《电机与电气控制技术》课件-任务2 直流电机的运行

直流电机的结构与运行任务二

直流电机的运行（1）课程导入工厂里驱动生产线的大功率电机身边电动玩具里的微型马达思考一下当按下启动开关，电机能稳定转动、输出动力，哪些关键物理量在“默默工作”？课程导入知识回顾：直流电动机和直流发电机转动时，电枢绕组都会由于切割主磁极产生的磁力线而感应出电枢电动势由于电枢绕组中有电流流过，电枢电流与主磁场作用又会产生电磁转矩直流电机的电枢绕组中同时存在着电枢电动势和电磁转矩，对电机的运行起重要作用目录CONTENTS电枢电动势//PARTONE//01电枢电动势的计算方式//PARTTWO//02一、电枢电动势定义指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，就是电枢绕组支路中各元件的感应电动势之和电枢电动势二、电枢电动势的计算方式当电枢位于几何中性线时理论推导和实验测试均可以证明电枢电动势Ea可按下式计算：

N——电枢导体总数a——电枢绕组并联支路对数

Φ——每个磁极的磁通量，Whn——电机的转速，r/minEa——电枢电动势，V二、电枢电动势的计算方式已经制造好的电动机其电枢电动势的大小正比于每个磁极的磁通量Φ和转速n通过调节励磁电流If的大小（即每个磁极的磁通量Φ）和转速n的高低都可以达到改变电枢电动势Ea大小的目的电枢电动势Ea的方向

由电机的转向和主磁场的方向根据右手定则决定若两者只改变其一电枢电动势Ea的方向改变若两者同时改变电枢电动势Ea的方向不变直流电动机将电能转化为机械能的物理量，由电枢电流与磁场相互作用产生电磁转矩二、电枢电动势的计算方式电枢绕组中载流导体在定子磁场中受到的安培力所形成的旋转力矩本质：直接决定电机的拖动能力二、电枢电动势的计算方式电磁力公式每根载流导体在磁场中所受到的电磁力：f=Bli给定的电机01磁感应强度B与每个磁极的磁通量Φ成正比02导体中的电流i与电枢电流Ia成正比导体在磁场中的有效长度、导体总数及电枢半径等取决于电机的结构二、电枢电动势的计算方式由于电枢绕组中各导体所产生的电磁转矩方向是一致的，因此直流电机总的电磁转矩T的大小可以表示为

对于已经制造好的直流电机其电磁转矩T的大小正比于每个磁极的磁通量Φ和电枢电流Ia

Ia——电枢电流，AT——电磁转矩，N·m电磁转矩T的方向由主磁场的方向和电枢电流Ia的方向根据左手定则决定二、电枢电动势的计算方式同一台直流电机中电枢电动势常数和电磁转矩常数是恒定的，两者之间有如下关系：CT=9.55Ce电枢电动势和电磁转矩同时存在于发电机和电动机中，所起的作用却各不相同总结01我们不再只做规则的“读者”，而要当“作者”02在高端电机、在智能驱动、在碳中和的赛道上，写下属于中国青年的9.559.55是圆周率、是60/2π，是自然规律给人类的统一答案无论世界如何分工，科学规律不会分国界谁能把规律写成产品、铸成重器，谁就拥有话语权总结如果要改变直流电动机的转向，结合电磁转矩的方向判断方法，有哪些调节方式？核心问题回顾知识总结

电枢电动势1

电磁转矩2直流电机的两个核心物理量直流电机的结构与运行任务二

直流电机的运行（2）目录CONTENTS直流电机基本方程式的核心地位//PARTONE//01直流他励发电机的基本方程式//PARTTWO//02直流并励电动机的基本方程式//PARTTHREE//03一、直流电机基本方程式的核心地位了解和分析直流发电机、直流电动机直流电机的基本方程式主要方法重要手段电压方程式转矩方程式功率方程式直流电机的基本方程式：二、直流他励发电机的基本方程式（1）他励发电机的工作原理与电压方程式直流他励发电机工作原理图其电枢在原动机驱动下旋转（输入机械能）切割励磁绕组的磁场产生感应电动势，通过换向器和电刷对外输送直流电能他励发电机的励磁绕组由其他直流电源提供电流直流发电机的电枢在原动机驱动下按逆时针方向旋转n是电枢转速T是电枢的电磁转矩Ea是电枢感应电动势Ia是电枢电流If是励磁绕组的励磁电流T1是原动机的驱动转矩T0是空载转矩U是发电机接负载时端电压Uf是励磁绕组的励磁电压Φ是励磁绕组产生的主磁通二、直流他励发电机的基本方程式（1）他励发电机的工作原理与电压方程式直流他励发电机工作原理图方程式按照图示各电量给定的正方向，直流发电机运行时的电枢回路电压方程：U=Ea−IaRaRa电枢回路总的等效电阻电枢绕组电阻

电刷接触电阻直流发电机运行时输出端电压U总是小于电枢电动势Ea二、直流他励发电机的基本方程式（2）他励发电机的转矩方程式直流他励发电机工作原理图01发电机空载时Ia=0、U=Ea；接上负载时电枢回路有电流Ia，与主磁通作用产生电磁转矩T02按左手定则可判定发电机电磁转矩T与驱动转矩T1方向相反，称为空载转矩T0直流发电机稳态运行时，原动机的驱动转矩与制动性质转矩平衡T1=T+T0二、直流他励发电机的基本方程式（3）他励发电机的功率方程式直流发电机工作时原动机从轴上输入机械功率P1扣除克服轴承及电刷摩擦和冷却风扇等的机械损耗pm扣除主磁通在铁心中的损耗pFe剩下的机械功率用来进行机、电能量转换，转换为电功率这部分功率称为电磁功率PM，即：PM=Tω=EaIa二、直流他励发电机的基本方程式（3）他励发电机的功率方程式机械功率转换为电功率后：要在电枢回路的内阻Ra上消耗掉一部分功率pCua，最后剩下的才是从电刷两端输出的电功率P2直流他励发电机的功率方程式pCuf+P1=pCuf+pm+pFe+pCua+P2他励发电机由其他直流电源供给，若为并励发电机，则由发电机本身提供三、直流并励电动机的基本方程式（1）并励电动机的工作原理与电压方程式直流并励电动机的工作原理励磁绕组中流过励磁电流If，建立主磁场并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联电枢绕组中流过电枢电流Ia电枢电流与主磁场作用产生电磁转矩T，使电枢朝转矩T的方向以转速n旋转将电能转换为机械能，带动生产机械工作三、直流并励电动机的基本方程式（1）并励电动机的工作原理与电压方程式直流并励电动机的工作原理直流并励电动机有两个电流回路：工作原理图励磁回路电枢回路反电动势电动机通电旋转后，电枢导体切割主磁场，产生电枢电动势Ea，电动机中，此电动势方向与电枢电流Ia方向相反❖直流电动机在电动状态下运行，电枢电动势Ea小于端电压U三、直流并励电动机的基本方程式01电磁转矩T，方向与转速n方向相同，为驱动性质转矩02电动机空载损耗形成的转矩T0，是电动机空载运行时的制动转矩，方向与转速n方向相反03轴上所带生产负载转矩TL，一般为制动性质转矩直流电动机正常工作时，作用在轴上的转矩有三个：TL在大小上也等于电动机的输出转矩T2，稳态运行时直流电动机中驱动性质的转矩总是等于制动性质的转矩（2）并励电动机的转矩方程式三、直流并励电动机的基本方程式（3）并励电动机的功率方程式直流并励电动机的工作原理电源输入的电动率P1=UI电动机中电能转换为机械能的电磁功率PM=EaIa=Tω扣除励磁回路电阻Rf上的铜损耗Pcuf=If2Rf及电枢回路中的铜损耗Pcua=Ia2Ra通过电磁感应关系转换为机械功率三、直流并励电动机的基本方程式（3）并励电动机的功率方程式直流并励电动机的工作原理转换得到的机械功率还要扣除机械损耗和铁损耗，这两者并称空载损耗：p0=pm+pFe剩下直流电动机轴上输出的机械功率

P2=T2ω因此，可得直流并励电动机的功率方程式为：pcuf+P1=pcuf+pm+pFe+pcua+P2思想升华设计发电机用功率方程式计算效率调试电动机用电压方程式控制电流