总）具有一定的去磁作用。增磁去磁中原工学院电机学10每极磁通Φldx(x)bdΦδdxl22ττδdx(x)blΦdx中原工学院电机学112.电刷偏离几何中性线时的直轴电枢磁动势和直轴电枢反应直轴分量直接作用于F0方向,起直接的增磁或去磁作用,对主极磁场影响较大.中原工学院电机学123.4直流电机的感应电动势和电磁转矩一、电枢绕组的感应电动势二、直流电机的电磁转矩中原工学院电机学13一、电枢绕组的感应电动势电枢绕组有2a=条支路,每条支路元件相同每条支路所处磁场也对称相同每条支路的合成电动势方向相同,大小相同电机感应电动势即为一条支路电动势ee前后前后中原工学院电机学14•每根导体的感应电动势为•一条支路串联导体数z，则一条支路串联导体的电动势代数和lvzBlvzbzlvbEavzza11)(一、电枢绕组的感应电动势lvbenCEeaτpnDnv26060nlBpzpnlzBEavava))(602()260(每极磁通Φ平均磁通密度常系数n中原工学院电机学15二、直流电机的电磁转矩•一根导体的电磁转矩•一个极下导体合成电磁转矩•同名磁极下导体电流方向相同,磁极相同,合成电磁转矩方向、大小相同•异名磁极下导体电流方向相反,磁极相反,合成电磁转矩方向、大小也相同•总电磁转矩2DlibTazpTT1pepTT2TpTp中原工学院电机学16二、直流电机的电磁转矩•每根导体的电磁转矩为•一个极下导体数z，则一个极下导体的合成电磁转矩2DlibTaaTeICTτ22)(211DlizBDlizbzDlibTaavzazapaIiaa2aavaavpeIlBazppaIlpzBpTT))(22(2222每极磁通平均磁通密度常系数pD2Iaia中原工学院电机学173.5直流电机的基本方程•一、他励直流电动机电压方程特点：I=Ia；电流方向–电动势与电流关系：–正方向的规定:电动机惯例–电压方程saaURIEU2aaaRIEUasaaIURIR2电枢总电阻反向电枢电阻电刷压降中原工学院电机学18二、并励直流电机电压方程•并励直流电机特点：–电枢电压=励磁电压–电流方程：I=Ia+If•主回路电压方程•串励直流电机：–电枢电流=电机电流=励磁电流aaaRIEU中原工学院电机学19三、他励直流电动机的功率•输入功率•电磁功率:–为电动机电动势吸收的电功率•总机械功率TeΩ:–为电动机电磁转矩发出的机械功率•转换功率:•输出功率:aaaaaRIIEUIP21cua1PPIEPaaeeaaTIE02PPPe602nP0：克服机械摩擦、风阻、铁心损耗等所需的功率.空载机械损耗中原工学院电机学20四、转矩平衡•负载转矩的方向•判断电机的转向•电磁转矩的方向–驱动性质•（判断磁极的极性）•转矩平衡TeT2T0nv02TTTeeePT22PT00PT空载转矩中原工学院电机学21五、直流电机的可逆性•电机的可逆性：–从原理上讲，任何电机既可作为发电机、亦作为电动机运行。–电动机：•电动势方向与电流方向相反•电磁转矩与转向相同–发电机时：•电动势方向与电流方向相同•电磁转矩与转向相反中原工学院电机学22直流电机的电动运行状态TeT2T0vn20TTTe中原工学院电机学23直流电机的制动运行状态TeT2T0vne02TTT中原工学院电机学24直流电机总结•电磁转矩•电动势•电压方程•转矩方程20TTTeaaaRIEUaTeICTnCEea