直流電機(jī)基礎(chǔ)3

1、電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ),第二章,直流電機(jī),上一節(jié)課的主要內(nèi)容：,(1),直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、銘牌數(shù)據(jù),了解,靜止部分,和,轉(zhuǎn)動(dòng)部分,(2),直流電機(jī)的繞組,難點(diǎn),繞組的幾個(gè)概念，繞組的展開(kāi)圖、繞組的電路圖,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,2,直流電動(dòng)機(jī)的工作原理,直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,上電后，線圈通過(guò)電流，產(chǎn)生,電磁轉(zhuǎn)矩,，使線圈在磁場(chǎng)里,轉(zhuǎn),動(dòng),，由于換向器的存在，使得,位于同一磁極下的線圈邊中電,流方向不變，從而使得電機(jī)向,某一個(gè)方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)。,線圈在磁場(chǎng)里,轉(zhuǎn)動(dòng),，于是在線,圈中感應(yīng)產(chǎn)生,反電動(dòng)勢(shì),，,吸收,電功率,，實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī),械能。,3,直流發(fā)電機(jī)的工作原理,某原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電

2、機(jī)旋轉(zhuǎn)，,線圈在磁場(chǎng)里轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈,中,感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),，通過(guò)換,向器及電刷向外傳輸；,由于換向器的存在，使得位,于同一磁極下的線圈邊中電,動(dòng)勢(shì)方向不變，即電刷兩端,輸出電壓不變；,N,I,E,S,接上負(fù)載后，,電流,流過(guò)線圈，產(chǎn)生,制動(dòng)性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn),矩,，,吸收機(jī)械功率,，實(shí)現(xiàn)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,4,第一節(jié)距,(,y,1,),、換向器節(jié)距,(,y,c,),、極距,？,第一節(jié)距,(,y,1,),：元件的跨距（一個(gè),元件邊到另一個(gè)元件邊的距離，常,用所跨的槽數(shù)表示）。,換向器節(jié)距,(,y,c,),：上層元件邊與下層,元件邊所連接的兩個(gè)換向片之間的,距離稱為換向器節(jié)距。,極

3、距,：,每個(gè)主磁極在電樞圓弧上所分得的弧長(zhǎng)。經(jīng)常,采用電樞槽數(shù)或者機(jī)械角度表示。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,5,本節(jié)課的主要內(nèi)容：,(1),直流電機(jī)的勵(lì)磁方式,掌握,(2),直流電機(jī)的磁場(chǎng),掌握（難點(diǎn)）,空載磁場(chǎng),、,負(fù)載磁場(chǎng),（,電樞反應(yīng),）,明確,幾何中性線,和,物理中性線,的概念與區(qū)別,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,6,第二章,直流電機(jī),2-1,直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu),2-2,直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù),2-3,直流電機(jī)的繞組,2-4,直流電機(jī)的勵(lì)磁方式及磁場(chǎng),2-5,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算,2-6,直流電機(jī)的運(yùn)行原理,2-7,直流電機(jī)的換向,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,7,引言,磁場(chǎng)是電機(jī)中感應(yīng)電勢(shì)和產(chǎn)生

4、電磁轉(zhuǎn)矩而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn),換不可缺少的基本因素之一；,電機(jī)中的磁場(chǎng)是怎樣產(chǎn)生的呢？其大小和分布情況又,是如何？,磁場(chǎng)可以由,永磁鐵,或,直流勵(lì)磁的勵(lì)磁繞組,產(chǎn)生，一般,永磁鐵比電流勵(lì)磁建立的磁場(chǎng)弱，大多直流電機(jī)是由,勵(lì)磁繞組勵(lì)磁的。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,8,直流電機(jī)工作時(shí)的磁場(chǎng)是由電機(jī)中各個(gè)繞組包括勵(lì),磁繞組電樞繞組附加極繞組補(bǔ)償繞組等的總磁勢(shì),共同產(chǎn)生，其中,勵(lì)磁繞組的磁勢(shì),起著最重要的作用。,勵(lì)磁磁場(chǎng)：直流電機(jī)中，由,磁極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),單獨(dú),建立,的磁場(chǎng)是電機(jī)的,主磁場(chǎng),，也稱勵(lì)磁磁場(chǎng)。,勵(lì)磁方式：對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電而產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,9,一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式,1,、

5、,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，,而是由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電。,2,、,并勵(lì),直流電機(jī),勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。,3,、,串勵(lì),直流電機(jī),勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。,4,、,復(fù)勵(lì),直流電機(jī),兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組并,聯(lián)，另一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,10,注意：,直流電機(jī)的運(yùn)行特性隨著勵(lì)磁方式的不同有很大,差別。,上述四種勵(lì)磁方式,電動(dòng)機(jī)均可采用,；直流發(fā)電機(jī)主要采,用他勵(lì)式、并勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式。,問(wèn)題：,直流發(fā)電機(jī)為什么不采用串勵(lì)式？,直流發(fā)電機(jī)若處于空載運(yùn)行時(shí)，電樞電流為,0,，則勵(lì)磁,電流亦為,0,，即無(wú)磁場(chǎng)。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,11,直流電機(jī)的

6、磁場(chǎng)是指電機(jī)內(nèi)部由,勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),和,電樞,磁動(dòng)勢(shì),建立的,氣隙磁場(chǎng),。,研究直流電機(jī)磁場(chǎng)的基本思路：,(1),假定電機(jī)磁場(chǎng)是線性的，分別研究勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),建立的空載磁場(chǎng)和電樞磁動(dòng)勢(shì)建立的電樞磁場(chǎng)。,在兩個(gè)磁場(chǎng)中，分別得到,勵(lì)磁磁通密度,和,電樞磁通,密度,沿電樞表面的分布曲線,。,(2),將兩條曲線疊加，再考慮鐵磁材料的,飽和非線,性,特性，得到氣隙磁通密度沿電樞表面的分布曲線,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,12,二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)（勵(lì)磁磁場(chǎng)）,1.,概念,直流電機(jī)無(wú)負(fù)載時(shí)，可得到空載磁場(chǎng)。,空載：,直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)是指電樞電流等于零或者,很小時(shí)，且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)。,空載磁場(chǎng)：,由,

7、定子,的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),單獨(dú)建立,的磁場(chǎng)。,2.,直流電機(jī)的空載磁場(chǎng),:,電機(jī)空載時(shí)氣隙磁場(chǎng)是由勵(lì)磁繞組通一直流勵(lì)磁,電流所建立的。當(dāng)勵(lì)磁繞組通一勵(lì)磁電流，各主極的,極性為交替分布的,N,、,S,、,N,、,S,，而且電機(jī)磁場(chǎng)的分布,是對(duì)稱的，如圖,2-22,所示。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,13,圖,2-22,直流電機(jī)空載時(shí)候的磁場(chǎng)分布,N,S,（空載）簡(jiǎn)化圖,絕大部分磁通同時(shí),交鏈主磁極繞組,和,電樞,繞組,，稱為主磁通,0,。,一部分磁通,僅交鏈勵(lì)磁繞組,，稱為漏磁通,。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,14,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,15,漏磁通,主磁通,不經(jīng)過(guò)氣隙和電樞鐵心，,僅交鏈勵(lì)磁繞組本身，不,和電

8、樞繞組相交鏈。,漏磁路,由主磁極經(jīng)過(guò)氣隙、電樞鐵,心，同時(shí)與勵(lì)磁繞組和電樞,繞組相交鏈。,主磁路,直流電機(jī)中，主磁通是主要的，它能,在電樞繞組中感,應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,，而漏磁通沒(méi)有這個(gè)作用，它只,是增加主磁極磁路的飽和程度。主磁通回路中氣隙較小，,所以磁導(dǎo)率大，漏磁通回路中空間較大，所以磁導(dǎo)率比較,小，直流電機(jī)里面一般不計(jì)漏磁通。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,16,3.,氣隙中主磁場(chǎng)磁通密度的分布,極靴的寬度小于一個(gè)極距。,(a),氣隙中沿電樞表面上,在磁極軸線下氣隙較小，在,各點(diǎn)磁通密度較大，幅值,極尖處氣隙較大。,為,B,。,(b),極靴范圍以外，氣隙長(zhǎng),度增多，,B,減小，兩極間,可以看

9、出，由于氣隙中的磁,幾何中性線處磁密為零。,密,B,不是均勻分布的，這就,為工程分析帶來(lái)了麻煩。,在磁極軸線下磁密,B,較大，,在極尖處磁密,B,較小。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,17,4.,電機(jī)的磁化曲線,空載時(shí)，氣隙磁通與空載,磁動(dòng)勢(shì)或空載勵(lì)磁電流的,關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空,載磁化特性，如圖所示。,?,?,f,(,I,f,0,),注意：直流電機(jī)磁化特性曲線的形狀與所采用的鐵磁,材料的,B-H,曲線,相似。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,18,二、直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)及電樞反應(yīng),1.,概念,電機(jī)空載,空載磁場(chǎng),(,勵(lì)磁磁場(chǎng),),：由定子的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立的,磁場(chǎng)。,電機(jī)負(fù)載,電樞磁動(dòng)勢(shì),(,電樞磁場(chǎng),

10、),：由,電樞（轉(zhuǎn)子）電流,所建立的,磁動(dòng)勢(shì)。,氣隙磁場(chǎng)：由,勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),和,電樞磁動(dòng)勢(shì),共同建立。,電機(jī)負(fù)載,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,19,表示電刷,物理,中性線,幾何中性線,：相鄰磁極的中軸線；,物理中性線：電樞表面磁密為,0,的直線；,N,N,幾何,中性線,S,電樞磁場(chǎng),S,物理,中性線,勵(lì)磁磁場(chǎng),（空載磁場(chǎng)）,氣隙磁場(chǎng),（負(fù)載時(shí)的磁場(chǎng)）,電樞反應(yīng)：,由電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的氣隙磁,場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,20,2.,電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)等的影響,電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞磁場(chǎng)，電樞導(dǎo)體的電流方,向總是以電刷為其分界線，即電刷兩側(cè)導(dǎo)體中的電流大小,相等，方

11、向相反，,N,極，電流流入，,S,級(jí)，電流流出。,磁力線的分布可由右手螺旋定則作出。,不論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到哪個(gè)位置，電樞導(dǎo)體電,流在線圈中的分布情況始終不變。,電樞磁場(chǎng),電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,21,N,磁極軸線,電刷軸線,電樞電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間的分布情況也不變，,S,即電樞磁場(chǎng)在空間是,固定不動(dòng)的恒定磁場(chǎng),。,電樞磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)取決于,電刷的位置,，電刷軸線,就是電樞磁場(chǎng)的軸線。,電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線,的位置總是與電刷軸線重合，而與,磁極軸線互相垂直。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,22,3.,電樞磁動(dòng)勢(shì)沿電樞表面的分布情況,(,單元件,),N,由全電流定律：,F,=,N,y,i,a,不計(jì)鐵磁材料中的磁壓降，,

12、F,全部消耗在,氣隙中。一個(gè)磁回路磁動(dòng)勢(shì)為,F,，每個(gè)磁,回路通過(guò)兩個(gè)氣隙，磁動(dòng)勢(shì)變?yōu)?F,/2.,S,電樞磁場(chǎng),N,S,規(guī)定：,幾何中性線,為縱,軸，電樞周長(zhǎng)為橫軸，,?,0.5,i,a,N,y,建立平面直角坐標(biāo)系。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,0.5,i,a,N,y,?,0.5,i,a,N,y,磁,動(dòng),勢(shì),分,布,23,-,/2,/2,4.,電樞磁動(dòng)勢(shì)沿電樞表面的分布情況,(,多元件,),將,4,個(gè)矩形波疊,加,起,來(lái),，,可,得,到,一,個(gè),每,級(jí),高,度,為,i,a,N,y,、,階,梯數(shù)為,2,的階梯,形波。,當(dāng),元,件,邊,數(shù),增,多,時(shí),，,趨,于,一,個(gè)三角形波。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院

13、,24,每個(gè)臺(tái)階高度為,N,y,i,a,N,電樞繞組的總導(dǎo)線數(shù)，,N,y,每個(gè)元件的匝數(shù)；,S,元件數(shù)；,p,極對(duì)數(shù)；,極距；,D,a,電樞直徑,S,幅值的計(jì)算：,階梯的級(jí)數(shù)：,2,p,1,1,?,D,a,S,?,i,a,(,N,y,2,S,),F,ax,?,i,a,N,y,2,?,D,a,2,p,2,p,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,電樞表面的單位周長(zhǎng),內(nèi)的安培導(dǎo)體數(shù)，稱,每個(gè)階梯幅值為,N,y,i,a,，因此三角波幅值為,為,線負(fù)荷,。,i,a,N,?,?,?,?,A,?,D,a,2,2,25,總導(dǎo)線數(shù),N,極距,如果忽略鐵心內(nèi)的磁壓降，則可以求出電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生,的磁密沿電樞表面分布的曲線：,B,

14、ax,?,?,0,H,ax,?,?,0,F,ax,?,在兩級(jí)的中間部位，,雖,然電樞磁,動(dòng)勢(shì),F,ax,出現(xiàn)峰值，但是由于,這里的氣隙較大，因,此電樞電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的,磁,密,B,ax,相,對(duì)較小,。,B,ax,呈馬鞍型分布,。,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,26,電樞磁場(chǎng),B,ax,主磁場(chǎng),B,0,x,負(fù)載時(shí)氣隙磁密,B,x,主極產(chǎn)生的空載磁場(chǎng),B,0 x,分布,電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng),B,ax,分布,兩者直接加和后的產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng),B,x,分布,負(fù)載時(shí)物理中心線與幾何中心線不再,重合。中間存在一個(gè)位移角,。,兩者直接加和并考慮鐵心飽和后的產(chǎn),生的氣隙磁場(chǎng),B,x,分布,電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,通過(guò)電樞表面氣隙磁密,B,x,等于零的線,為,物理中心線,，空載時(shí)物理中心線與,幾何中心線是重合的。,27,電樞反應(yīng)對(duì)直流電機(jī)磁場(chǎng)的影響：,（,1,）,負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)發(fā)生了畸變,。,圖中所示為電動(dòng)機(jī)情形。在,電動(dòng)機(jī),中物理中心線,逆,著旋