华北电力大学电机学87讲直流电机(12)直流电机的共同问题(二)直流

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第四篇 直流电机第二十三章 直流电机的共同问题

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直流电机的共同问题(二) 本章基本要求1.掌握直流电机的电枢反应 2.掌握直流电机电枢绕组的感应电动势 3.掌握直流电机的电磁转矩

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直流电机的共同问题(二) 主要内容直流电机的电枢反应 直流电机电枢绕组的感应电动势和电 磁转矩

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直流电机的共同问题(二) 23.5 直流电机的电枢反应负载时的气隙磁场I f → F f → B0 x Bδx 负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同决定 I a → Fax → Bax

气气励励

励励励励励励励励励励 励电励励励励励励励励

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直流电机的共同问题(二) 23.5 直流电机的电枢反应负载时的气隙磁场

主极磁场

电枢磁场

气隙磁场

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直流电机的共同问题(二) 23.5 直流电机的电枢反应电枢反应：负载时电枢磁动势对主磁场的影响。 电枢磁动势由电刷的位置决定，故电枢反应决定于电刷的位置 交轴电枢反应：交轴电枢磁动势对主磁场的影响 直轴电枢反应：直轴电枢磁动势对主磁场的影响 一、电刷位于何中性线上时的电枢反应 电枢磁动势全部为交轴电枢磁动势，故为交轴电枢反应 物理中心线：电枢表面气隙磁密为零的直线

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直流电机的共同问题(二) 23.5 直流电机的电枢反应一、电刷位于几何中性线上时的电枢反应

气隙磁场

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直流电机的共同问题(二) 23.5 直流电机的电枢反应一、电刷位于几何中性线上时的电枢反应 交(横)轴电枢反应的表现： (1)扭斜气隙磁场，使气隙磁场发生畸变。 发电机：前极端去磁后极端加磁；电动机：前加后去 (2)物理中性线偏离几何中性线α角(空载时，两者重合)。 发电机：顺转向偏离α角；电动机：逆转向偏离α角。 (3)磁路不饱和时：增加的磁通量等于减少的磁通量，每极的 磁通量不变。负载时电动势=空载时电动势。 磁路饱和时：负载时的每极磁通量小于空载磁通量(附加 去磁作用),负载时的电动势小于空载时的电动势。 (4)Faq与Ff相对静止，且在空间相差90º电角度，它们相互作 用，产生平均电磁转矩。

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直流电机的共同问题(二) 23.5 直流电机的电枢反应二、 电刷 不在 几何 中性 线上 时的 电枢 反应

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直流电机的共同问题(二) 23.5 直流电机的电枢反应二、电刷不在几何中性线上时的电枢反应 既有交(横)轴电枢反应Faq又有直轴电枢反应Fad 电枢反应的表现： (1) Faq起扭斜气隙磁场的作用，使气隙磁场畸变，物理中性 线偏离，附加去磁作用。 (2) Fad对主磁场起去磁或加磁作用 发电机：顺转向移刷-去磁；逆转向移刷-加磁 电动机：顺转向移刷-加磁；逆转向移刷-去磁 (3) Fad与Ff

同轴线，不能产生平均电磁转矩。

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直流电机的共同问题(二) 23.6 直流电机电枢绕组的感应电动 势和电磁转矩一、电枢绕组的感应电动势 电枢电势：直流机正、负电刷之间的感应电势， 即每条支 路中各串联导体感应电动势的总和。 计算：求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁密的平 均感应电势，然后乘上一条支路总的导体数。 计算公式： 一根导体： eav = Bav l v Bav:平均磁密；l:导体长度； v:电枢旋转线速度 n:电枢旋转速度(r/min)Φ :每极磁通

v = 2 pτ

n 60 Φ = Bav τ l

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直流电机的共同问题(二)一、电枢绕组的感应电动势

N N Φ n 公式： Ea = eav = l 2 pτ N:总导体数 2a 2a τ l 60 pN Ce:电动势常数 = Φ n = Ce Φ n 60a 结论： (1)Ea ∝n Φ ;n = const,Ea ∝Φ ;调节励磁电流If,可以调节Φ , 进而调节Ea 。Φ = const, Ea ∝n,调节转速n ,可以调节Ea 。(2)Ea只与每极磁通量Φ的大小有关，而与Φ的分布无关。 因此， Ea =CeΦn既适用于空载，也适于负载。 (3)性质: 发电机——电源电势(与电枢电流同方向); 电动机——反电势(与电枢电流反方向)。

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直流电机的共同问题(二)二、直流电机的电磁转矩 电枢绕组中流过电流时，电流与交轴磁场相互作用产生电磁转矩 计算：所有导体产生的电磁转矩的代数和 计算公式： 一根导体的平均电磁力： 一根导体的平均电磁转矩： 电磁转矩：

f av = Bav l iaD Tav = Bav l ia 2

Ia ia = 2a

Ia D TM = N Tav = NBav l 2a 2

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直流电机的共同问题(二) 23.6 直流电机电枢绕组的感应电动 势和电磁转矩二、直流电机的电磁转矩 计算公式： 电磁转矩：

D=

2 pτ

π

Φ = Bavτl

I a 2 pτ pN Φ TM = N l = ΦI a = CM ΦI a τ l 2a 2π 2aπ

pN CM = 2aπ

60 pN 30 CM = = Ce = 9.55Ce 2π 60π πCM: 转矩常数

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直流电机的共同问题(二) 23.6 直流电机电枢绕组的感应电动 势和电磁转矩二、直流电机的电磁转矩 结论： (1)TM ∝Ia Φ ;电枢电流和气隙磁场相互作用产生 。电磁转矩正 比于每极磁通和电枢电流，与磁密分布无关。 (2)性质: 发电机——制动(反或阻)转矩(与转速方向相反),吸收机械能； 电动机——驱动(主)转矩(与转速方向相同),输出机械能。 (3)改变电动机转向的方法：改变磁通方向或改变电枢电流方向

Ea = CeΦn pN Ce = 60a

TM = CMΦ Ia pN CM = 2π a

30 CM = Ce π

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直流电机的共同问题(二) 23.6 直流电机电枢绕组的感应电动 势和电磁转矩三、直流电机的电磁功率

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