直流电机的电动势和电磁转矩解析

1.电动势

在直流电机中,感应电动势是由于电枢绕组和磁极磁场存在着相对运动,绕组切割磁场的磁力线而产生的。感应电动势的大小与电枢转速、工作磁通、电枢绕组匝数及有效边长度等电机结构参数有关,电动势E可以用式(6-26)表示

式中:Φ为磁通,Wb;n为转子转速,r/min;Ke为电动势常数,取决于电机结构。

电动势的方向由磁通的方向和转子的旋转方向决定,两者之中任何一个方向改变了,电动势的方向就会随之改变。

在发电机中,电动势的方向与电枢电流的方向相同,是电源电动势。在电动机中,电动势的方向与电枢电流的方向相反,如图6-52中箭头所示,称它为反电动势。

2.电磁转矩

在直流电机中,电磁转矩是由电枢电流与主磁极磁场相互作用而产生的电磁力形成的。

对于给定的电机,由于电磁转矩T与电枢电流、工作磁通及电机结构参数有关,电磁转矩的大小可用式(6-27)表示(www.xing528.com)

式中:T为电磁转矩,N·m;Ia为电枢电流,A;Km为转矩常数,取决于电机结构。

电磁转矩的方向由磁通Φ的方向和电枢电流Ia的方向决定,两者之中有一个方向改变了,电磁转矩的方向就会随之改变。

在电动机中,电磁转矩的方向与转子的旋转方向相同,它是驱动电枢旋转的。因此,电动机的电磁转矩T必须与负载转矩TL及空载损耗转矩T0相平衡,即T=TL+T0,当负载转矩TL发生变化时,电动机的转速、电动势、电流及电磁转矩将自动进行调节,以适应负载的变化,保持新的平衡。例如:当负载增加时,即阻转矩增加,电机的电磁转矩便暂时小于负载转矩,这时转速便下降。当磁通Φ不变时,根据式(6-26),反电势E将减小,而电枢电流将增加,于是电磁转矩T也随之增加,一直达到与负载转矩相平衡后转速不再下降,电动机在新的转速下稳定运行。但这时的电枢电流已大于原来的电流。这也说明当负载增加时,电动机从电源索取的功率也增加了,将更多的电能转换为机械能。

在发电机中,电磁转矩的方向与转子的旋转方向相反,在图6-51中应用左手定则就可以判断出。因此,在作发电机运行时,原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩T及空载损耗转矩T0相平衡,即T1=T+T0,当发电机负载(即电枢电流Ia)增加时,这时原动机的驱动转矩T1和所供给的机械功率也必须相应增加,以保持转矩之间和功率之间的平衡,而转速基本不变。

由上述分析可知,直流电机作发电机运行和作电动机运行,虽然都产生电动势和电磁转矩,但两者的作用截然不同。在此做一对比如下:

式中:Ra为电枢电阻;U为电源端电压。