直流电机感应电动势和电磁转矩分析

【学习任务】（1）正确说出直流电机的感应电动势和电磁转矩。

（2）正确进行直流电机感应电动势和电磁转矩的相关计算。

1.直流电机的感应电动势

直流电机电枢绕组的感应电动势为

式中　Φ——电机的气隙磁通；

n——电机的转速；

Ce——与电机结构有关的常数，称为电动势常数，。

Ea的方向由Φ与n的方向按右手定则确定，p为极对数，N为电枢导体总数，a为串联支路对数。

式（9－6）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。当电机制造好后，与电机结构有关的常数Ce不再变化。因此，电枢电动势仅与气隙磁通和转速有关，改变磁通和转速均可以改变电枢电动势的大小。

2.直流电机的电磁转矩TM

直流电机的电磁转矩TM为

式中　Ia——电枢电流；

CT——与电机结构相关的常数，称为转矩常数。

电磁转矩TM的方向由气隙磁通Φ及电枢电流Ia的方向按左手定则确定。

式（9－7）表明：若要改变电磁转矩的大小，只要改变Φ或Ia的大小即可；若要改变TM的方向，只要改变Φ或Ia其中之一的方向即可。

从式（9－7）可以看出，制造好的直流电机的电磁转矩仅与电枢电流和气隙磁通成正比。

【例题9－2】某6极直流电机电枢为单叠绕组，每极磁通Φ＝2.1×10－2 Wb，电枢总导体数N＝398，转速n＝1 500 r/min，求电枢电动势Ea；若其他条件不变，绕组改变为单波，求电枢电动势Ea＝230 V时的转速。

解：单叠绕组并联支路对数a＝p＝3，即

单波绕组并联支路对数a＝1，p＝3，则

【例题9－3】一台10 kW、2 850 r/min、4极的直流发电机，单波绕组，整个电枢总导体数为372。若发电机发出的电动势为Ea＝250 V，求此时气隙每级磁通量Φ。

解：单波绕组极对数p＝2，单波绕组并联支路对数a＝1，因此

根据Ea＝CeΦn，得

自测题

答案9.3

一、填空题

1.若为直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是________；若为电动机，则直轴电枢反应是________。

2.直流电机若想实现机电能量转换，通常靠________电枢磁势的作用。

3.直流电机负载运行时，________对________的影响称为电枢反应。

4.直流电机电刷在几何中性线上时，电枢反应的作用为：（1）____________；（2）使物理中性线________________；（3）当磁路饱和时起________作用。

二、选择题(www.xing528.com)

1.直流电机换向级的作用是（　　）。

A.产生主磁通　　　　B.产生换向电流　　　　C.改变电流方向　　　　D.以上都不对

2.直流电机电枢绕组通过的电流是（　　）。

A.交流　B.直流　C.交直流　D.不确定

3.只改变串励直流电机电源的正、负极，直流电机转动方向就会（　　）。

A.不变　B.正向　C.反向　D.不确定

4.直流电机中的换向极绕组必须和（　　）。

A.励磁绕组串联　B.励磁绕组并联　C.电枢绕组串联　D.电枢绕组并联

5.直流电机电枢绕组的电动势是（　　）。

A.交流电动势　B.直流电动势　C.励磁电动势　D.换向电动势

6.直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电枢的反应是（　　）。

A.去磁　B.助磁

C.既去磁也助磁　D.既不去磁也不助磁

7.直流电动机带上负载后，气隙中的磁场是（　　）。

A.由主级磁场和电枢磁场叠加而成

B.由主级磁场和换向磁场叠加而成

C.由主级磁场、换向磁场和电枢磁场叠加而成

D.由换向磁场和电枢磁场叠加而成

三、判断题

1.直流电动机在负载运行时，可以将励磁回路断开。（　　）

2.直流电机主磁通既连着电枢绕组又连着励磁绕组，因此这两个绕组中都存在着感应电动势。（　　）

3.直流发电机中的电刷间感应电动势和导体中的感应电动势均为直流电动势。（　　）

4.启动直流电动机时，励磁回路应与电枢回路同时接入电源。（　　）

5.直流电机的漏磁通不参与机电能量转换，所以对电机的磁路没有任何影响。（　　）

6.直流电机的电磁转矩与电枢电流成正比，与每极合成磁通成反比。（　　）

四、分析计算题

1.何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？

2.在直流发电机和直流电动机中，电磁转矩和电枢转向的关系有何不同？电枢电势和电枢电流方向的关系有何不同？怎样判别直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？