直流电动机电动势、转矩、功率.ppt

第4讲直流电动机 电动势 转矩 功率 2学时 2013 04 07 电机及拖动基础 直流电流 交流电流 电磁转矩 拖动转矩 机械负载 反电动势 做功 直流电动机的电磁关系 内容回顾 直流电机的主要结构概述 定子 转子 直流电机的励磁方式 内容回顾 直流电机的感应电动势 电枢绕组内部 电刷间 的电动势 也就是每条支路的电动势 由于每条支路串联的多个元件处于同一磁极下 电动势方向相同 变化规律一致 所以 可先求出每个元件的平均电动势再乘以串联元件数 电枢绕组感应电动势和电磁转矩 一 感应电动势的计算 电枢绕组感应电动势和电磁转矩 一 电枢绕组感应电动势电枢绕组感应电动势是指直流电机电枢上正 负电刷间产生的感应电动势 设电枢角速度为 当元件轴线从某一磁极转到相邻磁极时 电枢转过的角度为 则 电枢转动的机械角速度 与感应电动势角频率 e的关系 因此直流电机感应电动势为 由于 并联支路数 电刷数 磁极数即 并联支路对数 a 磁极对数 np 因 电枢绕组每个串联支路的总导体数为2N当并联支路对数为a时总有效导体边数为 Z 2N 2a所以 电动势常数 结论 直流电机的感应电动势与电机结构 气隙磁通及转速有关 电枢绕组感应电动势和电磁转矩 产生电枢旋转n磁通 大小每个导体 e Blv导体切割磁场线的线速度 电动势 一 电枢绕组感应电动势 另 e e E 2NBlv d 旋转半径 E 2Ne 总有效导体边数为 Z 2N 2a 电枢绕组感应电动势和电磁转矩 二 电磁转矩 电枢绕组感应电动势和电磁转矩 二 电磁转矩 总有效导体边数为 Z 2N 2a 电枢绕组感应电动势和电磁转矩 三 电磁转矩与电动势的关系 电枢绕组感应电动势和电磁转矩 直流电机的基本方程和工作特性 直流电机可为发电机运行和电动机运行 当直流电机由外动力拖动 在电枢转轴上输入机械能 电枢感应出电动势 并经电刷转换输出直流电能向负载供电 感应电动势大于电枢端电压 电机作发电机运行 当直流电机电枢输入直流电源电压 此电压经电刷转换流入电枢绕组 电枢受电磁转矩作用 在转轴输出机械能 同时电枢也产生感应电动势 但数值小于电枢电压 则电机作电动机运行 直流电机的基本方程和工作特性 一 直流电动机模型 等效电路 注意参考方向 直流电机的基本方程和工作特性 一 直流电动机他励电动机的电压方程 直流电动机的电枢回路电源电压Ua 电枢绕组的电阻Rw 正 负电刷的接触电压降为2 Ub 由基尔霍夫电压定律可列出电枢回路方程 式中Ra 包括电枢绕组和电刷压降的等效电阻Ea 直流电机感应电动势 稳态时 电枢电流Ia由谁确定 稳态时 电枢电流Ia由谁确定 在T 不变时 由Te CT Ia 则Ia不变Ua Ra 变化时 Ia变化否 设不变 Ua 或Ra 瞬间n不变E不变 Ia T Te T2 Ea Ia Te Te T2 Ia不变 新稳态 结论 Ia的大小取决于负载的大小 当Ia IaN时为满载 当Ia IaN时为过载 规定短时过载的最大电枢电流 Iamax 1 5 2 IaN MCIaN 过载能力系数 直流电机的基本方程和工作特性 直流电机的基本方程和工作特性 并励直流电动机励磁绕组与电枢回路并联 共用一个电源 电枢回路的电压方程与他励时相同 并有串励直流电动机励磁绕组与电枢回路串联 再与电源连接 此时 例 某并励直流电动机 UN 220V IN 12 5A nN 3000r min Rf 628 Ra 0 41 求该电机在额定状态下运行时的 1 If 2 Ia 3 Ea 4 Te 解 1 励磁电流If 2 电枢电流IaIa IN If 12 5 0 35 A 12 15A 2 电动势EaEa UN RaIa 220 0 41 12 15 V 215V CT 9 55CE 0 685Te CT Ia 0 685 12 15N m 8 32N m 4 电磁转矩 转矩平衡方程式 对于电动机 其中 TL为负载制动转矩 T0为空载损耗转矩 J为转轴的转动惯量 为电机的转动角速度如果电机恒速转动 惯性转矩为0 则 Te TL T0 惯性转矩 J m 2 直流电机的基本方程和工作特性 电枢回路输入的电功率 式中 pCua RaIa2 电枢回路的铜耗 Pem EaIa 电机的电磁功率 且有 由上式可得电动机电磁转矩的另一种计算公式 功率平衡方程 直流电机的基本方程和工作特性 直流电机的基本方程和工作特性 由 得 即 式中PL 电机的机械负载功率 p0 电机的空载损耗 包括机械摩擦损耗 pm和铁心损耗 pFe 上式说明 电磁功率转换成空载损耗和机械能输出 直流电动机电动运行时的功率关系如图 例 一并励电动机 UN 110V IN 12 5A nN 1500r min TL 6 8