第1章直流电机2.ppt

1.4.2直流电机的空载磁场（主磁场）（励磁绕组单独作用）,开路无电流.,无负载,（只考虑一对极）,1.主磁通和漏磁通,定子磁轭,励磁绕组,电枢磁轭,主磁极,磁路：磁力线经过的路径。,磁感应强度B(磁通密度):描述磁介质中实际的磁场强弱和方向的物理量(T)。,磁场强度H:代表电流本身产生的磁场的强弱，反应了电流的励磁能力，与介质无关。,磁通(动)势F:线圈匝数N和电流I的乘积.,磁通:穿过某一截面S的磁感应强度B的通量，即穿过截面S的磁力线根数称为磁感应通量，简称磁通(Wb),主磁路：大部分磁力线的路径是由N极出来，经气隙进入电枢齿部，再经过电枢铁心的磁扼到另一个部分的电枢齿，又通过气隙进入S极，再经定子磁扼回到原来的N极。这部分磁路通过的磁通称为主磁通，磁路称为主磁路。,漏磁路:还有一小部分磁感应线，它们不进入电枢铁心，直接经过相邻的磁极或者定子磁扼形成闭合回路这部分磁通称漏磁通，所经过的磁路称为漏磁路.,主磁通漏磁通?,主磁通产生感应电动势和电磁转矩,磁路欧姆定律,磁阻,r=/0,硅钢片为700010000,2.主磁场磁密（B）的分布波形,磁场轴线磁极轴线,当励磁磁势一定时，气隙越大（磁阻越大），气隙磁密（磁通）越小；当电机制成以后气隙为定值，励磁电流增加，气隙磁密增加，即磁通增加。,励磁电流增加，气隙磁密（磁通）一直增加?,结论,3.磁化曲线,电机主磁通与励磁电流的关系,励磁电流较小时铁心不饱和，磁通势主要作用在气隙上,励磁电流较大时铁心饱和，磁阻很大，励磁电流与磁通是非线性关系。,a,INf,field,1.4.3直流电机的电枢磁场（负载磁场）（电枢绕组单独作用）,电枢磁通势：电枢电流产生的磁通势。电枢磁场：电枢磁通势产生的磁场。,1.磁密分布,几何中性线,Fa,电枢磁密在空间呈马鞍形分布,Ba,B,将通过圆心和电枢圆周上径向磁密为零的点连接成的直线物理中性线。,物理中性线,1.4.4合成磁场,磁路饱和,几何中性线,电角度,电枢反应的概念：电枢磁场对主极磁场的影响。,1.4.5电枢反应,电枢反应的结果,气隙磁场发生了畸变并有一定的去磁作用：电枢圆周上几何中性线处径向磁密不再为零。磁路不饱和时，每极下的磁通量不变；磁路饱和时，每极下的磁通量减少了。物理中性线偏离了几何中性线：对发电机：顺着电枢旋转方向偏移；对电动机：逆着电枢旋转方向偏移。,1.4.7直流电机的励磁方式,励磁方式：对励磁绕组如何供电，产生励磁磁通势而产生主磁场。,他励,并励,串励,复励,1.直流电动机按励磁方式分类,2.直流发电机按励磁方式分类,分为他励和自励。,他励,串励（自励）,并励（自励）,复励（自励）,1.5.1感应电动势Ea,直流发电机运行时，电枢元件在磁场中运动，产生切割电动势；直流电动机运行时，电枢元件切割主极磁场，也会产生感应电动势。,电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电势。,每条支路的感应电动势。,一条支路所有元件的感应电动势的和。,一条支路各个元件的感应电动势的瞬时值不等。,一个元件的感应电动势平均值，再乘以支路元件数。,1.一个元件的平均电动势Ea1,法拉第电磁感应定律,电角速度,每极磁通:,2.一条支路的平均电动势Ean(电枢感应电动势),1.感应电动势的大小与磁通、转速成正比,电动势常数,2.只考虑感应电动势的大小，未考虑其方向。电动机和发电机方向相反。,armature,1.5.2电磁转矩Tem,无论是直流电动机还是直流发电机，当电枢元件中有电流时，在磁场中运动，会受到电磁力(转矩)。,1.一根导体所受到的平均电磁力,2.每根导体产生的平均电磁转矩,3.电枢表面N根导体产生的电磁转矩,转矩常数,1.电磁转矩的大小正比于每极磁通和电枢电流。,2.只考虑电磁转矩的大小，未考虑其方向。电动机和发电机方向相反。,1.6.1直流电动机稳态基本方程式(以他励电机为例),Ea反电动势,直流电机的稳态是指电机的电压、电流、转矩和转速均保持不变的一种运行状态,1.电压平衡方程式,U=Ea+IaRa,U=Ea+Iara+2Ub,直流电机作电动机运行时，感应电动势小于电源电压，即。电枢电流为正值，电流由电源流向电机，电功率为正，向电动机输入电功率。,2.转矩平衡方程式,转矩平衡方程,Tem=T2+T0=TL+T0,输出转矩,空载转矩,负载转矩,3.功率平衡方程式,(1)输入功率,U=Ea+Iara+2Ub,铜损耗,电磁功率,电刷损耗,(2)电磁功率,Pem=EaIa=CenIa,=Tem,结论：电动机将电枢吸收的电功率EaIa转换成了机械功率Tem，故称EaIa和Tem为电磁功率。,结论：功率转换的媒介是磁场。,(3)输出功率P2,根据转矩平衡方程,等式两边同时乘以,空载损耗,电动机铭牌上的功率,(4)总方程,总损耗,(5)总损耗,(6)效率,(7)功率流程图,功率流程图,1.6.2直流电动机的工作特性,1.他(并)励电动机,U=Ea+IaRa,Ea=Cen,(1)转速特性：n=f(Ia）,理想空载转速,转速降,固有转速特性,(2)转矩特性：Tem=f(Ia）,(3)效率特性：=f(Ia）,=max,他励直流电动机的工作特性,【例23】已知某并励直流电动机，PN=22kW,UN=220V,IN=115A,nN=1500r/min,电枢电阻Ra=0.18，励磁电阻Rf628。试求：(1)CEN、CTN；(2)电磁转矩Tem；(3)额定输出转矩T2；(4)空载转矩T0；(5)理想空载转速n0与实际空载转速n0。解：(1),2.串励电动机,和并励电动机的本质区别？,随Ia变化,（1）转速特性n=f(Ia）,直线,串励直流电动机绝对不允许空载或轻载运行?,剩磁？,（2）转矩特性Tem=f(Ia）,Tem=CTIa,轻载时=kIa,Tem=CTkIa2,重载时=常数,Tem=CTIa,3.复励电动机,串励励磁绕组匝数少，导线粗，电阻小,并励励磁绕组，匝数多，导线细，电阻大,两个励磁绕组磁通势方向相同称为积复励电动机.,两个励磁绕组磁通势方向相反称为差复励电动机.,转速特性,1.7.1直流发电机基本方程式(以并励电机为例),I=Ia-If,1.电压平衡方程,在发电机状态运行时，电枢感应电动势必须大于电源电压，电枢电流为正，即电流由电机流向电网，电功率为正，表示电机向电网输出电功率。,2.转矩平衡方程,当发电机输出功率增加时，输出电流Ia增大、Tem增大，必须加大外力矩T1才能维持正常运转。,发电机转矩平衡方程为：,发电机必须有外力矩T1，才能维持正常运转。,其中：,发电机中的电磁转矩为制动转矩，与驱动转矩方向相反。,3.功率平衡方程,(1)机械功率平衡方程,机械功率,电磁功率,空载损耗,其中：,摩擦损耗,铁损耗,附加损耗,(2)电磁功率平衡方程,外力矩为了克服制动转矩（电磁和空载转矩）提供机械力矩（功率）；并部分转换成了电磁功率传给了电枢。,(3)功率分配图,5.效率,1.7.2直流发电机运行特性,U、I、If之间的函数关系：（n=nN）,1.他励发电机,(1)空载特性U0=f(If),U0，U0=f(If)曲线与电机磁化曲线=f(If)相似,剩磁电压,额定工作点,(2)外特性U=f(Ia)，（Ia=I）,U=Ea-IaRa,电枢反应去磁，使Ea减小,内阻Ra有压降(主要),电压变化的程度用U表示，称为电压变化率,他励电机U=(510)%,(3)调节特性If=f(Ia),U=Ea-IaRa,2.并励发电机特性,(1)自励条件,有剩磁r,Ea,If,问题发电机何时建立起一个稳定的直流电压？该电压为多大？,正反馈,励磁绕组与电枢绕组的联接必须正确,(2)空载特性,电压稳定点,临界电阻,(3)并励发电机的自励条件,有剩磁；,励磁绕组极性正确；,励磁回路的总电阻必须小于相应转速下的临界电阻,自励过程：并励发电机的电压从剩磁电压上升到额定电压的过程,(4)外特性U=f(I),并励U=（2030）%,他励U=（510）%,1）U下降原因,Ra压降,电枢反应去磁作用,U=Uf,Ea,U,U=Ea-(I+If)Ra,【例24】一台并励直流发电机UN=220V，IN=76A,nN=1500r/min,电枢电阻Ra=0.1，励磁电阻Rf100，效率=86%。试求额定状态下的输入功率、电磁功率和电磁转矩。解：励磁电流为,电枢电流为,电枢电动势为,输入功率为,电磁功率为,电磁转矩为,1直流测速发电机的作用,磁路与电路的类比关系,主磁通路径,实际上空载工作点通常取在磁化特性的拐弯处，磁动势增加，磁密增加得很少，磁动势减少，磁密跟着减少。因此造成了半个磁极范围内合成磁密增加得很少，半个磁极范围内合成磁密减少得较多,一个磁极下平均磁密减少与空载的主极磁场相比，电枢反应使合成磁场每极总磁通减少，呈现去磁效应。,通过增加“补偿绕组”等方法可以消除电枢反应对主磁通的影响(略)。,磁路饱和原因,法