直流电机的模型和基本方程

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：直流电机模型就是由两个互相垂直的线圈组成的。图1.2 直流电机模型直流电机模型的特点如下：1）定子励磁磁动势Fs与转子磁动势Fr互相垂直（正交），从控制意义上而言，定子励磁磁动势Fs和转子磁动势Fr互相独立，可以分别控制。

1.直流电机的模型

直流电机模型如图1.2所示。励磁绕组在定子上，定子绕组通以励磁电流I_f产生定子励磁磁动势F_s，励磁磁动势F_s产生主磁通Φ。直流电机转子绕组是旋转的，但是换向器电刷将电枢分成左、右两部分（见图1.1），这两部分绕组的电流方向相反，使旋转的电枢绕组相当于一个沿电刷轴线方向的位置固定静止不动的线圈（图1.2中的转子绕组）。也就是说，旋转转子绕组产生的磁动势F_r方向是固定的，并且与定子励磁磁动势F_s方向垂直。如果将励磁磁动势F_s定位在横坐标上，称直轴或d轴（direct axis），则与之垂直的转子磁动势F_r位于纵坐标上，称交轴或q轴（quadrature axis）。直流电机模型就是由两个互相垂直的线圈组成的。

图1.2 直流电机模型

直流电机模型的特点如下：

1）定子励磁磁动势F_s与转子磁动势F_r互相垂直（正交），从控制意义上而言，定子励磁磁动势F_s和转子磁动势F_r互相独立，可以分别控制。电机转矩

T_e=K_TF_sF_rsinφ

式中，K_T为转矩系数；φ为F_s和F_r的夹角。

对于直流电机，φ=90°，T_e=K_TF_sF_r，说明若控制励磁电流I_f保持励磁磁动势F_s（即主磁通Φ）不变时，控制电枢电流I_d就可以控制转子磁动势F_r，进而控制电机转矩进行调速。

2）模型中的电枢绕组是静止的，实际上电枢绕组随转子转动，因此电枢绕组的静止是假的，故称为“伪静止绕组”。“伪静止绕组”的旋转作用表现为转子的反电动势E。

图1.3 直流电动机电枢等效电路

2.直流电动机的基本方程

（1）电压方程直流电动机电枢等效电路如图1.3所示，电枢回路电压方程为

E=K_eΦn （1.2）

式中，u_d为电枢外接直流电源电压；E为电枢反电动势；R_Σ为电枢回路的等效电阻（包括电枢电阻、变流器内阻、平波电抗器电阻等）；L_Σ为电枢回路的等效电感（包括电枢电感、变压器漏感、平波电抗器电感等）；K_e为电机电动势常数，；p为磁极对数，N为电枢导体总数，a为电枢导体并联支路数；Φ为每极下磁通量（Wb）；n为转速（r/min）。