第4讲直流电动机电动势、转矩、功率

主磁场的 磁通密度 分布曲线
两条曲线逐点叠加后得 到负载时气隙磁场的磁
通密度分布曲线
Bx
B0 x
Bax
由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：
1)、使气隙磁场发生畸变
空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于 电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削
弱，物理中性线偏离几何中性线角，磁通密度的曲线与空载
1.4.2 直流电机的电磁转矩 产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该
力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。
大小:
Tem
pN 2 πa
ΦIa
CTΦIa
其中CT
pN为电机的转矩常数，有 2 πa
CT
9.55Ce
可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电 流成正比
性质: 发电机——制动(与转速方向相反)；
与电刷A接触的导体总是位于N 极下，与电刷B接触的导体总是位 于S极下,电刷A的极性总是正的， 电刷B的极性总是负的，在电刷A、 B两端可获得直流电动势。
实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分 布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成 电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。
如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布，则电 枢磁动势在气隙圆周方向空间
分布呈三角波，如图中 Fa所x 示。
由于主磁极下气隙长度基 本不变，而两个主磁极之间， 气隙长度增加得很快，致使电 枢磁动势产生的气隙磁通密度
为对称的马鞍型，如图中Bax
所示。
Bax Fax
1.3.3 直流电机的电枢反应
1.5 直流电机的换向
1.6 直流发电机 1.7 直流电动机

产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,
该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。
pN ΦI a CT ΦI a 大小: Tem 2 πa pN 其中C T 为电机的转矩常数，有 CT 9.55Ce 2 πa
可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电 流成正比
性质: 发电机——制动(与转速方向相反)；
Ce为电势的结构常数， 由绕组结构决定。可 见感应电势正比于每 极磁通量和转子转速。 这一感应电势公式把 电量Ea、机械量n、磁 场量Φ联系起来了。
第2章 直流电机的基本理论 一、电枢绕组的感应电动势
设气隙磁场的分布所示，则每 根导体的感应电动势为 式中，
— 导体所在处的气隙磁密；
v
l
— 导体的有效长度； — 导体相对气隙磁场的速度。
第2章 直流电机的基本理论 二、发电机功率平衡方程
功率流程图（永磁式时）
第2章 直流电机的基本理论
功率平衡方程 P1=PM+pm+pFe+pΔ=P2+pa+pb+pf+pm+pFe+pΔ =P2+Σp 电磁功率PM：从机械功率转化为电功率的那一部分功 率,它是能量形态变化的基础。 PM= TΩ=CTΦIaΩ=pN/(2πa)ΦIa*(2πn/60) =pN/(60a)ΦnIa= EaIa
第2章 直流电机的基本理论 2.4电枢绕组中的感应电势
• 当电枢以一定的转速n向一个方向转动时，电枢绕 组的导体便会切割磁力线，产生感应电势。 • 由电刷引出的感应电势Ea也就是每条支路的感应 电势，即一条支路中所有串联导体的感应电势之 和。 • 本节将推导感应电势的计算公式。

发电机输出的电功率
第2章 章
能量传递过程中总损耗
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直流发电机功率流程图
P1=PM+p0=P2+pcuf+pcua+pFe+pm+ps=P2+∑p
第2章 章
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4.效率 效率
直流发电机的总损耗为Σp=pFe+pm+ps+pCua+pCuf，即： Σp=p0+pCu 效率为：
他励： 他励：I=Ia，与If无关
第2章 章
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空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。 空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。
他励直流发电 机空载特性
实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据，在测取的 实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据 数据中应包含额定点，电压可测取到U0=±（1.1~1.3）UN为止， 线性部分测取的数据可稀疏一些，非线性部分测取的数据可密 集一些，这样得到的曲线较准确。实验可测取上、下两个分支 曲线，一般取平均值作为空载特性曲线 一般取平均值作为空载特性曲线，如图中虚线所示。另 一般取平均值作为空载特性曲线 外，特性曲线与转速有关，实验时一定要保持额定转速 实验时一定要保持额定转速。 实验时一定要保持额定转速
第2章 章
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曲线1为空载特性曲线，曲线 2、3、4为励磁回路特性曲线， 称场阻线 场阻线。 场阻线
U f = I f Rf
增大 Rf ，场阻线变为曲3(与 空载曲线相切)时， Rf 称为临 界电阻 R 。 cr 再增加励磁回路电阻，发 再增加励磁回路电阻， 电机将不能自励， 电机将不能自励，如B点。 点

CM 60 9.55 Ce 2
pN Ce 60a pN CM 2 a
4
§1-4 直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率
三、直流电机的电磁功率
我们定义电枢感应电动势与电枢电流的乘积为电磁功率， 即：
pN PM Ea I a 由于： Ea CeΦn Φn 60 a pN 所以： PM Ea I a Φn I a 60 a pN 2 n Φ Ia TΩ ☆ 2a 60
pN Ea n Ce n ☆ 60 a
1
§1-4 电枢电动势―直流电机的电枢电动势（V） p――极对数
a――支路对数 N――电枢总导体数 n――转速，（r/min） ф――每极磁通，（Wb）
无论直流电机的电枢绕组的支路数是多少，直流电机的电刷 间的直流电枢电势总是和某一支路的电势相等。它的理解方法 可以与公式e=Blv相比较：其中电势Ea 对应于 e ，φ对应于B； 电动势常数Ce 对应于l；转速 n 对应于线速度 v 。
§1-4 电枢电动势、电磁转矩和电磁功率
一、直流电机的电枢电动势
电枢电动势Ea――指从一对正负电刷之间引出的直流电动势。 它等于一条支路中所有串联的导体电动势之和。即等于： 一根导体所产生的平均电动势×一条支路内的总导体数。 即：
N N Ea eav Bav l v 2a 2a N Φ 2 p n l CeΦn 2a l 60
Ia――电枢电流（A） CM――转矩常数
3
式中：T――直流电机的电磁转矩（Nm）
§1-4 直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率
不论是发电机运行，或是电动机运行，电机内部均存在载流
导体和磁场，也就是都存在电磁转矩。但是，对于发电机，T 为制动转矩，也就是T和n反方向；而对于电动机，T为驱动转 矩，也就是T和n同方向。 对给定电动机，电动势常数Ce和转矩常数CM均为常数，它们 的关系为：