《电机及其拖动》第二章.ppt

第三节 直流电机的绕组 根据电磁感应定律， 一个匝数为 的元件 中感应电动势的平均值为： 4个元件所产生的电枢磁动势波形 电枢反应后磁动势波形 电枢反应的影响： 1、有负载时气隙磁场发生了畸变 2、电枢反应呈现去磁作用 电刷不在几何中性线时的电枢反应可用下列表格说明 交轴和直轴去磁 交轴和直轴助磁 电动机 交轴和直轴助磁 交轴和直轴去磁 发电机 电刷逆转向偏移 电刷顺转向偏移 第五节 感应电动势和电磁转矩的计算 直流电机运行时，电枢绕组切割磁力线，在电枢绕组内部会感应产生电动势。当元件数很多时，因每个元件中电动势的变化情况又是相同的，因此，可以认为每条支路中各元件电动势瞬时值的总和是不变的。 先求出每个元件电动势的平均值，然后乘上每条支路中串联元件数。 一、感应电动势的计算 当元件轴线从某一主极轴线位置转到相邻主极轴线位置时，电枢所转过的电角度为π，与元件交链的磁通由Φ变到-Φ。设电枢的速度为ω，转过电角度的时间为： 式中，n—电枢的转速；p—极对数。 ω=2pπn/60 设元件数为S，支路数为2a，则每条支路串联的元件数是S/(2a)，则支路电动势的平均值为： 对制成的电机，Ce=pZ/60a为一个常数，称为电动势常数 绕组全部有效导体数为 ，所以 若不计饱和影响，磁通Φ与励磁电流If的关系为： 其中Kf 为比例常数 感应电动势的计算公式为 说明：机械角速度Ω与转速n关系是 直流电机的感应电动势的计算公式是直流电机重要的基本公式之一。 感应电动势Ea的大小与每极磁通Φ(有效磁通）和电枢转速的乘积成正比。如不计饱和影响，它与励磁电流If和电枢机械角速度乘积成正比。 二、电磁转矩的计算 右图为电动机负载时一极下气隙磁场的分布和载流元件边的分布情况。设气隙中某处的径向磁密为Bδx;元件匝数为Ny；元件边有效长度为l; 元件中电流为ia。根据安培定律，此处元件边所受的切线方向的电磁力为 Fx=NyBδxlia 设电机的直径为Da，则电磁力Fx产生的电磁转矩为 经变量代换得, 其中 为电机的转矩常数，有 电磁转矩也可以表示为 其中Gaf=CT Kf 电磁转矩计算公式是直流电机的重要基本公式, 它表明：电磁转矩Te的大小与每极磁通Φ和电枢电流Ia的乘积成正比。 或：如不计饱和影响，它与励磁电流If和电枢电流Ia的乘积成正比。 能量关系： 根据感应电动势的计算公式 则： 而： 所以： 电动机通过电磁感应作用，从电源吸取电磁功率EaIa，转化为 电磁转矩对机械负载所作的机械功率TeΩ。 发电机从原动机输入机械功率TeΩ，通过电磁感应作用，转化 为发电机输出的电磁功率EaIa。 转矩常数： 直流电机感应电动势计算公式： 直流电机电磁转矩计算公式： 电动势常数： 电动势常数与转矩常数的关系： 几个重要关系式 第六节 直流电机的运行原理 电机在进行能量转换时，通过运动方程式表征其内部电磁过程和机电过程。这种运动方程也就是电气系统的电动势平衡方程式和机械系统的转矩平衡方程式，并由此得出表征机电能量转换时能量平衡关系的功率方程式。 一、直流电机的基本方程式 （一）电动势平衡方程式 直流电机运行时，是一种定子和转子双边励磁的机电系统。不计电机磁路的饱和效应，将这两个电路的一些参数均视为常数，根据基尔霍夫定律，可列出他励电动机的电枢回路和励磁回路的电动势平衡方程式。 原理图 等效图 根据原理图画出等效图写出电动势平衡方程式 若电机稳态运行，电路中的电磁量与机械量不是时间的函数。 若电机稳态运行，对于发电机 根据力学原理，在直流电机的机械系统中，任何瞬间必须保持转矩平衡。 （二）转矩平衡方程式 在电动机中，电磁转矩Te是拖动性质的，它必须与轴上的机械负载矩（等于负载制动转矩T2与空载损耗转矩T0之和），及电机电枢惯性转矩 相平衡。 所以，电动机的转矩平衡方程式为： 稳态时电动机以恒定角速度转动， 对于发电机： T1为原动机拖动转矩。 稳态时， 从能量平衡关系可以得出功率平关系，对于并励电动机，输入功率为： P1=UI=U(Ia+If)=UIf+UaIa=UIf+（IaRa+2ΔUc+Ea)Ia。 其中一小部分UIf输入励磁回路的电功率，它完全消耗在励磁回路的电阻Rf中，称为励磁损耗pCuf；还有一部分输入电功率消耗在电枢绕组电阻Ra中，称为电枢铜耗pCua；消耗在电刷与换向器接触电阻中的电功率，称为电刷接触损耗pc。从输入电动机的电功率P1中扣除这些损耗后，就是转换为机械功率的电磁功率