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电机学 第三章 直流电机 5_图文

电机学 第三章 直流电机 5_图文

第3章 直流电机

3.5 直流电机的基本方程
一、电压方程
? 励磁回路 - 主磁极磁动势方向固定 - 电枢磁动势方向不变 ? 合成磁动势方向固定 - 励磁回路加直流电压源 - 电枢电流变化缓慢 ? 合成磁动势幅值不变 ? 励磁绕组的磁通量基本恒定, 不产生感应电动势

第3章 直流电机 ? 励磁回路 If

?励磁回路方程

Uf

Rf

U f ? Rf I f

? 电枢回路??

第3章 直流电机

1.他励式直流电机
? 发电机

?励磁回路
If Ia

U f ? Rf I f
?电枢回路

Uf

Rf

Ea

U

Ea ? U ? I a R ? 2?U s ? U ? I a Ra

I ? Ia

? 从方程式可见,直流发电机

U ? Ea

第3章 直流电机 ? 电动机

?励磁回路
If Ia

U f ? Rf I f
?电枢回路

Uf

Rf

Ea

U

U ? Ea ? I a R ? 2?U s ? Ea ? I a Ra

I ? Ia
- 电枢电动势与电流方向相反 ? 从方程式可见,直流电动机

U ? Ea

第3章 直流电机

2.并励式直流电机
? 发电机

?励磁回路
If Ia Rf Ea U I

U ? Rf I f
?电枢回路

Ea ? U ? I a R ? 2?U s ? U ? I a Ra

Ia ? I ? I f

第3章 直流电机 ? 电动机

?励磁回路
If Ia Rf Ea U I

U ? Rf I f
?电枢回路

U ? Ea ? I a R ? 2?U s ? Ea ? I a Ra

I ? Ia ? I f

第3章 直流电机

3.串励式直流电机

U
Ea

Ia ? I f ? I

第3章 直流电机

二、转矩方程
? 发电机 ? 直流发电机轴上的转矩 N 原动机的驱动转矩T1 电磁转矩Tem 摩擦等引起的空载转矩T0

n

Tem

T1 ? Tem ? T0

T1

S

注意:发电机情况下,电磁转矩是一个 制动转矩!

第3章 直流电机 ? 电动机 ? 直流电动机轴上的转矩 N 电磁转矩Tem 机械负载转矩T2 摩擦等引起的空载转矩T0

n

Tem

Tem ? T2 ? T0

T2

S

注意:电动机情况下,电磁转矩是一个 驱动转矩!

第3章 直流电机

三、电磁功率
? 电磁功率为机械能转换为电能或电能转换为机械能的转换功率。

Pem ? Ea I a
Pem ? Tem?

? 以并励式直流电机为例说明直流电机的功率方程

第3章 直流电机 ? 电动机 ? 从电源输入的总电功率 If Ia Rf Ea U I

P ? UI ? U (I a ? I f ) 1 ? UIa ? UI f
? ( Ea ? I a Ra ) I a ? U f I f
2 ? Ea I a ? I a Ra ? I 2 R f f

? Pem ? pcua ? pcuf
? 电功率平衡方程

P ? P ? pcua ? pcuf 1 em

第3章 直流电机 ? 电能转换为机械能

Pem ? Tem?
? 输出机械功率 输出功率

Tem ? T2 ? T0

P2 ? T2?
机械转矩pΩ 铁心损耗pFe 附加损耗pΔ

? 电枢转动时的损耗 空载损耗 电磁功率

p0 ? p? ? pFe ? p?

Pem ? P2 ? p0

? 直流电动机功率平衡方程

P ? P2 ? p0 ? pcua ? pcuf ? P2 ? ? p 1

第3章 直流电机 ? 直流电动机功率图

pcuf

pcua

p?

p Fe

p?

P ? UI 1

Pem ? Tem?

P2 ? T2?

第3章 直流电机 ? 发电机 ? 从原动机输入的总机械功率 If Ia Rf Ea U I

T1 ? Tem ? T0 P ? Pem ? p0 1 p0 ? p? ? pFe ? p?

第3章 直流电机 ? 机械能转换为电能

Pem ? Ea I a

? (U ? I a Ra )(I ? I f )
? UI ? I a Ra I ? UI f ? I a Ra I f ? UI ? UI f ? I a Ra (I ? I f )
2 ? UI ? U f I f ? I a Ra 2 ? UI ? I 2 R f ? I a Ra f

? P2 ? pcuf ? pcua
? 电功率平衡方程

P ? P2 ? pcua ? pcuf em

第3章 直流电机 ? 直流发电机功率平衡方程

P ? Pem ? p0 1

P ? P2 ? pcua ? pcuf em P ? P2 ? pcua ? pcuf ? p0 1

? P2 ? ? p

第3章 直流电机 ? 直流发电机功率图

p?

p Fe

p?

pcuf

pcua

P ? T1? 1

Pem ? Ea I a

P2 ? UI

第3章 直流电机

[例]
某四极他励直流电动机电枢绕组为单波, 电枢总导体数Za= 372, 电枢回路的总电阻Ra=0.208?,运行于U=220V的直流电网 并测得转速n=1500r/min,每极磁通?=0.01Wb, 铁耗 pFe= 362W, 机械损耗 p?=204W, 附加损耗忽略不计。 试问: (1)此时该机是运行于发电机状态还是电动机状态? (2)电磁功率与电磁转矩为多少? (3)输入功率与效率为多少?

第3章 直流电机 [解] (1)判断电机的运行状态 单波绕组a=1

PZa 2 ? 372 Ea ? ?n ? ? 0.01?1500? 186(V) 60a? 60?1
U=220V, Ea < U, 所以该电机运行于电动机状态。

第3章 直流电机

(2)求解电磁功率和电磁转矩

电压平衡方程式:

U ? Ea ? I a Ra

U ? Ea 220? 186 Ia ? ? ? 163.46(A) Ra 0.208

Pem ? Ea I a ? 186?163.46 ? 30.4(kW)

Pem Pem 3040356 . Tem ? ? ? ? 193.65( Nm) ? 2?n 2? ?1500 60 60

第3章 直流电机

(3)输入功率与效率

P ? Pem ? pcu 1 Pem ? P2 ? pFe ? p?
输入功率:
2 P ? P ? I a Ra ? 3040356 ? 163.52 ? 0.208 ? 35.96(kW) . 1 em

输出功率:

P2 ? Pem ? pFe ? p? ? 3040356 ? 362? 204 ? 29.84(kW) .
效率:

P2 29.84 ? ? ?100% ? ?100% ? 83% P 35.96 1

第3章 直流电机

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