2007本科电机学之直流电机3
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第五节 直流电机的基本方程直流电机的基本方程式包括电系统的电动势平衡方程式、能量系统的功率平衡方程式和机械系统的转矩平衡方程式。
一、直流发电机的基本方程式直流电机的基本方程式与励磁方式有关。
下面以并励直流发电机为例来分析直流发电机的基本方程式。
1.电动势平衡方程式当原动机拖动直流发电机旋转时,电枢绕组切割气隙磁场感应出电动势a E 。
当电机带上负载时,电枢绕组中将有电流a I 流过,取a I 与a E 的参考正方向相同。
根据基尔霍夫第二定律,则有电动势平衡方程式ff s a a a R I U U R I U E =∆++=2式中,U 为并励发电机的端电压,也为加在励磁回路的电压;a R 为电枢绕组的电阻;s U ∆2为一对电刷下的接触压降;f I 为励磁回路的电流;f R 励磁回路的电阻。
对并励直流发电机,根据基尔霍夫第一定律,有电流方程式 f a I I I +=式中,I 为发电机的输出电流,即负载电流。
2.功率平衡方程式并励直流发电机的功率流程图。
图中,1P 为原动机输入的机械功率,除去机械损耗Ωp 、铁耗Fe p 和附加损耗∆p 后,余下的部分转化为电磁功率e P 。
因此有如下功率平衡方程式e e Fe P p P p p p P +=+++=∆Ω01式中,0p 为空载损耗,它等于机械损耗Ωp 、铁耗Fe p 和附加损耗∆p 之和。
其中铁耗Fe p 是由于电枢旋转时交变磁通在电枢铁心内引起的损耗;机械损耗Ωp 是指轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗和转子与空气的摩擦损耗(也称为通风损耗)等;附加损耗∆p 也称为杂散损耗,主要包括结构部件在磁场内旋转而产生的损耗、电枢齿槽的影响使气隙磁通产生脉动而在主极铁心中和电枢铁心中产生的脉动损耗、电枢反应使气隙磁场畸变而在电枢铁心中产生的损耗、由于电流分布不均匀而增加的电刷接触损耗以及换向电流所产生的损耗等,这些损耗难于精确计算,一般进行估算,通常约占额定功率的0.5%~1%。
第三章 直流电机习题解答3-1 直流电机铭牌上的额定功率是指输出功率还是输入功率?对发电机和电动机有什么不同?答:输出功率;对于电动机指轴上的输出机械功率,对于发电机指线段输出的电功率。
3-2. 一台p 对极的直流电机,采用单叠绕组,其电枢电阻为R ,若用同等数目的同样元件接成单波绕组时,电枢电阻应为多少? 答:P 2R .解析:设单叠绕组时支路电阻为R 1 ,考虑到并联支路数2a =2p ,故有:12R R P=,则12R PR = ,单波绕组时,并联支路数2a=2,每条支路有p 个R 1 ,则每条支路电阻为22p R ,并联电阻为2p R 。
3-3.直流电机主磁路包括哪几部分?磁路未饱和时,励磁磁通势主要消耗在哪一部分?答:(N 极),气隙,电枢齿,电枢磁轭,下一电枢齿,气隙,(S 极),定子磁轭,(N 极);主要消耗在气隙。
3-4. 在直流发电机中,电刷顺电枢旋转方向移动一角度后,电枢反应的性质怎样?当电刷逆电枢旋转方向移动一角度,电枢反应的性质又是怎样?如果是电动机,在这两种情况下,电枢反应的性质怎样?答:当电刷偏离几何中性线时,除产生交轴电枢磁动势外,还会产生直轴磁动势。
对于发电机,当电刷顺电枢旋转方向移动一角度后,产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同,产生的直轴电动势F ad 有去磁作用。
当电刷逆电枢旋转方向移动一角度后,产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同,产生的直轴电动势F ad 有助磁作用。
如果是电动机,两种情况下的影响与发电机恰好相反。
3-5. 直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流?为什么在稳态电压方程中不考虑元件本身的电感电动势?答:交流;因为在元件短距时,元件的两个边的电动势在一段时间内方向相反,使得元件的平均电动势稍有降低。
但直流电机中不允许元件短距太大,所以这个影响极小,故一般不考虑。