第4,5节 直流电机公式和运行原理

2.4电枢绕组电动势与电磁转矩电动势Ea.：正负电刷间的感应电动势bδBavbδx0..............niaf回忆：直流电机的电枢绕组绕线方式？极对数p=电刷对数=并联支路对数a每条支路的瞬时感应电动势相等2.4直流电机电枢绕组的感应电动势单根导体的电动势：提问：直流电机感应电动势如何产生？右手定则lvBeavav电枢感应电动势为有效导体数：N2s每一支路串连导体数：aN2avaNiiaeaNeE221bδBavbδx0..............niaTS是线圈的个数2/60(/)vpnms电枢线速度：电枢绕组感应电动势：电枢绕组的电动势（续）lvllvBeavav每根导体的平均感应电动势：npnpll602602naNpnpaNeaNeEavaNiia606022221aNpCe60电动势常数•结论：对于已制造的电机，它的电枢电动势正比于每极磁通和转速。nCEeaelBvaNpCe60电枢电动势和电磁转矩的方向在发电机中电磁转矩和电机转速方向相反，是制动性转矩AB+--neefNS电流与感应电动势方向一致ii在电动机中电磁转矩和电机转速方向相同，是拖动性转矩iiNS+--ffn电流与感应电动势方向相反eebδBavbδx0..............niaT2.4直流电机电枢绕组的电磁转矩2aaIfblibla122NaiavaviIDTtNtNBla2Dtf电磁转矩：22aavavIDtBla总电磁转矩：提问：电磁力？左手定则2atapNTICIa[N]2/Dp将及代入总电磁转矩表达式得：avBl电枢绕组的电磁转矩2tpNCa且有•结论：对于已制造的电机，它的电枢电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流。转矩常数nCEea60eNpCaemTaTCI2TpNCa9.55TeCC电机学最重要的两个公式+--第五节直流电动机的运行原理+-直流电机的运行原理：用运动方程式表征其内部的电磁过程和机电过程。1，基本平衡方程：包括电机电气系统的电压平衡方程式和机械系统的转矩平衡方程式。2，工作特性：考虑电枢电阻上压降后的电动机空载运行定义：当输入功率全部消耗在电枢绕组发热上，即电动机没有拖动负载，空转的情况。nCEeaaaaRIEUaTemICT02TTTemfffRUI基本方程式包括：+--1.电压平衡方程式电磁转矩电枢电动势：反电动势：2.转矩平衡方程式励磁电流第五节直流电动机的运行原理+-T2输出转矩；T0空载转矩(U=Ea)；nCEeaaaaRIEUaTemICT02TTTem功率平衡方程式02emPPp1emCuaPPp+--电压平衡方程式电磁转矩电枢电动势转矩平衡方程式emaaPIE第五节直流电动机的运行原理+-P0空载损耗(U=Ea)空载转矩T0Pcu电枢铜损耗U=Ea+Iara+2△Ub功率平衡方程式：UIa=EaIa+Ia2ra+2△UbIaP1=Pem+pcua+pbUIa=(Ea+Iara+2△Ub)IaPem=P2+pFe+pm+pad=P2+p0+padP1=P2+pFe+pm+pad+pcua+pbpFe:铁损耗,铁心中的涡流和磁滞损耗pm:机械损耗、机械摩擦和风阻pad：附加损耗、杂散损耗、齿槽效应和磁通脉动Pem=EaIa=CenIa=Tem电磁功率pFe:铁损耗,铁心中的涡流和磁滞损耗pm:机械损耗、机械摩擦和风阻pad：附加损耗、杂散损耗、齿槽效应和磁通脉动他励直流电动机功率流程图例某他励直流电动机，PN=6kW，UN=220V，nN=1000r/min，pcua=500W,p0=395W。试求额定运行时，电动机的：①额定输出转矩T2N；②T0空载转矩；③TemN额定电磁转矩；④电磁功率Pem；⑤额定效率ηN；⑥电枢回路总电阻Ra；作业：P49:8P50:23、24二、直流电动机的工作特性直流电机的工作特性：在额定电压和励磁电流工作状态时，电动机的转速、电磁转矩和效率与输出功率(电枢电流)的关系。)(aIfn)(aIfT)(aIf转速特性转矩特性效率特性02)(adfNfNRIIUUemPf、Tn、a2IP可直接量，近似正比于三类曲线（一）他（并）励电动机的工作特性INnNnIa0n0nn01.转速特性：aeaeICRCUnn0：电动机的理想空载转速Δn：由负载引起的转速降)(aIfn固有转速特性2.转矩特性aTemICTIaTem0电枢反应)(aIfT3.效率特性:aabamFeUIIUrIppPpPpPPP211211112令d/dIa=0pFe+pm=I2ara时，→=max电机的最高效率一般出现在3/4额定功率左右，因此额定功率下，电机效率一般在75%-94%之间。当U=UN，If=IfN，pFe+pm基本不变，称不变损耗；I2ara和2UbIa随Ia变化，称可变损耗；)(aIf总结：他励（并励）直流电动机的工作特性)(aIfn)(aIfT)(aIf转速特性转矩特性效率特性aNeaNeNICRCUnaNtICT例某他励直流电动机，Ua=110V，Ra=0.2Ω，带某负载运行时，n=980r/min，Ia=30A。①求该电机的电动势和电磁转矩；②保持磁通Φ不变，而电磁转矩增加一倍，求这时的电枢电流Ia和转速n例1-4一台幷励直流电动机，PN=7.5kW，UN=110V，nN=1500r/min，IN=82.2A,Ra=0.104Ω，Rf=46.7Ω，忽略电枢反应，试求：①额定输出转矩；②额定电磁转矩；③理想空载转速；④空载电流和实际空载转速。（二）串励电动机的工作特性faIII1.转速特性aeeICRCUnkCRkICUneaaeNakI磁路未饱和理想空载转速很大，不允许空载启动和运行！2.转矩特性2aTaTemkICICTaTaTemICICT'当电枢电流较大，磁路饱和时，磁通Φ近似为一常数（三）复励电动机的工作特性思考：他（并）励和串（复）励直流电机的优缺点及应用场合？作业：P50:25、26、28第一章小结通过本章的学习，主要应从以下几个方面来掌握直流电机的有关内容：一、电机结构及各部分的主要功能直流电机是由定子和转子两大部分组成，定子部分包括机座、主磁极、换向磁极、补偿绕组和电刷装置，其主要作用是建立工作磁场。转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和轴承，其主要作用是传递电磁功率。电枢绕组是直流电机中传递能量的关键元件，电枢绕组构成一个闭合回路并由电刷将这个回路分成几个并联支路，绕组中的电动势和电流是交流的，通过换向器和电刷输入（输出）的是直流电动势和直流电流。电枢绕组常见的连接方式有叠绕组和波绕组，不同的连接方式其允许的电压电流大小是不同的。直流电动机按励磁方式的不同可分为他励、并励、串励和复励直流电动机，各种励磁方式的运行性能不同。电枢磁场对励磁磁场的影响叫电枢反应。电枢反应将使磁场削弱并产生畸变，其结果是使功率下降并造成换向的困难。二、电机工作原理发电机工作的理论基础是通电导体在周围产生磁场（定子部分）和在磁场中运动的导体将产生感应电动势（转子部分）。电动机工作的理论基础是通电导体在周围产生磁场（定子部分）和通电导体在磁场中要受力（转子部分）。电机工作时在电枢绕组上将产生感应电动势，大小为，对发电机而言是输出电动势，对电动机而言是反电动势。同时还将产生电磁转矩，大小为，对发电机而言是阻转矩，对电动机而言是拖动转矩。nEaeCaemITTC直流电动机内部物理量之间的关系主要由电动势平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式来反映，外部运行性能主要由转速特性、转矩特性、效率特性来反映。三、电机运行原理（要求掌握定量计算！）