第2章直流电机的建模与特性_hq.ppt

第2章 直流电机的建模与特性分析 内容简介 2.1 直流电机的基本运行原理与结构 B、直流电机的结构 （1）额定功率：定义为额定状态下的输出功率，用 表示； B、直流电机的简单绕组 C、直流电枢绕组的基本型式 有关技术名词 2 画绕组展开图: （1）先画16根等长、等距的实线，代表各槽上层元件边，再画16根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。 结论: 电刷是电流的分界线; 单叠绕组的支路数等于极数，即 。 2.4 直流电机的各种励磁方式与磁场 2.4.2 直流电机的空载磁场 2.4.3 直流电机负载后的电枢反应磁场 2.5 直流电机的感应电势、电磁转矩与电磁功率 C、直流电机的电磁功率 2.6 直流电机的电磁关系、基本方程式和功率流程图 C、直流电机的功率流程图 总电磁转矩为： (2-16) 式中， 为转矩系数。它与电势常数之间存在如下关系： (2-17) 结论： 直流电机所产生的电磁转矩与电枢电流以及每极的磁通成正比。 忽略磁路饱和，则有： (2-18) 则正、负电刷之间的感应电势为： (2-19) 电磁转矩为： (2-20) 电磁转矩 设电枢电流为Ia，流过每根导体的电流为ia，并联支路数为2a， 则每根导体所受到的平均电磁力fav为 fav=Bavlia 产生的平均电磁转矩Tav为 电枢表面共有N根导体，且ia=Ia/2a 则总的电磁转矩T为 转矩常数 . . 定义： 电磁功率定义为电磁转矩与转子角速度的乘积，它反映了直流电机经过气隙所传递的功率。 根据式（2-13）与式（2-16）可求得电磁功率为： （2-21） 上式的物理意义： 对直流电动机而言，从电源所吸收的电功率全部转化为机械功率输出；对直流发电机而言，从原动机所吸收的机械功率全部转化为电功率输出。 . 电势常数和转矩常数都决定于电机的结构数据。 对于一台已制成的电机，电势常数和转矩常数都是 恒定不变的常数，且两者之间有一固定的关系，即： 在电动机中，电枢电势要抵消外加电压的影响， 且电磁转矩是拖动性质的转矩。 在发电机中，电枢电势向外输出电能，而电磁转矩 是制动性质的转矩。 . . . A、他励直流电机的基本电磁关系 根据前几节的分析，对直流电机的基本电磁关系可总结如下： 对励磁绕组： 对电枢绕组： B、直流电机的基本方程式和等效电路 1、当直流电机作电动机运行： 图2.12 单波绕组的展开图 图2.13 单波绕组的电路图 结论: 单波绕组的支路数等于2，即 。 一般结论: （1）单叠绕组适用于低电压、大电流的直流电机； （2）单波绕组适用于高电压、小电流的直流电机。 以电动机为例 电枢绕组小结 ⒉ 电枢绕组本身一定是交流的。 ⒊ 不管是什么绕组，均构成一个闭合回路。 ⒋ 全额电刷，且位于极轴线处。 ⒈ 在能通过规定的电流和产生足够大的感应电动势及 　 电磁转矩的前提下，所消耗的有效材料（包括导线 　 和绝缘）最省；强度（机械、电气和热的强度）高； 　 运行可靠；结构简单；下线方便等。 . 单迭绕组 单波绕组 总元件数 极数 并联支路数 每条支路中的元件数 电压 电流 电阻 适用范围 S S 2p 2p 2p 2 Ea R pEa p2R 低压、大电流电机 容量为几百千瓦 高压、小电流电机 容量为几十千瓦以下 . 单迭绕组与单波绕组比较： 例：今有S=100个线圈（元件），每个线圈的平均电势eav=10V， 每个线圈的电阻 R=0.01Ω，每个线圈的电流ia=10A，电机的 主磁极数2p=4，试分别求出单迭绕组和单波绕组的电枢电势 Ea=？电枢电流Ia=？总电阻R=？ 解：对于单迭绕组 对于单波绕组 . 2.4.1 直流电机的各种励磁方式 图2.14 各种励磁方式下的直流电机接线图 分类: 1、他励直流电机——励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而是由 其他直流电源对励磁绕组供电。 2、并励直流电机——励磁绕组与电枢绕组并联。 3、串励直流电机——励磁绕组与电枢绕组串联。 4、复励直流电机——两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联， 另一个与电枢绕组串联。 空载： 直流电机的空载是指电枢电流(或输出功率)为零的运行状态。 主磁场： 仅由定子励磁磁势（或安匝）单独产生的磁场称为主磁场，亦即空载时的总磁场（或气隙磁场）； A、空载主磁场的分布 图2.15 四极直流电机的磁路与空载主磁场示意图 电机的磁路 ①主磁极 ②空气隙 ③电枢齿 ④电枢磁轭 ⑤定子磁轭 2. 气隙磁密Bδ