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第2章 直流电机的建模与特性分析 内容简介 2.1 直流电机的基本运行原理与结构 B、直流电机的结构 （1）额定功率：定义为额定状态下的输出功率，用 表示； B、直流电机的简单绕组 C、直流电枢绕组的基本型式 有关技术名词 2 画绕组展开图: （1）先画16根等长、等距的实线，代表各槽上层元件边，再画16根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。 结论: 电刷是电流的分界线; 单叠绕组的支路数等于极数，即 。 2.4 直流电机的各种励磁方式与磁场 2.4.2 直流电机的空载磁场 2.4.3 直流电机负载后的电枢反应磁场 2.5 直流电机的感应电势、电磁转矩与电磁功率 C、直流电机的电磁功率 2.6 直流电机的电磁关系、基本方程式和功率流程图 C、直流电机的功率流程图 (3) 磁路饱和时，有去磁作用。因为磁路饱和时，半个极下增加的磁通小于半个极下减少的磁通，使每个极下总的磁通有所减少。 ② 直轴反应 当电刷不在几何中性线时，电枢磁通势除有交轴电枢磁通势分量外还有直轴电枢磁通势分量。由于直轴电枢磁场轴线与主极轴线重合，因此其作用应该只是影响每极磁通大小。 若电机为发电机，电刷顺电枢旋转方向移动β角，对主磁极磁场而言直轴电枢磁通势及其电枢反应将是去磁的；若电刷逆电枢旋转方向移动β角，直轴电枢反应将是增磁的。若电机为电动机，其直轴电枢反应情况与发电机恰好相反。 电刷不在几何中性线时的电枢反应可用下列表格说明 直轴去磁 直轴助磁 电动机 直轴助磁 直轴去磁 发电机 电刷逆转向偏移 电刷顺转向偏移 电动机电刷位置安装出错，对电动机性能有何影响？（不考虑电枢反应） 负载时直流电机的磁场 小结： 电枢反应使气隙磁场发生了畸变,电枢磁场使主磁场一半削弱，另一半加强,并使电枢表面磁密等于零处离开了几何中性线； 电枢反应的另一个结果是电枢反应具有去磁作用，使得电机负载情况下每极磁通有所下降。 当电刷处于几何中性线时，电枢磁势与磁极轴线互相垂直 ； A、正负电刷之间感应电势的计算 图2.23 每极下气隙磁场的分布和相应的导体电势情况 根据图2.23，每根导体的瞬时电势为： (2-10) 导体沿圆周的线速度为： (2-11) 每根导体的平均电势为： (2-12) 每条支路即正、负电刷之间的感应电势为： (2-13) 式中， 为电势常数， 为每极下的磁通。 结论： 直流电机正、负电刷之间的感应电势与转子转速以及每极的磁通成正比。 直流电机中的电枢电势是指正、负电刷之间的电枢绕组 感应电势的总和，也就是每条支路上感应电势之和。 设导体在电枢表面均匀分布，气隙磁密 的平均值为Bav，电枢表面的线速度为v， 导体在磁场中的轴向长度为 l， 则每根导体的感应电动势的平均值eav为 若电枢总导体数为N，并联支路数为2a， 那么一条支路的总电动势，即电枢电势Ea为 则每条支路中串联导体数为N/2a， 电动势常数 . 电枢电动势 . 直流电机的感应电动势与哪些因素有关？若一台直流发电机在额定转速下、额定励磁下的感应电动势为230V，试问下列情况下电动势变为多少？（1）磁通减小10%；（2）励磁电流减小10%；（3）转速增加10%；（4）磁通减小10%同时转速增加10%。 B、电磁转矩的计算 图2.24 每极下气隙磁场的分布和相应 根据图2.24，每根导体所产生的电磁力和电磁转矩分别为： (2-14) (2-15) 微元dx上的导体所产生的电磁转矩为： 每极下的电磁转矩为： 总电磁转矩为： (2-16) 式中， 为转矩系数。它与电势常数之间存在如下关系： (2-17) 结论： 直流电机所产生的电磁转矩与电枢电流以及每极的磁通成正比。 忽略磁路饱和，则有： (2-18) 则正、负电刷之间的感应电势为： (2-19) 电磁转矩为： (2-20) 电磁转矩 设电枢电流为Ia，流过每根导体的电流为ia，并联支路数为2a， 则每根导体所受到的平均电磁力fav为 fav=Bavlia 产生的平均电磁转矩Tav为 电枢表面共有N根导体，且ia=Ia/2a 则总的电磁转矩T为 转矩常数 . . 定义： 电磁功率定义为电磁转矩与转子角速度的乘积，它反映了直流电机经过气隙所传递的功率。 根据式（2-13）与式（2-16）可求得电磁功率为： （2-21） 上式的物理意义： 对直流电动机而言，从电源所吸收的电功率全部转化为机械功率输出；对直流发电机而言，从原动机所吸收的机械功率全部转化为电功率输出。 . 电势常数和转矩常数都决定于电机的结构数据。 对于一台已制成的电机，电势常数和转矩常数都是