第二十四章 直流电机磁势、电势和基本方程式

1、1234主磁通交链励磁绕组和电枢主磁通交链励磁绕组和电枢绕组，绕组， 电枢旋转时，切割电枢旋转时，切割主磁通，在电枢绕组中感应主磁通，在电枢绕组中感应电势，产生电磁转矩。电势，产生电磁转矩。漏磁通漏磁通只是增加主磁极磁路只是增加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，的饱和程度。在数量上，漏漏磁通磁通比比主磁通主磁通小得多，大约小得多，大约是主磁通的是主磁通的20%20%。5ldHWIff6fffIWF2jjmmjajatataflHlHlHlHlHHlF222二二 空载时的磁势空载时的磁势760106 . 12KBKBFBH SBSBK8当转速一定时，当转速一定时， 所以磁化曲线有代表所以磁化曲线有

2、代表0E( )0c120If(Ff)FfNF ab直流电机空载磁化曲线直流电机空载磁化曲线00E)(0fFfNE气隙线气隙线磁化曲线磁化曲线：表示空载主磁通表示空载主磁通0 0与主极磁动势与主极磁动势F Ff f之间之间的关系曲线，的关系曲线， 0 0f f（ F Ff f）。通过实验或计算得到。）。通过实验或计算得到。直流电机空载磁化曲线直流电机空载磁化曲线直线，不饱和部分膝点饱和部分)(0fIfE 910l由磁极的直流励磁电流产生，空气隙磁场不随时间变不随时间变化化，是恒定磁场；l空间上，忽略极面下的齿槽效应，沿极面均匀分布沿极面均匀分布。11NSBa x 主极磁场磁密分布曲线主极磁场磁密

3、分布曲线12fF励磁电流所建立的磁场电枢电流所建立的磁场气隙磁场1314从几何中性线处，将电枢外圆展开时，电枢磁势、磁密的分布从几何中性线处，将电枢外圆展开时，电枢磁势、磁密的分布NSB为马鞍形为马鞍形1516Ba xFa xxA /20NSBa xFa xxA /2017交轴电枢磁势交轴电枢磁势Faq直轴电枢磁势直轴电枢磁势Fad18NSBa x 19发电机电动机NSS4S3S1S2B xBa xxB0空载时几何中性空载时几何中性线与物理中性线线与物理中性线发电机电动机NSS4S3S1S2B xBa xxB0空载时几何中性空载时几何中性线与物理中性线线与物理中性线使磁场的零点偏移使磁场的零点

4、偏移； 不饱和时，每极磁不饱和时，每极磁通量不变；通量不变； 饱和时，每极磁通饱和时，每极磁通量会减少。量会减少。22顺着发电机方向移顺着发电机方向移 交轴电枢磁势产生的电枢反应与前交轴电枢磁势产生的电枢反应与前面相同，直轴电枢反应起去磁作用面相同，直轴电枢反应起去磁作用Faq：畸变：畸变 Fad：去磁去磁 发电机发电机：电枢顺：电枢顺n旋转方向偏移旋转方向偏移电动机电动机：电枢逆：电枢逆n旋转方向偏移旋转方向偏移电刷顺着发电机旋转方向移电刷顺着发电机旋转方向移 23二、电刷不在几何中性线上二、电刷不在几何中性线上逆着发电机方向移逆着发电机方向移 电刷逆着发电机旋转方向移电刷逆着发电机旋转方向

5、移 2425E0Ff0FfFf0026由于磁路饱和作用的影响，使极面下增加的磁通小于减小由于磁路饱和作用的影响，使极面下增加的磁通小于减小的磁通，交轴电枢磁势的磁通，交轴电枢磁势Faq 将使每极磁通略有减少，将使每极磁通略有减少， Faq存存在交磁作用和去磁作用在交磁作用和去磁作用1 1电枢反应的去磁作用将使每极电枢反应的去磁作用将使每极 略有减小略有减小E0Ff0FfFf0Faqd0可用等效直轴去磁磁势可用等效直轴去磁磁势Faqd表表示这种去磁影响，示这种去磁影响， Faqd的大小的大小随电枢电流变化，也取决于磁随电枢电流变化，也取决于磁路饱和程度。为简便起见，近路饱和程度。为简便起见，近似

6、认为似认为 （电枢电流），（电枢电流），这时同样大小的这时同样大小的If 产生的产生的E0 IFdaq 27E0Ff0FfFf0Faqd0E0if0ifif0if0ffffaqdfIIIFFF 00Ff为磁极磁势，为磁极磁势，Ff0为用以产生磁通的有效磁势。可见要保持为用以产生磁通的有效磁势。可见要保持E0不变必须增加励磁电流不变必须增加励磁电流If ，以弥补交轴磁势，以弥补交轴磁势Faq的去磁作用。的去磁作用。结论：电机转速和励磁电流一定，由于交轴电枢反应去磁作结论：电机转速和励磁电流一定，由于交轴电枢反应去磁作用，使负载时感应电势比空载略小。要保持感应电势不变，用，使负载时感应电势比空载略

7、小。要保持感应电势不变，需增加励磁电流，以补偿交轴电枢反应的去磁作用需增加励磁电流，以补偿交轴电枢反应的去磁作用28(二二)电枢反应使极面下磁密分布不均匀，从而使电枢反应使极面下磁密分布不均匀，从而使各换向片间电势也分布不均，当电机过载特别是各换向片间电势也分布不均，当电机过载特别是冲击性负载下，可能导致环火的产生冲击性负载下，可能导致环火的产生碳刷不在几何中性线上应计入碳刷不在几何中性线上应计入Fad的影响的影响（三）在交轴处的电枢磁场将妨碍线圈中的电流（三）在交轴处的电枢磁场将妨碍线圈中的电流 换相换相三三 电枢反应对直流电机的影响电枢反应对直流电机的影响29例例24-1 一台四极直流发电

8、机，额定电压为一台四极直流发电机，额定电压为230V，额定电枢电，额定电枢电流为流为84.8A, 额定转速为额定转速为1450r/min. 电枢回路总电阻为电枢回路总电阻为0.147. 励磁绕组匝数为励磁绕组匝数为880匝。在额定运行情况下的励磁电流为匝。在额定运行情况下的励磁电流为2.85A. 当转速为当转速为1450r/min时时, 测得电机空载特性曲线如下测得电机空载特性曲线如下: E0(V) 44 104 160 210 240 258 275 If0(A) 0.37 0.91 1.45 2.00 2.38 2.74 3.28试求当该机在额定运行情况下试求当该机在额定运行情况下,电枢反

9、应的等效去磁安匝电枢反应的等效去磁安匝Faqd30解解: 已知已知 在额定运行情况下电枢感应电势为在额定运行情况下电枢感应电势为 利用插入法利用插入法,求得对应于求得对应于 时有效励磁电流为时有效励磁电流为 额定情况下实际励磁电流为额定情况下实际励磁电流为 用于补偿电枢反应去磁作用的等效励磁电流为用于补偿电枢反应去磁作用的等效励磁电流为 电枢反应的去磁安匝为电枢反应的去磁安匝为 电枢反应的去磁安匝约为总励磁磁势的电枢反应的去磁安匝约为总励磁磁势的15%147. 0,8 .84,230aaNNRAIVU)(5 .242147. 08 .84230VRIUEaaNNaNVEaN5 .242)(43

10、. 22402582405 .242)38. 274. 2(38. 20AIfAIfN85. 2)(42. 042. 285. 20AIIIffNf37088042. 0ffaqdIF31l设总导体数为设总导体数为N，共有，共有2a条并联支路，每条支路条并联支路，每条支路导体数为导体数为N/2a，则电枢绕组电势，则电枢绕组电势:（为（为 N/2a 条导体电势之和）条导体电势之和）32l一根导体的平均电势：一根导体的平均电势：LvBeavavavBLBav N S axl若电枢铁心直径为若电枢铁心直径为Da，主极数，主极数为为2P，电枢表面周长，电枢表面周长电枢转速为电枢转速为n，则电枢表面线速

11、，则电枢表面线速度度602nPvPDa2L：导体有效长度：导体有效长度nCnaPnnPLLaNeaNEeava60 6022260PNCe：电势常数：电势常数33（1）对一直流电机，）对一直流电机， 不计饱和时，不计饱和时，若不计磁饱和，若不计磁饱和，则得到电势的另一种表达式则得到电势的另一种表达式 其中其中fefaICE260;nIKIfffnEEaa ;afaEIE;结论：结论：（2）Ea 仅与磁通仅与磁通 的大小有关，与的大小有关，与 的具体分布无的具体分布无关，如关，如 的分布变化而总量不变，则变化的是各元件的分布变化而总量不变，则变化的是各元件电势大小，而电势大小，而Ea 不变不变f

12、eefKCC26034总导体数为总导体数为NaiavavilBfaIiaa2NilBNffaiavavaTaaiiICIapNpNaIllT 222222DNiLBDfTaav 35aTICTeTCaNPaPNC55. 9602602afTfaffTfffIICIIKCTIKI ， ,xBavB气隙磁场和载流导体的分布气隙磁场和载流导体的分布fTTfKCC3624-6 24-6 直流电机的基本方程式直流电机的基本方程式电势平衡方程式电势平衡方程式转矩平衡方程式转矩平衡方程式37nCEea一一 电势平衡方程式电势平衡方程式无论发电机，电动机，电枢旋转时，都有感应电势无论发电机，电动机，电枢旋转时

13、，都有感应电势381他励直流电机他励直流电机励磁电流由其它电源单独供电励磁电流由其它电源单独供电, 电枢电流为线路电电枢电流为线路电流：流： Ia = I励磁回路：励磁回路：Uf=RfIfIaIfUf+-EaU发电机发电机IaIfUf+-EaU电动机电动机电枢回路电枢回路39IaIfUf+-EaU发电机发电机IaIfUf+-EaU电动机电动机aaaaaRIEuRIEU2uRIUEaa2aaaRIUE电枢回路电枢回路40IaIfUfEaU发电机发电机电动机电动机IIaIfUfEaUI2.并励直流电机并励直流电机UUffaIIIfaIII41IaIfEaU发电机发电机电动机电动机IIaIfEaUI

14、3串励直流电机串励直流电机faIII 发电机：发电机： U（ 发生电势）发生电势）电动机：电动机： U（ 反电势）反电势）aEaEaEaE励磁绕组与电枢绕组串联励磁绕组与电枢绕组串联42当电枢中有电流通过当电枢中有电流通过, 电枢的载流导体与气隙磁场电枢的载流导体与气隙磁场作用产生电磁转矩作用产生电磁转矩aTICT 1 发电机发电机：电枢电流与电枢电枢电流与电枢电势同方向，电磁转矩电势同方向，电磁转矩制动制动性质性质TTT 01T1T0T432T式中，20TTT 直流电动机直流电动机44三三 、功率平衡方程式、功率平衡方程式发电机发电机:0101PPPTTTemPem : 电磁功率电磁功率; P1 : 原动机输入功率原动机输入功率;P0 : 空载损耗：空载损耗：smFepppp0aTICTnCEeaaaaaemIEInaNPnIaPNTP)60(6022T1=T+T0