直流电机的电势平衡方程与直流电机的损耗和功率平衡方程

　　直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

　　

　　直流电机的电势平衡方程

　　直流电机的电路包括电枢支路和励磁支路。

　　在分析直流电机时，最好先根据励磁方式画出电机的电路连线。

　　发电机按照发电机惯例标注电势，电流和电压。电动机则按照电动机惯例标注。

　　1、直流发电机的电势平衡方程

　　以他励发电机为例。

　　注意图中电枢和励磁的图符。

　　作为发电机运行时，电势Ea和电枢电流Ia同方向。

　　除了电阻压降IaRa外，还要考虑电刷压降△Us

　　电势平衡方程为Ea=U+IaRa+2△Us

　　如有串励绕组，则Ra中应为串励、补偿和换向极绕组电阻。

　　

　　2、直流电动机的电势平衡方程

　　

　　以并励电动机为例。

　　电枢接通直流电源。

　　流的转子导体在磁场中受力产生转矩

　　子一旦旋转，就有电势产生。

　　势与电流方向相反。故电动机的感应电势又叫反电势。U=Ea+IaRa+2△Us

　　直流电机的损耗和功率平衡方程

　　1、损耗

　　机械损耗pm：轴与轴承摩擦、电刷与换向器摩擦、通风损耗等。这些损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。

　　铁心损耗pFe： 电枢铁心中磁场交变，会产生涡流损耗和磁滞损耗。铁耗近似与磁密的平方及转速的1.2~1.5次方成正比。

　　励磁损耗pf： pf = Uf If = If2 Rf

　　pm+pFe+pf 统称为空载损耗（不变损耗）。

　　负载损耗：电枢回路电阻损耗pa=Ia2 Ra; 电刷接触压降损耗 Pb = 2 ΔUs Ia（可变损耗）

　　杂散损耗pΔ： 齿槽引起磁场脉动引起的铁耗，一些机械部件切割磁通产生的铁耗等pΔ=（0.5~1）%P2。

　　2、发电机功率平衡方程

　　功率流程图（永磁式时）

　　

　　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

　　

　　效率 η= P2 / P1 =（1-Σp）/ P1

　　3、电动机功率平衡方程

　　功率流程图（永磁式时）

　　

　　功率平衡方程

　　P1 = PM+pa+pb = P2+pm+pFe+pΔ+pa+pb+pf = P2+Σp

　　电磁功率PM：从电功率转化为机械功率的那一部分功率。 PM = Ea Ia

　　效率 η = P2 / P1 =（1-Σp）/P1