电机学-课件-第二章-2.3-直流电机的磁场.ppt

2.3 直流电机的磁场 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；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。 2.3.1直流电机按励磁方式分类 直流电机的磁场 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。为简化分析，将二者分开，分别讨论，然后，在磁路不饱和条件下，运用叠加原理，进行合成。 2.3.2直流电机的空载磁场 1.磁通和磁动势 主磁通φ0和漏磁通φσ由同一磁动势建立； φ0所走的路径气隙小，磁阻小； 漏磁通所走的路径气隙大，磁阻大； 主极漏磁系数: 通过每个主极铁心中的总磁通为 励磁磁势的计算 2.主磁场分布 磁化曲线 2.3.3直流电机的电枢磁场 1. 电刷在几何中性线上 2. 电刷偏离几何中性线 2.3.4电枢反应 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，该电流建立的磁场简称电枢磁场，电枢磁场对励磁磁场的影响就称为电枢反应。 当电机带上负载后，电机的气隙磁场由励磁磁场和电枢磁场两个磁场共同决定。电枢磁动势的出现，使气隙磁场发生畸变，即电枢反应。 电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量。 1.交轴电枢反应 2直轴电枢反应 直流电机的电枢反应 2.3.5 感应电动势和电磁转矩 具体计算： 第k根导体的感应电动势： 2.电磁转矩 3. 电动势常数与转矩常数的关系 * * 图 2.28 直流电机各种励磁方式的接线图 (a)他励 (b)并励 (c)串励 (d)复励 （1）线圈套在铁心上产生磁场。磁力线集中在 铁磁物质内。 （2）磁路：使磁力线集中经过的路径。 （3）磁路计算： 直流电机的磁场 图 2.29 一台四极直流电机中的空载磁场分布 绝大部分磁通从主极铁心经气隙、电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子磁轭闭合，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；另一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气或定子磁轭闭合，不参与机电能量转换，称为漏磁通。 磁路： 两个气隙、两个电枢齿、两个主极铁心、一个定子轭和一个电枢轭。 磁势： 计算方法：1.先求经过某一段的磁通； 2.根据该段的截面积SX计算该段的磁密BX； 3.由Bx在磁化曲线上查HX； 4.计算各段磁路的磁压降。 图 2.28 直流电机的主磁路(四极) 设电枢表面光滑无齿，气隙磁动势为 ，x处的气隙长度和气隙磁密分别为δ(x)和B0 (x)，则有 图2.31 无齿电枢表面的气隙磁密分布 (a)磁场图 (b)沿电枢圆周磁通密度径向分量的分布曲线 由于主极下的气隙是不均匀的，且极靴宽度小于极距，故气隙磁密在一个极下的分布规律如图 2.31所示，通常为一平顶波。 磁化曲线：表示电机的主磁通Φ0与励磁磁动势F0之间的关系曲线， Φ0＝f（ F0）。通过前面介绍的计算求得。 (约1.1~1.35) 图 2.32 电机的磁化曲线 当电机有负载、电枢绕组中有电流通过时，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。 图 2.35 电刷在几何中性线上时的电枢磁场 (a)　电枢磁场 (b)电枢磁动势和磁场分布 将电枢沿左侧几何中 性线处展开成直线 ，该回线包围的总电流数为 则x处的电枢磁动势为 为电机的线负荷，表示沿电枢表面单位长度上安培导体数。 图2.36 电刷偏离几何中性线的电枢磁 (a)电枢磁动势 (b)交轴分量 (c)直轴分量 范围内的导体电流产生的交轴电枢磁动势，如图2.36(b)，其最大值为 范围内的导体电流产生的磁动势，见图2.36(c)，称为直 轴电枢磁动势，其最大值为 图 2.37 电刷偏离几何中性线上时电枢磁动势分布 综上可知，电刷偏离几何中性线后，电枢电流除了产生交轴电枢磁动势之外，同时还出现了直轴电枢磁动势。 与主极轴线正交的轴线通常称为交轴 图 2.38 交轴电枢反应 对气隙磁场的影响：1）引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁密等零的位置（物理中性线）偏离几何中性线。 2）不计饱和时，交轴电枢反 应既无增磁、 亦无去磁作用； 3）计及饱和时，交轴电枢反应具有一定的去磁作用。 与主极轴线重合的轴线称为直轴； 电刷偏离几何中性线时，