17.1 直流电机的基本方程式

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移动电刷位置
第17章 直流电机的运行
17.1 直流电机的基本方程式 Basic equation
电动势平衡方程式 功率平衡方程式 转矩平衡方程式 (以并励和他励电机为例) 以并励和他励电机为例)
一、电动势平衡方程式-------EMF 电动势平衡方程式
发电机 电动机
E a = U + I a Ra Ia = I + I f
输出功率 电磁功率
Pem 指电机内部的电功率和机械功率相互转换的功率。 指电机内部的电功率和机械功率相互转换的功率。
Tem Ω 机械功率 Pem = E a I a 电功率
角速度 Ω =
2πn rad/s 60
第17章 直流电机的运行
4.功率平衡方程式 .
发电机
P1 = pFe + pmec + pad + Pem = p0 + Pem Pem = pcua + pcuf + P2
3.输入、输出、电磁功率 .输入、输出、
发电机:指转轴上输入的机械功率; 发电机:指转轴上输入的机械功率; 输入功率
P1 P2
电动机: 电动机:指电源输入的电功率 P1 = UI 发电机: 发电机:指电枢两端输出的电功率 P2 = UI 电动机:指转轴输出的机械功率。 电动机:指转轴输出的机械功率。
第17章 直流电机的运行
换向的电磁理论 换向元件中的电动势: 换向元件中的电动势: 换向元件(线圈) 自感电动势 eL和互感电动势 eM :换向元件(线圈)在换向过 程中电流改变而产生的。 程中电流改变而产生的。 在几何中性线处,由于电枢反应在存在, 切割电动势 ea :在几何中性线处,由于电枢反应在存在,电 枢反应磁密不为零,在换向元件中感应切割电动势。 枢反应磁密不为零,在换向元件中感应切割电动势。 根据楞次定律,自感电动势、 根据楞次定律,自感电动势、互感电动势和切割电动势总 是阻碍换向的。 是阻碍换向的。 在几何中性线处, 换向电动势 ek:在几何中性线处,换向元件在换向磁场中感应 的电动势。换向电动势是帮助换向的。 的电动势。换向电动势是帮助换向的。 换向元件中的合成电动势为: 换向元件中的合成电动势为:
第17章 直流电机的运行
补充:直流电机的电枢反应 ArmatFra Baidu bibliotekre 补充:直流电机的电枢反应—Armature reaction
电枢反应(由空载---负载):直流电机 电枢反应(由空载---负载):直流电机 ---负载): 工作中,主磁极产生主磁极磁场, 工作中,主磁极产生主磁极磁场,电枢电 流产生电枢磁场。 流产生电枢磁场。电枢磁场对主磁极磁场 的影响称为 电枢反应。 电枢反应。
第17章 直流电机的运行
磁场分布---Magnetic 磁场分布---Magnetic field distribution 以发动机为例 ---
空载磁场分布
电枢磁场分布
第17章 直流电机的运行
电枢反应情况
第17章 直流电机的运行
补充: 补充:直流电机的换向 Commutation
换向:直流电机的某一个元件经过电刷, 换向:直流电机的某一个元件经过电刷,从一条支路换到另一 支路时,元件里的电流方向改变, 换向。 条 支路时,元件里的电流方向改变,即换向。 换向周期:元件从开始换向到换向终了所经历的时间; 换向周期:元件从开始换向到换向终了所经历的时间;换向周 期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中,电 期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中, 件在经过电刷时都要经历换向过程。 枢绕组每个元 件在经过电刷时都要经历换向过程。 换向问题很复杂,换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。 换向问题很复杂,换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。 会在电刷与换向片之间产生火花 当火花大到一定程度,可能损坏电刷和换向器表面, 当火花大到一定程度,可能损坏电刷和换向器表面,使电机不 能正常工作。 能正常工作。 产生火花的原因很多, 还有机械的原因。 产生火花的原因很多,除了电磁原因 外,还有机械的原因。此外 很多 换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。 换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。
第17章 直流电机的运行
改善换向一般采用以下方法: 改善换向一般采用以下方法: 选择合适的电刷, 选择合适的电刷,增加换向片与电刷之间的接触电阻 装设换向磁极 位于几何中性线处装换向磁 极。换向绕组与电枢绕组串 联,在换向元件处产生换向 磁动势抵消电枢反应磁动势
大型直流电机在主磁极 极靴内安装补偿绕组 补偿绕组与电枢绕组串联, 补偿绕组与电枢绕组串联,产生 的磁动势抵消电枢反应磁动势
附加损耗 p ad 电枢铜损耗 励磁铜损耗
p Cua
p Cua = I a2 R a

p Cuf
p Cuf
= I
2 f
R
f
= UI
f
第17章 直流电机的运行
不变损耗: 不变损耗: 电枢铁心损耗 pFe 机械损耗 pmec 励磁铜损耗 pCuf 可变损耗: 可变损耗: 电枢铜损耗 pCua 附加损耗 pad 取输出功率的(0.5~1)%。 取输出功率的( ) 。
第17章 直流电机的运行
[教学内容] 教学内容]
补充: 补充:直流电机的电枢反应和换向 17.1 直流电机的基本方程式 补充: 补充:直流电机的等效电路
[教学要求] 教学要求]
了解直流电机的电枢反应和换向。 了解直流电机的电枢反应和换向。 掌握直流电机的基本方程式。 掌握直流电机的基本方程式。 了解直流电机的等效电路。 了解直流电机的等效电路。
电动机
P1 = pcua + pcuf + Pem Pem = pFe + pmec + pad + P2 = p0 + P2
统一写成
P1 = pFe + pmec + pad + pcua + pcuf + P2 = Σp + P2
空载损耗: 空载损耗:
p0 = pFe + pmec + pad
总 损 耗:
2.损耗 .
电枢铁心损耗 pFe 电枢铁心中磁场交变引起的铁心损耗,主极铁心中没有铁耗。‖ 电枢铁心中磁场交变引起的铁心损耗,主极铁心中没有铁耗。 机械损耗
p mec
由转动部件摩擦所引起的损耗。 由转动部件摩擦所引起的损耗。‖ 由于齿槽存在及漏磁场畸变等多种因素所引起的损耗。 由于齿槽存在及漏磁场畸变等多种因素所引起的损耗。 电枢绕组电阻和电刷接触电阻上的损耗
∑ p = pFe + pmec + pad + pcua + pcuf
第17章 直流电机的运行
三、转矩平衡方程式
发电机
P1 p0 Pem = + Ω Ω Ω
T1 = T0 + Tem
Tem = T0 + T2
Pem p0 P2 = + 电动机 Ω Ω Ω
发电机(Ea>U) 发电机
电动机(Ea<U) 电动机
第17章 直流电机的运行
[内容] 内容]
17.1 直流电机的基本方程式 17.2 直流发电机的运行特性 17.3 直流电动机的机械特性 17.4 直流电动机的起动、调速和反转 直流电动机的起动、
[要求] 要求]
掌握直流电机的电动势、功率和转矩平衡方程式。 掌握直流电机的电动势、功率和转矩平衡方程式。 掌握直流发电机的空载特性和外特性、并励发电机的自励条件。 掌握直流发电机的空载特性和外特性、并励发电机的自励条件。 掌握直流电动机的自然机械特性和人为机械特性。 掌握直流电动机的自然机械特性和人为机械特性。 掌握直流电动机的起动、调速及反转的原理及方法。 掌握直流电动机的起动、调速及反转的原理及方法。
讲[例17.1.1]
第17章 直流电机的运行
小结 Conclusions 教学重点: 教学重点:
1. 电动势平衡方程式 2. 功率平衡方程式 3. 转矩平衡方程式
教学难点: 教学难点:
功率流程图
作业: 作业:P290:17.12
( E a > U)
他励: 他励: I a
U = E a + I a Ra I = Ia + I f ( Ea < U )
Ra 电枢回路总电阻
=I
注意:励磁电流的表达式? 注意:励磁电流的表达式?
第17章 直流电机的运行
二、功率平衡方程式Power 功率平衡方程式 1.功率流程图 .
发电机:将机械能转换成电能; 发电机:将机械能转换成电能; 电动机:将电能转换成机械能。 电动机:将电能转换成机械能。 在能量转换过程中将产生损耗。 在能量转换过程中将产生损耗。 损耗
∑e = e
L
+ e M + ea − e k
第17章 直流电机的运行
一、直线换向 当∑ e = 0 时换向元件电流随时间 线性变化。 线性变化。 二、延迟换向 当∑ e > 0 时换向元件电流随时间不 是线性变化,出现电流延迟现象。 是线性变化,出现电流延迟现象。 三、超越换向 当∑ e < 0 时换向元件电流随时间再 是线性变化,出现电流超前现象。 是线性变化,出现电流超前现象。
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