电机及拖动 知识点1 直流电机的空载磁场 1.2.1直流电机的空载磁场.doc

第二节直流电机的磁场 E 教学目的 1.了解直流电机的空载磁场分布z 2.了解直流电机的磁化曲线: 3.了解直流电机的电枢磁场和电枢反应z E 教学内容 ? 直流电机的空载磁场: ? 直流电机的负载磁场和电枢反应: 磁场是电机实现机电能量转换的媒介.直流电机中产生磁场的方式有两种，一种是永久 磁铁磁场，只在一些比较特殊的微电机中采用s 另一种是电磁铁磁场，是由套在主极铁心上 的励磁绕组通入电流产生的，称为励磁磁场，一般电机都采用这种励磁形式. 一、直流电机的空载磁场 1.空载磁场分布 磁场是由电流产生的.直流电机负载运行时的磁场由励磁电流和电枢电流共同建立，情 况比较复杂.因此，为简化分析，先将二者分开讨论，然后再在磁路不饱和假设条件下，运 用叠加原理考察二者共同作用时的情况.首先分析直流电机的空载磁场，即Ia=0时，仅由1f 建立的励磁磁场，也叫主磁场.困 1为一台四极直流电机在忽略端部效应时的空载磁场分布 图示例，即只考虑二维分布. 一台四极直流电机中的空我磁场分布(才12模型 ) 图 1 空载时电机中的磁场分布是对称的.磁通可分为两部分. 主磁通一一从主极铁心经气隙、电枢铁心，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后 经定子磁辄闭舍，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢绕组中感应电动势，实现机电能量 转换，称为主磁通.每极主磁通记为;0 漏磁通一一不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气或定子磁辄闭合，不参与机电能 量转换，称为漏磁通，记为;(S 通过每个主极铁心中的总磁通为此=仇+仇·主磁通占总磁通的绝大部分，漏磁通只占 很小的一部分. 2. 磁化曲线 直流电机的磁化曲线是指电机的主磁通与励磁磁动势的关系曲线仇=f(月)，如图 2 所示. F R。 由于空载电压 U (等于空载电动势 D 与;0成正比，励磁磁动势 Fo=NrIt (J幅为励磁绕组 臣数〉与励磁电流成 It正比，故磁化曲线与空载特性 U=f( 马)形状相同. φo j 气陈给; a F F 直流电机的磁也曲线 图2 磁化曲线的起始部分儿乎是一条直线.这是困为主磁通很小时，磁路中的铁磁部分没有 饱和，所需磁动势(即磁压降〉远较气隙中的小得多t 。与 A的关系儿乎也就是tTo 与气隙 磁动势凡的关系，而后者是线性关系，故显示为直线.把磁化曲线的起始直线延长，即为电 机的气隙磁化曲线仇=f(只)，简称气隙线，可用于非饱和分析.直线段往后，随着仇的增大， 磁通密度不断增加，铁磁部分逐渐步入饱和，磁导率急剧下降，所需磁动势显著增长，磁化 曲线偏离气隙线而弯曲，最后进入深度饱含.电机磁路的饱和程度用饱和系数来衡量. 饱和系数一一电机额定转速下空载运行时产生额定电枢电压所需磁动势Fo与同一磁通下气 隙线上的磁动势凡的比值 来表示，即 k.=Fo /F6 一般电机 ι=1.11.35.. 饱和系数的大小对电机的运行性能和经济性有重要影响.困此， 为了最经济地利用材料，电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓膝点附 近. 二、直流电机的负载磁场和电枢反应 当电机有负载、电枢绕组中有电流通过(即 ι O) 时，该电流也会在电机中产生磁场，称 之为电枢磁场.下面分电刷放在几何中性线和偏离几何中性线两种情况对该磁场进行分析. 1.电刷在几何中性线上 几千吁 中r.生线 电』的在几何中性线上时的电桓磁场 图 3 正规情况下，电刷放在主极轴线下的换向片上，即电刷在换向器表面的位置与主极轴线 重舍，即被电刷短路的元件边在电枢的儿何中性线上.因此，为画图方便，省去换向器，就 可以将电刷直接画在电枢表面被电刷短路的元件边所在的位置，亦即电枢几何中性线上，见 图30 这是工程上习惯采用的简易画法.总之，电刷的这种正规的放置方法习惯上称之为在 几何中性线上. 单独考虑电枢磁场.图 3 中根据右手螺旋定则示意性地给出了电枢电流所建立的磁场的 分布情况.可见，当电刷放在几何中性线上时，电枢磁动势的轴线也在几何中性线上，恰与 主极轴线正交〈无论主极对数多少，总是在空间上相差 90D 电角度，仅在p=1 时，电角度才 与机械角度相等)，故通常称之为交轴电植磁动势，其最大值记为几. 2.电刷偏离几何中性线 实际电机中，由于装配误差或其它原因，电刷难以恰好在几何中性线上.设电刷偏离几 何中性线的电角度为β ，由于电刷总是电枢导体电流的分界点，此时电枢表面电流的分布如 图 4(创所示.我们可以把图 4(a) 的电枢磁动势看成是图 4(b) 和(c) 的送加:一部分为 2β 角 之外的范围内的导体电流产生的磁动势，该磁动势与上述电刷放在儿何中性线上时的电枢磁 动势的情况相似，为交轴电枢磁动势 F84; 另一部分为 2β 范围内的导体电流产生的磁动势， 此磁动势的轴线与主极