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1、第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,1.3.1 直流电机的电枢电动势,直流电机无论作为发电机还是作为电动机运行，电枢都以一定的转速在磁场中旋转，电枢绕组的导体切割磁力线而产生一定的电动势，并通过电刷接至外电路。电枢绕组的感应电动势是指电机正、负电刷间的电动势。但无论绕组连接方式如何，正、负电刷间的电动势就是支路电动势。而支路电动势就是支路中各串联元件的电动势之和。电枢旋转时，对某一个元件而言，它一会儿在这个支路里，一会儿在另一个支路里，其感应电动势的大小和方向都是变化的。但各个支路的电动势相等且方向不变。,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,一个磁极极距范围内的平均磁通密度
2、,式中-每极磁通，单位：韦伯（Wb）； -极距； L-电枢的轴向长度，单位：米（m）。 根据电磁感应定律，一根导体的平均电动势为 eavBavL -导体运动的线速度，单位：米/每秒m/s。,电枢每旋转一周，电枢表面上的线圈有效边经过的距离为2p， 若以n表示电枢每分钟转速，则每秒钟通过的距离就是速度V，故,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,导体平均感应电动势eav,当电刷置于磁极的几何中性线时，电枢电动势为,式中 Ce -由电机结构决定的电动势常数； Ea -电枢电动势，V； -每极磁通量，Wb； n -电枢每分钟转数，r/min。,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,1
3、.3.2、直流电机的电磁转矩,直流电机运行时，无论发电机还是电动机，其电枢绕组中就有电流通过，处于主磁场内的电枢导体要受到电磁力的作用。根据电磁力公式可知，电磁力的大小与导体在磁场内的有效长度L和导体中的电流I有关，也与导体所处位置的磁通密度有关。,一根导体所受的平均电磁力 fav = BavLia,ia与电枢电流Ia的关系为,（,一根导体上的转矩Md为平均电磁力fav乘以电枢半径D/2，即,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,若总电磁转矩用M表示，导体总用表示，,转矩常数,从式（117）可以看出，直流电机制成后，其电磁 转矩的大小正比于每极磁通和电枢电流Ia。,电磁转矩的方向与电磁
4、力的方是一致的，可由左手定则判定。,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,1.3.4 直流电机的电枢反应,直流电机在空载运行时，由于电枢电流为零，电机的气隙磁场由主磁极励磁电流所产生，叫做主磁极磁场。而当电机负载运行时，电枢绕组中有电流流过，电枢电流也将建立起一个磁场，该磁场称作电枢磁场。此时的气隙磁场将由主磁极磁场和电枢磁场共同形成。电枢磁场的出现对主磁极磁场会产生一定的影响，使气隙磁通密度的分布情况发生了变化。我们把这种电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,主磁极磁场磁通密度的分布情况。,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,
5、电枢磁场的分布图:,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,1.3 直流电动机性能,负载时的合成气隙磁场,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,1.3.5 直流电机的换向 当某一元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流必须变换方向,这一现象和过程叫做电流换向，简称“换向”。 1.3.6 改善换向的方法 换向不良的直接表现是电刷下出现电火花，影响电机的正常运行，因此必须采取措施改善换向。常用的方法是装设换向极。,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,1.3.7、直流电动机的基本方程式,1、电动势平衡方程式,UEaIaRa,2、功率平衡方程式,P1PMpcua,
6、在电动机中，电磁功率是在电磁转矩M的作用下，电枢所输出的 总机械功率,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,电磁功率转换成总机械功率后，扣除机械磨擦损耗Pm， 铁损耗PFe和附加损耗pa，其余的功率就是电动机转轴上 输出的功率P2，则 PMP2PmPFePaP2P0,他励直流电动机的功率平衡方程式为 P1PMPcuaP2pcuaPmPFeP2p,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,3、转矩平衡方程式,MM2MO,电动机稳定运行时，电动机产生的电磁转矩M与电动机轴上的输出转矩M2和电动机的空载转矩MO相平衡。,当MM2MO时，电动机将加速，譬如电动机正常 起动状态时； 当MM2
7、MO时，电动机将减速，例如电动机稳定 运行时的负载转矩突然加大。 当M=M2+M0时，电动机静止或稳速运行。,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,1.3.8 直流电动机的机械特性,1、直流电动机的固有机械特性,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,具有以下几个特点： （1）电磁转矩M越大，转速n越低，特性是一条斜的直线， 这是因为MCMIa，M正比于Ia，M增大，Ia也增大； 电枢电动势EaUNIaRaCen，Ea则减小，转速n则降低。 （2）当电磁转矩M0时，,（3）斜率的值很小，,称为硬特性，转矩变化时，转速变化较小，斜率大的 特性称为软特性。,第1章 直流电机,1.3
8、直流电动机性能分析,（4）MMN，即达额定转矩时，nnN，转速降 nNn0nN。一般nN为0.95 n0，nN约为0.05nN， 这是因为斜率很小的缘故。,5）电动机起动时，n0，EaCeNn0，电枢电流IaUN/Ra=Ist，称为起动电流，又叫堵转电流。电磁转矩MCMN IstMst，称为起动转矩，又叫堵转转矩。由于电枢电阻Ra很小，Ist和Mst都比额定值大得多。起动电流和起动转矩约可达额定值的20倍。这样大的起动电流会烧坏换向器，而太大的转矩也会造成机械损伤。,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,1.3.9 改变机械特性的方法,1.电枢回路串联电阻的人为机械特性,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,2、改变电枢电压的人为机械特性,第1章 直流电机,1.3 直流电动机性能分析,3、减少气隙磁通量的人为机械特性,由上述三种人为机械特性可知，电枢回路串电阻和减 弱磁通，使机械特性都变软了。而改变电枢电压时的 机械特性硬度不变。,
