max.book118.com 直流电动机         在列写直流电动机的基本方程之前，先规定相关物理量的参考正方向，若各物理量的瞬时实际方向与参考正方向一致，其值为正，反之为负。  第5章 直流电机           1. 电压方程         按图5-18b所示的直流电动机等效电路，可以写出直流电动机稳态电压方程的一般形式                   (1) 他励直流电动机    他励式直流电机的励磁线圈采用单独直流电源供电，励磁电压Uf ，励磁回路的电阻Rf ，励磁回路励磁电流为直流 If ，式（5-14）可写成  第5章 直流电机  （5-14） （5-15） （5-16）        考虑直流电机的电枢回路直流电源电压Ua，电枢绕组的电阻Rw ，正、负电刷的接触电压降为2ΔUb ，式（5-15）成为  式中  Ra —— 包括电枢绕组和电刷压降的等效电阻；           Ea —— 直流电机感应电动势 第5章 直流电机  （5-17） （5-18）         (2)并励直流电动机    如图5-15b所示，电动机采用并励方式时， 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  （5-19） （5-20）         (3) 串励直流电动机    如图5-15c所示，电动机采用串励方式时，励磁绕组与电枢回路串联，再与电源连接，此时 （5-21） （5-22） 第5章 直流电机          2. 转矩方程         直流电动机电枢外加电压后，工作在电动运行状态，  此时电枢产生电磁转矩Te ， 其方向如图5-18所示，  为逆时针转动，与电动机空载转矩T0 和电动机的轴上负载转矩TL 相反。 当电机稳态运行时，应有Te与T0、TL相平衡。这样，按图5-18中正方向的约定，可写出电动机的转矩方程 （5-23）         3. 功率方程         励磁回路输入的电功率  （5-24） 第5章 直流电机  电枢回路输入的电功率 （5-25） 式中   ΔpCua = RaIa2 —— 电枢回路的铜耗；            Pem =EaIa        —— 电机的电磁功率，且有 （5-26） 由上式可得电动机电磁转矩的另一种计算公式 （5-27） 第5章 直流电机          由此可见，电枢的电磁功率用于克服电枢轴上的机械负载转矩，实现机电能量的转换。在转矩平衡方程（5-23）两边乘以转速? ，可得  （5-28） 式中  PL     —— 电机的机械负载功率；           Δp0 —— 电机的空载损耗，包括机械摩擦损耗Δpmec 和                            铁心损耗ΔpFe 。        上式说明，电磁功率转换成空载损耗和机械能输出。他励直流电动机电动运行时的功率关系如图5-19所示。 第5章 直流电机  此时，电动机的输入电功率 第5章 直流电机  （5-29） 式中，P2          —— 电动机的输出功率，并有P2=PL； 	Δpadd —— 电动机的附加损耗，是未被包括在铜耗、铁耗                                和机械损耗之内的其他损耗；             ΣΔp —— 电动机的总损耗，并有 由此，电动机的效率为 （5-30） （5-31） 第5章 直流电机  例5-1          如果忽略电枢反应， 当Ia 增加时，转速n下降，形成转速降 ?n，如图5-20中曲线1 所示。 若考虑电枢反应的去磁效应，磁通下降可能引起转速的上升，与Ia 增大引起的转速降相抵消，使电动机的转速变化很小。实际运行中为保证电动机稳定运行，一般使电动机的转速随电流Ia 的增加而下降。转速降一般为额定转速的3~8%，呈基本恒速状态。          4. 工作特性         (1) 转速特性   是指当Ua=UN ，If =IfN 时，n = f（I a）的关系曲线。由感应电动势公式和电压方程可得 （5-32） 第5章 直流电机          (2) 转矩特性   是指当Ua=UN ，I f=I fN时，Te = f（I a）的关系曲线。由转矩特性公式Te = CT? Ia 可知，在磁通为额定值时，电磁转矩与电枢电流成正比。若考虑电枢反应的去磁效应，转矩随电枢电流的增加而略微下垂，如图5-20中曲线2所示。         (3) 效率特性    是指Ua =UN ，I f =I fN 时，? = f（I a）的关系曲线。由式（5-30）可见，电动机的损耗中仅电枢回路的铜耗与电流Ia成平方正比关系，其他部分与电枢电流无关。电动机的效率随Ia 增大而上升，当Ia 大到一定值后，效率又逐渐下降，如图5-20中曲线3所示。一般直流电动机的效率在0.75~0.94之间。  第5章 直流电机  第5章 直流电机          直流电动机在使用时一定要保证励磁回路连接可靠，绝不能断开。一旦励磁电流 If = 0，   则电机主磁通将迅速下降至剩磁磁通，若此时电动机负载较轻，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；若电动机的负载为重载，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩， 使电机转速减小，但电枢电流将飞速增大， 超过电动机允许的最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。 因此，在闭合电动机电枢电路前应先闭合励磁电路，保证电动机可靠运行。  第5章 直流电机  例5-2 max.book118.com  直流发电机         直流发电机各物理量的参考正方向选定如图5-21a所示。  第5章 直流电机  第5章 直流电机 电机及拖动基础  5.1  直流电机的基本原理与结构 5.2  直流电机的电枢绕组和磁场 5.3  电枢绕组感应电动势和电磁转矩 5.4  直流电机的基本方程和工作特性 引   言           直流电机是利用电磁感应原理实现直流电能和机械能相互转换的电磁装置，将直流电能转换成机械能的电机称为直流电动机，反之则称为直流发电机。直流电动机具有调速范围广且平滑，起、制动转矩大，过载能力强，易于控制的优点，常用于对调速有较高要求的场合。         本章主要介绍直流电机的基本结构和工作原理、电枢绕组的基本结构和磁场，以及直流电动机的基本方程和工作特性。  第5章 直流电机  5.1  直流电机的基本原理与结构 max.book118.com  直流电机的基本原理         根据第1章的原型电机模型，可以画出两极直流电机的简化模型，如图5-1所示。  第5章 直流电机           1. 直流发电机的工作原理         根据电机的可逆原理，在图5-1所示的直流电机模型中，励磁线圈仍通入直流电流，产生主极磁通?。      电枢上不外加直流电压，而用原动机拖动电枢恒速旋转， 使电枢线圈切割磁力线而产生感应电动势，电动势的方向由右手定则确定。 由于电枢连续的旋转，电枢绕组的每个线圈边交替地切割N极和S极下的磁力线，产生交变得感应电动势。 再通过换向器的作用，使得在上下两个电刷端输出的电动势为为一个方向相同的脉动电动势， 比如， 从电刷A总是输出切割N极磁力线的线圈边所产生的正向电动势，从电刷B总是输出切割S极磁
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