[工学]第二章 直流电机三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机.ppt

第一节 直流电机的工作原理及结构 一、直流电动机的工作原理 直流电动机的工作原理是建立在皮－萨电磁定律的基础上的。根据实验可知，若磁场与载流导体互相垂直，作用在改导体上的电磁力为 式中 －磁场的磁感应强度（Wb/m2）； －导体中的电流（A）； － 导体中的有效长度 （m）。 由此计算出来的电磁力单位是N，其方向用左手定则确定。 第三节 直流电机的绕组 在电动机里，线圈中通过电流，产生电磁转矩，使线圈在磁场中转动，线圈中产生感应电动势，吸收电功率，实现了将电能转换为机械能。而在发电机中，线圈在磁场中转动，线圈中产生感应电动势，通过换向器及电刷向外输出，接上负载后，电流流过线圈，产生制动的电磁转矩，吸收机械功率，实现了机械能转换为电能的机电能量转换。 直流机的电枢绕组嵌放在转子上，直流机的转子又称为电枢。 一、简单的绕组 电枢绕组中的相邻线圈的首端和末端一起焊接到一个换向片上，使所有的线圈通过换向片连接成一个整体，构成一个闭合的绕组。 直流电机电枢绕组是一个通过换向片连接起来的闭合绕组，这就是直流电机电枢绕组构成的原则。 一般来说，直流电机每个槽中都分上层元件边和下层元件边，实际直流电机槽中上层元件边和下层元件边都不止一匝。为了便于说明问题将槽、换向片以及元件按顺序编号。编号时元件的号码、元件上层边所放槽的号码以及上层边连接的换向片的号码应编得一致。 直流电机电枢绕组的基本形式有两种：一种名为单叠绕组，另一种为单波绕组。单叠绕组和单波绕组如下图所示： 单叠绕组节矩的计算： 第一节矩 式中 为使 成为整数 所取的数，一般取负数。 第二节矩 单波绕组节矩的计算 换向节矩 第一节矩 第二节矩 电枢反应与直流电机的运行特性关系很大，对电动机来说，它影响电机的转速；对发电机来说，将直接影响到电机的端电压。另外，它对直流电机的换向也是不利的。同时，电枢磁动势的作用，除产生电枢反应之外，还与气隙磁场相互作用而产生电磁转矩。 对电枢发应作定性分析时，可先不计非线性因素，应用叠加原理，先把电枢磁动势和电枢磁场的特性分析清楚，然后把两种磁场合起来，在考虑饱和问题。 不论什么形式的电枢绕组，其各支路中的电流都是通过电刷引入或者引出的。在一个磁极下元件边中电流方向都是相同的；不同极性的磁极下元件边中电流方向总是相反。因此电刷是电枢表面各元件边中电流分布的分界线。 三、 直流电机负载时的负载磁场及电枢反应 直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。 右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。 假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。 如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中 所示。 由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图中 所示。 主磁场的磁通密度分布曲线 电枢磁场磁通密度分布曲线 两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线 当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应与电刷的位置有关。 1、当电刷在几何中性线上时，将主磁场分布和电枢磁场分布叠加，可得到负载后电机的磁场分布情况，如图（a）所示。 由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 2)、对主磁场起去磁作用 1)、使气隙磁场发生畸变 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载时不同。 磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。 第六节 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势。直流电机无论作为电动机运行还是作发电机运行，电枢内部都感应产生电动势 一、感应电动势的计算 如书P37所示：当元件轴线从某一主极轴线位置转到相邻主极轴线位置时，电枢