电机及拖动基础 第4版 第一章 直流电机.ppt

第二节 直流电机的电磁转矩和电枢电动势 一、电磁转矩T（Torque） 在直流电机中, 电磁转矩T是由电枢电流与磁场相互作用而产生的电磁力所形成的。经推导电磁转矩可用下式来表示： T＝CT? Ia 式中 ＣT ——转矩常数；ＣT=Np/(2?a)取决于电机的结构，即 在制成的电机中，p、N（电枢绕组总导体数）、 a均为定值； ?——每极下的合成磁通(Wb)； 当Ia为(A)时, 电磁转矩单位为N.m。 可见对已制成的电机, 电磁转矩T正比于气隙每极磁通?及电枢电流Ia。 在直流电机中, 感应电动势是由于电枢绕组和磁场之间的相对运动, 即导线切割磁力线而产生的。根据电磁感应定律可推得： Ea＝Ce? n 式中 Ce——电动势常数，Ce ＝Np/(60a)。取决于电机的结构 当每极磁通?、转速n的单位分别是Wb、r/min时, 电枢电动势的单位为V。 可见：对已制成的电机, Ea正比于每极磁通?和转速n； 另：转矩常数CT与电势常数Ce之间有固定的比值关系： CT／Ce＝(N·p/2?a)/(N·p/60a)=9.55 二、电枢电动势Ea 例1-5 一台4极直流电动机，电枢绕组为单叠绕组，每极磁通Φ=2.0× 10-2Wb，电枢总导体数N=432，额定转速nN=2850r/min，求： 1）电动机的电枢电动势。 2）若电枢电流为400A时，能产生多大电磁转矩？ 1）电枢电动势： 单叠绕组 ： 解 2）电磁转矩 Pem= EaIa= (pN/60a)?n Ia =(pN/2?a)?Ia (2?n/60) =T? 对电动机而言电动势Ea是反电动势，电源电压U必须大于电动势Ea把电流Ia灌入。从上式的推导过程可见，电动势Ea与电枢电流Ia的乘积是电功率属性的电磁功率Pem，经过电磁作用转换为等量的机械功率属性的电磁功率Pem ，所以Pem是机电能量转换的桥梁。 桥梁 电功率属性 机械功率属性 Pem 三、电磁功率Pem 第三节 直流电动机的运行原理 一、直流电动机的基本方程式 他励直流电动机的结构示意图及电路图 电动机惯例：Ea与Ia反向, T与n同方向 TL与n反方向 电动机稳定运行时的基本方程式： 电动势平衡方程式、转矩平衡方程式、 功率平衡方程式 一、直流电动机的基本方程式 1、电动势平衡方程式 根据电路的基尔霍夫定律可以写出电枢回路的电动势平衡方程式： U=Ea＋IaRa 式中 Ra ——电枢回路总电阻 Ia——他励电动机 Ia=I ； 并励电动机 Ia=I-If 对于电动机：U Ea，Ea与Ia反方向 一、直流电动机的基本方程式 2、功率平衡方程式 电机在机电能量转换中，一部分能量不能被利用，这部分能量称为损耗。直流电机的损耗可分为： pm：由各类摩擦引起的机械损耗 pFe：铁心损耗(磁滞与涡流之和) pcua：电枢回路铜耗pcua = Ia2Ra pf： 励磁回路铜耗pf（=UIf=RfIf2）； ps： 附加(杂散stray) )损耗 空载损耗p0即不变损耗 因此，功率平衡方程式，就是扣除损耗的过程。 ——可变损耗 一、直流电动机的基本方程式 2、功率平衡方程式 P1=UI=UIa =(Ea＋IaRa)Ia= EaIa＋Ia2Ra =Pem＋pcua 上式说明：当他励直流电动机接上电源U时,电枢绕组中流过电流Ia, 电网向电动机输入的电功率P1=UI=UIa中的小部份消耗于电枢铜耗，大部份作为电磁功率转换成了机械功率。 但转变成机械属性的Pem还要扣除铁耗、机械损耗、附加损耗才是输出的机械功率P2 P2=Pem－pFe－pm－ps =Pem － p0 一、直流电动机的基本方程式 2、功率平衡方程式 注意：他励电动机的励磁铜耗pf由其他电源提供。而并励电动机的pf由同一电源提供，所以并励电动机的功率平衡方程式中还应包括励磁铜耗pf 。 上述