第3章直流電機原理(5-10)

3.5電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩電樞電動勢：直流電機正、負(fù)電刷之間的感應(yīng)電勢，即每個支路里的感應(yīng)電勢。一根導(dǎo)體：Bav：平均磁密；li：導(dǎo)體長度；v：電樞旋轉(zhuǎn)線速度n：電樞旋轉(zhuǎn)速度（r/min)：每極磁通支路電勢：Ce：電勢常數(shù)z：總導(dǎo)體數(shù)3.5.1電樞電動勢電樞電動勢的認(rèn)識一臺制造好的電機，它的電樞電勢（V）正比于每極磁通Ф（韋伯）和轉(zhuǎn)速n（r/min）,與磁密分布無關(guān)。若不計飽和影響：3.5.2電磁轉(zhuǎn)矩一根導(dǎo)體的平均電磁力：一根導(dǎo)體所受電磁力對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩：總電磁轉(zhuǎn)矩：Ct:轉(zhuǎn)矩常數(shù)電磁轉(zhuǎn)矩的認(rèn)識一臺制造好的電機，它的電磁轉(zhuǎn)矩正比于每極磁通和電樞電流，與磁密分布無關(guān)。電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)Ct決定于結(jié)構(gòu)常數(shù)。它們的關(guān)系為：3.5.3直流電機的電樞反應(yīng)1、主磁場及其磁密分布曲線主磁通漏磁通幾何中性線2、電樞磁場、電樞反應(yīng)的定義直流電機負(fù)載后，電樞繞組有電流通過，該電流建立的磁場簡稱電樞磁場，電樞磁場對主磁場的影響就稱為電樞反應(yīng)。當(dāng)電機帶上負(fù)載后，電機的氣隙磁場由主磁場和電樞兩個磁場共同決定。電樞磁動勢的出現(xiàn)，使氣隙磁場發(fā)生畸變，即電樞反應(yīng)。各支路電流都是通過電刷引入獲引出，因此電刷是電樞表面上電流分布的分界線。電樞磁勢的軸線總是與電刷軸線相重合。3、電樞反應(yīng)

如果認(rèn)為直流電機電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中所示。

由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中所示。主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線兩條曲線逐點疊加后得到負(fù)載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：

對主磁場起去磁作用使氣隙磁場發(fā)生畸變

空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線一個角度，磁通密度的曲線與空載時不同。

磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常運行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)。電樞反應(yīng)特點使物理中性線位移（空載時，電機物理中性線與幾何中性線重合；負(fù)載時，物理中性線發(fā)生偏轉(zhuǎn)）思考題：直流發(fā)電機負(fù)載工作下將電刷順電樞轉(zhuǎn)向移動一角度后，電樞反應(yīng)是什么性質(zhì)的？當(dāng)電樞反方向轉(zhuǎn)動后，負(fù)載工作下電樞反應(yīng)的性質(zhì)與前者有何不同？3.6直流發(fā)電機2、電樞回路方程式3.6直流發(fā)電機3.6.1直流發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的基本方程式1、正方向的規(guī)定（發(fā)電機慣例)3、轉(zhuǎn)矩平衡方程式3.6.2功率關(guān)系電樞電功率直流發(fā)電機：原動機克服電磁轉(zhuǎn)矩的制動作用所做的機械功率等于通過電磁感應(yīng)作用在電樞回路所得到的電功率。機械功率—鐵損耗，電樞鐵心在磁場中旋轉(zhuǎn)時，硅鋼片中的磁滯和渦流損耗，與磁密大小和頻率有關(guān)—由摩擦引起的損耗，與電機的轉(zhuǎn)速有關(guān)。3.6.2功率關(guān)系發(fā)電機的效率總損耗為附加損耗

10KW以下的小型電機，效率為75%-85%；10KW-100KW的電機，約為85%-90%；100KW-1000KW，約為88%-93%。

問題1：并勵發(fā)電機的功率流程及損耗？例題1一臺額定功率的并勵直流發(fā)電機，它的額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，電樞回路總電阻，勵磁回路總電阻，已知機械損耗和鐵耗，求額定負(fù)載情況下各繞組的銅損耗、電磁功率、總損耗、輸入功率及效率。3.7直流電動機的運行原理從原理上講，一臺電機在一定條件下既可以作為發(fā)電機運行，將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，在另一條件下作為電動機運行，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。這就是電機的可逆原理?！绷麟姍C的可逆原理3.7.1直流電機的可逆原理具體分析如下：發(fā)電機狀態(tài)時:的方向與方向一致;表示向電網(wǎng)輸出電功率；

表示原動機輸入機械功率。

3.7.1直流電機的可逆原理電動機狀態(tài)：

保持這臺電機的勵磁不變，減小其輸入機械功率因系統(tǒng)的慣性，轉(zhuǎn)速來不及變化，

都來不及變化3.7.1直流電機的可逆原理的作用，電機的轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降至?xí)r，

表示向直流電網(wǎng)輸出電能.

表示從電網(wǎng)吸收電功率；

電動機慣例3.7.2他勵直流電動機穩(wěn)態(tài)運行的基本方程式3.7.3他勵直流電動機的功率關(guān)系電動機的效率總損耗問題2：如何判斷一臺直流電機是電動運行狀態(tài)還是發(fā)電運行狀態(tài)？電動機與發(fā)電機狀態(tài)比較1、電動機：電樞電流方向取決于電壓方向發(fā)電機：電樞電流方向取決于電樞電動勢方向3、電動機：是電功率，是機械功率；發(fā)電機是機械功率，是電功率2、電動機：T與的方向一致，是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩發(fā)電機：T與的方向相反，是制動轉(zhuǎn)矩思考題：改變并勵電動機電源的極性，能否改變其轉(zhuǎn)向？為什么？試求：1、此直流電機運行于發(fā)電機狀態(tài)還是電動機狀態(tài)？2、電機的電磁轉(zhuǎn)矩T？3、電機的輸出轉(zhuǎn)矩？4、電機的效率？例2：一臺他勵直流電機并聯(lián)于220V直流電網(wǎng)運行，已知電機，極對數(shù)，電機總導(dǎo)體數(shù)額定轉(zhuǎn)速。每極磁通電樞回路總電阻，勵磁回路總電阻鐵損耗，機械損耗支路對數(shù)3.7.4直流電動機的工作特性時，的關(guān)系為轉(zhuǎn)速特性。根據(jù)轉(zhuǎn)速公式，可得n0：理想空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速下降不多，考慮電樞發(fā)應(yīng)，有可能升高。1、轉(zhuǎn)速特性2、轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：或者考慮去磁，曲線有所下降。時，的關(guān)系為轉(zhuǎn)矩特性。3、效率特性當(dāng)U＝UN，If＝IfN時，的關(guān)系叫效率特性。其中，為不變損耗為可變損耗令可得直流電動機的效率約為0.75～0.94作業(yè)：S3.14,3.43.8他勵直流電動機的機械特性3.8.1機械特性的一般表達(dá)式直流電動機的基本方程式：電磁轉(zhuǎn)矩：感應(yīng)電動勢：電樞回路電勢平衡式：電動機轉(zhuǎn)速特性：機械特性一般表達(dá)式：3.8.2固有機械特性當(dāng)U=UN，Φ=ΦN，電樞回路無外接電阻時，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。3.8.3人為機械特性1、電樞回路串電阻的人為機械特性保持U=UN及=N不變而在電樞回路中串入電阻R，所得的n=f（T）關(guān)系。2、改變電樞電壓的人為機械特性保持每極磁通為額定值不變，電樞回路不串電阻（R=0）,只改變電樞電壓時的機械特性。一般都為降低的電壓。固有人為UNU1U2UN>U1>U2TOnn03、減少氣隙磁通量的人為機械特性保持端電壓為額定值不變，電樞回路不串電阻（R=0），只改變勵磁電流的機械特性。額定時，接近飽和，一般都為減弱的磁通。固有人為NN>’

TOnn013.8.4根據(jù)電機的銘牌數(shù)據(jù)估算機械特性理想空載轉(zhuǎn)速(1)根據(jù)經(jīng)驗估算額定電樞電動勢EaN=（0.93~0.97）UN(2)根據(jù)所選直流電動機，實測電樞回路電阻3.9串勵和復(fù)勵直流電動機3.9.1串勵直流電動機的機械特性Ian根據(jù)轉(zhuǎn)速公式，可得串勵電動機的特點，特點：重載時，n很?。惠p載時，飛車。結(jié)論：串勵電動機不允許在小于15～20％的額定負(fù)載下起動。3.9.2復(fù)勵直流電動機的機械特性Ian復(fù)勵是串勵和并勵共同合成得勵磁方式。并勵起主要作用，接近并勵特性；串勵起主要作用，接近串勵特性；并勵串勵復(fù)勵3.10直流電機的換向直流電機的某一個元件經(jīng)過電刷，從一條支路換到另一條支路時,元件里的電流方向改變，即換向。減少換向元件的感應(yīng)電勢和旋轉(zhuǎn)電勢，可以有效地改善換向。最有效的辦法：裝換向極。二、換向的電磁理論換向元件中的電動勢：自感電動勢和互感電動勢：換向元件（線圈）在換向過程中電流改變而產(chǎn)生的。切割電動勢：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)存在，電樞反應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動勢。換向元件中的合成電動勢為：

根據(jù)楞次定律，自感電動勢、互感電動勢和切割電動勢總是阻礙換向的。換向電動勢：在幾何中性線處，換向元件在換向極磁場中感應(yīng)的電動勢。換向電動勢是幫助換向的。1、直線換向當(dāng)時換向元件電流隨時間線性變化。當(dāng)時換向元件電流隨時間不再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。2、延遲換向當(dāng)時換向元件電流隨時間不再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。3、超越換向直線換向延遲換向超越換向改善換向的方法設(shè)置換向極，可用消除電磁原因引起的火花

換向極的磁勢必須正比于負(fù)載電流，換向極繞組和電樞繞組串聯(lián)，并且換向極的磁路不