直流电机磁场、方程

1、中原工学院 电机学13.3 空载和负载时直流电机的磁场空载和负载时直流电机的磁场3.4 直流电机的感应电动势和电磁转矩直流电机的感应电动势和电磁转矩3.5 直流电机的基本方程直流电机的基本方程中原工学院 电机学23.3 空载和负载时直流电机的磁场空载和负载时直流电机的磁场 为什么要研究电机内的磁场为什么要研究电机内的磁场 机电能量转换的媒介机电能量转换的媒介 思路思路 空载时的磁场空载时的磁场 负载时的磁场负载时的磁场中原工学院 电机学3一一 、空载时直流电、空载时直流电机的磁场机的磁场 空载运行空载运行:Ia0 空载时的磁场空载时的磁场: 磁动势磁动势 主磁通主磁通主磁场主磁场 漏磁通漏磁通

2、 磁场分布磁场分布: 极靴下极靴下 极靴范围以外极靴范围以外 几何中性线处几何中性线处绕组元件位绕组元件位于气隙处于气隙处中原工学院 电机学4二二 、负载时的电枢磁动、负载时的电枢磁动势和电枢反应势和电枢反应 电枢反应电枢反应: 负载时磁动势负载时磁动势=主极主极+电枢电枢 理想电枢理想电枢:电枢表面光滑电枢表面光滑,绕组为整距绕组为整距,构成绕构成绕组元件的导体均匀分布在电枢表面组元件的导体均匀分布在电枢表面. 讨论顺序讨论顺序1、电刷位于几何中性线时的交轴电枢磁动势和交轴、电刷位于几何中性线时的交轴电枢磁动势和交轴电枢反应电枢反应2、电刷偏离几何中性线时的直轴电枢磁动势和直轴、电刷偏离几何

3、中性线时的直轴电枢磁动势和直轴电枢反应电枢反应Ia0中原工学院 电机学51、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应 电刷位于几何中性线时的电电刷位于几何中性线时的电枢磁动势枢磁动势. 磁场分布磁场分布 直轴直轴 交轴交轴 交轴磁动势交轴磁动势 电枢磁动势的空间分布电枢磁动势的空间分布 展开展开, 确定原点确定原点中原工学院 电机学61、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应 电枢磁动势的空间分布电枢磁动势的空间分布, 导体中电流导体中电流ia，总导体数，总导体数Za x处处, 沿磁力线选择闭合回路沿磁力线选择闭合回路 磁动势分布磁动势分布: 电枢旋转时同样适用电枢旋转时同样适用22 - )(2Axx：fx：Aa气

4、隙磁动势作用在磁路上的磁动势时三角形2 2xAFaqDiZ：Aaa单位长度安培导体数不计不计铁心铁心磁位磁位降降中原工学院 电机学71、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应 气隙磁场气隙磁场 极靴下极靴下 极间极间 马鞍形马鞍形)()()(0 xxfxbaaBHlF中原工学院 电机学81、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应 合成磁场的求取合成磁场的求取 例图例图:电动机电动机,顺时针旋转顺时针旋转 主磁场主磁场 电枢磁动势分布电枢磁动势分布,磁场磁场 磁场叠加磁场叠加.电流方向电流方向中原工学院 电机学91、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应电枢反应作用：半个极下为增磁，半个极下为去磁的作用电枢反应作用：半个极下

5、为增磁，半个极下为去磁的作用1 1）引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁密等于零的位置（物理中）引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁密等于零的位置（物理中性线）偏离几何中性线，性线）偏离几何中性线，2 2）不计饱和时，交轴电枢反应（总）既无增磁、亦无去磁作用）不计饱和时，交轴电枢反应（总）既无增磁、亦无去磁作用 计及饱和时，交轴电枢反应（总）具有一定的去磁作用。计及饱和时，交轴电枢反应（总）具有一定的去磁作用。增磁增磁去磁去磁中原工学院 电机学10每极磁通 ldx(x)bddxl 22dx(x)bldx中原工学院 电机学112.电刷偏离几何中性线时的直轴电枢磁动势和直轴电枢反应 直轴分量直接作用于直轴分量

6、直接作用于F F0 0方向方向, ,起直接的增磁或起直接的增磁或去磁作用去磁作用, ,对主极磁场影响较大对主极磁场影响较大. .中原工学院 电机学123.4 直流电机的感应电动势直流电机的感应电动势和电磁转矩和电磁转矩一、电枢绕组的感应电动势一、电枢绕组的感应电动势 二二 、直流电机的电磁转矩、直流电机的电磁转矩中原工学院 电机学13一、电枢绕组的感应电动势一、电枢绕组的感应电动势 电枢绕组有电枢绕组有2a2a= =条支路条支路, ,每条支路元件相同每条支路元件相同每条支路所处磁场也对称相同每条支路所处磁场也对称相同每条支路的合成电动势方向相同每条支路的合成电动势方向相同, ,大小相同大小相同

7、电机感应电动势即为一条支路电动势电机感应电动势即为一条支路电动势ee前前后后前前后后中原工学院 电机学14 每根导体的感应电动势为每根导体的感应电动势为 一条支路串联导体数一条支路串联导体数z，则一条，则一条支路串联导体的电动势代数和支路串联导体的电动势代数和 lvzBlvzbzlvbEavzza11)(一、电枢绕组的感应电动势一、电枢绕组的感应电动势lvbenCEeapnDnv26060nlBpzpnlzBEavava)(602()260(每极磁通每极磁通平均磁通密度平均磁通密度常系数n中原工学院 电机学15二二 、直流电机的电磁转矩、直流电机的电磁转矩 一根导体的电磁转矩一根导体的电磁转矩

8、 一个极下导体合成电磁转矩一个极下导体合成电磁转矩 同名磁极下导体电流方向相同同名磁极下导体电流方向相同,磁极相同磁极相同,合成电磁转矩方向、大小相同合成电磁转矩方向、大小相同 异名磁极下导体电流方向相反异名磁极下导体电流方向相反,磁极相反磁极相反,合成电磁转矩方向、大小也相同合成电磁转矩方向、大小也相同 总电磁转矩总电磁转矩2DlibTazpTT1pepTT2TpTp中原工学院 电机学16二二 、直流电机的电磁转矩、直流电机的电磁转矩 每根导体的电磁转矩为每根导体的电磁转矩为 一个极下导体数一个极下导体数z，则一个极下，则一个极下导体的合成电磁转矩导体的合成电磁转矩 2DlibTaaTeIC

9、T22)(211DlizBDlizbzDlibTaavzazapaIiaa2aavaavpeIlBazppaIlpzBpTT)(22(2222每极磁通平均磁通密度常系数pD2Iaia中原工学院 电机学173.5 直流电机的基本方程直流电机的基本方程 一、他励直流电动机电压方程一、他励直流电动机电压方程特点：特点：I=Ia；电流方向；电流方向 电动势与电流关系：电动势与电流关系： 正方向的规定正方向的规定:电动机惯例电动机惯例 电压方程电压方程saaURIEU2aaaRIEUasaaIURIR2电枢总电阻反向电枢电枢电阻电阻电刷电刷压降压降中原工学院 电机学18二、并励直流电机电压方程 并励直流

10、电机特点：并励直流电机特点： 电枢电压电枢电压=励磁电压励磁电压 电流方程：电流方程： I=Ia+If 主回路电压方程主回路电压方程 串励直流电机：串励直流电机： 电枢电流电枢电流=电机电流电机电流=励磁电流励磁电流aaaRIEU中原工学院 电机学19三、他励直流电动机的功率 输入功率输入功率 电磁功率电磁功率: 为电动机电动势吸收的电功率为电动机电动势吸收的电功率 总机械功率总机械功率Te: 为电动机电磁转矩发出的机械功率为电动机电磁转矩发出的机械功率 转换功率转换功率: 输出功率输出功率:aaaaaRIIEUIP21cua1PPIEPaaeeaaTIE02PPPe602nP P0 0：克服

11、机械摩擦、风阻、铁心损耗等所需的功率：克服机械摩擦、风阻、铁心损耗等所需的功率. .空载机械损耗空载机械损耗中原工学院 电机学20四、转矩平衡 负载转矩的方向负载转矩的方向 判断电机的转向判断电机的转向 电磁转矩的方向电磁转矩的方向 驱动性质驱动性质 （判断磁极的极性）（判断磁极的极性） 转矩平衡转矩平衡TeT2T0nv02TTTeeePT22PT00PT空载转矩空载转矩中原工学院 电机学21五、直流电机的可逆性 电机的可逆性：电机的可逆性： 从原理上讲，任何电机既可作从原理上讲，任何电机既可作为发电机、亦作为电动机运行。为发电机、亦作为电动机运行。 电动机：电动机： 电动势方向与电流方向相反电动势方向与电流方向相反 电磁转矩与转向相同电磁转矩与转向相同 发电机时：发电机时： 电动势方向与电流方向相同电动