直流电机2.ppt

一、直流电机的空载气隙磁场 §3.3空载和负载时直流电机的磁场 * 直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。 磁力线由N极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入S极，再经定子铁轭回到N极 主磁通 主磁路 磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路 漏磁通 漏磁路 * 直流电机的空载磁场 右图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图。 当励磁绕组的串联匝数为 ，流过电流为 ，每极的励磁磁动势为： * 空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。 磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。 无齿电枢表面的气隙磁密分布 * 直流电机的化曲线 为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机气隙中需要有一定量的每极磁通 ，空载时，气隙磁通 与空载磁动势 或空载励磁电流 的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。 为了经济、合理地利用材料，一般直流电机额定运行时，额定磁通 设定在图中A点，即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。 * 直流电机的电枢(单独）磁场 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。 * * 二、负载时的电枢磁动势和电枢反应 当电机带上负载时，电机中气隙磁场是由励磁磁动势 和电枢磁动势 共同来产生的，（ ）负载时电枢磁动势对主极磁势的影响称为电枢反应。 为简单起见：1、忽略电枢齿槽影响，认为电枢导体均匀分布在光滑电枢表面。 2、电枢绕组为整距（ ) 1、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应 当电刷与几何中性线上的导体相连时。 N * 当电刷与几何中性线上的导体相连时： 在直流电机中，电刷是电枢表面电流分界线。在图3-23中，电枢上半周电流为流出，下半周为流入，该电枢磁势将建立一个两极磁场，且电枢磁动势的轴线总与电刷重合，在电刷处电枢磁势达到最大。 所以当电刷在几何中性线上时，电枢磁势是一个与主极轴线（直轴d轴）正交的（交轴q轴）电枢磁动势（ ） * 如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，定义： 其中： ——电枢绕组总导体数 ——导体 内电流 D——电枢外径 磁极中心线作为原点，取如图所示的闭合积分回路，利用安培环路定律可得：（因为左右对称，故积分回路可取一半） 电枢磁动势沿电枢表面呈三角形分布；当 (或 )时， 交轴电枢磁动势达到最大： * * 如何解释磁势正负的物理意义？ * 以上分析，是以电枢静止不动来说明的。即使电机旋转，上述结论仍然正确。忽略铁芯中磁压降（磁阻），由磁路欧姆定理，得电枢表面X处的电枢磁场ba(x)为： 由于极靴下气隙小且均匀，所以极靴下ba(x)与fa(x)成正比，也是直线形分布。由于两极中间气隙较大，所以极间部分电枢磁场大为削弱，所以电枢磁场如图3-23b所示呈马鞍分布。 接下来，以发电机为例，进一步分析交轴电枢反应的性质。 * 图3-24 交轴电枢反应 a)负载时的合成磁场 b)交轴电枢磁场和气隙合成磁场分布图 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 * 交轴电枢反应影响： （1）、电枢磁场使主极磁场半个极下加强，半个极下减弱；引起气隙磁场畸变；使得电枢表面磁通密度为零的位置偏移（称为物理中性线：磁通为0）偏离（空载时）