华北电力大学电机学87讲直流电机(12)直流电机的共同问题(二)直流电机的电枢反应感应电动势电磁转矩

第二十三章直流电机的共同问题第四篇直流电机1.掌握直流电机的电枢反应2.掌握直流电机电枢绕组的感应电动势3.掌握直流电机的电磁转矩本章基本要求直流电机的共同问题（二）直流电机的电枢反应直流电机电枢绕组的感应电动势和电磁转矩主要内容直流电机的共同问题（二）23.5直流电机的电枢反应负载时的气隙磁场直流电机的共同问题（二）励磁电流所建立的磁场电枢电流所建立的磁场气隙磁场xaxaxaxffBBFIBFI0负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同决定23.5直流电机的电枢反应直流电机的共同问题（二）负载时的气隙磁场主极磁场电枢磁场气隙磁场23.5直流电机的电枢反应电枢反应：负载时电枢磁动势对主磁场的影响。直流电机的共同问题（二）电枢磁动势由电刷的位置决定，故电枢反应决定于电刷的位置交轴电枢反应：交轴电枢磁动势对主磁场的影响直轴电枢反应：直轴电枢磁动势对主磁场的影响一、电刷位于何中性线上时的电枢反应电枢磁动势全部为交轴电枢磁动势，故为交轴电枢反应物理中心线：电枢表面气隙磁密为零的直线23.5直流电机的电枢反应直流电机的共同问题（二）一、电刷位于几何中性线上时的电枢反应气隙磁场23.5直流电机的电枢反应直流电机的共同问题（二）交（横）轴电枢反应的表现：（1）扭斜气隙磁场，使气隙磁场发生畸变。发电机：前极端去磁后极端加磁；电动机：前加后去（2）物理中性线偏离几何中性线α角（空载时，两者重合）。发电机：顺转向偏离α角；电动机：逆转向偏离α角。（3）磁路不饱和时：增加的磁通量等于减少的磁通量，每极的磁通量不变。负载时电动势=空载时电动势。磁路饱和时：负载时的每极磁通量小于空载磁通量（附加去磁作用），负载时的电动势小于空载时的电动势。（4）Faq与Ff相对静止，且在空间相差90º电角度，它们相互作用，产生平均电磁转矩。一、电刷位于几何中性线上时的电枢反应23.5直流电机的电枢反应直流电机的共同问题（二）二、电刷不在几何中性线上时的电枢反应23.5直流电机的电枢反应直流电机的共同问题（二）既有交（横）轴电枢反应Faq又有直轴电枢反应Fad二、电刷不在几何中性线上时的电枢反应电枢反应的表现：（1）Faq起扭斜气隙磁场的作用，使气隙磁场畸变，物理中性线偏离，附加去磁作用。（2）Fad对主磁场起去磁或加磁作用发电机：顺转向移刷－去磁；逆转向移刷－加磁电动机：顺转向移刷－加磁；逆转向移刷－去磁（3）Fad与Ff同轴线，不能产生平均电磁转矩。23.6直流电机电枢绕组的感应电动势和电磁转矩直流电机的共同问题（二）一、电枢绕组的感应电动势电枢电势：直流机正、负电刷之间的感应电势，即每条支路中各串联导体感应电动势的总和。计算：求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁密的平均感应电势，然后乘上一条支路总的导体数。计算公式：•一根导体：vlBeavavBav：平均磁密；l：导体长度；v：电枢旋转线速度602npvn：电枢旋转速度（r/min)lBav：每极磁通直流电机的共同问题（二）一、电枢绕组的感应电动势nCnapNnpllaNeaNEeava6060222Ce：电动势常数N：总导体数公式：结论：（1）Ea∝nΦ；n=const，Ea∝Φ；调节励磁电流If，可以调节Φ，进而调节Ea。Φ=const，Ea∝n，调节转速n，可以调节Ea。（2）Ea只与每极磁通量Φ的大小有关，而与Φ的分布无关。因此，Ea=CeΦn既适用于空载，也适于负载。（3）性质:发电机——电源电势(与电枢电流同方向);电动机——反电势(与电枢电流反方向)。直流电机的共同问题（二）二、直流电机的电磁转矩•一根导体的平均电磁力：电枢绕组中流过电流时，电流与交轴磁场相互作用产生电磁转矩计算：所有导体产生的电磁转矩的代数和计算公式：aavavilBfaIiaa22DilBTaavav•一根导体的平均电磁转矩：•电磁转矩：22DaIlNBTNTaavavM23.6直流电机电枢绕组的感应电动势和电磁转矩直流电机的共同问题（二）二、直流电机的电磁转矩计算公式：•电磁转矩：aMaaMICIapNpaIllNT2222pD2lBavapNCM2eeMCCpNC55.93060260＝CM:转矩常数23.6直流电机电枢绕组的感应电动势和电磁转矩直流电机的共同问题（二）二、直流电机的电磁转矩结论：（1）TM∝IaΦ；电枢电流和气隙磁场相互作用产生。电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流，与磁密分布无关。（2）性质:发电机——制动（反或阻）转矩(与转速方向相反)，吸收机械能；电动机——驱动（主）转矩(与转速方向相同)，输出机械能。（3）改变电动机转向的方法：改变磁通方向或改变电枢电流方向Ma2MMTCIpNCa60aeeECnpNCa30πMeCC23.6直流电机电枢绕组的感应电动势和电磁转矩直流电机的共同问题（二）三、直流电机的电磁功率电枢电功率MaMaMaeaaMTnICInCInCIEP602602直流电动机：从电源吸收电功率，通过电磁感应作用，转换成轴上的机械功率；直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的机械功率等于通过电磁感应作用在电枢回路所得到的电功率。机械功率电磁功率一方面代表电动势为的电源输出电流时发出的电功率，另一方面又代表转子旋转时克服电磁转矩所消耗机械功率。aEaI