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1、1 页第 29 章 直流电机29.2 直流电机的励磁方式按励磁方式不同,电机可分为(一)他励直流电机 电枢和励磁绕组由两个独立的直流电源供电。(二)并励直流电机 电枢和励磁绕组并联后由一个独立的直流电源供电。 (三)串励直流电机 电枢和励磁绕组串联后由一个独立的直流电源供电(四)复励直流电机 复励电机有两个绕组,一个并励绕组,一个串励绕组,并励绕组和电枢并联,和串励绕组串联后由一个独立的直流电源供电。直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和复励式29.3直流电机的磁场和基本方程29.3.1 直流电机的磁场29.3.1.1 空载时直流电机的磁场直流电机的空载磁场 直流电机的空载是指电枢电流等于
2、零或者很小,且可以不计其影响的一种运行状态。在主磁极极面下,气隙小而且基本均匀,磁场较强;极面以外气隙大,磁场减弱;在两极间的几何中线处磁场为零,整个磁极下磁密的分布为以平顶波,若规定磁力线方向由定子指向转子为正29.3.1.2 直流电机负载时的磁场和电枢反应1.负载时磁场 电机带上负载以后,电枢绕组内流过电流,还会形成磁通势,该磁通称为电枢磁通势。 所以,负载时电机中气隙磁场是由励磁磁通势和电枢磁通势共同建立。 由此可知,在直流电机中,从空载到负载,其气隙磁场是变化的 2.电枢反应 1)电枢磁通势 电枢磁通势对励磁磁通势所产生气隙磁场的影响称为电枢反应。2 页电枢反应磁通势轴线的位置与电刷轴
3、线重合,当电刷处于几何中性线时,电枢反应磁通势与磁极轴线互相垂直 。电枢反应使气隙磁场发生了畸变 电枢磁场使主磁场一半削弱,另一半加强,并使电枢表面磁密等于零处(物理中心线)离开了几何中性线。 电磁反应呈去磁作用 * 在磁路不饱和时 主磁场削弱的量与加强的量恰好相等。 * 在磁路临界饱和时 增磁会使半个极下饱和程度提高,铁心磁阻增大,另外半个极下饱和程度减小,铁心磁阻减小 ,因磁路临界饱和,从而使实际的合成磁场曲线要比不饱和时略低 。增加的磁通数量就会小于磁通减少的数量 。29.3.229.3.2 直流电机的基本方程直流电机的基本方程29.3.2.1 电枢绕组的感应电动势1.运行时感应电动势始
4、终存在直流电机无论作电动机运行还是作发电机运行,电枢绕组内都感应产生电动势。这个感应电动势是指一条支路的电动势。2.如何计算感应电动势要计算支路电动势,可先求出每个元件电动势的平均值,然后乘上每条支路串联元件数,就可得出支路电动势。元件平均电势B 为每一个磁极下的平均磁感应强度,等于每极磁通除以每极的面积 l, B= /l电磁感应定律: e=Blv式中:v 为导体切割磁力线的线速度 v=2Rn/60= 2pn/60(2R= 2p) n - 电枢的转速(r/min)p - 极对数 - 极距每条支路总导体数 2N,则电枢感应电动势的平均值为:E=2Ne=2NBlv=4pNn/60 如果令 4pN/
5、60=CE 则E= CE nCe 称为电动势常数磁通的单位为 Wb,转速 n 的单位为 rpm,感应电动势的单位为 V3 页感生电动势的方向由磁场的方向和转子的旋转方向决定。在直流电动机中,电动势的方向与电枢电流的方向相反,为反电动势;在直流发电机中,电动势的方向与电枢电流的方向相同,为电源电动势。29.3.2.2 直流电机的电磁转矩1.元件边所受切线方向电磁力 设气隙中某处的径向磁密为 Bdx ,元件数为 Ny ;元件边中电流为 ia 根据电磁力定律,此处元件边所受的切线方向的电磁力为:fx = BliaB 为每一个磁极下的平均磁感应强度,等于每极磁通除以每极的面积 l, Bdx= /l2.
6、元件边所产生电磁转矩设电枢的直径 2R ,因为 2R=2p,所以 R=p/.元件数为 N, a 为并联支路对数,则电枢表面共有元件边数为 4aN ,则电磁力产生的电磁转矩为:Te = 4aNfxR= 4aNBdxliaR=2pN ia/若令 CM= 2pN /, 则Te= CMia电磁转矩由磁场的方向和电枢电流的方向决定。在直流电动机中,电磁转矩的方向与转子的旋转方向相同,为拖动转矩 在直流发电机中,电磁转矩的方向与转子的旋转方向相反,为制动转矩 29.4 直流发电机的基本方程和运行特性29.4.1 电动势的平衡方程式电压平衡方程Ea=U+IaRa 式中,Ia 为电枢电流(A) ; Ra 为电
7、枢绕组电阻()29.4.2 直流发电机的损耗和功率平衡方程式4 页5 页29.4.3 直流发电机的转矩平衡方程式转矩平衡方程29.4.4 他励直流发电机的运行特性29.4.4.129.4.4.1 空载特性空载特性n=常数,I=0 时,U0=f(If) U0=Ea-IRa-2Us=Ea=Cen=f(If)=f(Ff/N) 结论结论:经过一定比例转换后,开路特性 U0=f(If)与电机的磁化曲线 =f(Ff)形状完全相同。一般电机的工作点位于开路特性上曲线开始弯曲的膝点附近。据此可以判断电机的饱和程度。29.4.4.229.4.4.2 外特性外特性定义:n=nN,If=IfN 时,U=f(I) n=nN,U=UN,I=IN 时的励磁电流称为额定励磁电流,即IfN。 U=Ea-IRa-2Us=(Cen-2Us)-IRa 负载电流增加时,电阻压降增大/电枢磁势的去磁效应增大,使得曲线下降。结论:外特性 U=f(I)是略微下垂的曲线电压调整率:从空载到满载电压变化的程度。U=(U0-UN)/UN(100%) TTToM16 页一般他励直流发电机 U=(510)%。