第18章 直流电机的磁场、电枢反应和电枢绕组.ppt

第18章 直流电机的磁场、电枢 反应和电枢绕组 18. 1 空载和负载时直流电机的磁动势 和磁场 在介绍直流电机的空载磁场之前，我们先来了解一下直流电机是如何建立磁场的。 一、直流电机的励磁方式： 即：我们要看一下直流电机是如何给他的 励磁绕组通电的。 1.他励式：励磁电流由其他直流电原单独供给，励磁绕组和电枢绕组相互独立。 2.自励式：顾名思义，励磁电流由电机自身供给。而根据自励方式即电枢绕组和励磁绕组的连接方式的不同，自励式又分为串励式、并励式和复励式： 1）串励式：电枢绕组和励磁绕组相串联，满足： 2）并励式：电枢绕组和励磁绕组相并联，满足： 3）复励式：在整个励磁回路中，有两套励磁绕组，一套和电枢绕组相并联，一套和电枢绕组相串联，根据两个励磁绕组所产生的磁动势的关系，又可分为积复励和差复励： 积复励：串励绕组和并励绕组所产生的磁动势方向一致，互相叠加，反之，叫做差复励： 二、空载时直流电机的磁场分布： 空载：发电机出线端没有电流输出，电动机轴上不带机械负载，即电枢电流为零的状态。那么 ，这时的气隙磁场，只由主极的励磁电流所建立，所以直流电机空载时的气隙磁场，又称励磁磁场。 主磁通：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回路。它同时与励磁绕组及电枢绕组交链，能在电枢绕组中感应电动势和产生电磁转矩，称为主磁通， 漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩，称为漏磁通， 。 特点： 1）由同一个磁动势所产生 2）所走的路径不同，这就导致了他们对应磁路上所产生的磁场的分布规律不同，在这里，气隙磁场的大小和分布直接关系到电机的运行性能，所以，这一点将是我们主要研究的方向。 1）、如图所示， 极靴下气隙的远远小于极靴之外的气隙， 显然，极靴下沿电枢圆周各点的主磁场将明显大于极靴范围以外，在两极之间的几何中心线处，磁场等于零。对于这一点，我们可以通过数学形式来看一下： 设电枢圆周为 轴而磁极轴线处为纵轴，又设电枢长度为 ，则离开坐标原点为 的 范围内的气隙主磁通为： 则空载时每极主磁通为： 换言之，空载时的每极磁通是随磁动势或励磁电流的变化而变化。 2）电机的磁化曲线： 在额定状态下，电机往往工作在饱和点附近，这样即可以获得较大的磁通，又不致需要太大的励磁磁动势，从而可以节省铁心和励磁绕组的材料。 三、负载时的气隙磁场和电枢磁动势： 1、负载时的气隙磁场： 显然，由于电枢磁动势的出现，气隙磁场将会发生变化，而这个变化的性质将是我们下面研究的重点 电枢反应：电枢磁动势对主极气隙磁场的影响称为电枢反应。 而电枢反应的性质又根据其反应方向的不同，分为交轴电枢反应和直轴电枢反应，下面我们就来具体的看一下他们二者对我们的气隙磁场的分部到底会有怎样的影响，而这个影响又和电刷在电机上位置的摆放密切相关： 一、电刷在几何中性线上的电枢磁动势和磁场： 如图可见： 此时产生的是交轴磁动势，对此时的电机进行数学分析，我们得到一个有关磁动势分布的表达式： 其中，A叫做电枢线负载，也就是电枢表面单位周长上的安培导体数，x是沿圆周方向的 距离，因此，我们可以得到磁密的空间分布式： 其中， 为气 隙计算长度，可见，磁密的分布和气息的大小是成反比关系的，这就刚好验证了上一节的磁密分布的曲线形式。 二、电刷不在几何中性线上的电枢磁动势： 看图：引出了直轴电枢磁动势， 直轴电枢磁动势：电枢磁动势的轴线与主磁极轴线重合，称为直轴电枢磁动势。 三、交轴、直轴电枢反应： 1）交轴电枢反应：交轴电枢磁动势对主极磁场的影响。 在这里，我们为了分析问题的简单， 假定（1）磁场是不饱和的，（2）发电机电枢转向是逆时针，电动机为顺时针。这样，我们就可以对上图进行叠加，可知 A:交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁作用，在另半个极内则起增磁作用，引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁通密度等于零的位置偏移几何中性线，新的等于零的我们称之为物理中性线。 B:不计饱和，交轴电枢反应即无增磁，亦无去磁作用。考虑饱和时，起到去磁作用。 2）直轴电枢反映：当电刷不在几何中性线上，出现了直轴电枢反应，从图上可以看出： A:若为发电机，电刷顺着旋转的方向移动一个夹角，对主极磁场而言，直轴起去磁反应，若电刷逆着旋转方向移动一个夹角，则直轴电枢反应将是增磁的， B:若为电动机，刚好相反，这里不在具体分析。 18.2 直流电机的电枢绕组 绕组的重要性我们在这里不在重复，要注意的是：电枢绕组的连接须满足在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下，尽可能的节省材料，并且希望结构简单，运行可靠。 一、介绍几个概念： （1）