4.1.3直流电机的基本公式（课件）-《电气控制线路安装与检修》同步教学（高教版）

课程内容 电磁转矩和感应电动式定义和公式推导 01 直流电动机电压、功率和转矩平衡方程式 02 一、电磁转矩 电磁转矩是指电枢上所有载流导体载磁场中受力所形成的转矩总和，用T表示。 磁场强度B B =   B l 极距 = FB l il i i F = B l ia 电磁力F 定 义 = F B ：磁感应强度 ia :元件的导体中流过支路电流 l :表示导体长度 :线圈半径 极距 每根导线上电磁力矩 3 一、电磁转矩 Ia 电枢电流 每一条支路总串联导体数 N 电枢绕组总导体数 2R = 2p， p极对数 电枢的周长 元件导体中流过电流 T = aN =aN == 电磁转矩 一、电磁转矩 电磁转矩大小: T = CTΦ Ia (N·m) , 其中 为转矩常数。 方向: 由Φ 和 Ia 共同决定。 ？怎么通过电磁转矩区分直流电机发电状态还是输出机械能状态呢？ 性质 发电机：T与n方向相反，为制动转矩。 电动机：T与n方向相同，为拖动转矩。 5 E 一、电枢感应电动式 指直流电机正负电刷之间的感应电动势，也就是电枢绕组每一条并联支路的总电动势。 e=Blv 每根导体e 定 义 电枢绕组的感应电动势 电枢旋转 n 磁 场 Φ →∑e →E e 每一条支路总串联导体数 导体切割磁场线的线速度 = = == = 6 二、感应电动势 两电刷间的感应电动势: 式中：E——感应电动势（V）； Φ——对磁极的磁通（Wb）； n——电枢转速（r/min）； Ce——与电机结构有关的常数，电动势系数。 电磁功率:电磁功率是指电功率与机械功率相互转换的功率，用Pem表示 感应电动式的方向：由Φ 和 n 共同决定。 7 电源电动势 二、感应电动势 直流发电机中，电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为电源电动势。 电源电动势 直流电动机中，电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为反电动势。 反 电 动 势 I U – + S b N a c U – + U – + U – + I X – d Y E E I S b N a c I X – d Y + E E 反 电 动 势 8 三、两常数间关系 CT = pN 2a Ce = pN 60a CT Ce = 60 2 = 9.55 CT = 9.55 Ce 9 四、直流电动机的平衡方程式 直流电动机平衡方程式 电动势平衡方程式 功率平衡方程式 转矩平衡方程式 电机稳态运行时内部物理过程的数学描述，电机中存在着机、电、磁耦合关系。 定 义 01.电动势平衡方程式 M E Ia Ra U If Uf Ф 电枢回路部分 励磁回路部分 式中: ——感应电势（V）； ——电枢回路内阻（Ω）。 ——外加电枢电压（V）； ——感应电流（I）； 02.功率平衡方程式 负载损耗PCua（可变损耗）：PCua=IaUa=Ia2Ra 电磁功率Pem ：Pem=EaIa 电动机吸收电源的电功率，用P1表示。 电 功 率 += 02.功率平衡方程式 铁损耗PFe:电枢铁心中磁场交变，会产生涡流损耗和磁滞损耗。铁损近似与磁场密度的平方和转速的1.2-1.5次方成正比。 机械损耗Pm：轴与轴承摩擦，电刷与换向器摩擦等，这些损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。 附加损耗Ps：电枢的齿槽、电枢反应等的影响而产生的附加损耗。 电功率与机械功率相互转换的功率。用Pem 表示，等于电枢电动势与电枢电流的乘积。 电 磁功 率 Pem=EaIa=P0+P2 P2：电动机轴上输出的机械功率； P0：电动机的空载损耗，包括机械损耗、铁损耗和附加损耗 即可： P1=P2+PCua+Pm＋Pfe+ Ps =P2+∑P ∑P：直流电动机的总损耗。 = + 03.转矩平衡方程式 思考： 直流电动机所产生的电磁转矩作为驱动转矩使电机旋转，当电机带着负载均速旋转时，其输出转矩必定与负载转矩相等，但电动机的输出转矩是否就是电磁转矩呢？ T2：电动机轴上输出的机械转矩； T0：电动机的空载转矩，包括轴承的摩擦、电刷和换向器的摩擦和电枢铁芯中的涡流、磁滞损耗 T=T0+T2 转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电