電機(jī)學(xué)_直流電機(jī)部分1

1、電電 機(jī)機(jī) 學(xué)學(xué) 許許 加加 柱柱 湖湖 南南 大大 學(xué)學(xué) 第二章第二章 直流電機(jī)直流電機(jī) 概述概述1 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組2 直流電機(jī)的磁場直流電機(jī)的磁場3 直流發(fā)電機(jī)的基本特性直流發(fā)電機(jī)的基本特性 4 直流電動(dòng)機(jī)的基本特性直流電動(dòng)機(jī)的基本特性5 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)6 2.1 概述概述 伺服伺服 測速測速 電源電源 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī) 直流電機(jī)的用途 2.1 概述概述 電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的分類： 1、“直直”傳動(dòng)裝置 最早應(yīng)用，直流供電、串勵(lì) 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。 特點(diǎn)： （1）直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，其調(diào) 速方便、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)； （2）直流供電，網(wǎng)壓

2、不高，限制 機(jī)車功率的提高，不適于鐵路干 線大功率機(jī)車。 應(yīng)用：礦山、地鐵電動(dòng)車組等。 （城市無軌電車亦之） UC R DR D M M . M M D D . “直直-直直”傳動(dòng)裝置示意圖傳動(dòng)裝置示意圖 2.1 概述概述 電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的分類： 2、“交直”傳動(dòng)裝置 交流供電，經(jīng)整流，直流（脈流） 串勵(lì)電機(jī)傳動(dòng)。 特點(diǎn)：交流高壓供電（25kV單相工 頻） （1）接觸網(wǎng)用材、線路損耗； （2）利于提高機(jī)車功率（無“直 直”傳動(dòng)網(wǎng)壓與電機(jī)端壓間的制約） （3）可控硅多段橋整流改善機(jī)車 功率系數(shù)。 應(yīng)用：鐵路干線大功率機(jī)車。 “交交-直直” 裝置傳動(dòng)示意圖裝置傳動(dòng)示意圖 a b Mud c x1

3、 T3D3 T1D1 T2D2 T4D4 . . . T5 T6 . . . . . . . . x2 iT u1 2.1 概述概述 電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的分類： 3、 “交直交”傳動(dòng)裝置 交流供電，經(jīng)整流再逆變成交流， 三相電機(jī)傳動(dòng)。 特點(diǎn)：（1）交流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)(結(jié)構(gòu)簡單、 運(yùn)行可靠、體積小、重量輕、造價(jià)低 等優(yōu)點(diǎn))；（2）可用功率（電機(jī)無整 流子對功率的限制); （3）交流電機(jī)性能（動(dòng)力指標(biāo)良好、 牽引性能優(yōu)越功率系數(shù)、通訊干擾 、電機(jī)維修量）。應(yīng)用：重載、高 速。 注：目前多采用一臺(tái)逆變器并聯(lián)24 臺(tái)電機(jī)（圖中是帶一臺(tái)）。 DDDD = 3 = 3 = 3 = 3 UC ZL . . . .

4、. . N T “交交-直直-交交”傳動(dòng)裝置示意圖傳動(dòng)裝置示意圖 2.1 概述概述 電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的分類： 3、 “交直交”傳動(dòng)裝置 2.1 概述概述 DDDD . . . . . . BP 3 3 3 3 T UC 電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的分類： 4、“交交”傳動(dòng)裝置 沒有中間直流環(huán)節(jié)的交流變頻傳動(dòng)。 5、“直交”傳動(dòng)裝置 直流供電，轉(zhuǎn)變成三相交流變頻傳動(dòng)。（目前，地鐵廣泛采用） UC = 3 = 3 DDDD . . N “交交- -交交”傳動(dòng)裝置示意圖傳動(dòng)裝置示意圖 “直直- -交交”傳動(dòng)裝置示意圖傳動(dòng)裝置示意圖 2.1 概述概述 直流電機(jī)的工作原理 直流電機(jī)模型直流電機(jī)模型 直流電機(jī)的工作

5、原理 磁場方向規(guī)定磁場方向規(guī)定 N S 從電樞進(jìn)入磁極的磁通方向?yàn)檎较驈碾姌羞M(jìn)入磁極的磁通方向?yàn)檎较?N極下的磁通方向?yàn)樨?fù)極下的磁通方向?yàn)樨?fù) S極下的磁通方向?yàn)檎龢O下的磁通方向?yàn)檎?+ 直流電機(jī)的工作原理 磁場分布磁場分布 N S O S N B 直流電機(jī)的工作原理 Ab E ab E發(fā)電機(jī)原理發(fā)電機(jī)原理 lvBe t O A b 23 O t AB E 直流電機(jī)的工作原理 發(fā)電機(jī)運(yùn)行的機(jī)電總結(jié)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的機(jī)電總結(jié) 電樞繞組內(nèi)部電動(dòng)勢和電流是交流電電樞繞組內(nèi)部電動(dòng)勢和電流是交流電 電刷間的電動(dòng)勢和電流是直流電電刷間的電動(dòng)勢和電流是直流電 電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電樞轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電

6、樞轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反， 是制動(dòng)性質(zhì)是制動(dòng)性質(zhì) 直流電機(jī)的工作原理 電動(dòng)機(jī)工作原理：電動(dòng)機(jī)工作原理：在直流電動(dòng)機(jī)中，外加電壓并 非直接加于線圈，而是通過電刷和換向器再加到線 圈上的。所以，導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性 的改變而同時(shí)改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向 始終保持不變。 liBF 電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速方向電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速方向 相同，是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的相同，是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的 直流電機(jī)的工作原理 發(fā)電機(jī)慣例和電動(dòng)機(jī)慣例發(fā)電機(jī)慣例和電動(dòng)機(jī)慣例 直流電機(jī)的主要部件 直流電機(jī)直流電機(jī) 定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 機(jī)座機(jī)座 換向極換向極 主磁極主磁極 電刷裝置電刷裝置 電樞鐵心電樞鐵心 軸承軸承換向器換向器風(fēng)扇風(fēng)扇 轉(zhuǎn)

7、軸轉(zhuǎn)軸 電樞繞組電樞繞組 主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成 直流電機(jī)的主要部件 直流電機(jī)的主要部件 1. 主磁極與換向極主磁極與換向極 直流電機(jī)的主要部件 2. 機(jī)座機(jī)座 直流電機(jī)的主要部件 3. 電樞鐵心電樞鐵心 直流電機(jī)的主要部件 4. 電樞繞組電樞繞組 直流電機(jī)的主要部件 5. 換向器換向器 直流電機(jī)的主要部件 6.直流電機(jī)電樞直流電機(jī)電樞 直流電機(jī)的主要部件 7.電刷裝置電刷裝置 直流電機(jī)的額定值 電機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)而確定的正常運(yùn)行電機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)而確定的正常運(yùn)行 狀況稱為額定運(yùn)行工況狀況稱為額定運(yùn)行工況. 表征額定運(yùn)行工況的物理量稱為電機(jī)的額定值

8、表征額定運(yùn)行工況的物理量稱為電機(jī)的額定值 額定功率：額定功率：PN 額定電壓：額定電壓：UN 額定電流：額定電流：IN 額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速：nN 額定效率：額定效率：N 額定轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)矩：TN 直流電機(jī)的額定值 電機(jī)的額定功率定義為電機(jī)的額定輸出功率電機(jī)的額定功率定義為電機(jī)的額定輸出功率 1.對于發(fā)電機(jī)來說是其電端口輸出的電功率對于發(fā)電機(jī)來說是其電端口輸出的電功率. NNN IUp 2.對于電動(dòng)機(jī)來說是其轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率對于電動(dòng)機(jī)來說是其轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率. NNNN IUp 直流電機(jī)的額定值 額定值是客觀評價(jià)和選擇電機(jī)的基本依據(jù)，額定值是客觀評價(jià)和選擇電機(jī)的基本依據(jù)， 一般來說都應(yīng)該

9、讓電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài)一般來說都應(yīng)該讓電機(jī)運(yùn)行于額定狀態(tài) 過載運(yùn)行導(dǎo)致電機(jī)過熱，加速絕緣老化，過載運(yùn)行導(dǎo)致電機(jī)過熱，加速絕緣老化， 降低使用壽命甚至燒毀電機(jī)降低使用壽命甚至燒毀電機(jī) 輕載運(yùn)行電機(jī)效率降低，浪費(fèi)電機(jī)容量輕載運(yùn)行電機(jī)效率降低，浪費(fèi)電機(jī)容量 總之，額定運(yùn)行是電機(jī)最經(jīng)濟(jì)、安全以及總體最佳總之，額定運(yùn)行是電機(jī)最經(jīng)濟(jì)、安全以及總體最佳 的運(yùn)行狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài) 直流電機(jī)的額定值 例例2.1 2.1 已知一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)已知一臺(tái)直流發(fā)電機(jī):P:PN N=180kW,U=180kW,UN N=230V,=230V,N N=89.5%,=89.5%, 求輸入額定功率和額定電流。求輸入額定功率和額定電流。

10、 例例2.2 2.2 已知一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)已知一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī):P:PN N=100kW,U=100kW,UN N=220V,=220V,N N=89%,=89%, 求輸入額定功率和額定電流。求輸入額定功率和額定電流。 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 1.電樞繞組的基本特點(diǎn)電樞繞組的基本特點(diǎn) （1 1）產(chǎn)生盡可能大的電動(dòng)勢，并有良好的波形）產(chǎn)生盡可能大的電動(dòng)勢，并有良好的波形 （2 2）能通過足夠大的電流，以產(chǎn)生并承受所需的）能通過足夠大的電流，以產(chǎn)生并承受所需的 電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩 （3 3）結(jié)構(gòu)簡單，連接可靠）結(jié)構(gòu)簡單，連接可靠 （4 4）便于維護(hù)和檢修）便于維護(hù)和檢修 （5 5）對

11、直流電機(jī)來說，應(yīng)保證換向良好）對直流電機(jī)來說，應(yīng)保證換向良好 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 2.電樞繞組的分類電樞繞組的分類 電樞繞組電樞繞組 疊繞組疊繞組 波繞組波繞組 蛙繞組蛙繞組 單疊繞組單疊繞組 復(fù)疊繞組復(fù)疊繞組 單波繞組單波繞組 復(fù)波繞組復(fù)波繞組 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 2.電樞繞組的分類電樞繞組的分類 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 3.電樞繞組的幾個(gè)基本概念電樞繞組的幾個(gè)基本概念 （1 1）繞組元件（線圈）繞組元件（線圈） 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 （2 2）元件邊）元件邊 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 （3 3）端接）端接 利用漸開線的每一點(diǎn)的空間坐標(biāo)準(zhǔn) 確描述端部。 漸開線的每

12、點(diǎn)切線與線棒間的電動(dòng) 力垂直，其機(jī)械性能好，同時(shí)漸開 線端部組成的籃式線圈軸向長度短 、抗短路力矩和沖擊力強(qiáng)。 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 （3 3）端接）端接 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 （4 4）虛槽）虛槽 在槽數(shù)一定的情況下，為了增加元件數(shù)，通常每個(gè)槽的上在槽數(shù)一定的情況下，為了增加元件數(shù)，通常每個(gè)槽的上 下層放多個(gè)元件邊。從而引進(jìn)了虛槽的概念。下層放多個(gè)元件邊。從而引進(jìn)了虛槽的概念。 uZZi 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 （5 5）虛槽數(shù)、換向片數(shù)以及元件數(shù)的數(shù)量關(guān)系）虛槽數(shù)、換向片數(shù)以及元件數(shù)的數(shù)量關(guān)系 i ZKS 每個(gè)元件有兩個(gè)元件邊，每個(gè)換向片與兩個(gè)元件邊相連，每個(gè)元件有兩個(gè)元件

13、邊，每個(gè)換向片與兩個(gè)元件邊相連， 每個(gè)虛槽有上、下兩層放置元件邊。每個(gè)虛槽有上、下兩層放置元件邊。 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 （6 6）幾種節(jié)距）幾種節(jié)距 第一節(jié)距第一節(jié)距 1 y 每個(gè)元件的兩個(gè)元件邊在每個(gè)元件的兩個(gè)元件邊在 電樞表面的跨距，以虛槽電樞表面的跨距，以虛槽 數(shù)來表示。為了使元件中數(shù)來表示。為了使元件中 感應(yīng)的電動(dòng)勢最大，感應(yīng)的電動(dòng)勢最大，y1應(yīng)應(yīng) 接近一個(gè)接近一個(gè)極距極距。 415y1 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 極距是指每個(gè)主磁極在電樞表面所占據(jù)的距離或者相鄰主極間極距是指每個(gè)主磁極在電樞表面所占據(jù)的距離或者相鄰主極間 的距離，一般用所跨弧長或該弧長對應(yīng)的槽數(shù)來表示。的距離

14、，一般用所跨弧長或該弧長對應(yīng)的槽數(shù)來表示。 2pZ2pD ia /或 整數(shù)2p2pZ Zy y i i1 1 / 當(dāng)當(dāng)y1=y1=時(shí)，稱為整距元件時(shí)，稱為整距元件 ；當(dāng)；當(dāng)y1y1y1時(shí)時(shí), ,稱為長距元件稱為長距元件 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 第二節(jié)距第二節(jié)距 2 2 y y 同一片換向片相連的兩同一片換向片相連的兩 個(gè)元件中的第一個(gè)元件個(gè)元件中的第一個(gè)元件 的下元件邊到第二個(gè)元的下元件邊到第二個(gè)元 件的上元件邊在電樞表件的上元件邊在電樞表 面的跨距，用虛槽數(shù)來面的跨距，用虛槽數(shù)來 表示表示 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 合成節(jié)距合成節(jié)距 y y 相串聯(lián)的兩個(gè)元件對應(yīng)邊 在電樞表面的跨距 換

15、向器節(jié)距換向器節(jié)距 k k y y 與每個(gè)元件相聯(lián)的兩個(gè)換向 片表面的跨距，用換向片數(shù) 表示 k k y yy y 2 21 1 y yy yy y 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 4.單疊繞組單疊繞組 疊：疊：兩個(gè)相鄰聯(lián)接的元兩個(gè)相鄰聯(lián)接的元 件，件， 后一元件的端部緊后一元件的端部緊 迭在前一元件的端部。迭在前一元件的端部。 單：單：首末端相聯(lián)的兩換首末端相聯(lián)的兩換 向片相隔一個(gè)換向片的向片相隔一個(gè)換向片的 寬度。寬度。 y=yy=yk k=1=1 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 實(shí)例：實(shí)例： 2p4， Zi=ZSK16 要求繞制右行單疊繞組要求繞制右行單疊繞組 單疊右行：單疊右行： 整距：整距：

16、 4 4 4 4 1616 2p2p Z Z y y i i 1 1 第二節(jié)距：第二節(jié)距：- -3 3y yy yy y 1 12 2 1 1y yy y k k 計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)y和和y1 畫繞組連接表畫繞組連接表 畫繞組展開圖畫繞組展開圖 放置磁極電刷放置磁極電刷 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 編號及連線規(guī)則編號及連線規(guī)則 1.1.元件編號與槽編號相同，上元件邊直接用槽號表示，元件編號與槽編號相同，上元件邊直接用槽號表示， 下元件邊用所在槽號加撇號表示。下元件邊用所在槽號加撇號表示。 2. 2. 上元件邊與下元件邊之間用實(shí)線連接，兩元件同上元件邊與下元件邊之間用實(shí)線連接，兩元件同 過換向器串

17、聯(lián)用虛線表示。過換向器串聯(lián)用虛線表示。 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 繞組連接表繞組連接表 152637 1 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 繞組展開圖繞組展開圖 1 12345678910111213141615 234567891011121314 1615 槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷 NSNS + + 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 1 12345678910111213141615 234567891011121314 1615 NSNS + + 一個(gè)換向片連接一個(gè)元件的上邊和另一個(gè)元件的下邊，一個(gè)換向片連接一個(gè)元件的上邊和另一個(gè)元件的下邊， 其編號和上邊所在的元件

18、號相同其編號和上邊所在的元件號相同 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 繞組電路圖繞組電路圖 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 電刷的放置電刷的放置 電刷放置的原則：電刷放置的原則：電刷短路的電刷短路的 元件的感應(yīng)電動(dòng)勢應(yīng)該為零。元件的感應(yīng)電動(dòng)勢應(yīng)該為零。 電刷放置的位置：電刷放置的位置：換向器上的換向器上的 幾何中心線（主極軸線）。幾何中心線（主極軸線）。 電刷的個(gè)數(shù)：電刷的個(gè)數(shù)：2p。 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 電刷的放置電刷的放置 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 繞組的并聯(lián)支路繞組的并聯(lián)支路 2p2p2a2a 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 單疊繞組的特點(diǎn)單疊繞組的特點(diǎn) v 元件的兩個(gè)出線端連接于相鄰兩個(gè)換

19、向片上 v 并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)， 2a=2p v 整個(gè)電樞繞組的閉合回路中， 感應(yīng)電動(dòng)勢的總和為零， 繞組內(nèi)部無環(huán)流 v 每條支路由不相同的電刷引出， 電刷不能少， 電刷數(shù)等 于磁極數(shù) v 正負(fù)電刷引出的電動(dòng)勢即為每一支路的電動(dòng)勢， 電樞電壓 等于支路電壓 v 由正負(fù)電刷引出的電樞電流Ia為各支路電流之和。 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 5.單波繞組單波繞組 單疊繞組將每一個(gè)主極下的元件串成單疊繞組將每一個(gè)主極下的元件串成 一條支路；單波繞組則是將所有相同一條支路；單波繞組則是將所有相同 極性下的元件串成一條支路。極性下的元件串成一條支路。 相鄰兩串聯(lián)的元件間的距離約為兩個(gè)極距，從而形成如圖的

20、波相鄰兩串聯(lián)的元件間的距離約為兩個(gè)極距，從而形成如圖的波 浪形構(gòu)型，稱為波繞組，若將所有相同極下的元件串聯(lián)后，回浪形構(gòu)型，稱為波繞組，若將所有相同極下的元件串聯(lián)后，回 到原來的那個(gè)出發(fā)換向片相鄰的換向片上，則稱為單波繞組。到原來的那個(gè)出發(fā)換向片相鄰的換向片上，則稱為單波繞組。 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 1 1 y y2 22 2y y 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 1Kpyk 換向器節(jié)距與換向片的關(guān)系換向器節(jié)距與換向片的關(guān)系 整數(shù) 2 21 1 i i k k y yy y p p 1 1Z Z p p 1 1K K y yy y 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 實(shí)例：實(shí)例： 2p4， Zi=ZS

21、K15 要求繞制左行單波繞組要求繞制左行單波繞組 計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)y和和y1 畫繞組展開圖畫繞組展開圖 安放電刷和磁極安放電刷和磁極 3 4 3 4 15 2 1 p z y 7 2 1151 p K yy k 437 12 yyy 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 繞組連接表繞組連接表 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 3 345678911101213 141521 4567891011 1213 14 1512N SSN 槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷 繞組展開圖繞組展開圖 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 繞組電路圖繞組電路圖 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 單波繞組的特點(diǎn)單波繞組

22、的特點(diǎn) v同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路， 支路對數(shù)a1， 與磁極對數(shù)p無關(guān) v當(dāng)元件的幾何尺寸對稱時(shí)，電刷在換向器 表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，支路電 動(dòng)勢最大 v電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷） v電樞電流 Ia2ia 2.2 直流電機(jī)的電樞繞組 單疊繞組與單波繞組的比較單疊繞組與單波繞組的比較 單疊繞組單疊繞組單波繞組單波繞組 繞制原則繞制原則同一主極串聯(lián)同一主極串聯(lián)同一極性串聯(lián)同一極性串聯(lián) 并聯(lián)支路并聯(lián)支路2p2 支路電流支路電流 Ia/2pIa/2 第一節(jié)距第一節(jié)距y1短距短距短距短距 合成節(jié)距合成節(jié)距y1(k1)/p 2.3 直流電機(jī)的磁場 直流電機(jī)磁場的來源直流電機(jī)磁場的

23、來源 （1 1）永磁體磁場：永磁電機(jī)）永磁體磁場：永磁電機(jī)( (在微電機(jī)中在微電機(jī)中 使用使用) ) （2 2）電磁鐵磁場，由套在主極鐵心上的勵(lì)）電磁鐵磁場，由套在主極鐵心上的勵(lì) 磁繞組通入電流產(chǎn)生：電勵(lì)磁電機(jī)磁繞組通入電流產(chǎn)生：電勵(lì)磁電機(jī) 2.3 直流電機(jī)的磁場 1.直流電機(jī)按勵(lì)磁方式分類直流電機(jī)按勵(lì)磁方式分類 勵(lì)磁方式指勵(lì)磁繞組的供電方式勵(lì)磁方式指勵(lì)磁繞組的供電方式 2.3 直流電機(jī)的磁場 2.直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的空載磁場 空載：電樞電流為零時(shí)，即為空載，空載空載：電樞電流為零時(shí)，即為空載，空載 時(shí)，磁場僅由勵(lì)磁電流建立。時(shí)，磁場僅由勵(lì)磁電流建立。 2.3 直流電機(jī)的磁場 磁通與磁

24、動(dòng)勢磁通與磁動(dòng)勢 主磁通：經(jīng)過氣隙與主磁通：經(jīng)過氣隙與 電樞繞組交鏈的那部電樞繞組交鏈的那部 分磁通。分磁通。 漏磁通：不經(jīng)過氣隙漏磁通：不經(jīng)過氣隙 與電樞繞組交鏈的那與電樞繞組交鏈的那 部分磁通。部分磁通。 0 00 00 00 0m m k k1 1 )/( 2.3 直流電機(jī)的磁場 f ff f0 0 N N2 2I Id dl lH HF F 磁動(dòng)勢磁動(dòng)勢 2.3 直流電機(jī)的磁場 典型的磁路結(jié)構(gòu)典型的磁路結(jié)構(gòu) 典型磁路由典型磁路由兩段氣隙、兩個(gè)電樞齒、兩個(gè)主極、一兩段氣隙、兩個(gè)電樞齒、兩個(gè)主極、一 個(gè)定子軛、一個(gè)轉(zhuǎn)子軛個(gè)定子軛、一個(gè)轉(zhuǎn)子軛組成組成 2.3 直流電機(jī)的磁場 氣隙中主磁場的分

25、布?xì)庀吨兄鞔艌龅姆植?)(/)( x xF Fx xB B 0 00 0 氣隙磁密在一個(gè)主極下的分布不均勻，氣隙磁密在一個(gè)主極下的分布不均勻， 通常為一平頂波。通常為一平頂波。 2.3 直流電機(jī)的磁場 磁化曲線磁化曲線 直流電機(jī)的磁化曲線是指直流電機(jī)的磁化曲線是指 電機(jī)的主磁通與勵(lì)磁磁動(dòng)電機(jī)的主磁通與勵(lì)磁磁動(dòng) 勢的關(guān)系曲線。勢的關(guān)系曲線。 2.3 直流電機(jī)的磁場 磁化曲線磁化曲線 1）氣隙線）氣隙線 2）飽和系數(shù)）飽和系數(shù) / F FF F1 1F FF Fk k F Fe e 0 0 3 35 51 11 11 1k k. 2.3 直流電機(jī)的磁場 直流電機(jī)磁化曲線的幾種變形直流電機(jī)磁化曲線的

26、幾種變形 )( )( )( 0 0 f f0 0 f f F Ff fU U I If f I If fU U 2.3 直流電機(jī)的磁場 2.直流電機(jī)的電樞磁場直流電機(jī)的電樞磁場 當(dāng)電機(jī)有負(fù)載時(shí)，電樞繞組中有電流流過，當(dāng)電機(jī)有負(fù)載時(shí)，電樞繞組中有電流流過， 該電流也會(huì)產(chǎn)生磁場，稱為電樞磁場。該電流也會(huì)產(chǎn)生磁場，稱為電樞磁場。 可以分為電刷放在幾何中心線上和偏移幾何可以分為電刷放在幾何中心線上和偏移幾何 中心線兩種情況分析。中心線兩種情況分析。 2.3 直流電機(jī)的磁場 電刷放在幾何中心線上電刷放在幾何中心線上 2.3 直流電機(jī)的磁場 電樞磁動(dòng)勢在氣隙中的分布電樞磁動(dòng)勢在氣隙中的分布 )/()(極A

27、 AA Ax xx x D D i iN N D D i i2 2x xN N 2 2 1 1 x xF F a a a aa a a a a aa a a a a a a aa a D D i iN N A A 稱為電機(jī)的線負(fù)荷，指沿電樞表稱為電機(jī)的線負(fù)荷，指沿電樞表 面單位長度上的安培導(dǎo)體數(shù)面單位長度上的安培導(dǎo)體數(shù) 2 2A AF F a a / 2.3 直流電機(jī)的磁場 電樞磁動(dòng)勢的軸線方向電樞磁動(dòng)勢的軸線方向 當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí)，當(dāng)電刷放在幾何中性線上時(shí)， 電樞磁動(dòng)勢的軸線也位于幾電樞磁動(dòng)勢的軸線也位于幾 何中性線上，與主極的軸線何中性線上，與主極的軸線 正交，稱為正交，稱為交軸電

28、樞磁動(dòng)勢交軸電樞磁動(dòng)勢。 2 2A AF FF F a aa aq q / 2.3 直流電機(jī)的磁場 電樞磁密的分布電樞磁密的分布 )(/ )( )( )()(x xA Ax x x x x xF F x xH Hx xB B 0 0 a a 0 0a a0 0a a 2.3 直流電機(jī)的磁場 電刷不在幾何中心線上電刷不在幾何中心線上 2.3 直流電機(jī)的磁場 1 1）把電樞磁動(dòng)勢分為兩部分討論）把電樞磁動(dòng)勢分為兩部分討論 2 2） 部分內(nèi)的導(dǎo)體，電流產(chǎn)生與電刷在幾何中部分內(nèi)的導(dǎo)體，電流產(chǎn)生與電刷在幾何中 性線上時(shí)相同性質(zhì)的磁動(dòng)勢，是交軸性質(zhì)的，其大小性線上時(shí)相同性質(zhì)的磁動(dòng)勢，是交軸性質(zhì)的，其大小

29、為為 3 3） 范圍內(nèi)的導(dǎo)體，電流產(chǎn)生與電刷在幾何中性范圍內(nèi)的導(dǎo)體，電流產(chǎn)生與電刷在幾何中性 線上時(shí)相同性質(zhì)的磁動(dòng)勢，是交軸性質(zhì)的，其大小為線上時(shí)相同性質(zhì)的磁動(dòng)勢，是交軸性質(zhì)的，其大小為 )( b b 2 2 A AF F a aq q AbAbF F aqaq 2b2b- - 2b2b 2.3 直流電機(jī)的磁場 電樞磁動(dòng)勢波形電樞磁動(dòng)勢波形 2.3 直流電機(jī)的磁場 3.電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) 1）當(dāng)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞磁場對空載磁場（勵(lì)）當(dāng)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞磁場對空載磁場（勵(lì) 磁磁場）的作用叫做電樞反應(yīng)磁磁場）的作用叫做電樞反應(yīng) 2）根據(jù)電樞磁場性質(zhì)的不同，電樞反應(yīng)可以分為）根據(jù)電樞磁場性質(zhì)的不同

30、，電樞反應(yīng)可以分為 交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng) 3）負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁場是由空載磁場和電樞磁場共）負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁場是由空載磁場和電樞磁場共 同建立的同建立的 2.3 直流電機(jī)的磁場 交軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng) 2.3 直流電機(jī)的磁場 交軸電樞反應(yīng)對氣隙磁場的影響交軸電樞反應(yīng)對氣隙磁場的影響 1 1）物理中性線偏移幾何中性線，對發(fā)電機(jī)來說，順電樞旋）物理中性線偏移幾何中性線，對發(fā)電機(jī)來說，順電樞旋 轉(zhuǎn)的方向，電動(dòng)機(jī)則逆電樞旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)的方向，電動(dòng)機(jī)則逆電樞旋轉(zhuǎn)的方向 2 2）不計(jì)飽和時(shí)，每個(gè)主極下的磁場，一半被消弱，一半被）不計(jì)飽和時(shí)，每個(gè)主極下的磁場，一半被消弱，一半被 加

31、強(qiáng)，總的磁通不變加強(qiáng)，總的磁通不變 3 3）考慮飽和時(shí)，加強(qiáng)的那部分磁通比消弱的少，因此總磁）考慮飽和時(shí)，加強(qiáng)的那部分磁通比消弱的少，因此總磁 通減少通減少 4 4）交軸電樞反應(yīng)不僅使氣隙磁場畸變，而且還有去磁作用）交軸電樞反應(yīng)不僅使氣隙磁場畸變，而且還有去磁作用 2.3 直流電機(jī)的磁場 直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng) 1 1）直軸電樞磁動(dòng)勢的軸線與主極軸線重合，因此直）直軸電樞磁動(dòng)勢的軸線與主極軸線重合，因此直 軸電樞反應(yīng)只影響每極磁通的大小。軸電樞反應(yīng)只影響每極磁通的大小。 2 2）以發(fā)電機(jī)為例，當(dāng)電刷順電樞旋轉(zhuǎn)的方向偏移時(shí)，）以發(fā)電機(jī)為例，當(dāng)電刷順電樞旋轉(zhuǎn)的方向偏移時(shí)， 電樞磁場與勵(lì)磁磁場方向

32、相反，起去磁作用電樞磁場與勵(lì)磁磁場方向相反，起去磁作用 3 3）當(dāng)電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)的方向偏移時(shí)，電樞磁場與勵(lì)）當(dāng)電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)的方向偏移時(shí)，電樞磁場與勵(lì) 磁磁場方向相同，起助磁作用磁磁場方向相同，起助磁作用 4 4）電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，情況與發(fā)電機(jī)相反）電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，情況與發(fā)電機(jī)相反 2.3 直流電機(jī)的磁場 4.感應(yīng)電動(dòng)勢與電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)電動(dòng)勢與電磁轉(zhuǎn)矩 假設(shè)繞組為整距，電刷在幾何中性線上，假設(shè)繞組為整距，電刷在幾何中性線上，NaNa為為 電樞導(dǎo)體總數(shù)，則每條支路串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為電樞導(dǎo)體總數(shù)，則每條支路串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為Na/2aNa/2a。 那么第那么第k k根串聯(lián)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢為根串聯(lián)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢為 lvlvx xB Be ek k)( 2.3 直流電機(jī)的磁場 支路感應(yīng)電動(dòng)勢支路感應(yīng)電動(dòng)勢 2 2a aN N 1 1k k 2 2a aN N 1 1k k k k a aa a x xB Bl lv ve eE E / )( 2a2a N N B Bx xB B a a avav 2a2aN N 1 1k k a a / )( l