第三講直流電機磁場

第三講直流電機磁場第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電機的磁場

重點

（1）勵磁方式（2）氣隙磁場的分布情況（3）影響氣隙磁場的因素(電樞反應）（4）氣隙磁場的分布波形

第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、勵磁方式

根據(jù)直流電機中勵磁繞組和電樞繞組的聯(lián)結方式區(qū)分的。一、直流電機的勵磁方式

他勵并勵串勵復勵第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、直流電機的勵磁方式

1.他勵：（1）要求電機控制的場合；（2）控制微電機；（3）永磁電機；顯然：主要用作電動機。勵磁繞組與電樞繞組之間無電的聯(lián)系第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.并勵注意：可以轉變?yōu)樗麆畹男问健；靖拍睿鹤詣睢Ｖ饕米靼l(fā)電機。

一、直流電機的勵磁方式

勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)Ia第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.串勵注意：很少用于調速控制上。應用：電力機車、起重機等。優(yōu)點：過載能力強。

勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)起來

一、直流電機的勵磁方式

第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4.復勵大型電機一般都做成復勵。一般一個為主、一個為輔。綜合了并勵和串勵的形式。

一、直流電機的勵磁方式

第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月空載的含義:二、直流電機的空載磁場作為發(fā)電機，電源輸出端不接任何電負載；作為電動機，機械輸出端不接任何機械負載。用電樞電流表示：電樞電流等于零或小得可以忽略不計的情況?？蛰d磁場：由主磁極的勵磁磁勢來建立。第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月四極直流電機空載時的磁路二、直流電機的空載磁場第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。主磁通與漏磁通：二、直流電機的空載磁場主磁通：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機座構成磁回路。它同時與勵磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞組中感應電動勢和產生電磁轉矩，稱為主磁通。漏磁通：僅交鏈勵磁繞組本身，不進入電樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應電動勢及產生電磁轉矩，它只是增加主磁極磁路的飽和程度，稱為漏磁通。第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月主磁極的特點：1.磁極中心及附近的氣隙小且均勻；2.靠近極尖處，氣隙逐漸變大；3.極尖以外，氣隙明顯增大；4.幾何中性線，兩個磁極中間位置。二、直流電機的空載磁場第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機的空載磁場空載主磁場的分布：1.磁極中心及附近2.靠近極尖處3.極尖以外4.幾何中性線=>大、常數(shù)=>減少第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機的空載磁場空載主磁場的分布：1.磁極中心及附近2.靠近極尖處3.極尖以外4.幾何中性線=>大、常數(shù)=>減少=>顯著減少第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機的空載磁場空載主磁場的分布：1.磁極中心及附近2.靠近極尖處3.極尖以外4.幾何中性線=>大、常數(shù)=>減少=>顯著減少=>為零第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機的空載磁場空載主磁場的分布：1.磁極中心及附近2.靠近極尖處3.極尖以外4.幾何中性線=>大、常數(shù)=>減少=>顯著減少=>為零第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機的空載磁場有一個假設條件：忽略電樞齒槽的影響?？蛰d磁場氣隙磁密分布曲線第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機的空載磁場直流電機磁密分布第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月空載磁化曲線二、直流電機的空載磁場或A-膝點第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月電樞磁場三、電樞反應定義：

電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應。第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月影響：

1．使氣隙磁場發(fā)生畸變；

2．磁場等于零的點偏離幾何中性線，到物理中性線；三、電樞反應第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.關于飽和

(1)不考慮飽和，一個磁極下，增強的與削弱的相同，總量不變；(2)考慮飽和時，一個磁極下，增強的少于削弱的，總量減少。三、電樞反應第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。

換向是指直流電機的電樞繞組元件從一條支路經(jīng)過電刷進入另一條支路，該元件電流從一個方向變換為另一個方向。

電樞移到電刷與換向片2接觸時，元件1被短路，電流被分流。如圖所示。

電刷與換向片1接觸時，元件1中的電流方向如圖所示，大小為

電刷僅與換向片2接觸時，元件1中的電流方向如圖所示，大小為。元件1121、換向過程的基本概念

四、直流電機中的換向第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電機電樞繞組元件的換向過程a)換向開始瞬間b)正在換向瞬間c)換向結束瞬間四、直流電機中的換向第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間，稱為換向周期。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機在運行中，電樞繞組每個元件在經(jīng)過電刷時都要經(jīng)歷換向過程。

換向問題很復雜，換向不良會在電刷與換向片之間產生火花。當火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機不能正常工作。

產生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機械原因、化學原因。四、直流電機中的換向第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

換向元件與換向過程中產生的電動勢分為兩類：電抗電動勢和電樞反應電動勢。1.電抗電動勢

換向元件（線圈）在換向過程中電流改變，因此必有自感作用；同時進行換向的元件不止一個，換向元件與換向元件之間，又有互感作用。因此，換向元件中電流變化時，必然出現(xiàn)由自感與互感作用所引起的感應電動勢，即(自感電動勢和互感電動勢)這個電動勢稱為電抗電動勢。根據(jù)楞次定律，自感電動勢、互感電動勢總是阻礙電流變化的，也就是阻礙換向的。2、換向元件中的電動勢

四、直流電機中的換向第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電樞反應電動勢

雖然換向元件位于幾何中性線處，主磁場的磁密等于零，但是電樞磁場的磁密不等于零。因此換向元件必然切割電樞磁場，而在其中產生一種旋轉電動勢，稱為電樞反應電動勢。說明：

電抗電動勢和電樞反應電動勢都在換向元件內產生阻礙換向的附加電流，在換向過程中，由于電流突變，使線圈內儲存的磁場能以火花形式釋放出來。四、直流電機中的換向第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3改善換向的方法

從產生火花的電磁原因出發(fā)，減少換向元件的電抗電動勢和電樞反應電動勢，限制換向元件中的附加電流，就可以有效地改善換向。

改善換向常用的方法有以下4種：(1)安裝換向極

這是目前改善換向最有效的方法。一般容量為1kW以上的直流電機都裝有換向極。換向極安裝在主磁極之間，換向極極性確定的原則是換向極繞組產生的磁動勢的方向是電樞反應磁動勢的相反方向，大小比電樞反應磁動勢略大。(見下圖)四、直流電機中的換向第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

為在負載變化時始終有效地改善換向，換向極繞組中應流過電樞電流，即換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。

換向極電路及磁通四、直流電機中的換向第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)調整電刷的位置

在小容量無換向極的直流電機中，將電刷從電樞幾何中性線移開一個適當角度，用主磁場來代替換向極磁場，也可改善換向。移動電刷的方向規(guī)定為：當電機運行于電動機狀態(tài)時，電刷應逆著電樞旋轉方向移動；而運行于發(fā)電機狀態(tài)時，電刷則應順著電樞旋轉方向移動。若方向不正確將使電機換向更加惡化。四、直流電機中的換向(3)增加換向回路的電阻。

電刷與換向器之間的接觸電阻是換向回路中最重要的電阻，不同牌號的電刷具有不同的接觸電阻，選擇合適的電刷能改善換向。第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)裝設防止環(huán)火的補償繞組

所謂環(huán)火，是指電機正、負電刷之間出現(xiàn)電弧，電弧被拉長，直接從一種極性的電刷跨過換向器表面到達相鄰的另一極性的電刷，使整個換向器表面布滿環(huán)型電弧。

出現(xiàn)環(huán)火，可在很短時間內損壞電機。為避免環(huán)火現(xiàn)象，采用補償繞組是有效方法之一。補償繞組嵌置在主磁極極靴上專門沖制的槽內。其中流過的是電樞電流，所以補償繞組應與電樞繞組串聯(lián)，其電流方向與對應極下電樞繞組的電流方向相反，顯然它產生的磁動勢與電樞反應磁動勢方向相反，從而補償了電樞反應的影響。四、直流電機中的換向第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一根導體的平均感應電動勢:

五、直流電機感應電動勢每極下的平均磁密:

電機線速度為:

導體平均電動勢為：

當電刷放在幾何中性線時，電樞感應電動勢(每條支路的感應電動勢)—電動勢系數(shù)第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁轉矩:電樞繞組中有電樞電流流過時,在磁場內受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉矩。六、直流電機電磁轉矩的計算

1.設電樞總電流Ia,則流過每一根導體的電流為：

2.每根導體產生的平均電磁力：

第32頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月六、直流電機電磁轉矩的計算

4.電樞表面N根導體產生的電磁轉矩：3.一根導體所受到的平均電磁轉矩—電樞直徑—平均磁密第33頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月--轉矩常數(shù)（三）Ce與CT的關系六、直流電機電磁轉矩的計算第34頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖，把直流電機主磁路簡化，兩條虛線為主磁路的一個磁管，寬度為Δ。該磁管所包圍的電流總導體為2IfNf=2Ff磁密公式推導第35頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)磁路歐姆定律可得該磁管里的磁通為：

分別為氣隙、電樞齒、電樞磁軛、主磁極以及定子磁軛的磁阻。