第3章直流电机原理(5-10)

3.5电枢电动势与电磁转矩电枢电动势：直流电机正、负电刷之间的感应电势，即每个支路里的感应电势。一根导体：Bav：平均磁密；li：导体长度；v：电枢旋转线速度n：电枢旋转速度（r/min)：每极磁通支路电势：Ce：电势常数z：总导体数3.5.1电枢电动势电枢电动势的认识一台制造好的电机，它的电枢电势（V）正比于每极磁通Ф（韦伯）和转速n（r/min）,与磁密分布无关。若不计饱和影响：3.5.2电磁转矩一根导体的平均电磁力：一根导体所受电磁力对应的电磁转矩：总电磁转矩：Ct:转矩常数电磁转矩的认识一台制造好的电机，它的电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流，与磁密分布无关。电势常数Ce和转矩常数Ct决定于结构常数。它们的关系为：3.5.3直流电机的电枢反应1、主磁场及其磁密分布曲线主磁通漏磁通几何中性线2、电枢磁场、电枢反应的定义直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，该电流建立的磁场简称电枢磁场，电枢磁场对主磁场的影响就称为电枢反应。当电机带上负载后，电机的气隙磁场由主磁场和电枢两个磁场共同决定。电枢磁动势的出现，使气隙磁场发生畸变，即电枢反应。各支路电流都是通过电刷引入获引出，因此电刷是电枢表面上电流分布的分界线。电枢磁势的轴线总是与电刷轴线相重合。3、电枢反应

如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中所示。

由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图中所示。主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：

对主磁场起去磁作用使气隙磁场发生畸变

空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线一个角度，磁通密度的曲线与空载时不同。

磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。电枢反应特点使物理中性线位移（空载时，电机物理中性线与几何中性线重合；负载时，物理中性线发生偏转）思考题：直流发电机负载工作下将电刷顺电枢转向移动一角度后，电枢反应是什么性质的？当电枢反方向转动后，负载工作下电枢反应的性质与前者有何不同？3.6直流发电机2、电枢回路方程式3.6直流发电机3.6.1直流发电机稳态运行时的基本方程式1、正方向的规定（发电机惯例)3、转矩平衡方程式3.6.2功率关系电枢电功率直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的机械功率等于通过电磁感应作用在电枢回路所得到的电功率。机械功率—铁损耗，电枢铁心在磁场中旋转时，硅钢片中的磁滞和涡流损耗，与磁密大小和频率有关—由摩擦引起的损耗，与电机的转速有关。3.6.2功率关系发电机的效率总损耗为附加损耗

10KW以下的小型电机，效率为75%-85%；10KW-100KW的电机，约为85%-90%；100KW-1000KW，约为88%-93%。

问题1：并励发电机的功率流程及损耗？例题1一台额定功率的并励直流发电机，它的额定电压，额定转速，电枢回路总电阻，励磁回路总电阻，已知机械损耗和铁耗，求额定负载情况下各绕组的铜损耗、电磁功率、总损耗、输入功率及效率。3.7直流电动机的运行原理从原理上讲，一台电机在一定条件下既可以作为发电机运行，将机械能转变为电能，在另一条件下作为电动机运行，将电能转化为机械能。这就是电机的可逆原理。※直流电机的可逆原理3.7.1直流电机的可逆原理具体分析如下：发电机状态时:的方向与方向一致;表示向电网输出电功率；

表示原动机输入机械功率。

3.7.1直流电机的可逆原理电动机状态：

保持这台电机的励磁不变，减小其输入机械功率因系统的惯性，转速来不及变化，

都来不及变化3.7.1直流电机的可逆原理的作用，电机的转速继续下降。当转速下降至时，

表示向直流电网输出电能.

表示从电网吸收电功率；

电动机惯例3.7.2他励直流电动机稳态运行的基本方程式3.7.3他励直流电动机的功率关系电动机的效率总损耗问题2：如何判断一台直流电机是电动运行状态还是发电运行状态？电动机与发电机状态比较1、电动机：电枢电流方向取决于电压方向发电机：电枢电流方向取决于电枢电动势方向3、电动机：是电功率，是机械功率；发电机是机械功率，是电功率2、电动机：T与的方向一致，是驱动转矩发电机：T与的方向相反，是制动转矩思考题：改变并励电动机电源的极性，能否改变其转向？为什么？试求：1、此直流电机运行于发电机状态还是电动机状态？2、电机的电磁转矩T？3、电机的输出转矩？4、电机的效率？例2：一台他励直流电机并联于220V直流电网运行，已知电机，极对数，电机总导体数额定转速。每极磁通电枢回路总电阻，励磁回路总电阻铁损耗，机械损耗支路对数3.7.4直流电动机的工作特性时，的关系为转速特性。根据转速公式，可得n0：理想空载转速转速下降不多，考虑电枢发应，有可能升高。1、转速特性2、转矩特性根据转矩公式：或者考虑去磁，曲线有所下降。时，的关系为转矩特性。3、效率特性当U＝UN，If＝IfN时，的关系叫效率特性。其中，为不变损耗为可变损耗令可得直流电动机的效率约为0.75～0.94作业：S3.14,3.43.8他励直流电动机的机械特性3.8.1机械特性的一般表达式直流电动机的基本方程式：电磁转矩：感应电动势：电枢回路电势平衡式：电动机转速特性：机械特性一般表达式：3.8.2固有机械特性当U=UN，Φ=ΦN，电枢回路无外接电阻时，转速与转矩之间的关系。3.8.3人为机械特性1、电枢回路串电阻的人为机械特性保持U=UN及=N不变而在电枢回路中串入电阻R，所得的n=f（T）关系。2、改变电枢电压的人为机械特性保持每极磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻（R=0）,只改变电枢电压时的机械特性。一般都为降低的电压。固有人为UNU1U2UN>U1>U2TOnn03、减少气隙磁通量的人为机械特性保持端电压为额定值不变，电枢回路不串电阻（R=0），只改变励磁电流的机械特性。额定时，接近饱和，一般都为减弱的磁通。固有人为NN>’

TOnn013.8.4根据电机的铭牌数据估算机械特性理想空载转速(1)根据经验估算额定电枢电动势EaN=（0.93~0.97）UN(2)根据所选直流电动机，实测电枢回路电阻3.9串励和复励直流电动机3.9.1串励直流电动机的机械特性Ian根据转速公式，可得串励电动机的特点，特点：重载时，n很小；轻载时，飞车。结论：串励电动机不允许在小于15～20％的额定负载下起动。3.9.2复励直流电动机的机械特性Ian复励是串励和并励共同合成得励磁方式。并励起主要作用，接近并励特性；串励起主要作用，接近串励特性；并励串励复励3.10直流电机的换向直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向改变，即换向。减少换向元件的感应电势和旋转电势，可以有效地改善换向。最有效的办法：装换向极。二、换向的电磁理论换向元件中的电动势：自感电动势和互感电动势：换向元件（线圈）在换向过程中电流改变而产生的。切割电动势：在几何中性线处，由于电枢反应存在，电枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。换向元件中的合成电动势为：

根据楞次定律，自感电动势、互感电动势和切割电动势总是阻碍换向的。换向电动势：在几何中性线处，换向元件在换向极磁场中感应的电动势。换向电动势是帮助换向的。1、直线换向当时换向元件电流随时间线性变化。当时换向元件电流随时间不再是线性变化，出现电流延迟现象。2、延迟换向当时换向元件电流随时间不再是线性变化，出现电流超前现象。3、超越换向直线换向延迟换向超越换向改善换向的方法设置换向极，可用消除电磁原因引起的火花

换向极的磁势必须正比于负载电流，换向极绕组和电枢绕组串联，并且换向极的磁路不