第4讲直流电动机_电动势转矩功率课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电机及拖动基础,第,4,讲 直流电动机_,电动势、转矩、功率,（,2,学时）,2013.04.07,电机及拖动基础,第4讲 直流电动机_电动势、转矩、功率（2学时）2013,直流电流,交流电流,电磁转矩,(,拖动转矩,),机械负载,克 服,反电动势,做功,直流电动机的电磁关系,换向,旋转,内容回顾：,直流电流交流电流电磁转矩机械负载克 服反电动势做功 直流电动,直流电机的主要结构概述：,主磁极,：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成,换向磁极,：改善换向。,电刷装置,：与换向片配合,完成直流与交流的互换,机座和端盖,：起支撑和固定作用。,定子,转子,电枢铁心,：主磁路的一部分，放置电枢绕组。,电枢绕组,：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。,换向器,：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换,转轴,轴承,直流电机的励磁方式,内容回顾：,直流电机的主要结构概述：主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和,直流电机的感应电动势-电枢绕组内部（电刷间）的电动势，也就是每条支路的电动势。,由于每条支路串联的多个元件处于同一磁极下，电动势方向相同，变化规律一致，所以：可先求出每个元件的平均电动势再乘以串联元件数。,电枢绕组感应电动势和电磁转矩,一、感应电动势的计算,直流电机的感应电动势-电枢绕组内部（电刷间）的电动势,电枢绕组感应电动势和电磁转矩,一、电枢绕组感应电动势,电枢绕组感应电动势是指直流电机电枢上正、负电刷间产生的感应电动势。,设,电枢角速度为,，当元件轴线从某一磁极转到相邻磁极时，电枢转过的角度为,则：,电枢转动的机械角速度,与感应电动势角频率,e,的关系,电枢绕组感应电动势和电磁转矩 一、电枢绕组感应电动势设 电枢,因此直流电机感应电动势为：,由于：并联支路数,=,电刷数,=,磁极数,即：并联支路对数（,a,）,=,磁极对数（,n,p,）,因：电枢绕组每个串联支路的总导体数为,2N,当并联支路对数为,a,时,总有效导体边数为：,Z=2N*2a,所以：,电动势常数,结论：直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关。,电枢绕组感应电动势和电磁转矩,因此直流电机感应电动势为：电动势常数结论：直流电机的感应电动,产生,电枢旋转,n,磁 通,大小,每个导体：,e,=,B l v,导体切割磁场线的线速度：,电动势：,一、电枢绕组感应电动势,(,另,),e,e,E,v=n,2,R,60,=2,N B l v,=2,N ,l n,2n,p,60,l,=n,2n,p,60,=,n,4n,p,N,60,d-,旋转半径,E,=2,Ne,总有效导体边数为：,Z=2N*2a,电枢绕组感应电动势和电磁转矩,产生 一、电枢绕组感应电动势(另)ee E v=,二、电磁转矩,电枢绕组感应电动势和电磁转矩,二、电磁转矩电枢绕组感应电动势和电磁转矩,二、电磁转矩,总有效导体边数为：,Z=2N*2a,电枢绕组感应电动势和电磁转矩,二、电磁转矩总有效导体边数为：Z=2N*2a电枢绕组感应电,三、电磁转矩与电动势的关系,电枢绕组感应电动势和电磁转矩,三、电磁转矩与电动势的关系电枢绕组感应电动势和电磁转矩,直流电机的基本方程和工作特性,直流电机可为发电机运行和电动机运行。,当直流电机由外动力拖动，在电枢转轴上输入机械能，电枢感应出电动势，并经电刷转换输出直流电能向负载供电，感应电动势大于电枢端电压，电机作发电机运行。,当直流电机电枢输入直流电源电压，此电压经电刷转换流入电枢绕组，电枢受电磁转矩作用，在转轴输出机械能，同时电枢也产生感应电动势，但数值小于电枢电压，则电机作电动机运行。,直流电机的基本方程和工作特性 直流电机可为发电机运行和,直流电机的基本方程和工作特性,一、直流电动机,模型,&,等效电路,-,注意参考方向,直流电机的基本方程和工作特性一、直流电动机,直流电机的基本方程和工作特性,一、直流电动机,他励电动机的电压方程,直流电动机的电枢回路电源电压,U,a,，电枢绕组的电阻,R,w,，正、负电刷的接触电压降为,2,U,b,，由基尔霍夫电压定律可列出电枢回路方程,式中,R,a,包括电枢绕组和电刷压降的等效电阻,E,a,直流电机感应电动势,稳态时，,电枢电流,I,a,由谁确定,？,直流电机的基本方程和工作特性一、直流电动机 直流电动机,稳态时，电枢电流,I,a,由谁确定,？,在,T,、,不变时，由,T,e,=,C,T,I,a,，则,I,a,不变,U,a,(,R,a,),变化时，,I,a,变化否（设不变）？,U,a,(,或,R,a,),瞬间,n,不变,E,不变,I,a,T,T,e,T,2,E,a,n,I,a,T,e,T,e,=,T,2,I,a,不变,(,新稳态,),结论：,I,a,的大小取决于负载的大小。,当,I,a,=,I,aN,时为满载，当,I,a,I,aN,时为过载。,规定短时过载的最大电枢电流：,I,amax,=,(,1.5 2,),I,aN,=,MC,I,aN,过载能力系数。,直流电机的基本方程和工作特性,稳态时，电枢电流 Ia 由谁确定？在T、不变时，,直流电机的基本方程和工作特性,并励直流电动机,励磁绕组与电枢回路并联，共用一个电源，电枢回路的电压方程与他励时相同，并有,串励直流电动机,励磁绕组与电枢回路串联，再与电源连接，此时,I,a,+,U,I,I,f,M,E,M,U,f,U,a,+,U,I,I,f,I,a,直流电机的基本方程和工作特性 并励直流电动机 Ia+IIfM,【,例,】,某,并励,直流电动机，,U,N,=220V,，,I,N,=12.5 A,，,n,N,=3000 r/min,，,R,f,=628,，,R,a,=0.41,。求该电机在额定状态下运行时的：,(1),I,f,；,(2),I,a,；,(3),E,a,；,(4),T,e,。,解：,(1),励磁电流,I,f,U,f,R,f,I,f,=,220,628,=,A=0.35A,(2),电枢电流,I,a,I,a,=I,N,I,f,=,(12.5,0.35)A=12.15 A,(2),电动势,E,a,E,a,=U,N,R,a,I,a,=,(220,0.4112.15)V=215 V,【例】某并励直流电动机，UN=2,C,T,=,9.55,C,E,=,0.685,T,e,=C,T,I,a,=,0.68512.15 Nm=8.32 Nm,(4),电磁转矩,C,E,=,E,a,n,N,215,3 000,=,=0.071 7,CT=9.55 CE=0.685(4)电磁转矩,转矩平衡方程式,对于电动机：,其中,:,T,L,为负载制动转矩，,T,0,为空载损耗转矩。,J,为转轴的转动惯量，,为电机的转动角速度,如果电机恒速转动，惯性转矩为,0,，则：,T,e,=T,L,+T,0,惯性转矩,J=m,2,直流电机的基本方程和工作特性,转矩平衡方程式对于电动机：其中:TL为负载制动转矩，,电枢回路输入的电功率,式中,p,Cua,=,R,a,I,a,2,电枢回路的铜耗；,P,em,=E,a,I,a,电机的电磁功率，且有,由上式可得电动机电磁转矩的另一种计算公式,功率平衡方程,直流电机的基本方程和工作特性,电枢回路输入的电功率式中 pCua=RaIa2,直流电机的基本方程和工作特性,由：,得：,即：,式中,P,L,电机的机械负载功率；,p,0,-,电机的空载损耗，,包括机械摩擦损耗,p,m,和铁心损耗,p,Fe,。,上式说明，电磁功率转换成空载损耗和机械能输出。,直流电动机电动运行时的功率关系如图,直流电机的基本方程和工作特性由：,【,例,】,一并励电动机，,U,N,=110 V,，,I,N,=,12.5 A,，,n,N,=1 500 r/min,，,T,L,=6.8 Nm,，,T,0,=0.9 Nm,。,求该电机的,P,2,、,P,e,、,P,1,和,。,解：,P,2,P,1,=,100%,6.28,60,=,6.81 500 W=1 067.6 W,P,e,=P,2,P,0,=,(1 067.6,143.3)W=1 208.9 W,P,1,=U,N,I,N,=,11012.5 W=1 375 W,2,60,P,2,=,T,L,n,6.28,60,=,0.91 500 W=143.3 W,2,60,P,0,=,T,0,n,1 067.6,1 375,=,100%=77.64%,【例】一并励电动机，UN=110,作业：,P50-3.6,，,3.7,3.8,Q A,Class discussion,&,作业：Q AClass discussion&,