项目5 任务4直流电动机的磁场与公式

2/5/20232:44PM任务4直流电机的磁场与基本公式工作页：1、直流电动机电枢电势和电磁转矩的表达式。理解其物理意义。2、比较直流电动机空载和负载时的磁场。解释电枢反应，并说明电枢反应的结果是什么？3、分析直流电动机励磁方式有哪几种？各有什么特点？2/5/20232:44PM4、分析他励直流电动机电枢回路里的电压平衡关系和转矩平衡关系。5、分析直流电动机功率转换流程，都产生了哪些损耗？功率的平衡关系是怎样的？2/5/20232:44PM一、直流电动机的励磁方式2/5/20232:44PM①他励直流电动机：励磁绕组和电枢绕组由各自的电源供电②并励直流电动机：励磁绕组与电枢绕组并联到同一电源上③串联电动机：励磁绕组与电枢绕组串联到同一电源上，④复励电动机：励磁绕组一部分与电磁绕组并联，另一部分与之串联，接到同一电源上。2/5/20232:44PM1、空载时的主磁场

空载：时的气隙磁场，只由主极的励磁电流所建立，所以直流电机空载时的气隙磁场，又称励磁磁场。可以看作是主磁场。空载的含义:作为发电机，电源输出端不接任何电负载；用电枢电流表示：电枢电流等于零或小得可以忽略不计的情况。二、直流电动机的磁场2/5/20232:44PM主磁通：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回路。它同时与励磁绕组及电枢绕组交链，能在电枢绕组中感应电动势和产生电磁转矩，称为主磁通。漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩，称为漏磁通。空载主磁场的分布：1.磁极中心及附近2.靠近极尖处3.极尖以外4.几何中性线=>大、常数=>减少=>显著减少=>为零2/5/20232:44PM2、直流电机的负载磁场电枢磁场分布2/5/20232:44PM2/5/20232:44PM2/5/20232:44PM电枢反应:电枢磁场对主磁场的影响

Ia=0If0If=0Iaa

两磁场叠加2/5/20232:44PM每一极面下,主极磁场的一半被削弱,另一半被加强

几何中性线与物理中性线(磁场为零的位置)不重合

G：物理中性线顺电机旋转方向移动的α角度

M：物理中性线逆电机旋转方向移动的α角度

（1）.负载时气隙磁场发生畸变（2）.有去磁作用：考虑磁场饱和情况:削弱>增强

∴负载时的每极磁通比空载时略有减少2/5/20232:44PM电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。1、电枢中的感应电动势FFU+–NS电刷换向片IIEE三、直流电机的感应电动势和电磁转矩公式2/5/20232:44PM根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：Ce：与电机结构有关的常数n：电动机转速：磁通单位：（韦伯），n（转/每分），E（伏）FFU+–NS电刷换向片IIEE2/5/20232:44PMCT：与线圈的结构有关的常数（与线圈大小，磁极的对数等有关）：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流2、电磁转矩单位：

（韦伯），Ia（安培），T（牛顿米）由转矩公式可知：(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向。2/5/20232:44PM四、直流电动机的方程式(他励为例)1、电枢绕组中电压的平衡关系2、转矩平衡关系3、功率平衡方程式2/5/20232:44PM1、电枢绕组中电压的平衡关系因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。U：外加电压Ra:电枢回路总电阻MRaIaEa+–+–U以上两公式反映的概念：(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变E，只能改变

或n。(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则，可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变

可调速。2/5/20232:44PM2、转矩平衡关系电磁转矩Tem为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即TL：负载转矩T0

：空载转矩转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。2/5/20232:44PM例：设外加电枢电压U一定，T=TL+T0(平衡)，这时，若TL突然增加，则调整过程为：与原平衡点相比，新的平衡点：Ia

、P入TL

nEIaTem

最后达到新的平衡点。2/5/20232:44PM3、功率平衡方程式电网输给电动机的功率他励电动机总损耗电动机轴上的机械功率pad2/5/20232:44PM并励电动机能量流程图电网输给电动机的功率并励电动机总损耗电动机轴上的机械功率3、功率平衡方程式2/5/20232:44PM例2-4一台并励电动机，其额定值如下：PN=22kW，UN=110V，nN=1000r/min，η=0.84，Ra=0.04Ω，Rf=27.5Ω。试求：1）额定电流、额定电枢电流及额定励磁电流；2）电枢铜耗、励磁回路铜耗和空载损耗；3）反电动