關(guān)于電機(jī)拖動(dòng)1

1、電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)教學(xué)課件1.4 直流電機(jī)的磁場(chǎng)1.4.1 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)1.4.2 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)1.4.3 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式1.5 直流電機(jī)的換向1.5.1 直流電機(jī)的換向問題和換向極繞組1.5.2直流電機(jī)的補(bǔ)償繞組小 結(jié) 思考題習(xí) 題參考文獻(xiàn)第1章 直流電機(jī)原理摘要：本章分析直流電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路及換向等問題，為電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)提供元件的基本知識(shí)。1.4 直流電機(jī)的磁場(chǎng)（返回頂部） 直流電機(jī)中除主極磁場(chǎng)外，當(dāng)電樞繞組中有電流流過時(shí)，還將會(huì)產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)。電樞磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)的合成形成了電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)，它是直接影響電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩大小的。要了解氣隙磁場(chǎng)的

2、情況，就要先分析清楚主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)的特性。 1.4.1 直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)（返回頂部）直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者很小，且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)無(wú)負(fù)載，即無(wú)功率輸出。所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)可以看作就是主磁場(chǎng)，即由勵(lì)磁磁通勢(shì)單獨(dú)建立的磁場(chǎng)。當(dāng)勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為極和極，由于電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，不論極數(shù)多少，每對(duì)極的磁路是相同的，因此只要分析一對(duì)極的磁路情況就可以了。圖1.16是一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布示意圖（一對(duì)極的情形）。從圖中看出，由極出來(lái)的磁通，大部分經(jīng)過氣隙進(jìn)入電樞齒部，再經(jīng)過電樞磁軛到另一部分的電樞齒，又通過氣隙進(jìn)入極，再經(jīng)

3、過定子磁軛回到原來(lái)出發(fā)的極，成為閉合回路。這部分磁通同時(shí)匝鏈著勵(lì)磁繞組和電樞繞組，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或者產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，把這部分磁通稱為主磁通，用0表示。此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過相鄰的磁極或者定子磁軛形成閉合回路，這部分磁通僅與勵(lì)磁繞組相匝鏈，稱為漏磁通，用表示。由于主磁通磁路的氣隙較小，磁導(dǎo)較大，漏磁通磁路的氣隙較大，磁導(dǎo)較小，而作用在這兩條磁路的磁通勢(shì)是相同的，所以漏磁通在數(shù)量上比主磁通要小得多，大約是主磁通的20%左右。圖1.16 直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布示意圖1 極靴；2極身；3元子磁軛；4勵(lì)磁繞組；5氣隙；6電樞齒；7電樞磁軛由于主磁極極靴寬度總是比

4、一個(gè)極距要小，在極靴下的氣隙又往往是不均勻的，所以主磁通的每條磁力線所通過的磁回路不盡相同，在磁極軸線附近的磁回路中氣隙較??；接近極尖處的磁回路中氣隙較大。如果不計(jì)鐵磁材料中的磁壓降，則在氣隙中各處所消耗的磁通勢(shì)均為勵(lì)磁磁通勢(shì)。因此，在極靴下，氣隙小，氣隙中沿電樞表面上各點(diǎn)磁密較大；在極靴范圍外，氣隙增加很多，磁密顯著減小，至兩極間的幾何中性線處磁密為零。不考慮齒槽影響時(shí)，直流電機(jī)空載磁場(chǎng)的磁密分布如圖1.17所示。圖1.17 直流電機(jī)空載磁場(chǎng)的磁密分布在直流電機(jī)中，為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，氣隙里要有一定數(shù)量的主磁通0，也就是需要有一定的勵(lì)磁磁通勢(shì)，或者當(dāng)勵(lì)磁繞組匝數(shù)一定時(shí)，需要有一定的

5、勵(lì)磁電流。把空載時(shí)主磁通0與空載勵(lì)磁磁通勢(shì)或空載勵(lì)磁電流的關(guān)系，即0= 或0= ，稱為直流電機(jī)的磁化曲線，它表明了電機(jī)磁路的特性。電機(jī)的磁化曲線可通過電機(jī)磁路計(jì)算來(lái)得到。直流電機(jī)磁路計(jì)算內(nèi)容是：已知?dú)庀睹繕O磁通為0，求出直流電機(jī)主磁路各段中的磁壓降，各段磁壓降的總和便是勵(lì)磁磁通勢(shì)。對(duì)于給定的不同大小的0用同一方法計(jì)算，得到與0相應(yīng)的不同，經(jīng)多次計(jì)算，便得到了空載磁化曲線0。直流電機(jī)主磁通的磁回路從圖1.16中可看出主要包括這樣幾段：兩段主磁極、兩段氣隙、兩段電樞齒部、電樞磁軛、定子磁軛。對(duì)于每一段磁路，都是根據(jù)已知的0，算出磁密B，再找出相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，分別乘以各段磁路長(zhǎng)度后便得到磁壓降。氣

6、隙部分的磁導(dǎo)率是常數(shù)，不隨0而變，或者說氣隙磁壓降與0成正比。但其它各段磁路，都是鐵磁材料構(gòu)成，它們的B與H之間是非線性關(guān)系，具有磁飽和的特點(diǎn)，也就是說它們的磁壓降與0不成正比，也具有飽和現(xiàn)象，當(dāng)0大到一定程度后，出現(xiàn)飽和，0再增大，H或磁壓降就急劇增大。因此，造成了直流電機(jī)0大到一定程度后，磁路總磁壓降即勵(lì)磁磁通勢(shì)急劇增大，電機(jī)的磁化曲線具有飽和現(xiàn)象，如圖2.18所示。圖1.18 電機(jī)的磁化曲線考慮到電機(jī)的運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)性，直流電機(jī)額定運(yùn)行的磁通額定值的大小取在磁化曲線開始彎曲的地方（稱為膝部），如圖1.18中的a點(diǎn)（稱為膝點(diǎn)），對(duì)應(yīng)的N系指在空載額定電壓時(shí)的每極磁通，對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁磁通勢(shì)為Ff

7、N。1.4.2 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)（返回頂部）當(dāng)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中就有電流流過，在電機(jī)磁路中，又形成一個(gè)磁通勢(shì)，這個(gè)磁通勢(shì)稱為電樞磁通勢(shì)。因此，負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)將由勵(lì)磁磁通勢(shì)和電樞磁通勢(shì)共同作用所建立。電樞磁通勢(shì)的出現(xiàn)，必然會(huì)影響空載時(shí)只有勵(lì)磁磁通勢(shì)單獨(dú)建立的磁場(chǎng)，有可能改變氣隙磁密分布及每極磁通量的大小。通常把負(fù)載時(shí)電樞磁通勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的這種影響稱為電樞反應(yīng)，電樞反應(yīng)對(duì)直流電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。電樞磁通勢(shì)如何影響電機(jī)中的主磁場(chǎng)呢？下面先分析清楚電樞磁通勢(shì)和電樞磁場(chǎng)的特性，然后把兩種磁場(chǎng)合成起來(lái)，再考慮到飽和問題，就可以看清楚電樞磁通勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響了。 1電樞磁通勢(shì)和電樞

8、磁場(chǎng)電樞磁通勢(shì)是由電樞電流所產(chǎn)生的，從對(duì)電樞繞組的分析可知，不論什么型式的繞組，其各支路中的電流是通過電刷引入或引出的。在一個(gè)極下元件邊中電流方向是相同的，相鄰的不同極性的磁極下元件邊中電流方向總是相反的。因此，電刷是電樞表面電流分布的分界線。在電樞磁通勢(shì)的作用下，電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞磁場(chǎng)分布如圖1.19所示。圖1.19 電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞磁場(chǎng)分布由于電刷和換向器的作用，盡管電樞是旋轉(zhuǎn)的，但是每極下元件邊中的電流方向是不變的，因此電樞磁通勢(shì)以及由它建立的電樞磁場(chǎng)是不動(dòng)的。電樞磁場(chǎng)的軸線總是與電刷軸線重合，并與勵(lì)磁磁通勢(shì)產(chǎn)生的主磁場(chǎng)軸線相互垂直?，F(xiàn)在研究電樞磁通勢(shì)的大小和電樞磁場(chǎng)的

9、磁密沿電樞表面分布的情況。首先討論一個(gè)元件所產(chǎn)生的電樞磁通勢(shì)。設(shè)電樞槽內(nèi)僅嵌放一個(gè)元件，該元件軸線（即元件的中心線）與磁極軸線垂直，即元件邊位于磁極軸線上，如圖1.20（a）所示。元件有匝，元件中的電流為，則元件邊所產(chǎn)生的磁通勢(shì)為安培導(dǎo)線數(shù)。由該元件所建立的磁場(chǎng)的磁力線的路徑如圖1.20（a）所示。設(shè)想將電機(jī)從處切開，展平如圖1.20（b）所示。根據(jù)全電流定律可知，每個(gè)磁回路的磁通勢(shì)均為。每根磁力線通過兩次氣隙，若不計(jì)鐵磁材料中的磁壓降，則磁通勢(shì)全部消耗在氣隙中。在直流電機(jī)中，與磁極軸線等距離處的氣隙大小相等，所以磁力線通過一次氣隙所消耗的磁通勢(shì)則為磁力線所包圍的全電流的一半，即1/2 。若以

10、幾何中性線為縱軸，電樞周長(zhǎng)為橫軸，但規(guī)定磁通勢(shì)方向與磁力線方向一致，即正磁通勢(shì)表示由它產(chǎn)生的磁通方向從電樞到主磁極，負(fù)磁通勢(shì)則為從主磁極到電樞。作這些規(guī)定后，一個(gè)元件所消耗于氣隙的磁通勢(shì)的空間分布為 （1.15）將式（1.15）用曲線形式表示，如圖1.20（b）中所示。從圖中看出，一個(gè)寬度為一個(gè)極距的元件所產(chǎn)生的電樞磁通勢(shì)在空間的分布為一個(gè)以2 為周期，幅值為1/2 的矩形波。圖1.20 一個(gè)元件所產(chǎn)生的電樞磁通勢(shì)a)磁力線分布 b）磁通勢(shì)分布若電樞表面均勻分布四個(gè)元件，如圖1.21所示。根據(jù)上面分析，每個(gè)元件的磁通勢(shì)空間分布均為一個(gè)高為1/2 、寬度為的矩形波。把這樣的四個(gè)矩形波疊加起來(lái)，可

11、得一個(gè)每級(jí)高度為、階梯級(jí)數(shù)為2的階梯形波。圖1.21 四個(gè)元件所產(chǎn)生的電樞磁通勢(shì)如果電樞表面均勻分布的元件數(shù)目較多，那么總的電樞磁通勢(shì)波形會(huì)接近圖1.21中所表示的三角形波。由于實(shí)際電機(jī)中，電樞上元件很多，可近似地認(rèn)為電樞磁通勢(shì)分布波形為一三角形波，其軸線即位于三角形的頂點(diǎn)上。設(shè)為電樞繞組的總導(dǎo)線數(shù)，為元件數(shù)，為極對(duì)數(shù)，為極距，為電樞直徑，則階梯級(jí)數(shù)為，且階梯形波或三角形波的幅值為 （1.16）把和代入式（2.16）得 （1.17）式中 電樞表面單位長(zhǎng)度上的安培導(dǎo)體數(shù)，稱為線負(fù)荷（A/m）。知道了電樞磁通勢(shì)分布曲線，在忽略鐵心中磁阻的情況下，即可求出電樞磁場(chǎng)的磁密沿電樞表面的分布曲線。這條曲線

12、表示為 （1.18）式中 氣隙長(zhǎng)度（m）； 真空中的磁導(dǎo)率，。如果氣隙是均勻的，即為常數(shù)，則在極靴范圍內(nèi)，磁密分布也是一條直線。但在兩極極靴之間的空間內(nèi)，因氣隙長(zhǎng)度大為增加，磁阻急劇增加，雖然此處磁通勢(shì)較大，磁密卻反而減小，因此磁密分布曲線是馬鞍形，如圖1.22中所示。圖1.22 磁場(chǎng)分布和電樞反應(yīng)2負(fù)載時(shí)的合成磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)以直流電動(dòng)機(jī)為例，把主磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)合成，將合成磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)比較，便可看出電樞反應(yīng)的作用。在圖2.22中，表明了磁極極性和極下元件邊中的電流方向。根據(jù)左手定則，決定轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橛捎蚁蜃?。再按磁力線方向與磁通勢(shì)方向一致的原則，分別畫出主磁場(chǎng)分布曲線及電樞磁場(chǎng)分布曲線。若磁路不

13、飽和，可用迭加原理，將沿電樞表面逐點(diǎn)相加，便得到負(fù)載時(shí)氣隙內(nèi)合成磁場(chǎng)分布曲線（如圖2.22中實(shí)線所表示）。將和比較，得出： （1）使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變。每一磁極下，因?yàn)殡姌写艌?chǎng)使主磁場(chǎng)一半被削弱，另一半被加強(qiáng)，并使電樞表面磁密為零的位置由空載時(shí)在幾何中性線逆轉(zhuǎn)向移動(dòng)了一個(gè)角度。稱通過電樞表面磁密為零的這條直線為物理中性線。故在空載時(shí)，物理中性線與幾何中性線重合；負(fù)載時(shí)，由于電樞反應(yīng)的影響，氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，物理中性線與幾何中性線不再重合，而且磁場(chǎng)的分布曲線也與空載時(shí)不同。（2）對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用。在磁路不飽和時(shí)，主磁場(chǎng)被削弱的數(shù)量恰好等于被加強(qiáng)的數(shù)量（圖2.22中表示出面積），因此負(fù)載時(shí)每極下的

14、合成磁通量與空載時(shí)相同。但在實(shí)際電機(jī)中，磁路總是飽和的。因?yàn)樵谥鞔艠O兩邊磁場(chǎng)變化情況不同，一邊是增磁的，另一邊是去磁的。主極的增磁作用會(huì)使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，從而使實(shí)際的合成磁場(chǎng)曲線（圖中用虛線表示）比不計(jì)飽和時(shí)要低些，與不飽和時(shí)相比，增加的磁通要少些；主極的去磁作用可使飽和程度降低，鐵心磁阻減小，結(jié)果使實(shí)際的合成磁場(chǎng)曲線（圖中用虛線表示）比不計(jì)飽和時(shí)略高些，與不飽和時(shí)相比，減少的磁通要少些。由于磁阻變化的非線性，磁阻的增大比磁阻的減小要大些，增加的磁通就會(huì)小于減少的磁通（圖2.22中表示出面積)，因此負(fù)載時(shí)合成磁場(chǎng)每極磁通比空載時(shí)每極磁通略有減少，這就是電樞反應(yīng)的去磁作用。總的來(lái)說，

15、電樞反應(yīng)的作用不僅使電機(jī)內(nèi)氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，而且還會(huì)呈去磁作用。1.4.3 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式（返回頂部） 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。1他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，接線如圖1.23（a）所示。圖中M表示電動(dòng)機(jī)，若為發(fā)電機(jī)，則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。2并勵(lì)直流電機(jī)并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖1.23（b）所示。作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來(lái)說，是電機(jī)本身發(fā)出來(lái)的端電壓為勵(lì)磁繞組供電；作為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說，

16、勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。3串勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，接線如圖1.23（c）所示。這種直流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。4復(fù)勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，接線如圖1.23（d）所示。若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動(dòng)機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式，直流發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和和復(fù)勵(lì)式。圖1.23 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式a)他勵(lì)； b)并勵(lì)； c)串勵(lì)； d）復(fù)勵(lì)第1

17、章 直流電機(jī)原理摘要：本章分析直流電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、電路、磁路及換向等問題，為電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)提供元件的基本知識(shí)。1.5 直流電機(jī)的換向（返回頂部）1.5.1 直流電機(jī)的換向問題和換向極繞組（返回頂部）通過對(duì)直流電機(jī)電樞繞組的分析知道，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，組成電樞繞組的每條支路里所含元件數(shù)目是不變的，但組成每條支路的元件都在依次循環(huán)地更換。一條支路中的某個(gè)元件在經(jīng)過電刷后就成為另一條支路的元件，并且在電刷的兩側(cè)，元件中的電流方向是相反的，因此直流電機(jī)在工作時(shí)，繞組元件連續(xù)不斷地從一條支路退出而進(jìn)入相鄰的支路。在元件從一條支路轉(zhuǎn)入另一條支路這個(gè)過程中，元件中的電流就要改變方向，這就是所謂直流電

18、機(jī)的換向問題。換向問題是換向器電機(jī)的一個(gè)專門問題，如果換向不良，將會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生有害的火花。當(dāng)火花超過一定程度，就會(huì)燒壞電刷和換向器表面，使電機(jī)不能正常工作。此外，電刷下的火花也是一個(gè)電磁波的來(lái)源，對(duì)附近無(wú)線電通訊有干擾。國(guó)家對(duì)電機(jī)換向時(shí)產(chǎn)生的火花等級(jí)及相應(yīng)的允許運(yùn)行狀態(tài)有一定的規(guī)定。讀者可參閱我國(guó)有關(guān)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)生火花的原因是多方面的，除電磁原因外，還有機(jī)械的原因，換向過程中還伴隨有電化學(xué)、電熱等因素，它們互相交織在一起，所以相當(dāng)復(fù)雜，至今還沒有完全掌握其各種現(xiàn)象的物理實(shí)質(zhì)，尚無(wú)完整的理論分析。就電磁理論方面看，換向元件在換向過程中，電流的變化必然會(huì)在換向元件中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)。

19、此外，因電刷寬度通常為23片換向片寬，同時(shí)換向的元件就不止一個(gè)，換向元件與換向元件之間會(huì)有互感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。自感電動(dòng)勢(shì)和互感電動(dòng)勢(shì)的合成稱為電抗電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)楞次定律，電抗電動(dòng)勢(shì)的作用是阻止電流變化的，即阻礙換向的進(jìn)行。另外電樞磁場(chǎng)的存在，使得處在幾何中性線上的換向元件中產(chǎn)生一種切割電動(dòng)勢(shì)，稱為電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)右手定則，電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也起著阻礙換向的作用。因此，換向元件中出現(xiàn)延遲換向的現(xiàn)象，造成換向元件離開一個(gè)支路最后瞬間尚有較大的電磁能量，這部分能量以弧光放電的方式轉(zhuǎn)化為熱能，散失在空氣中，因而在電刷與換向片之間出現(xiàn)火花。從產(chǎn)生火花的電磁原因出發(fā)，要有效地改善換向，就必須減小、甚至抵削換向元

20、件中的電抗電動(dòng)勢(shì)和電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。目前最主要的方法是在主磁極之間裝設(shè)換向極。由于換向元件中的電抗電動(dòng)勢(shì)和電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均與電樞電流成正比，所以換向極繞組中應(yīng)通以電樞電流，即換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極繞組一般用截面較大的矩形導(dǎo)線繞成，而且匝數(shù)較少。換向極繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)的方向與電樞磁通勢(shì)的方向相反，大小比電樞磁通勢(shì)大。這樣換向極磁通勢(shì)除抵削電樞磁通勢(shì)在幾何中性線處的作用外，剩余的磁通勢(shì)在換向元件里產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)抵消換向元件中的電抗電動(dòng)勢(shì)。只要換向極設(shè)計(jì)和調(diào)整得合適，就能保證換向元件中總電動(dòng)勢(shì)接近于零，電機(jī)的換向就比較順利了，使負(fù)載運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間基本上沒有火花。圖2.24

21、表示了一臺(tái)直流電機(jī)換向極繞組的聯(lián)接與換向極的極性布置。在直流電動(dòng)機(jī)中，換向極極性應(yīng)和換向元件邊剛離開的那個(gè)主磁極極性一樣，其排列順序?yàn)?、（、為換向極極性），而在直流發(fā)電機(jī)中，應(yīng)與將進(jìn)入的那個(gè)主磁極極性相同，其排列順序?yàn)?、。圖1.24 換向極繞組聯(lián)接與極性1.5.2 直流電機(jī)的補(bǔ)償繞組（返回頂部）在直流電機(jī)中，除了上述的電磁性火花外，有時(shí)還因某些換向片的片間電壓過高而產(chǎn)生的所謂電位差火花。在換向不利的條件下，電磁性火花與電位差火花連成一片，在換向器上形成一條長(zhǎng)電弧，將正、負(fù)電刷連通，如圖2.25所示。這種現(xiàn)象稱為“環(huán)火”，是一種十分危險(xiǎn)的現(xiàn)象，它不僅會(huì)燒壞電刷和換向器，而且將使電樞繞組受到嚴(yán)重

22、損害。圖1.25 環(huán)火為了防止電位差火花和環(huán)火，在大容量和工作繁重的直流電機(jī)中，在主磁極極靴上專門沖出一些均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放補(bǔ)償繞組，如圖1.26所示。補(bǔ)償繞組與電樞繞組串聯(lián)，并使補(bǔ)償繞組磁通勢(shì)與電樞磁通勢(shì)相反，以保證在任何負(fù)載下電樞磁通勢(shì)都能被抵削，從而減少了因電樞反應(yīng)而引起氣隙磁場(chǎng)的畸變，也就減少了產(chǎn)生電位差火花和環(huán)火的可能性。但是裝置補(bǔ)償繞組使電機(jī)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，成本較高，所以一般直流電機(jī)不采用，僅在負(fù)載變動(dòng)大的大、中型電機(jī)中才用。 還應(yīng)指出的是環(huán)火的發(fā)生除了上述的電氣原因外，因換向器外圓不圓，表面不干凈也可能形成環(huán)火，因此加強(qiáng)對(duì)電機(jī)的維護(hù)工作，對(duì)防止環(huán)火的發(fā)生有著重要作用。圖1.2

23、6 補(bǔ)償繞組小 結(jié)（返回頂部）直流電機(jī)的工作原理是建立在電和磁相互作用的基礎(chǔ)上。直流電機(jī)以及其他旋轉(zhuǎn)電機(jī)都是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的裝置。為此必須熟練地應(yīng)用所學(xué)過的基本電磁定律，結(jié)合電刷和換向器的作用去理解，并且充分注意到直流電機(jī)中外電路的電壓（電動(dòng)勢(shì)）和電流都是直流電性質(zhì)的，而每個(gè)元件的電壓（電動(dòng)勢(shì)）和電流都是交變性質(zhì)的。任何類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)都由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，在這兩部分之間存在著一定大小的氣隙，使電機(jī)中磁場(chǎng)和電路能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件除定子部分的主磁極和轉(zhuǎn)子部分的電樞外，還有一些其他主要的部件，如換向器。這些主要的結(jié)構(gòu)部件有其結(jié)構(gòu)形式和作用。額定值是保證電機(jī)可靠地工作并具有

24、良好性能的依據(jù)。尤其對(duì)應(yīng)用人員，要充分理解額定值的涵義，以便合理地選擇和使用電機(jī)。直流電機(jī)的額定值有額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和額定勵(lì)磁電流等。電樞繞組是直流電機(jī)的主要電路部分，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。直流電機(jī)的電樞繞組是由許多完全相同的元件按一定的規(guī)律排列和聯(lián)接起來(lái)的一種閉合繞組。單疊繞組和單波繞組是兩種基本型式。從構(gòu)成電樞電路的支路來(lái)看，單疊繞組中上層邊處于同一磁極下的元件串聯(lián)構(gòu)成一條支路，而單波繞組則是將上層邊處于相同極性磁極下的所有元件串聯(lián)構(gòu)成一條支路，雖然電樞在轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)瞬時(shí)構(gòu)成支路的元件在更換，但電樞繞組通過電刷并聯(lián)的支路數(shù)總是不變的。因此，單疊繞組的支路對(duì)數(shù)始終等于

25、極對(duì)數(shù)，即 ，而單波繞組的支路對(duì)數(shù)與極對(duì)數(shù)無(wú)關(guān)，永遠(yuǎn)等于1，即 。電機(jī)的磁場(chǎng)是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介，不僅需要理解電機(jī)的磁場(chǎng)是怎樣產(chǎn)生的，而且更重要的是理解其性質(zhì)。直流電機(jī)的磁場(chǎng)由勵(lì)磁磁通勢(shì)和電樞磁通勢(shì)共同產(chǎn)生，屬于雙邊勵(lì)磁的電機(jī)。因此存在電樞磁通勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響，即所謂電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的作用不僅使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，而且還會(huì)呈一定的去磁作用。電樞反應(yīng)對(duì)直流電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。換向是直流電機(jī)在制造和運(yùn)行中必須予以重視的問題。特別是在運(yùn)行中需經(jīng)常觀察直流電機(jī)的換向是否良好。不良換向?qū)?huì)使電機(jī)遭到損壞。換向過程是相當(dāng)復(fù)雜的，至今還未完全掌握其各種現(xiàn)象的物理實(shí)質(zhì)，主要的電磁現(xiàn)象在于換向元件中存在兩種電動(dòng)勢(shì)（即電抗電動(dòng)勢(shì)和電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）阻礙電流變化，導(dǎo)致?lián)Q向延遲。當(dāng)換向元件離開一條支路最后的瞬間具有一定的電磁能量釋放出來(lái)，可能產(chǎn)生火花。改善換向的主要方法是裝設(shè)換向極。換向極繞組通以電樞電流，使換向極磁通勢(shì)不僅抵削在幾何中性線處作用的電樞磁通勢(shì)，而且產(chǎn)生換向極電動(dòng)勢(shì)去抵削電抗電動(dòng)勢(shì)。為了防止電位差火花與環(huán)火，在大容量和工作繁重的直流電機(jī)中，在主磁極極靴上嵌放補(bǔ)償繞組。思考題（返回頂部）1.1 在直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系有何不同？電樞電動(dòng)勢(shì)和電樞電流方向的關(guān)系有何不同？ 1.2 直流電機(jī)有哪些主要結(jié)構(gòu)部件？各用什么材料制成？起什么作用？ 1.