電樞繞組電樞反應(yīng)

1、1.2 直流電機(jī)的電樞繞組直流電機(jī)的電樞繞組 了解單疊繞組和單波繞組各節(jié)距的計(jì)算方了解單疊繞組和單波繞組各節(jié)距的計(jì)算方法；法； 能夠看懂繪制好的繞組展開圖；能夠看懂繪制好的繞組展開圖； 理解單疊繞組和單波繞組的主要特點(diǎn)理解單疊繞組和單波繞組的主要特點(diǎn)。 了解什么是電樞反應(yīng)；電樞反應(yīng)對(duì)電機(jī)的了解什么是電樞反應(yīng)；電樞反應(yīng)對(duì)電機(jī)的影響；如何抵消電樞反應(yīng)的影響。影響；如何抵消電樞反應(yīng)的影響?；疽蠡疽?.2.11.2.1 直流樞繞組基本知識(shí)直流樞繞組基本知識(shí)元件元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。元件，分單匝和多匝兩種。元件的首末端元件的首末端：每一個(gè)元件均

2、引每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。根稱為首端，另一根稱為末端。極距極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用 表示。表示。P2D1.2 直流電機(jī)的電樞繞組簡介直流電機(jī)的電樞繞組簡介合成節(jié)距合成節(jié)距 y y：相串聯(lián)的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊在電樞表面所跨的距：相串聯(lián)的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊在電樞表面所跨的距離。元件的連接次序和連接規(guī)律就取決于合成節(jié)距。離。元件的連接次序和連接規(guī)律就取決于合成節(jié)距。第二節(jié)距第二節(jié)距 y2 ：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下

3、層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。換向節(jié)距換向節(jié)距 ：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。同一元件首末端連接的換向片之間的距離。ky第一節(jié)距第一節(jié)距y1：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。為得到較大的感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩，為得到較大的感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩，y1最好等于或接近于最好等于或接近于。 幾個(gè)元件相串聯(lián)，將形成支路。為使支路電動(dòng)勢幾個(gè)元件相串聯(lián)，將形成支路。為使支路電動(dòng)勢盡可能大，組成同一條支路的各個(gè)元件最好處于盡可能大，組成同一條支路的各個(gè)元件最好處于同一種極性的磁極下，這樣，支路內(nèi)各元件的電同一種

4、極性的磁極下，這樣，支路內(nèi)各元件的電動(dòng)勢將是相加而不是互相抵消。所以兩種方法：動(dòng)勢將是相加而不是互相抵消。所以兩種方法： 一種是把同一個(gè)磁極下的元件依次串聯(lián)，后一個(gè)一種是把同一個(gè)磁極下的元件依次串聯(lián)，后一個(gè)元件總是疊在前一個(gè)元件上，稱為疊繞組；元件總是疊在前一個(gè)元件上，稱為疊繞組； 另一種是把所有屬于同一極性下對(duì)應(yīng)的元件依次另一種是把所有屬于同一極性下對(duì)應(yīng)的元件依次串聯(lián)起來，像波浪一樣向前延伸，稱為波繞組。串聯(lián)起來，像波浪一樣向前延伸，稱為波繞組。疊繞組疊繞組：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。疊在

5、前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。波繞組波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場下的相應(yīng)元指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。疊繞組和波繞組疊繞組和波繞組波繞組和跌繞組的差別主要表現(xiàn)在合成節(jié)距上。波繞組和跌繞組的差別主要表現(xiàn)在合成節(jié)距上。單疊繞組單疊繞組 單波繞組單波繞組21yyy21yyy1.2.2. 單疊繞組單疊繞組 單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件(線圈線圈)相互疊壓相互疊壓,合成合成節(jié)距與換向節(jié)距均為節(jié)距與換向節(jié)距均為1,即：即： 1kyy 單疊繞組的展開圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞單疊繞組的展開圖是把

6、放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互組的所有元件取出來畫在一張圖里，展示元件相互間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相間的電氣連接關(guān)系及主磁極、換向片、電刷間的相對(duì)位置關(guān)系。對(duì)位置關(guān)系。單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖根據(jù)單疊繞組的展開圖可以根據(jù)單疊繞組的展開圖可以得到繞組的并聯(lián)支路電路圖得到繞組的并聯(lián)支路電路圖:1 1）同一主磁極下的元件）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與支路數(shù)相同。極數(shù)與支路數(shù)相同。2 2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢最大，電刷間電動(dòng)勢等于最大，電刷間電動(dòng)

7、勢等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢。并聯(lián)支路電動(dòng)勢。3 3）電樞電流等于各支路電）電樞電流等于各支路電流之和。流之和。單疊繞組的特點(diǎn)單疊繞組的特點(diǎn) 單波繞組的特點(diǎn)是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等，展開圖單波繞組的特點(diǎn)是合成節(jié)距與換向節(jié)距相等，展開圖如下圖所示。如下圖所示。 兩個(gè)串聯(lián)元件兩個(gè)串聯(lián)元件放在同極磁極下，放在同極磁極下，空間位置相距約兩空間位置相距約兩個(gè)極距；沿圓周向個(gè)極距；沿圓周向一個(gè)方向繞一周后，一個(gè)方向繞一周后，其末尾所連的換向其末尾所連的換向片落在與起始的換片落在與起始的換向片相鄰的位置。向片相鄰的位置。1.2.3 單波繞組單波繞組單波繞組的并聯(lián)支路圖單波繞組的并聯(lián)支路圖:1 1）同極下各元件串）同

8、極下各元件串聯(lián)起來組成一條支聯(lián)起來組成一條支路，支路對(duì)數(shù)為路，支路對(duì)數(shù)為1 1，與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)；與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)；2 2）當(dāng)元件的幾何形）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換狀對(duì)稱時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，支準(zhǔn)主磁極中心線，支路電動(dòng)勢最大路電動(dòng)勢最大；3 3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；）電刷數(shù)等于磁極數(shù)；4 4）電樞電動(dòng)勢等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢；）電樞電動(dòng)勢等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢；5 5）電樞電流等于兩條支路電流之和。）電樞電流等于兩條支路電流之和。單波繞組的特點(diǎn)單波繞組的特點(diǎn)1.3.1直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的空載磁場 直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢，電樞直流電機(jī)工

9、作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢對(duì)主極磁動(dòng)勢的影響電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢對(duì)主極磁動(dòng)勢的影響稱為稱為 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。 下圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場示意圖下圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場示意圖。當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為 ，流過電流，流過電流 ，每極的勵(lì)，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢為：磁磁動(dòng)勢為：fNfIfffNIF 1.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng) 直流電機(jī)中，直流電機(jī)中，主磁通主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通漏磁通沒有這個(gè)作用，它只是增

10、沒有這個(gè)作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通漏磁通比比主磁通主磁通小得小得多，大約是主磁通的多，大約是主磁通的20%20%。磁力線由磁力線由N N極出來，經(jīng)氣隙、極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入電樞齒部、氣隙進(jìn)入S S極，再極，再經(jīng)定子鐵軛回到經(jīng)定子鐵軛回到N N極極主磁通主磁通主磁路主磁路磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，磁力線不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁通漏磁路漏磁路 空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽空載

11、時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，主磁極下氣隙磁通密度的分略鐵磁材料的磁阻時(shí)，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。布就取決于氣隙的大小和形狀。幾何中性線幾何中性線極靴極靴極身極身（a）氣隙形狀氣隙形狀 磁極中心及附近的氣磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。密度為

12、零。 空載時(shí)的氣隙磁通密度為空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖一平頂波，如下圖(b) (b) 所示。所示。 空載時(shí)主磁極磁通的分空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如右圖布情況，如右圖(c) (c) 所示。所示。 為了感應(yīng)電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)為了感應(yīng)電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通的每極磁通 ，空載時(shí)，氣隙磁，空載時(shí)，氣隙磁通通 與空載磁動(dòng)勢與空載磁動(dòng)勢 或空載勵(lì)磁或空載勵(lì)磁電流電流 的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化特性。如右圖所示。載磁化特性。如右圖所示。000fF0fI 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材

13、料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中 A A點(diǎn)點(diǎn)，即在磁化特，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N0 直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞直流電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動(dòng)組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢稱為勢稱為電樞磁動(dòng)勢電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢的。電樞磁動(dòng)勢的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。 右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布情況。情況。 假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電

14、假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見電樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙流。由圖可見電樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢磁場在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢為為交軸磁動(dòng)勢交軸磁動(dòng)勢。1.3.2 直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場 如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無窮多整距元件分布，則有無窮多整距元件分布，則電電樞磁動(dòng)勢樞磁動(dòng)勢在氣隙圓周方向空間在氣隙圓周方向空間分布呈分布呈三角波三角波，如圖中，如圖中 所所示。示。axF 由于主磁極下氣隙長度基由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電氣隙長度增加得很快，致使

15、電樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的為對(duì)稱的馬鞍型馬鞍型，如圖中，如圖中 所示。所示。axBaxBaxF 當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，當(dāng)勵(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵(lì)磁磁動(dòng)勢與電樞磁動(dòng)勢共同是勵(lì)磁磁動(dòng)勢與電樞磁動(dòng)勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對(duì)氣隙磁作用的結(jié)果。電樞磁場對(duì)氣隙磁場的影響稱為場的影響稱為電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)。電樞反。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。1 1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場分布和電樞磁場分布將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的

16、磁場分布情況，如圖場分布情況，如圖a a所示。所示。1.3.3 直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)xB0axBxB主磁場的主磁場的磁通密度磁通密度分布曲線分布曲線電樞磁場磁通電樞磁場磁通密度分布曲線密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場的磁通密度分布曲線的磁通密度分布曲線 空載時(shí)電機(jī)的物理中性線空載時(shí)電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個(gè)磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線個(gè)磁極下，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線偏離幾何中性線 角，磁通密度

17、的曲線與空載時(shí)不同。角，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。 2) 2)、對(duì)主磁場起去磁作用、對(duì)主磁場起去磁作用1) 1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變、使氣隙磁場發(fā)生畸變 磁路不飽和時(shí)，主磁場被磁路不飽和時(shí)，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載削弱的數(shù)量等于加強(qiáng)的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部時(shí)相同。電機(jī)正常運(yùn)行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中通少些，因此負(fù)載時(shí)每極磁通略為減少。即電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)為性線時(shí)的電樞反應(yīng)為交軸去磁性質(zhì)交軸去磁性質(zhì)。電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)電刷