3.3 直流电机的感应电动势、电磁转矩（课件）-《电机与拖动》同步精品课堂（人邮版）

项目3 直流电机 3.3 直流电机的感应电动势、电磁转矩 《电机与拖动》人邮版（第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.理解直流电机感应电动势产生的原理。 2.熟悉直流电机电磁转矩的形成机制。 3.了解直流电机中电机损耗的类型，包括铜损耗、铁损耗和机械损耗。 能力目标 1.在推导感应电动势、电磁转矩公式以及功率平衡方程式的过程中，培养逻辑推理能力 2.通过各种计算题型（如根据给定参数计算感应电动势、电磁转矩、功率等），提高运用公式进行准确计算的能力。 情感目标 1.在讲解直流电机复杂的物理概念和公式时，鼓励积极思考、提出疑问，培养他们勇于探索科学知识的精神。 2.体会到物理知识在工程技术中的重要性，增强他们对科学技术的尊重和热爱，提高科学素养。 项目3 直流电机 导入情景 01 直流电机 电动玩具汽车 新知学习 02 一、直流电机的感应电动势 电枢绕组中的感应电动势也叫作电枢电动势，是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势 也就是每个支路里的感应电动势。 每个支路所含的元件数是相等的，而且每个支路里的元件都是分布在同极性磁极下的不同位置上。 这样，先求出一根导体在一个极矩范围内切割气隙磁感应强度的平均感应电动势，再乘以一个支路里总的导体数，就是感应电动势。 新知学习 02 一、直流电机的感应电动势 1）一根导体中的感应电动势可通过电磁感应定律求得，其表达式为 2）每个支路中的感应电动势为 nn n——电枢转速 N——电枢导体总数 a——并联支路对数 ——每极磁通 =——电动势常数，当电机制造好后仅与电机结构有关。 式中 ——一个主磁极下的平均磁感应强度; v——电枢导体运动的线速度； l——导体的有效长度。 新知学习 02 一、直流电机的感应电动势 表明直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转速有关。当电机制造好以后，与电机结构有关的常数不再变化，因此感应电动势仅与气隙磁通和转速有关，改变转速和磁通均可改变感应电动势的大小。 新知学习 02 二、直流电机的电磁转矩 根据电磁力定律，当电枢绕组中有电枢电流通过时，在磁场内将受到电磁力的作用，该力与电机电枢铁芯半径之积称为电磁转矩。 1）一根导体在磁场中所受的电磁力为 2）每根导体的电磁转矩为 新知学习 02 二、直流电机的电磁转矩 3）电机总的电磁转矩为 式中： 是一种常数，称为转矩常数， 是电枢总电流，从体现式能够看出，电磁转矩的大小正比与每极磁通和电枢电流。 新知学习 02 二、直流电机的电磁转矩 对于一种详细的电机而言，是一种常数，而且经过换算，两者之间有一固定的关系， 或 新知学习 02 二、直流电机的功率 电机是进行能量转换的装置，因而功率关系是电机运行中最基本的关系。电机在运行过程中，存在输入功率、输出功率和各种损耗，它们之间应满足能量守恒定律。 在进行能量转换的过程中，电机内部产生各种损耗，其能量转换为热能使电机发热。 新知学习 02 二、直流电机的功率 1.电机的损耗 铜损耗()：铜损耗包括电枢绕组、励磁绕组、换向极绕组、补偿绕组的铜损耗和电刷与换向器接触电阻产生的损耗。铜损耗的大小与电流、绕组电阻及电刷的接触电阻有关。铜损耗将引起绕组及换向器发热。铜损耗与电流的二次方成正比，随着申机的负载变化，称为可变损耗。 机械损耗()：机械损耗是指电机旋转时，转动部分与静止部分以及周围空气摩擦所引起的损耗，主要有轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗、电枢与周围空气的摩擦损耗等，其大小和电机转速有关。机械损耗将引起轴承和换向器发热。 新知学习 02 二、直流电机的功率 铁损耗()：交变磁通在铁中产生的磁滞和涡流损耗称为铁损耗。电枢铁芯在静止的磁场中旋转，通过铁芯中的磁通为交变磁通，产生铁损耗:电枢旋转时，电枢槽口引起主磁极表面磁通脉动，在极靴表面产生铁损耗。铁损耗大小与电机的转速、磁感应强度及铁芯冲片的厚度、材料有关。铁损耗将引起铁芯发热。 附加损耗()：除了上述各种损耗之外，电机还存在附加损耗。附加损耗很难精确计算般估计为电机输出功率的 0.5%~1%。 严格地说，附加损耗有一部分空载时就存在，另一部分随负载而变化，但为了计算方便，常把附加损耗归至空载损耗一类。 在电机空载时就存在，称为空载损耗 =+ 新知学习 02 二、直流电机的功率 电机的总损耗为 2.电磁功率 在电机中，把通过电磁作用传递的功率称为电磁功率，用表示。电磁功率既可以看成是机械功率，又可以看成是电功率。 新知学习 02 二、直流电机的功率 从机械功率的角度看（它是电磁转矩 和旋转角速度Ω的乘积） =Ω 从电功率角度看（它是电枢电动势和电枢电流的乘积） = 新知学习 02 二、直流电机的功率 3.功率平衡方程式 电机的输入功率为，输出功率为，总损耗为根据能量守恒定律，可得功率平衡方程式： =+ 图3-15 所示为直流发电机的功率流程，图 3-16 所示为直流电动机的功率流程。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 直流电机的感应电动势公式为 Φn，其中是与电机结构有关的常数，Φ是每极磁通，n是转速。当电机转速n增大一倍，每极磁通Φ不变时，感应电动势E（ ） A.增大一倍 B.减小一半 C.不变0 D.增大两倍 答案：A 解析：根据感应电动势公式n，当Φ不变，n增大一倍时，E也增大一倍。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 一台直流发电机，若保持其励磁电流不变，将转速提高 20%，则其感应电动势 () A.提高20% B.降低 20%0 C.不变0 D.提高 40% 答案：A 解析：由E =，当(励磁电流不变时，不变)，n提高 20%，E也提高 20%。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 直流电机的电磁转矩公式为,其中是与电机结构有关的常数，Φ是每极磁通，是电枢电流。当电枢电流增大一倍，每极磁通Φ不变时，电磁转矩T（ ） A.增大一倍 B.减小一半0 C.不变0 D.增大两倍 答案：A 解析：根据电磁转矩公式当Φ不变， 增大一倍时，T增大一倍。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 直流电机的电磁功率等于（ ） A. B. T C.两者都是0 D.两者都不是 答案：C 解析：根据直流电机的基本原理，电磁功率==T，其中E是感应电动势， 是电枢电流T是电磁转矩，是角速度。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 直流电机的输入功率、电磁功率和输出功率之间的关系为（ ） A. =+ B. = C. =- D. 答案：C 解析：直流电机的功率平衡方程式为=+(为总损耗)，移项可得=由于则 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 直流电机的铜损耗主要与 ()有关 A电枢电流 B.励磁电流 C.转速 D.每极磁通 答案:A 解析：直流电机的铜损耗（为电枢电阻，为励磁电阻)主要与电枢电流(因为电枢电流通常比励磁电流大很多，电枢铜损耗占铜损耗的主要部分)有关。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 在直流电机功率平衡方程式中，若总损耗为100W，输入功率为1000W，则输出功率为() A.900W B.1100W C.100W D.800W 答案:A 解析：根据功率平衡方程式=，=1000W，=100W，则=1000-100=900W. 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 直流电机的电磁功率与 ( )成正比关系 A电权电流和感应电动势 B.电枢电流和电磁转矩. C.感应电动势和电磁转矩 D.转速和每极磁通 答案:A 解析：因为=T ，从可知电磁功率与电枢电流和感应电动势成正比关系。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 一台直流电机，输入功率=5000W，总损耗=500W。求该电机的输出功率 答案： 根据功率平衡方程式 可得=5000-500=4500W 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 已知直流电机的电磁转矩T =20N·m，转速n =1200r/min。求该电机的电磁功率(提示:） 答案： 首先将转速n=1200r/min换算为=40rad/s 根据=T，可得= 20 x 402513.27W 1.直流电机的感应电动势产生原理：直流电机中，电枢绕组的导体在磁场中切割磁力线，从而产生感应电动势。 计算公式：，其中与电机结构有关，是每极磁通，n是电机转速。 方向判定：根据右手定则来确定感应电动势的方向。伸出右手，让磁力线穿过手心，大拇指指向导体运动方向，四指指向即为感应电动势方向。 2.直流电机的电磁转矩产生原理：载流导体在磁场中受到安培力的作用，使电枢绕组产生电磁转矩，从而驱动电机旋转。 计算公式：，与电机结构有关，是每极磁通，是电枢电流。 方向判定：运用左手定则判断电磁转矩方向。伸出左手，让磁力线穿过手心，四指指向电流方向，大拇指指向即为电磁转矩方向。 课堂小结 04 作业布置 05 已知一台直流电机的感应电动势常数=0.05，每极磁通=0.4Wb，转速n =1200r/min，求该直流电机的感应电动势E。 某直流电机的电磁转矩常数0.15，每极磁通=0.25Wb电枢电流 =8A计算电机的电磁转矩T。 感谢观看 $$