《電機技術(shù)應用》課件 3.2.1 直流電機磁路及電樞反應

直流電機磁路及電樞反應直流電機空載磁場

直流電機空載（發(fā)電機開路，電動機空轉(zhuǎn)）運行時，其電樞電流等于零或近似等于零，因而空載磁場即為勵磁繞組產(chǎn)生的勵磁磁通所建立的磁場。跟異步電動機類似，直流電機中的磁極磁通也包括主磁通和漏磁通。主磁通

：產(chǎn)生感應電勢和電磁轉(zhuǎn)矩的有效磁通，通過空氣隙，同時交鏈電樞繞組和勵磁繞組。磁極漏磁通

:從磁極的側(cè)面逸出，只和勵磁繞組交鏈。不在電樞繞組中感應電動勢。

主磁路:

N極→氣隙→電樞齒→電樞軛→電樞鐵心齒→氣隙→S極→定子軛→N極空載磁場

主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上，當忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀?？蛰d磁場

磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處氣隙逐漸變大，磁通密度減?。粯O尖以外氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少。幾何中性線極靴極身氣隙形狀

在幾何中性線處，氣隙磁通密度為零，物理中性線和幾何中性線重合。負載磁場

直流電機帶上負載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。右圖為一臺電刷放在幾何中性線的兩極直流電機的電樞磁場分布情況。

假設(shè)勵磁電流為零，只有電樞電流，由圖可見電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動勢為交軸磁動勢。負載磁場氣隙磁密

如果認為直流電機電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中Fax所示。

由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中Bax所示。電樞反應Bax:電樞磁場磁通密度分布曲線Box:主磁場的磁通密度分布曲線

Bδx:兩條曲線逐點疊加后得到負載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線

當勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應。當電刷在幾何中性線上時，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負載后電機的磁場分布情況如右圖。電樞反應電刷在幾何中性線上時的電樞反應電樞反應特點（1）使氣隙磁場發(fā)生畸變:空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，電刷從幾何中性線偏移β角，電樞磁動勢軸線也隨之移動β

角，物理中性線偏離幾何中性線β

角。（2）對主磁場起去磁作用，電動機輸出功率減小。電刷在幾何中性線時的電樞反應電樞反應特點電刷不在幾何中性線時的電樞反應電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁電動機交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁電樞磁動勢可以分解為兩個垂直分量：Faq：交軸電樞磁動勢Fad：直軸電樞磁動勢性質(zhì):

發(fā)電機——電源電勢(與電樞電流同方向)電動機——反電勢(與電樞電流反方向)：電機的結(jié)構(gòu)常數(shù)電樞電動勢N——電樞導體總數(shù)a——并聯(lián)支路對數(shù)

定義:電機正、負電刷之間的電勢，其大小等于一條支路的各串聯(lián)導體中感應電動勢的代數(shù)和。①Ea∝Φn，改變Φ或n的大小可改變Ea大小。注意，Ea公式是電刷處于幾何中心線時推導出來的，故Ea是最大值。②Ea方向取決于Φ和n的方向，改變Φ的方向（即改變勵磁電流If的方向）就可改變Ea的方向。性質(zhì):發(fā)電機——制動(與轉(zhuǎn)速方向相反)電動機——驅(qū)動(與轉(zhuǎn)速方向相同)：電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)，注意：電磁轉(zhuǎn)矩

結(jié)論：電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流和每極磁通量的乘積成正比。該電磁轉(zhuǎn)矩對電動機而言是拖動轉(zhuǎn)矩，對發(fā)電機而言是制動轉(zhuǎn)矩。

定義:電樞繞組中有電樞電流流過時，在磁場內(nèi)受電磁力的作用，該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。1、何謂電樞反應?電樞反應對氣隙磁場有什么影響?公式Ea=CeΦn和Tem=CMΦIa中的Φ應該是什么磁通？答：直流電機在負載運行時，氣隙磁場由勵磁磁勢和電樞磁勢共同產(chǎn)生，由于電樞磁勢的存在使負載時氣隙磁場和空載時僅由勵磁磁勢產(chǎn)生的主磁場有所不同，電樞磁勢對主磁場的影響稱為電樞反應。電樞反應對氣隙磁場的影響：1、使氣隙磁場發(fā)生畸變。2、考慮飽和時，還存在去磁效應，使每極磁通比空載時略有減小。

思考與練習思考與練習2、在直流發(fā)電機和直流電動機中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞轉(zhuǎn)方向的關(guān)系有何不同?電樞電勢和電樞電流方向的關(guān)系有何不同?怎樣判別直流電機運行于發(fā)電機狀態(tài)還是運行于電動機狀態(tài)?答：在直流發(fā)電機中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞旋轉(zhuǎn)方向相反，電樞電勢和電樞電流方向相同。在直流電動機中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電樞旋轉(zhuǎn)方向相同，電樞電勢和電樞電流方向相反。當端電壓U大于電樞電勢Ea時，直流電機運行于電動機狀態(tài)，當端電壓