第4讲直流电动机-电动势转矩功率课件

第4讲直流电动机_电动势、转矩、功率

（2学时）

2013.04.07电机及拖动基础第4讲直流电动机_电动势、转矩、功率

（2学时）

2013直流电流交流电流电磁转矩(拖动转矩)机械负载克服反电动势做功

直流电动机的电磁关系换向Φ旋转内容回顾：直流电流交流电流电磁转矩机械负载克服反电动势做功直流电动直流电机的主要结构概述：主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极：改善换向。电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换机座和端盖：起支撑和固定作用。定子转子电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换转轴轴承直流电机的励磁方式内容回顾：直流电机的主要结构概述：主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和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、感应电动势的计算直流电机的感应电动势----电枢绕组内部（电刷间）的电动势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ω，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π则：电枢转动的机械角速度与感应电动势角频率e

的关系电枢绕组感应电动势和电磁转矩一、电枢绕组感应电动势设电枢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因此直流电机感应电动势为：电动势常数结论：直流电机的感应电动

产生电枢旋转n

磁通Φ

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→Ev=n2R60=2NBlv=2N··

l·n

2np

60Φl=n2np60=Φn4npN60

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产生一、电枢绕组感应电动势(另)e→∑e→Ev=

二、电磁转矩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二、电磁转矩总有效导体边数为：Z=2N*2a电枢绕组感应电三、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直流电机可为发电机运行和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2ΔUb

，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？直流电机的基本方程和工作特性一、直流电动机直流电动机

稳态时，电枢电流Ia

由谁确定？在T、Φ不变时，由Te

=CTΦ

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＜T2Ea

←n↓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=αMCIaN过载能力系数。直流电机的基本方程和工作特性稳态时，电枢电流Ia由谁确定？在T、Φ不变时，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Ia+U－IIfMEM＋

Uf

－＋

Ua－+U－IIfIa直流电机的基本方程和工作特性并励直流电动机Ia+IIfM【例】

某并励直流电动机，UN=220V，IN=12.5A，nN=3000r/min，Rf=628Ω，Ra=0.41Ω。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IfUfRfIf=220628=A=0.35A(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【例】某并励直流电动机，UN=2CTΦ=9.55CEΦ=0.685Te=CTΦIa

=0.685×12.15N·m=8.32N·m(4)电磁转矩CEΦ=EanN2153000==0.0717CTΦ=9.55CEΦ=0.685(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，Ω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转矩平衡方程式对于电动机：其中:TL为负载制动转矩，电枢回路输入的电功率式中ΔpCua=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电枢回路输入的电功率式中ΔpCua=RaIa2—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；

Δp0—--电机的空载损耗，包括机械摩擦损耗Δpm和铁心损耗ΔpFe

。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直流电机的基本方程和工作特性由：【例】

一并励电动机，UN=110V，IN=12.5A，

nN=1500r/min，TL=6.8N·m，T0=0.9N·m。求该电机的P2、Pe、P1和。解：P2P1

=×100%6.2860=×6.8×1500W=1067.6WPe=P2＋P0=(1067.6＋143.3)W=1208.9WP1=UNIN=110×12.5W=1375W260P2=TLn6.2860=×0.9×1500W=143.3W260P0=T0n1067.61375=×100%=77.64%【例】一并励电动机，UN=110作业：P50-----3.6，3.7,3.8QAClassdiscussion&作业：QAClassdiscussion&第4讲直流电动机_电动势、转矩、功率

（2学时）

2013.04.07电机及拖动基础第4讲直流电动机_电动势、转矩、功率

（2学时）

2013直流电流交流电流电磁转矩(拖动转矩)机械负载克服反电动势做功

直流电动机的电磁关系换向Φ旋转内容回顾：直流电流交流电流电磁转矩机械负载克服反电动势做功直流电动直流电机的主要结构概述：主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极：改善换向。电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换机座和端盖：起支撑和固定作用。定子转子电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换转轴轴承直流电机的励磁方式内容回顾：直流电机的主要结构概述：主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和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、感应电动势的计算直流电机的感应电动势----电枢绕组内部（电刷间）的电动势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ω，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π则：电枢转动的机械角速度与感应电动势角频率e

的关系电枢绕组感应电动势和电磁转矩一、电枢绕组感应电动势设电枢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因此直流电机感应电动势为：电动势常数结论：直流电机的感应电动

产生电枢旋转n

磁通Φ

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→Ev=n2R60=2NBlv=2N··

l·n

2np

60Φl=n2np60=Φn4npN60

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产生一、电枢绕组感应电动势(另)e→∑e→Ev=

二、电磁转矩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二、电磁转矩总有效导体边数为：Z=2N*2a电枢绕组感应电三、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直流电机可为发电机运行和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2ΔUb

，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？直流电机的基本方程和工作特性一、直流电动机直流电动机

稳态时，电枢电流Ia

由谁确定？在T、Φ不变时，由Te

=CTΦ

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＜T2Ea

←n↓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=αMCIaN过载能力系数。直流电机的基本方程和工作特性稳态时，电枢电流Ia由谁确定？在T、Φ不变时，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Ia+U－IIfMEM＋

Uf

－＋

Ua－+U－IIfIa直流电机的基本方程和工作特性并励直流电动机Ia+IIfM【例】

某并励直流电动机，UN=220V，IN=12.5A，nN=3000r/min，Rf=628Ω，Ra=0.41Ω。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IfUfRfIf=220628=A=0.35A(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【例】某并励直流电动机，UN=2CTΦ=9.55CEΦ=0.685Te=CTΦIa

=0.685×12.15N·m=8.32N·m(4)电磁转矩CEΦ=EanN2153000==0.0717CTΦ=9.55CEΦ=0.685(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，Ω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转矩平衡方程式对于电动机：其中:TL为负载制动转矩，电枢回路输入的电功率式中ΔpCua=RaIa2——电枢回路的铜耗；

Pem

=EaIa