电机学 第十六章 直流电机的基本原理和电磁关系

第五篇直流电机*第十六章直流电机的基本原理和电磁关系*16-1直流电机的基本结构*一、定子部分*1.主磁极*二、转子部分**三、励磁方式**四、额定值 1.额定功率PN 2.额定电压UN 3.额定电流IN 4.额定转速nN 5.额定励磁电压UfN*16-2直流电枢绕组*一、直流电枢绕组的特点**二、绕组节距 1.第一节距y1 2.第二节距y2*一个线圈两条圈边在电枢面上所跨的距离紧挨着的相串联的两个线圈中，第一个线圈的下层圈边与第二个线圈的上层圈边在电枢表面上所跨的距离*3.合成节距yy=y1+y2式中y2对叠绕组为负值，对波绕组为正值。4.换向器节距yk紧挨着的相串联的两个线圈对应圈边在电枢表面所跨的距离同一个线圈的两个出线端所接的换向片之间所跨的距离yk=y*三、单叠绕组**电枢绕组和换向器是旋转的，而磁极和电刷是不动的。磁极均匀地分布在电枢绕组的上方，电刷的中心线对着磁极的中心线。按照磁极的极性和电枢旋转的方向，可以确定圈边中的感应电动势的方向以及电刷的极性。每个电刷都将一个线圈元件短路，该元件的电动势刚好为零，这样就把每个极面下的线圈元件串联成一个支路。**单叠绕组的电刷数应该等于磁极数，并联支路数等于电机的磁极数，即2a=2pIa=2aia叠绕组是一种并联支路数较多，电枢电流较大，而电刷间电动势较小的并联绕组。四、单波绕组****单波绕组具有最少的并联支路数，所以电刷间的电动势较大，而电流较小，Ia=2iaa=1换向器*直流电机实质上就是一台装有换向装置的交流电机。*16-3直流电机的磁场和电枢反应*一、空载直流电机的磁场**二、负载时电枢电流的磁场*三、交轴电枢反应**四、直轴电枢反应**[例16-1]一台四极直流发电机，额定电枢电压230V，额定电枢电流84.8A，额定转速1500r/min。电枢绕组为单波绕组，共有444根导体，电枢回路的总电阻0.147，电枢直径Da=29.5cm。励磁绕组每极匝数900匝。在额定运行情况下励磁电流为2.85A。当转速为1500r/min时，测得电机的空载特性见表16-1。*表16-1例16-1空载特性* E0(V) 44 104 160 210 240 258 275 I0(A) 0.37 0.91 1.45 2.00 2.38 2.74 3.28试求：（1）电枢的线负载A；（2）电刷在交轴处，额定运行时电枢反应的交轴磁动势Fa；（3）额定运行时，电枢反应的等效去磁安匝Faqd；（4）若电刷顺着电枢旋转方向移动8电角度，电枢磁动势的直轴分量Fad和交轴分量Faq。**16-4电枢绕组的感应电动势和电压、功率平衡方程式*一、电枢绕组的感应电动势*每根导体的平均感应电动势：两电刷之间的感应电动势：式中n电枢旋转速度，r/min；每极总磁通，Wb；Ce电机电动势常数，*二、电压平衡方程式*1.直流发电机的电压平衡方程式*电枢电流：发电机向负载供电，绕组的感应电动势应大于端电压，即Ea>U感应电动势与电流方向一致，电机输出电功率。*2.直流电动机的电压平衡方程式*电源流入电动机的电流：感应电动势的方向与电枢电流的方向相反，电机吸取电功率，所以称为反电动势。反电动势应小于端电压，即Ea<U，*三、功率平衡方程式*1.直流发电机的功率平衡方程式*[例16-2]一台四极并励发电机，额定功率PN=82kW，额定电压UN=230V，电枢绕组电阻ra=0.0259，励磁绕组电阻rf=22.8，额定负载时，并励电路串入电阻Rf=3.7，电刷接触压降2U=2V，机械损耗和铁心损耗pmec+pFe=4.3kW，附加损耗pad=0.005PN。试求额定负载时发电机的各绕组的铜损耗、电磁功率、输入功率和效率。**2.直流电动机的功率平衡方程式*[例16-3]一台长复励电动机，PN=100kW，UN=220V，IN=500A，nN=1500r/min，IfN=4.75A，电枢绕组电阻ra=0.00945，串励绕组电阻rs=0.000988，铁心损耗pFe=1.768kW，机械损耗pmec=2.679kW，附加损耗pad=0.939kW。试求电动机额定负载时的电磁功率、各种损耗和效率。**16-5电枢绕组的电磁转矩和转矩平衡方程式*设电机每一极面下气隙的平均磁通密度为Bav，则一根导体的平均电磁转矩为:总的电磁转距电磁转矩也可由电磁功率求得，即*1.直流发电机的转矩平衡方程式T1=T+T0*[例16-4]例16-2的四极并励发电机，若额定转速nN=970r/min，额定功率PN=82kW，额定电压UN=230V，机械损耗和铁心损耗pmec+pFe=4.3kW，附加损耗pad=0.005PN。由例16-2求得电磁功率PM=88.181kW，输入功率P1=92.891kW。试求额定负载时发电机的空载制动转矩、电磁转矩和输入机械转矩。*2.直流电动机的转矩平衡方程式直流电动机的电磁转矩是用以拖动机械负载的驱动转矩。T=T0+T2*