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单击此处编辑母版标题样式,*,天津大学仁爱学院,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,二、,直流发电机物理模型,a,d,c,b,换向器,图,3-2,直流发电机物理模型,11/20/2024,1,天津大学仁爱学院,三、,直流电动机物理模型,b,a,c,d,图,3-3,直流电动机物理模型,11/20/2024,2,天津大学仁爱学院,四、,直流电机的可逆原理,从直流发电机和直流电动机的物理模型可以看出，两者结构完全相同，只是运行条件不同，因此，一台直流电机，适当改变其运行条件即可作为发电机运行，也可作为电动机运行，其运行状态具有可逆性。,11/20/2024,3,天津大学仁爱学院,第二节 直流电机的主要结构和铭牌数据,一、直流电机的主要结构,图,3-4,直流电机结构,1,、定子部分,1,）机座；,2,）主磁极；,3,）励磁绕组；,4,）换向极；,5,）电刷装置等。,11/20/2024,4,天津大学仁爱学院,11/20/2024,5,天津大学仁爱学院,图,3-5,直流电机剖面示意图,图,3-6,主磁极装置,机座,主极,换向极,电枢,11/20/2024,6,天津大学仁爱学院,2,、转子部分,1,）轴；,2,）电枢铁心；,3,）电枢绕组；,4,）换向器；,5,）风扇等。,11/20/2024,7,天津大学仁爱学院,电枢铁心,a),电枢铁心,冲片,b),电枢铁心,11/20/2024,8,天津大学仁爱学院,二、直流电机的铭牌数据,1,、额定容量（功率）：,2,、额定电压：,3,、额定电流：,4,、额定转速：,5,、励磁方式和额定励磁电流 ：,另外：额定效率 ；,额定转矩 ；,额定输出转矩 等,对于发电机：,对于电动机：,11/20/2024,9,天津大学仁爱学院,三、直流电机的图形符号及励磁方式,1,、图形符号：,2,、励磁方式：励磁绕组与电枢绕组的关系,1,）、他励：,2,）、自励：并励、串励、复励,11/20/2024,10,天津大学仁爱学院,例题：他励直流电动机,求：,解：,11/20/2024,11,天津大学仁爱学院,第三节 直流电机的磁场,一、直流电机的磁场（空载运行）：,以四极电机为例,空载运行指仅有 无,1,、主磁路：,极主磁极 气隙 电枢齿部 电枢磁轭,电枢齿部 气隙 极主磁极 定子磁轭,定子磁轭,电枢磁轭,气隙,电枢齿,11/20/2024,12,天津大学仁爱学院,2,、漏磁路：,定义：,主磁通：同时链接励磁绕组和电枢绕组的磁通。,它产生电磁转矩。,漏磁通：只链接一个绕组本身的磁通。,它仅增加磁路的饱和程度。,注：,1,）主磁路计算分段,气隙、电枢齿、电枢磁轭、主磁极、定子磁轭五段,2,）负载运行时电机磁场由各绕组共同产生,定子磁轭,电枢磁轭,气隙,电枢齿,11/20/2024,13,天津大学仁爱学院,直流电机空载磁场,11/20/2024,14,天津大学仁爱学院,二、空载运行时气隙磁通密度的分布波形：,磁场方向：,穿出电枢表面为正,1,、磁极中心部分：气隙小，磁密大。,2,、两极靴尖部：磁密小。,3,、两极靴外：磁密迅速减小。,4,、两极之间的几何中线处：磁密为,0,。,空气中 很小，磁路中的磁位降，主要集中在气隙中。,11/20/2024,15,天津大学仁爱学院,空载时的磁场分布,a),磁场分布,b),主磁场磁密分布曲线,11/20/2024,16,天津大学仁爱学院,三、空载磁化特性：,1,、定义：空载时气隙每极磁通 与空载励磁磁通势 或空载励磁电流 的关系。即,或,称为空载磁化特性。,研究它的意义：后面要介绍的电枢电势、电磁转矩等，都对磁通有所要求。,为得到所需要的磁通，需要确定励磁电流。,11/20/2024,17,天津大学仁爱学院,2,、计算：由需要的气隙每极磁通求出空载励磁电流,3,、空载磁化特性曲线：,曲线说明：,1,）气隙中,其他 非线性,2,）较小时，总磁位降主要在气隙上。,较大时，铁磁材料饱和。,3,）额定运行点一般选在 点。,11/20/2024,18,天津大学仁爱学院,四、负载运行时的电枢反应：,1,、电枢磁通势 ：电枢电流产生的磁通势,2,、电枢反应：由于 的存在，将影响空载时 产生的磁场，改变 的分布及 的大小，此现象称电枢反应。,3,、去磁效应：使电机定、转子铁心处于近饱和状态，加上 后，一侧加深饱和时 增加较少，另一侧减小饱和时 减小较多，总体上 减小，减小，此现象称为去磁效应。,4,、交轴电枢反应：,5,、直轴电枢反应：,11/20/2024,19,天津大学仁爱学院,a),电枢磁场磁通分布,b),磁通和磁密分布曲线,11/20/2024,20,天津大学仁爱学院,合成磁场磁通分布,b),磁密分布曲线展开图,11/20/2024,21,天津大学仁爱学院,第四节 电枢电势、电磁转矩、电磁功率,各量的符号：电枢导体总数、极对数 、极距 、,并联支路对数 。,等效并联支路图：,2a,个支路,每个支路的导体数,每个导体的感应电势,在 中呈周期性变化,11/20/2024,22,天津大学仁爱学院,一、电枢电势：,1,、一个 范围内的平均磁密,每极磁通,轴向的导体有效长度,极距,3,、电枢电势：,令：,称为电势常数,2,、一个 内一根导体的电势,导体的线速度,11/20/2024,23,天津大学仁爱学院,说明：,发电机运行时：电枢电流与电枢电势同方向，,电磁力与转速反方向，即,吸收机械能，,输出电能,电动机运行时：电枢电势，也称反电动势，,吸收电能，输出机械能,11/20/2024,24,天津大学仁爱学院,二、电磁转矩：,1,、一根导体的平均电磁力,2,、一根导体贡献的电磁转矩,3,、电磁转矩：,令：,称为转矩常数,11/20/2024,25,天津大学仁爱学院,说明,：,1,、,2,、方向的意义：,发电机运行时：电磁转矩与转速反方向，,吸收机械能，输出电能。,电动机运行时：电磁转矩带动转子旋转，,输出机械能，吸收电能。,11/20/2024,26,天津大学仁爱学院,三、电磁功率：,发电机：电枢吸收机械功率 ，输出电功率 ；,电动机：电枢吸收电功率 ，输出机械功率 ；,由此可见，电枢是能量转换的枢纽，这也是,“,电枢,”,这个名称的由来,机械形式的功率 ，电形式的功率,在数值上相等,这,两个形式不同而数值相同的功率叫,电磁功率,11/20/2024,27,天津大学仁爱学院,电磁功率的理解,发电机：电枢吸收,机械形式,的电磁功率转换成,电形式,的电磁功率；,电动机：电枢吸收,电形式,的电磁功率转换成,机械形式,的电磁功率；,电磁功率是在电机中进行能量形式转换的那部分能量。,作业：自习第十节直流电机的换向,11/20/2024,28,天津大学仁爱学院,主要内容：,发电机稳态运行基本方程式,发电机的功率传递关系,发电机的运行特性,第六节 直流发电机,以他励发电机为例,11/20/2024,29,天津大学仁爱学院,一、发电机惯例：,1,、惯例图示：,2,、主回路：,原动机转矩,空载转矩,电磁转矩,转速,电枢电势,电枢电流,输出电压,3,、励磁回路：,励磁电压,励磁电流,主磁通（每极磁通）,11/20/2024,30,天津大学仁爱学院,二、稳态运行时的基本方程式,1,、电动势电压平衡方程式：,2,、电枢电动势：,3,、电磁转矩：,4,、转动平衡方程式：,5,、励磁回路：,6,、气隙每极磁通：,11/20/2024,31,天津大学仁爱学院,三、发电机稳态运行时的功率传递关系,发电机吸收机械功率，输出电功率。,1,、机械功率：,由转动平衡方程式：,输入功率，原动机输给发电机的机械功率,机械形式的电磁功率,空载损耗功率,机械摩擦损耗,铁耗,11/20/2024,32,天津大学仁爱学院,2,、电功率：,由电动势电压平衡方程式：,电形式的电磁功率,输出功率,电枢损耗功率（电枢铜耗）,11/20/2024,33,天津大学仁爱学院,3,、功率流程图：,4,、发电机的效率：,1,）总损耗：,2,）效率：,11/20/2024,34,天津大学仁爱学院,例,2.1,无补偿绕组并励直流发电机，,求：,解：,11/20/2024,35,天津大学仁爱学院,四、直流发电机的运行特性,本小节的内容自学：,重点：他励直流发电机的外特性,并励直流发电机的自励条件,他励、并励发电机的调节特性,11/20/2024,36,天津大学仁爱学院,第七节 直流电动机运行原理,以他励电动机为例,主要内容：,电动机稳态运行基本方程式,电动机的功率传递关系,电动机的运行特性,11/20/2024,37,天津大学仁爱学院,一、直流电动机惯例,2,、主回路：,输出转矩,空载转矩,电磁转矩,转速,电枢电势,电枢电流,输入电压,负载转矩,3,、励磁回路：,励磁电压,励磁电流,主磁通（每极磁通）,1,、惯例图示：,11/20/2024,38,天津大学仁爱学院,二、直流电动机稳态运行的基本方程式,1,、电动势电压平衡方程式：,2,、电枢电动势：,3,、电磁转矩：,5,、励磁回路：,4,、转动平衡方程式：,6,、气隙每极磁通：,11/20/2024,39,天津大学仁爱学院,三、电动机稳态运行时的功率传递关系,电动机吸收电功率，输出机械功率。,1,、电功率：,由电动势电压平衡方程式：,电形式的电磁功率,从电源输入的电功率,电枢损耗功率（电枢铜耗）,11/20/2024,40,天津大学仁爱学院,2,、机械功率：,由转动平衡方程式：,输出功率，电动机轴上输出的机械功率,机械形式的电磁功率,空载损耗功率,3,、功率流程图：,11/20/2024,41,天津大学仁爱学院,4,、电动机的效率：,1,）总损耗：,2,）效率：,四、直流电动机运行特性,（,p55,）,本小节的内容自习：,1,、转速特性,2,、转矩特性,3,、效率特性,11/20/2024,42,天津大学仁爱学院,例题：,一台四极他励直流电机，单波绕组，电枢导体总数 ，电枢回路总电阻 ，此电机运行在电压 的直流电网上，电机转速,，气隙每极磁通，,忽略附加损耗和励磁损耗。,问：,该电机运行在发电机状态还是电动机状态？,求：,电磁转矩、输入功率、总损耗和效率。,11/20/2024,43,天津大学仁爱学院,解：,按发电机惯例,不是输出电功率，而是吸收电功率,所以，,电机运行在电动机状态,也可用 或 进行判断,计算采用电动机惯例，比较简单，结果如下：,11/20/2024,44,天津大学仁爱学院,直流电机的可逆原理,以他励发电机为例,将他励直流电机与直流电网并联运行,1,、发电运行时（稳态）,2,、改变条件,1,）开始瞬间：不突变,11/20/2024,45,天津大学仁爱学院,将他励直流电机与直流电网并联运行,2,）由于转速下降,3,）时,不再向电网提供电能,11/20/2024,46,天津大学仁爱学院,6,）时,继续减速,4,）但 存在,5,）时,11/20/2024,47,天津大学仁爱学院,9,）时,达到又一个新的稳态,7,）当 时,达到新的稳态,8,）增加负载,瞬间,11/20/2024,48,天津大学仁爱学院,第三章小结,1,、用途和基本原理：重点工作原理,2,、结构和铭牌数据：注意额定功率的含义,3,、电枢绕组,4,、电机磁场：磁路、励磁方式、电枢反应,5,、电枢电势、电磁转矩和电磁功率,6,、直流电机的换向,7,、直流发电机：基本方程、功率关系、运行特性,8,、直流电动机：基本方程、功率关系、运行特性,11/20/2024,49,天津大学仁爱学院,
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