第2章 直流电机的模型与特性.ppt

Ea与n成正比，与每磁极下主磁通成正比。n对应切割速度，Φ对应磁场强度。物理概念直观明确 磁通可以类比电流，同一支路中的电流处处相同，同一磁路中的磁通处处相同。 磁密可以类比电流密度。会因为电路材料、尺寸不同而不同。 附加损耗：如电枢反应磁场畸变造成额外损耗、电枢齿槽造成气隙窄宽相间，磁场脉动，引起极靴及电枢铁心损耗增大等。 图中的Pc~Ps 每个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一个元件的上层边和另一元件的下层边，所以元件数S总等于换向片数K，即S=K （1.3） 每个元件有两个元件边，而每个电枢槽分上下两层嵌放两个元件边，所以元件数S又等于槽数Z，即：S=K=Z。 每个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一个元件的上层边和另一元件的下层边，所以元件数S总等于换向片数K，即S=K （1.3） 每个元件有两个元件边，而每个电枢槽分上下两层嵌放两个元件边，所以元件数S又等于槽数Z，即：S=K=Z。 为使每个元件的感应电动势最大，第一节距y1应等于一个极距τ ，但极距不一定是整数，而y1 必须是整数，为此，一般取y1=τ+ε 对于电动机而言：电枢电动势与电流方向相反，电磁功率为负，表示电源侧发出功率。对于发电机而言：电枢电动势与电流方向相同，电磁功率为正，表示电网侧吸收功率。 思考：若直流发电机负载工作条件下，将电刷顺电枢转向移动一角度后，电枢反应是什么性质？（取磁）；将电刷逆电枢转向移动一角度后？（增磁）。分析见孙旭东，电机学习题与题解（第二版）p63 不改变方向是指A固定接电源正极，无论转动到哪个磁极下。 在求平均转矩时积分区间是[0~τ]，但没乘τ分之一，是因为对转矩微元积分而不是对长度微元积分。 图2.12 单波绕组的展开图 图2.13 单波绕组的电路图 结论:单波绕组将所有处在N极下的元件组成一条支路，S极下的元件组成另一条支路。因此共有两条支路，即 2a=2 一般结论: （1）单叠绕组支路数多，各支路元件数少，故适用于低电压、大电流的直流电机； （2）单波绕组支路数少，各支路元件数多，故适用于高电压、小电流的直流电机。 7上层边 3上层边 B1 B2 A1 A2 - + Ia Ia 理论上，单波绕组只装A1、B1一对磁极即可。但为减少电刷电流密度… 2.4 直流电机的各种励磁方式与磁场 2.4.1 直流电机的各种励磁方式 图2.14 各种励磁方式下的直流电机接线图 分类: 2.4.1 直流电机的各种励磁方式 (1)他励：U1与Uf相互独立，Ia与If互不影响。I=Ia (2)并励：励磁绕组与电枢绕组并联后施以同一直流电压：U1=Uf， I=Ia+If (3)串励：励磁绕组与电枢绕组串联后施以同一直流电压：I=Ia=If (4)短复励(图e实线)：I=Ifc=Ia+Ifb Ea Ia Ifc Ifb + - U1 I Ea Ia Ifc Ifb + - U1 I (5)长复励(图e虚线)：Ifc=Ia，I=Ia+Ifb 2.4.2 直流电机的空载磁场 空载： 直流电机的空载是指电枢电流(或输出功率)为零的运行状态。发电机对应电枢输出开路，电动机对应转轴不带机械负载。 主磁场： 仅由定子励磁磁势（或安匝）单独产生的磁场称为主磁场，亦即空载时的总磁场（或气隙磁场）； A、空载主磁场的分布 图2.15 四极直流电机的磁路与空载主磁场示意图 主磁通：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或产生电磁转矩。 漏磁通：仅与励磁绕组交链，不参与机电能量转换，但增加了主极铁心的磁饱和程度。磁路主要是空气，磁阻大。 在图2.15中，励磁磁势Ff分别产生主磁通 和主极漏磁通 。根据安培环路定律，有： 当励磁绕组通以直流励磁电流 时，每极的励磁磁势为： （2-4） 式中， 为每一磁极上励磁绕组的总匝数。 （2-5） 忽略铁心磁阻(磁压降)和铁心饱和，则有： （2-6） 于是得气隙磁密为： （2-7） 气隙长δ 磁路是在两个磁极间形成的闭合回路 电枢齿 电枢铁芯 主极铁芯 1定子磁轭 5电枢磁轭 7极身 直流电机的空载磁化曲线： 定义为空载励磁磁势 （或励磁电流 ）与每极磁通 之间的关系曲线,见下图。 图2.16 空载时直流电机的气隙磁密分布 B、直流电机的空载磁化曲线 气隙最短 B最大 气隙最长 B最小 一般取磁感应线自电枢出来，进入定子时的磁动势为正！ Φ 相邻磁极的分界线 与H、F成正比 与B成正比 图2.17 直流电机的空载磁化曲线 1-磁路饱和时 2-磁路未饱和时 结论: 由于磁路饱和，主磁通 与励磁电流 之间呈非线性关系。 电机额定工作点 B临近饱和拐点 电枢磁