第5講直流電機(jī)的電樞繞組與電樞反應(yīng)

1、第3章直流電機(jī)上一講需要掌握的知識點(diǎn)回顧：1.直流電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)工作原理 導(dǎo)體構(gòu)成的線圈電流、電勢變化，換向片在其中的作用2.直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 定、轉(zhuǎn)子的組成部分及其作用3.直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的定義思考題1）磁極固定，電刷與電樞同速同向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電刷兩端電壓的性質(zhì)？2）電樞固定，電刷與磁極同速同向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電刷兩端電壓的性質(zhì)？第3章直流電機(jī)第3章直流電機(jī)3.23.2直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組3.3直流電機(jī)電樞磁勢對電機(jī)運(yùn)行的影響直流電機(jī)電樞磁勢對電機(jī)運(yùn)行的影響 第3章直流電機(jī)3.23.2直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 電樞繞組是電機(jī)能量變換的樞紐。3.2.13.2.1電樞繞組的特點(diǎn)電樞

2、繞組的特點(diǎn)直流電機(jī)的電樞繞組是由結(jié)構(gòu)形狀相同的元件構(gòu)成的。 所謂元件，是指兩端分別與兩片換向片連接的單匝或多匝線圈。元件有兩個(gè)引出線，即首端和末端。圖 3-12元件圖（a） 單匝元件；（b） 兩匝元件第3章直流電機(jī)每一元件有兩個(gè)有效部分，稱為元件邊，用于切割磁場感應(yīng)電動(dòng)勢。元件在槽外（電樞鐵芯兩端）的部分，不切割磁通，因而不感應(yīng)電動(dòng)勢，僅作為連接引線，稱為端部。構(gòu)成元件線匝的兩個(gè)有效邊稱為導(dǎo)體。第3章直流電機(jī)電機(jī)的電樞繞組上開有一定數(shù)量的槽，每個(gè)槽的上、下層各放若干個(gè)元件邊。在一般情況下，實(shí)際的槽數(shù)Z與虛槽Zi的關(guān)系為Zi=uZ （3-6）一個(gè)虛槽按照繞組的連接方法，直流電機(jī)的電樞繞組可分為三

3、種類型：疊繞組、波繞組和蛙繞組等。第3章直流電機(jī)圖 3-14單疊繞組的節(jié)距繞組節(jié)距：分為第一節(jié)距y1、第二節(jié)距y2、合成節(jié)距y及換向片節(jié)距yk。3.2.2單疊繞組單疊繞組1. 節(jié)距節(jié)距節(jié)距是指被連接的元件邊或換向片之間的距離，用槽數(shù)表示。第3章直流電機(jī)1） 第一節(jié)距y1y1是指同一元件兩個(gè)邊之間的距離，以虛槽數(shù)來計(jì)算。為了使元件感應(yīng)出最大電動(dòng)勢，就要使y1等于一個(gè)極距，（3-8）pZ2i2） 第二節(jié)距y2y2為元件的下層邊與其相連接的元件上層邊之間的距離，以虛槽數(shù)計(jì)。3） 合成節(jié)距y和換向片節(jié)距yky是相串聯(lián)的兩個(gè)元件的對應(yīng)邊間的距離。 y與y1、y2的關(guān)系為y=y1+y2 （3-10）第3章

4、直流電機(jī)2. 單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖y=yk=1的直流電機(jī)的電樞繞組稱為單疊繞組，y=yk=+1的為右行繞組，y=yk=1為左行繞組，直流電機(jī)通常選用右行繞組。繞組展開圖是將放在鐵芯中的由各元件構(gòu)成的電樞繞組取出來，畫成一張圖，用來描述槽內(nèi)各元件的連接情況。第3章直流電機(jī) 右行繞組為 y=yk=1第二節(jié)距為y2=yy1=344162i1pZy例：2p=4，Zi=S=K=16的直流電機(jī)為例，構(gòu)成右行單疊繞組，并畫出繞組展開圖。1） 計(jì)算節(jié)距第一節(jié)距y1為 第3章直流電機(jī)圖 3-15單疊繞組展開圖2） 繞組展開圖繞組展開圖就是把放在電樞鐵芯槽里的元件構(gòu)成的電樞繞組畫在一張圖里，用來表示槽內(nèi)各

5、元件在電路上的連接情況。第3章直流電機(jī)2） 繞組展開圖繞組展開圖就是把放在電樞鐵芯槽里的元件構(gòu)成的電樞繞組畫在一張圖里，用來表示槽內(nèi)各元件在電路上的連接情況。第3章直流電機(jī)3. 單疊繞組的并聯(lián)支路單疊繞組的并聯(lián)支路把相同極性的電刷并聯(lián)起來，并按照其中各元件連接的順序，以及被電刷所短路的元件，可以畫出如圖3-16所示的并聯(lián)支路圖。由圖可以看出：每一個(gè)支路所串聯(lián)的元件是位于同一磁極下的全部元件。本例中，磁極數(shù)2p= 4，所以共有4個(gè)支路并聯(lián)。 單疊繞組的特點(diǎn)：電樞繞組的并聯(lián)支路對數(shù)等于電機(jī)的極對數(shù)，即a=p （3-11）第3章直流電機(jī)圖 3-16單疊繞組的并聯(lián)支路圖當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電刷位置不動(dòng)，并聯(lián)

6、支路圖中的整個(gè)電樞繞組在移動(dòng)，每個(gè)元件不斷地順次移到它前面一個(gè)元件的位置上，但總的支路情況不變。第3章直流電機(jī)3.33.3直流電機(jī)電樞磁勢對電機(jī)運(yùn)行的影直流電機(jī)電樞磁勢對電機(jī)運(yùn)行的影響響 直流電機(jī)空載時(shí)，電機(jī)磁路中只有主極磁場，直流電機(jī)負(fù)載后，電樞繞組也要產(chǎn)生磁場。第3章直流電機(jī)圖 3-20直流電機(jī)的磁路3.3.1直流電機(jī)的磁路、磁密與磁通直流電機(jī)的磁路、磁密與磁通第3章直流電機(jī) 由于空氣的磁阻比鐵磁材料的磁阻大得多，因此在分析直流電機(jī)特性時(shí)，可以忽略鐵磁材料的磁阻認(rèn)為所有磁勢全部落在氣隙上，則有： （3-14）fmmpmtmyrmyt2222FRRRRR主磁通所經(jīng)過的磁路應(yīng)分為以下幾段：磁極

7、極身、氣隙、轉(zhuǎn)子齒、轉(zhuǎn)子鐵軛、定子鐵軛。根據(jù)磁路歐姆定律有（3-15）ffffmmm22FFI NRRR第3章直流電機(jī)根據(jù)B=0H，并在忽略鐵磁材料的磁阻后，有2IfNf2H。此時(shí)氣隙磁密為 mfRF（3-16） 可見，當(dāng)勵(lì)磁磁勢一定時(shí)，氣隙越大（磁阻Rm越大），氣隙磁密B（磁通）越小；當(dāng)電機(jī)制成以后，氣隙為定值，若勵(lì)磁電流If增加，則氣隙磁密B增加，即磁通增加。 fffNIFB00第3章直流電機(jī)3.3.2直流電機(jī)的空載磁場及磁化曲線直流電機(jī)的空載磁場及磁化曲線1. 直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的空載磁場對于實(shí)際電機(jī)，由于主極中心處氣隙均勻，而極尖處氣隙加大，因此主極下的磁密分布均勻，極尖處磁密

8、逐漸減小，兩極之間的幾何中心線處磁密為零。第3章直流電機(jī)圖 3-21空載時(shí)直流電機(jī)氣隙磁密分布（a） 空載磁場分布；（b） 空載氣隙磁密波形第3章直流電機(jī)2. 直流電機(jī)空載磁化曲線直流電機(jī)空載磁化曲線直流電機(jī)的磁化曲線0=f（F0）。 圖 3-22直流電機(jī)空載磁化曲線 If較小時(shí)，鐵磁材料和氣隙的磁阻為常數(shù)，得到線性關(guān)系；If增大，鐵磁材料進(jìn)入飽和，磁阻增大，就是非線性的關(guān)系。mfRF第3章直流電機(jī)3.3.3直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)的勵(lì)磁方式直流電機(jī)因其勵(lì)磁方式不同，它們的基本特性亦不同。圖 3-23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3章直流電機(jī)他勵(lì)直

9、流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)I=Ia ，If 與Ia無關(guān)I=Ia +IfI=Ia=IfI=Ia +If ，Ia=If 第3章直流電機(jī)3.3.4直流電機(jī)負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢對電機(jī)運(yùn)行的影響直流電機(jī)負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢對電機(jī)運(yùn)行的影響當(dāng)直流電機(jī)負(fù)載以后，電樞繞組中有電流Ia通過。電樞電流Ia產(chǎn)生的磁動(dòng)勢稱為電樞磁動(dòng)勢。此時(shí)，直流電機(jī)的氣隙磁場由主磁極磁動(dòng)勢（空載磁動(dòng)勢）與電樞磁動(dòng)勢共同建立。 電樞繞組產(chǎn)生的磁場對勵(lì)磁繞組磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。 電樞反應(yīng)對氣隙磁通的大小和波形、電機(jī)的運(yùn)行性能、換向能力都有影響。 第3章直流電機(jī)1. 電樞磁場的特點(diǎn)電樞磁場的特點(diǎn)當(dāng)不考慮鐵芯飽和影響時(shí)。

10、1）電刷在幾何中心線上將圖沿電樞圓周表面展開第3章直流電機(jī)據(jù)安培環(huán)路定律，該閉合回路所包圍的導(dǎo)體中的總電流，就是作用于該閉合回路的電樞磁動(dòng)勢f（x）。忽略鐵芯磁壓降，則作用于每段氣隙上的電樞磁動(dòng)勢為fa（x）=f（x）/2。（3-17）aa11( )( )(2),22222Nifxf xxAxxp設(shè)電樞繞組的導(dǎo)體總數(shù)為N，導(dǎo)體電流為ia，則可見，當(dāng)x=/ 2，即在幾何中心線（交軸處）時(shí)：2)(AFxfaa第3章直流電機(jī)可見，每極電樞磁動(dòng)勢fa（x）沿電樞圓周的分布波形是三角波，在主極極面下，由于氣隙很小且均勻，因此Ba（x）的大小與fa（x）成正比；而在極靴以外的交軸附近，雖然fa（x）很大，

11、但由于氣隙很大，因此Ba（x）較小?？梢姡珺a（x）在空間呈馬鞍形分布。第3章直流電機(jī)圖 3-25fa（x）、Ba（x）空間分布曲線將圖沿電樞圓周表面展開正負(fù)第3章直流電機(jī)圖 3-26電刷偏離幾何中心線時(shí)的電樞磁動(dòng)勢Gn當(dāng)電刷偏離幾何中心線角時(shí)，電樞磁動(dòng)勢的軸線不在幾何中心線上。此時(shí)可以將電樞磁動(dòng)勢分解到直軸和交軸，其直軸分量可引起空載磁通大小發(fā)生變化，直軸分量Fad與主極磁動(dòng)勢方向相反，可引起主極磁動(dòng)勢減小。第3章直流電機(jī)2. 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)1） 直軸電樞反應(yīng)直軸電樞磁動(dòng)勢Fad的軸線與主極磁動(dòng)勢軸線重合，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)電刷逆旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其直軸電樞反應(yīng)

12、磁動(dòng)勢的方向與主極勵(lì)磁磁動(dòng)勢的方向相反，所以直軸電樞反應(yīng)是去磁的。如果電刷順旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則直軸電樞反應(yīng)是增磁的。第3章直流電機(jī)xB0 xBaxB主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場的磁通密度分布曲線2） 交軸電樞反應(yīng)第3章直流電機(jī)圖 3-27負(fù)載時(shí)合成氣隙磁密示意圖電樞反映總體上是去磁的第3章直流電機(jī)同時(shí)，與空載相比，合成氣隙磁密B（x）的零點(diǎn)不再處于幾何中心線上，而是偏移了一個(gè)角度。通常將合成磁密為零的點(diǎn)所在的直線稱為物理中心線，顯然電樞反應(yīng)使物理中心線偏離幾何中心線。這將造成電機(jī)換向惡化，有可能引起環(huán)火損壞電機(jī)。綜上所述，直流電機(jī)電樞反應(yīng)對氣隙磁場的影響如下：（1） 物理中心線偏離幾何中心線，氣隙磁場畸變；（2） 氣隙合成磁場被削弱，磁通減少，交軸電樞磁