直流電機(jī)的磁場(chǎng)_第1頁
直流電機(jī)的磁場(chǎng)_第2頁
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1、2022-4-18第1頁第三章第三章 直流電機(jī)的磁場(chǎng)直流電機(jī)的磁場(chǎng) 引言引言 3.1直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 3.2 直流電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)直流電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 3.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 3.4 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3.5直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 小結(jié)小結(jié)2022-4-18第2頁引言 磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的。直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁場(chǎng)由勵(lì)磁電流和電樞電流共同建立,情況比較復(fù)雜。 先將二者分開討論,然后再在磁路不飽和假設(shè)條件下,運(yùn)用疊加原理考察二者共同作用時(shí)的情況。 首先分析直流電機(jī)的空載磁場(chǎng),即Ia0時(shí),僅由If建立的勵(lì)磁磁場(chǎng)

2、,也叫主磁場(chǎng)。 2022-4-18第3頁3.1直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)的空載磁場(chǎng) 一、磁通與磁動(dòng)勢(shì)一、磁通與磁動(dòng)勢(shì) 二、主磁場(chǎng)分布二、主磁場(chǎng)分布 三、磁化曲線三、磁化曲線2022-4-18第4頁 圖示為一臺(tái)四極直流電機(jī)在忽略端部效應(yīng)時(shí)的空載磁場(chǎng)分布圖示例,即只考慮二維分布。下面結(jié)合談示例討論直流電機(jī)空載磁場(chǎng)的基本特點(diǎn)。 2022-4-18第5頁一、磁通與磁動(dòng)勢(shì)一、磁通與磁動(dòng)勢(shì) 其中絕大部分從主極鐵心經(jīng)氣隙、電樞,再經(jīng)過相鄰主極下的氣隙和主極鐵心,最后經(jīng)定子磁軛閉合,同時(shí)交鏈勵(lì)磁繞組和電樞繞組,在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換,稱為主磁通主磁通;每極主磁通記為0。 另一小部分不穿過氣隙

3、進(jìn)入電樞,而是經(jīng)主極間的空氣或定子磁軛閉合,不參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換,稱為漏磁通漏磁通。漏磁通記為。2022-4-18第6頁 則通過每個(gè)主極鐵心中的總磁通為 m=0=0(1/0)=k0 式中, k= (1/0)。稱為主極漏磁系數(shù),其大小與磁路結(jié)構(gòu)即磁場(chǎng)分布情況有關(guān),通常k=1.151.25。2022-4-18第7頁 設(shè)產(chǎn)生主磁通0的每對(duì)極勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為F0,則由全電流定律有 要計(jì)算電機(jī)中的磁場(chǎng),只須利用全電流定律。在磁場(chǎng)中沿任一路徑環(huán)繞一周,均有如果列出足夠的方程,就可解算出電機(jī)各處的磁場(chǎng)。實(shí)際上,這樣計(jì)算是極為繁難的。所以,通常均作一些簡(jiǎn)化,其假定如下 (1) 忽略電機(jī)中磁場(chǎng)在軸向分布的不同。把三維

4、空間磁場(chǎng)的問題簡(jiǎn)化為二維空間的問題。 (2) 將主磁通的磁路分為幾段,各段的磁場(chǎng)均假定為一個(gè)均勻磁場(chǎng)。各段所消耗的磁動(dòng)勢(shì)為各均勻磁場(chǎng)強(qiáng)度(稱為計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度)與所取各段磁路長(zhǎng)度(稱為計(jì)算磁路長(zhǎng)度)的乘積,從而把問題又簡(jiǎn)化為一維空間的問題,使計(jì)算工作大為簡(jiǎn)化。 ffNIdlHF202022-4-18第8頁 (1) 兩個(gè)氣隙,計(jì)算長(zhǎng)度為2,磁場(chǎng)強(qiáng)度為H。 (2) 兩個(gè)齒,計(jì)算高度為2hz,磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hz。 (3) 兩個(gè)主極,計(jì)算高度為2hm,磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hm。 (4) 一個(gè)定子軛,平均長(zhǎng)度為L(zhǎng)j,磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hj。 (5) 一個(gè)轉(zhuǎn)子(電樞)軛,平均長(zhǎng)度為L(zhǎng)a,磁場(chǎng)強(qiáng)度為Ha,用磁路計(jì)算方法求得磁動(dòng)勢(shì)F0

5、,以及相應(yīng)的勵(lì)磁電流If。 2022-4-18第9頁 在計(jì)算各部分的計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度H時(shí),通常先算出該部分的計(jì)算平均磁通密度Bav/S式中,為該段磁路的計(jì)算磁通,S為該段磁路的計(jì)算截面積。 然后,根據(jù)磁路材料的BH曲線,找出對(duì)應(yīng)于某一磁通密度B下的H值。如果磁路是空氣隙,則HB/0。 上述各段磁路中,氣隙磁路所消耗的磁動(dòng)勢(shì)最大,是分析的重點(diǎn)。 2022-4-18第10頁二、主磁場(chǎng)分布二、主磁場(chǎng)分布 電機(jī)空載時(shí)主極下氣隙磁通0的大小正比于主極勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)2Ff,而反比于主磁路的總磁阻。氣隙部分為空氣,其磁導(dǎo)率近似為0很小,其磁阻很大,而其他各段磁路的材料都是鐵磁材料。在磁路不太飽和的情況下,其磁導(dǎo)率比

6、空氣磁導(dǎo)率大得多,其磁阻也就比空氣隙小得多,相應(yīng)地消耗在各段鐵磁材料中的磁動(dòng)勢(shì)也遠(yuǎn)比空氣隙的要小,如忽略鐵中消耗的磁動(dòng)勢(shì)。 2022-4-18第11頁 設(shè)電樞表面光滑無齒,氣隙磁動(dòng)勢(shì)為,x處的氣隙長(zhǎng)度和氣隙磁密分別為(x)和B0(x),則有 即(x)和B0(x)成反比。由于主極下的氣隙是不均勻的,且極靴寬度小于極距,故氣隙磁密在一個(gè)極下的分布規(guī)律如圖所示,通常為一平頂波。 )(/)(00 xFxB2022-4-18第12頁三、磁化曲線三、磁化曲線 磁化曲線的起始部分幾乎是一條直線。這是因?yàn)橹鞔磐ê苄r(shí),磁路中的鐵磁部分沒有飽和,所需電動(dòng)勢(shì)(即磁壓降)遠(yuǎn)較氣隙中的小得多,0與F0的關(guān)系幾乎也就是

7、0與F的關(guān)系,而后者是線性關(guān)系,故顯示為直線。把磁化曲線的起始直線延長(zhǎng),即為電機(jī)的氣隙磁化曲線0f(F)。簡(jiǎn)稱氣隙線氣隙線。 直線段往后,隨著0的增大,磁通密度不斷增加,鐵磁部分逐漸步入飽和,磁導(dǎo)率急劇下降,所需磁動(dòng)勢(shì)FFe顯著增長(zhǎng),磁化曲線偏離氣隙線面彎曲,最后進(jìn)入深度飽和。 2022-4-18第13頁 電機(jī)磁路的飽和程度,以電機(jī)額定轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生暫定電樞電壓所需磁動(dòng)勢(shì)F0與同一磁通下氣隙線上的磁動(dòng)勢(shì)F的比值來表示,即 稱k為飽和系數(shù),一般電機(jī)k=1.11.35。飽和系數(shù)的大小對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)性有重要影響。因此,為了最經(jīng)濟(jì)地利用材料,電機(jī)的額定工作點(diǎn)一般設(shè)計(jì)在磁化曲線開始彎曲的所

8、謂“膝點(diǎn)膝點(diǎn)”附近。 FFFFkFe/1/02022-4-18第14頁 磁化曲線的縱坐標(biāo)有時(shí)不用F0,而用If表示,它們之間只差一個(gè)與勵(lì)磁繞組匝數(shù)有關(guān)的比例系數(shù),此外,縱坐標(biāo)也可以用空載時(shí)的電樞電壓U代替,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定時(shí),U與0,之間也只相差一個(gè)與電樞繞組匝數(shù)有關(guān)的比例系數(shù)。因此,磁化曲線可表示為Uf(If)和0=f(If)或U=f(F0)等多種形式,只需變換一下有關(guān)比例系數(shù)即可。 2022-4-18第15頁3.2 直流電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)直流電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 一、電刷放在幾何中性線上時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)一、電刷放在幾何中性線上時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)和磁場(chǎng) 二、電刷不在幾何中性線上時(shí)的電樞磁

9、動(dòng)勢(shì)二、電刷不在幾何中性線上時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì) 2022-4-18第16頁 直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)僅由主極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)所建立。當(dāng)電機(jī)有負(fù)載時(shí),電樞繞組中有電流通過,產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)。此時(shí),氣隙磁場(chǎng)就由主極磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)兩者的合成磁動(dòng)勢(shì)所建立。正是由于這兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)的互相作用,直流電機(jī)才能進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。 2022-4-18第17頁一、電刷放在幾何中性線上時(shí)的一、電刷放在幾何中性線上時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng) 由于電樞繞組各支路中的電流是由電刷引入或引出的,故電刷是電樞表面電刷是電樞表面電流分布的分界線。電流分布的分界線。 從圖可見,電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線總是與電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線總

10、是與電刷軸線重合電刷軸線重合。 與主極軸線正交的軸線通常稱為交軸交軸。 與主極軸線重合的軸線稱為直軸直軸。 所以當(dāng)電刷位于幾何中性線上時(shí),電當(dāng)電刷位于幾何中性線上時(shí),電樞磁動(dòng)勢(shì)是交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)樞磁動(dòng)勢(shì)是交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。 2022-4-18第18頁 設(shè)磁路為不飽和,并取Fe,因而可忽略鐵心中的磁位降,則此電樞磁動(dòng)勢(shì)將全部消耗在二個(gè)氣隙上,此時(shí)作用在x點(diǎn)處每個(gè)氣隙的電樞磁動(dòng)勢(shì)fa(x)應(yīng)為 A為電樞的線負(fù)荷電樞的線負(fù)荷,它是沿電樞表面單位長(zhǎng)度上的安培導(dǎo)體數(shù)。當(dāng)ia一定時(shí),A是常數(shù)。 21( )()2aaxxNiFxAxD2022-4-18第19頁 在/2x/2之間應(yīng)用上式,可畫出電樞磁動(dòng)勢(shì)沿電樞表

11、面的分布如圖b下部的粗線所示。圖中縱坐標(biāo)為磁動(dòng)勢(shì),當(dāng)磁場(chǎng)方向從電樞到主極時(shí),磁動(dòng)勢(shì)為正,當(dāng)磁場(chǎng)方向由主極到電樞時(shí),磁動(dòng)勢(shì)為負(fù)。由圖可見,電樞磁動(dòng)勢(shì)沿空間的分布呈三角形,在正負(fù)兩電刷之間的中心點(diǎn)處為零,而在電刷處達(dá)到最大值最大值 /2aFA2022-4-18第20頁 可見,當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí),電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也在幾何中性線上,電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線恰與主極軸線正交(空間上相差90電角度)。這種電樞磁動(dòng)勢(shì)稱為交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì),其最大值記為Faq,所以當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí), /2aqaFFA2022-4-18第21頁 以上分析是基于電樞無槽而且導(dǎo)體均勻分布于電樞表面才會(huì)出現(xiàn)三角波Fax

12、。若電樞有槽,導(dǎo)體放在槽中,則Fax的分布是一階梯波,但其最大值仍在電樞表面的幾何中性線上,電樞磁動(dòng)勢(shì)的基本特征與三角波一樣。 已知電樞磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙的分布,即可求得電樞磁場(chǎng)沿氣隙的磁通密度分布為 000axaxaxFAxBH2022-4-18第22頁 如果極靴下的氣隙是均勻的,Bax則沿氣隙的分布如圖b中細(xì)線所示。從圖可見,在極弧范圍內(nèi)電樞磁通密度的分布曲線Bax是通過o點(diǎn)的直線,但在相鄰兩主極之間的空間內(nèi),由于氣隙很大而磁阻急刷增大,故Bax急速減小,磁通密度曲線變成了馬鞍形。2022-4-18第23頁 二、電刷不在幾何中性線上時(shí)的二、電刷不在幾何中性線上時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì) 實(shí)際電機(jī)中

13、,由于裝配誤差或其他原因,電刷有時(shí)不能恰好在幾何中性線上。 設(shè)電刷離開幾何中性線的角度為,相當(dāng)于在電樞表面移過弧長(zhǎng)為b的距離,見圖。 由于電刷仍為電流分布的分界點(diǎn),我們把電樞磁動(dòng)勢(shì)分為兩部分來研究:一部分為2角以外的(2b)范圍內(nèi)的導(dǎo)體電流產(chǎn)生的與上述情況相似的交軸電樞磁動(dòng)勢(shì),見圖b,其最大值為 )2(bAFaq2022-4-18第24頁 另一部分由2b范圍內(nèi)的導(dǎo)體電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì),此磁動(dòng)勢(shì)的磁場(chǎng)軸線在主極軸線上,見圖c,稱為直軸直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)電樞磁動(dòng)勢(shì),其最大值為 AbFad2022-4-18第25頁 在圖中畫出了當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)的電樞磁動(dòng)勢(shì)分布曲線。此時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì) 仍為三角形波,只

14、是波幅隨電刷從電樞表面的幾何中性線移動(dòng)了一個(gè)b的距離,如圖中曲線1所示。它的兩個(gè)分量,交軸分量 和直軸分量 的分布曲線分別如圖中曲線2和3所示。曲線1為曲線2和3之和。 axFaqxFadxF2022-4-18第26頁 當(dāng)電刷從幾何中性線移過角時(shí),除交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)外,還會(huì)產(chǎn)生直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。 無論電樞是靜止或是旋轉(zhuǎn),都是正確的。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),組成各支路的元件雖然在不斷旋轉(zhuǎn),但由于換向器的換向作用,每一支路中元件的電流方向總保持不變,從而使電樞磁動(dòng)勢(shì)總在空間固定不動(dòng)。 2022-4-18第27頁3.3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 一、交軸電樞反應(yīng)一、交軸電樞反應(yīng) 二、直軸電樞反應(yīng)二、直軸電

15、樞反應(yīng) 2022-4-18第28頁 電樞反應(yīng)理論是電機(jī)學(xué)的經(jīng)典內(nèi)容之一,也是運(yùn)用疊加原理解決復(fù)雜工程問題的典型范例。 前面,已把電樞磁場(chǎng)從負(fù)載磁場(chǎng)中分出來單獨(dú)進(jìn)行了考察,認(rèn)識(shí)了電樞磁場(chǎng)的性質(zhì)和特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,還進(jìn)一步考察了電樞磁場(chǎng)的交軸分量和直軸分量。 接下來要做的就是再分別考慮交軸分量和直軸分量對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)的作用與影響,前者稱之為交軸電樞反應(yīng),后者稱之為直軸電樞反應(yīng)。2022-4-18第29頁一、交軸電樞反應(yīng)一、交軸電樞反應(yīng) 當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí),若忽略鐵心的磁阻,可知電樞磁場(chǎng)Bax沿電樞表面的分為 式中, (x)為氣隙長(zhǎng)度。0( )( )( )axaxFxBxx2022-4-18第30

16、頁 由于極靴下的氣隙較小、且基本為均勻,所以極靴下的電樞磁場(chǎng)隨電樞磁動(dòng)勢(shì)的增大而正比增大,由于極間氣隙較大,所以極間部分的電樞磁場(chǎng)大為削弱;整個(gè)交軸電樞磁場(chǎng)的分布曲線呈馬鞍形,如圖b所示。不計(jì)飽和時(shí),把主極磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)疊加,即可得到負(fù)載時(shí)的氣隙合成磁場(chǎng)。 2022-4-18第31頁 當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí),電樞磁勢(shì)全部為交軸分量,直軸分量為零。因此這時(shí)只有交軸電樞反應(yīng)。此時(shí)電機(jī)中的磁場(chǎng)應(yīng)由主極磁勢(shì)和交軸電樞磁勢(shì)共同建立,如圖a所示。由圖可見磁場(chǎng)發(fā)生了畸變,電樞圓周上連接電刷的幾何中性線處出現(xiàn)了磁通,而實(shí)際的磁密為零之點(diǎn)偏移了一個(gè)角。我們將電樞圓周上通過圓心和磁密電樞圓周上通過圓心和磁密為零

17、之點(diǎn)的直線稱為物理中性為零之點(diǎn)的直線稱為物理中性線線。 2022-4-18第32頁 當(dāng)磁路不飽和時(shí),磁路的磁阻為常值,此時(shí)可把主極磁勢(shì)建立的磁場(chǎng)與交軸電樞磁勢(shì)建立的磁場(chǎng)相疊加,如圖b所示。圖中曲線B0 x。表示空載時(shí)由主極磁勢(shì)所建立的磁場(chǎng)沿電樞表面的分布圖形。曲線Bax表示由交軸電樞磁勢(shì)單獨(dú)建立的電樞磁場(chǎng)沿電樞表面的分布圖形。根據(jù)疊加原理,把曲線B0 x與曲線Bax疊加,便得負(fù)載后氣隙合成磁場(chǎng)沿電樞表面的分布曲線Bx。由圖看出交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響如下: 2022-4-18第33頁由圖看出交軸電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響如下: (1) 使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變。每個(gè)主極下的磁場(chǎng),

18、一半被削弱,另一半被加強(qiáng)。以發(fā)電機(jī)為例,前極尖(電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)入的極尖)被削弱,后極尖(電樞離開的極尖)被加強(qiáng)。對(duì)電動(dòng)機(jī)來說,前極尖被加強(qiáng),后極尖被削弱,和發(fā)電機(jī)的情況恰相反。 (2) 使物理中性線偏離幾何中性使物理中性線偏離幾何中性線一個(gè)角度線一個(gè)角度。對(duì)發(fā)電機(jī)來說,順著電樞旋轉(zhuǎn)方向移過角,對(duì)電動(dòng)機(jī)來說,則逆著電樞轉(zhuǎn)向移過角。 (3) 在磁路未飽和的情況下,主極磁場(chǎng)被電樞反應(yīng)削弱的數(shù)量(圖b中面積A1)恰好等于被電樞反應(yīng)加強(qiáng)的數(shù)量(圖b中面積A2),因此每極磁通不變,電樞電勢(shì)也不會(huì)改變。但實(shí)際上磁場(chǎng)有飽和,這時(shí)情況就不同了。不計(jì)飽和時(shí),交軸電樞反應(yīng)既無增不計(jì)飽和時(shí),交軸電樞反應(yīng)既無增磁、亦無去

19、磁作用。磁、亦無去磁作用。 2022-4-18第34頁 當(dāng)磁路飽和時(shí),磁路的磁阻不是常數(shù),它隨磁密的不同而變化,因此不能采用上述的疊加方法。 這時(shí)要確定氣隙某一位置的磁密,應(yīng)先求出主極磁勢(shì)和電樞磁勢(shì)兩者作用于氣隙和電樞齒上的合成磁勢(shì)沿電樞圓周的分布曲線,然后根據(jù)氣隙和電樞齒合成的磁化曲線求得負(fù)載時(shí)氣隙中的磁密分布曲線。 這里只對(duì)磁路飽和時(shí)的每極合成磁通進(jìn)行定性分析。 2022-4-18第35頁 發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)使后極頭磁通增加的數(shù)量小于使前極尖磁通減少的數(shù)量。 因此負(fù)載時(shí)的每極合成磁通以及與此相應(yīng)的電樞繞組電勢(shì)都比空載時(shí)要減小一些。 故飽和存在時(shí),交軸電樞反應(yīng)不但主極磁場(chǎng)畸故飽和存在時(shí),交軸電

20、樞反應(yīng)不但主極磁場(chǎng)畸變,而旦還有去磁作用變,而旦還有去磁作用。 2022-4-18第36頁二、直軸電樞反應(yīng)二、直軸電樞反應(yīng)直軸電樞磁勢(shì)的軸線與主極軸線重合,因此其作用是直接影響主極下磁通的大小。以發(fā)電機(jī)為例,當(dāng)電刷順著電樞旋轉(zhuǎn)方向從幾何中性線移過一個(gè)角度時(shí),電樞磁勢(shì)的直軸分量Fad如圖a所示,F(xiàn)ad的方向與主極磁勢(shì)的相反,它使主極下磁通減少,即起去磁作用。反之,當(dāng)電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)時(shí),F(xiàn)ad與主極磁勢(shì)同方向,如圖b所示,它使主極下磁通增加,即起助磁作用。由此可知,當(dāng)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí),若電刷順電樞順電樞轉(zhuǎn)向從幾何中性移開,則直軸電樞反應(yīng)起去磁作用直軸電樞反應(yīng)起去磁作用;反之,若

21、電刷逆電樞逆電樞轉(zhuǎn)向移動(dòng),則起助磁作用起助磁作用。當(dāng)電機(jī)作為電電動(dòng)機(jī)運(yùn)行動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí),則得與上述相反相反的結(jié)果的結(jié)果。 2022-4-18第37頁 直流電機(jī)有負(fù)載時(shí),由于電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞回路的電阻壓降,使發(fā)電機(jī)端電壓比空載時(shí)低。為了保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變,為了保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變,負(fù)載時(shí)必須增加主極的勵(lì)磁電流,負(fù)載時(shí)必須增加主極的勵(lì)磁電流, 以補(bǔ)償電以補(bǔ)償電樞反應(yīng)和電阻壓降樞反應(yīng)和電阻壓降。 2022-4-18第38頁3.4 直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 設(shè)氣隙磁場(chǎng)的分布如圖所示,電刷置放在幾何中性線上,電樞導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度為l,導(dǎo)體“切割”氣隙磁場(chǎng)的速度為v,則每根導(dǎo)體中的

22、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為 e=Bxlv 式中,Bx為導(dǎo)體所在處的氣隙磁通密度。設(shè)電樞繞組的總導(dǎo)體數(shù)為N,支路數(shù)為2a,則每一支路的串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)等于N/2a。電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)Ea(即支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))為一條支路中各串聯(lián)導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和,即 /2/211( )NaNaaxxEB lvlvBx2022-4-18第39頁 為簡(jiǎn)單計(jì),引入平均氣隙磁通密度Bav,它等于電樞表面各點(diǎn)氣隙磁通密的平均值 表示每極的總磁通量, 稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。上式就是電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)公式電動(dòng)勢(shì)公式。 /211( )/222602()60 260NaavxaavaaveNBBxElvBNaanvppn NpNEBlnC naa lBav

23、apNCe60/2022-4-18第40頁 不計(jì)磁飽和時(shí),磁通與勵(lì)磁電流If成正比,即KfIf,而n=60/2,于是 稱為運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。上式是電動(dòng)勢(shì)公式的一種線性化表達(dá)形式線性化表達(dá)形式。 fafaIGEfeafKCG2602022-4-18第41頁3.5直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 設(shè)電刷放在幾何中性線上,元件為整距,用一個(gè)極下的載流導(dǎo)體其電流方向均為相同。另外,每個(gè)極下的氣隙磁場(chǎng),除極性不同外,其分布情況亦為重復(fù)。所以只要計(jì)算一個(gè)極下載流導(dǎo)體上所受到的電磁轉(zhuǎn)矩,然后乘以2p,即可得到作用在整個(gè)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩。 設(shè)電樞表面任一點(diǎn)處的氣隙磁通密度為Bx,載流導(dǎo)體中的電

24、流為ia,則作用在該處載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)矩Tc應(yīng)為 2cxaDTB li2022-4-18第42頁 由于一個(gè)極下的載流導(dǎo)體數(shù)為N/2p,因此作用在一個(gè)極下載流導(dǎo)體上的電磁轉(zhuǎn)矩Tp應(yīng)為 作用在整個(gè)電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩則為 再考慮到D2p,Bavl,支路電流iaIa/2a,上式可以改寫為 /2/211/21( )221( )/222NpNppxaaxNpavxpavaDDTB liliBxNDBBxTB liNpp22DliNBpTTaavpemaTaaavemICIaNppaIlNBT222022-4-18第43頁 CT稱為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù),CTpN/2a。上式就是直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式。 不

25、計(jì)磁飽和時(shí),磁通量KfIf,上式亦可寫成 GafCTKf。這是轉(zhuǎn)矩公式的一種線性化表達(dá)形式。 afafaffTemIIGIIKCT2022-4-18第44頁電動(dòng)勢(shì)常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系電動(dòng)勢(shì)常數(shù)與轉(zhuǎn)矩常數(shù)的關(guān)系 比較電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT,有 由于機(jī)械轉(zhuǎn)速n和角速度之間有關(guān)系 若在支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式中采用機(jī)械角速度表示,則可在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算中使用統(tǒng)一常數(shù),即轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT,亦可改稱為電機(jī)常數(shù)電機(jī)常數(shù)。 6023030eeTTCpNaCCCpNa或260303030aTTnnECC 2022-4-18第45頁電樞電動(dòng)勢(shì)armature electromotive force產(chǎn)生產(chǎn)生:電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),主磁場(chǎng)在電樞繞

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