直流电机的建模与特性

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1、第3章直流电机内容简介直流电机的基本运行原理→结构→电磁关系→数学模型（即基本方程式和等效电路）→直流电动机和发电机运行特性的分析与计算。直流电机的图片3.1直流电机的基本运行原理与结构A、直流电机的基本运行原理图2.1通电导体和线圈在磁场下的受力分析结论：要产生有效的电磁转矩，必须确保N极下的导体中电流方向总是流入，S极下的导体中电流方向总是流出。在直流电动机中，上述任务是由机械式换向器和电刷来完成的。ISbNacdIFFTn电动机+-直流电压AB没有电刷的情况换向片ISbNacdIFFTn电动机AB+-ISbNacd电刷IFFTn电动机+-直流电压电刷与换向器配合ABISbNacdIFFT

2、n电动机+-直流电压电刷与换向器配合ABeSbNacdeFFTn发电机没有电刷的情况+-AB换向片eSbNacdeFFTn发电机+-ABeSbNacd电刷eFFTn发电机+-电刷与换向器配合ABeSbNacdeFFTn发电机+-直流电压电刷与换向器配合AB图2.2直流电机的运行原理示意图结论：（1）直流电机电枢绕组内部的感应电势和电流为交流，而电刷外部的电压和电流为直流；（2）对直流电动机而言，电刷和换向器起到了由外部电源直流到内部绕组交流的转换作用，即相当于一个机械式逆变器；（3）对直流发电机而言，电刷和换向器起到了由内部绕组交流到外部电源直流的转换作用，即相当于一个机械式整流器。为什么要使

3、用电刷和换向器？换向片为什么要彼此绝缘？电刷和换向器的配合有什么问题？电机可逆性原理直流发电机电枢上有电磁转矩吗？什么性质？直流电动机电枢上有感应电动势吗？电枢上电流产生磁场吗？对主磁场有什么影响？B、直流电机的结构图2.3直流电机的结构图1-机座2-主磁极3-励磁绕组4-风扇5-轴承6-轴7-端盖8-换向极9-换向极绕组10-端盖11-电刷装置12-换向器13-电枢绕组14-电枢铁心电机结构（1）额定功率：定义为额定状态下的输出功率，用表示；直流电机的额定数据对于电动机，额定功率是指转子轴上输出的机械功率；对于发电机，额定功率则是指定子侧绕组输出的电功率。（2）额定电压：定义为额定状态下的电

4、压，用表示；（3）额定电流：定义为额定状态下的电流，用表示。（4）额定转速：定义为额定状态下的转速，用表示；（5）额定效率：定义为额定条件下电机的输出功率与输入功率之比，用表示。（6）额定励磁电压、额定励磁电流额定数据之间存在如下关系：对于直流电动机：对于直流发电机：（2-2）（2-1）3.2直流电机的电枢绕组A、对电枢绕组的要求正、负电刷之间所感应的电势应尽可能大节省材料、结构简单强度高（电、机械、热）、运行可靠B、直流电机的简单绕组结论:电枢绕组为闭合绕组;直流线圈基本上是整距线圈C、直流电枢绕组的基本型式a、几个术语分类：叠绕组、波绕组、混合绕组元件：即单个绕组，它是多匝线圈组成；元件数

5、S极距：一个主磁极在电枢表面所跨的距离//相邻两主极之间的距离，用表示；(3)槽和虚槽槽数Q、虚槽数Qu元件数S=换向片数K=虚槽数Qu(4)第一节距同一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离y1根据第一节距与极距的关系，绕组分为整距绕组、短距绕组或长距绕组(5)合成节距相串联的两个元件的对应元件边在电枢表面所跨的距离y元件的连接次序和连接规律就取决于合成节距叠绕和波绕的差别主要体现在合成节距上(6)换向器节距在换向器表面上，同一个元件的两个出线端所接的两个换向片之间所跨的距离yc换向器节距yc=合成节距y单叠绕组连接实例已知数据p=2(4极)S=K=Qu=16(单叠绕组Q=Qu，即转子16

6、槽)步骤(1)计算数据y和y1(2)画绕组展开图(3)放置磁极和电刷y=yc=1元件1上元件边放在1号槽，下元件边就放在5号槽元件2上元件边放在2号槽，下元件边就放在6号槽以此类推n单叠绕组的特点3.3直流电机的各种励磁方式与磁场3.3.1直流电机的各种励磁方式励磁绕组的供电方式注意励磁绕组的绕制和连接3.3.2空载时直流电机的磁场空载：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、空载主磁场的分布或很小注意经过的路径极掌极心励磁绕组机座转子直流电机的磁极和磁路SN++++N+++++S

7、+++3.3.3负载时直流电机的电枢反应磁场A、电枢反应与电枢反应磁势的性质电枢磁势：直流电机负载后的电枢电流所产生的磁势（或安匝数），称为电枢磁势。电枢反应：电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应，相应的电枢磁势又称为电枢反应磁势。直流电枢磁势的特点：电枢磁势与定子直流励磁磁势相互垂直；电枢磁势与定子励磁磁势一样相对定子静止不动。电枢磁势单独作用所产生的电枢磁场分布图考虑磁路饱和的情况3.4电枢的感