《电机学》学习笔记.docxVIP

总体基础：

导线的感应电动势：e=Blv电机感应电动势E=CEφn=pN60a*

导线所受电磁力：f=Bxli电磁转矩Tem=pN2πaφIa=CTφ

电机内气隙磁场：Fm=Fa+Ff1

第一部分直流电机

一、结构：

定子为永磁极，为电机提供一个固定的磁场，成对出现。绝大多数不采用永磁体，由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。

转子上面为电枢绕组。电动机时，转子通以直流电压，经过换向器变在转子内部体现为每根导体上的交变电流，用以驱动旋转。发电机时，由于转子切割磁场，电枢内每根导线上产生交变电流，通过换向器对外体现为直流电。

换向器通过电刷连接外电路。

电枢铁心用于固定支撑电枢绕组和导通磁路。为了减少涡流损耗，采用0.5~0.35的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。

额定值：额定功率PN（W），额定电压UN（V），额定电流IN（A），额定转速nN（r/min）,额定效率η，额定转矩TN。

发电机：PN=UN*IN电动机：PN=UN*IN*η

额定值是电机运行的基本依据，一般希望电机按照额定值运行。运行于额定值时称为满载。运行时超过额定容量，称为过载。运行远低于额定容量，称为轻载。过载使电机过热，降低使用寿命，甚至损坏电机，应避免。轻载浪费容量和降低了效率，不建议采用。

二、直流电机分类和通用方程

1、分类：

他励：励磁电流和电枢电路采用不同电源。

并励：励磁绕组和电枢并联

串励：励磁绕组和电枢串联

复励：电机里同时存在并励绕组和串励绕组。

并励和串励绕组磁动势相加称积复励，相减称差复励。

并励绕组与电枢绕组并接，串励绕组与电枢串接，称短复励。

并励绕组与串励绕组串联后与电枢绕组并联，称长复励。

2、直流电机可逆性：

当电机以较高转速n旋转时，产生EU，则电机电枢电流与E同向，电磁转矩Tem与n反向，电机为发电机运行状态。

当电机以较低转速n旋转时，产生EU，则电机电枢电流与E反向，电磁转矩Tem与n同向，电机为电动机运行状态。

在不同的外部条件下，一台电机的转换能量方向可以改变的性质，无论是交流电机还是直流电机都具有这种性质，称为电机的可逆性。

3、直流电机方程：

（1）电动势平衡方程：

发电机：E=U+Ia*Ra电动机：U=E+Ia*Ra

（2）功率平衡方程:

电磁功率的概念：电枢绕组感应电动势E与电枢电流Ia的乘积。Pem=E*Ia

发电机：EIa=UI+UIf+Ia2Ra

EIa——发电机电磁功率

UI——发电机输出功率

UIf——发电机励磁回路电阻损耗

Ia2Ra——发电机电枢回路内电阻损耗，即铜损

电动机：P=U（Ia+If）=EIa+UIf+Ia2Ra

(3)转矩平衡方程：

发电机：P1Ω=PemΩ+P0Ω

（4）效率：

η=P2P1=

三、几种电机的运行特征

运行特征：讨论端电压U0、电枢电流I或者输出电流I、励磁电流If与转速n之间的三个量中其余不变时，任意两个量之间关系。

1、他励发电机

（1）空载特性曲线为n=常数，I=0时，U0=f(If)的关系曲线。当励磁电流If=0时，发电机仍然有一个很小的电压，称为剩磁电压，值约为额定电压的2%~4%。

（2）负载特性曲线为n=常数，I=常数时，U0=f(If)的关系曲线。

两条曲线在同一励磁电流下，电压不等。产生原因是：1、电枢反映的去磁（或助磁）作用；2、电枢回路总电阻引起的电压降。

外特性曲线空载和负载特征曲线

外特性曲线

空载和负载特征曲线

调节特性

调节特性

（3）外特性曲线为n=常数，If=常数时，U=f（I）的关系曲线。随着负载电流增大，输出端电压下降。这是由于电枢回路总电阻引起的电压降和电枢反映的去磁效应。当负载电流大大超过额定值时，发电机端电压降的很低。极端时，负载电阻为零，由于电枢电阻很小，短路电流很大，使发电机损坏。需要设置短路保护设备。

（4）调节特性为n=常值，U=常值时，If=f（I）的关系曲线。当负载电流增大时，要保持端电压不变，需要增大励磁电流，以补偿电阻压降以及电枢反应增加的去磁作用。

2、并励发电机

并励发电机的自励条件（同样适用于复励发电机）：

（1）电机应有剩磁。即主磁极存在部分磁场，使电枢在旋转过程中产生电压。

（2）励磁绕组并接到电枢的连接方法与电枢的旋转方向正确配合。剩磁产生电压能够使励磁绕组磁场增加。这样可以使主磁极磁场增大。

（3）励磁回路电阻小于电机运行转速对应的临界电阻。在发电机正常转速下，电枢绕组产生的电压足以激发足够的磁场，使发电机工作稳定。即U0IfR