第二章直流電機_勵磁方式及磁場(2.4)

1、1直流電機2-3 2-3 直流電機的勵磁方式及磁場直流電機的勵磁方式及磁場一、直流電機的勵磁方式一、直流電機的勵磁方式他勵式積復(fù)勵差復(fù)勵1.串勵式2.并勵式3.復(fù)勵式自勵式直流電機的勵磁方式主磁場主磁場在直流電機中，由磁極的勵磁磁動勢單獨建立的磁場是電機的主磁場，有時也稱為勵磁磁場。勵磁方式勵磁方式直流電機勵磁繞組的接線方式稱為勵磁方式。實質(zhì)上就是勵磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接。 2直流電機1 1、他勵直流電機勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨立的直流電源供電，勵磁電壓Uf與電樞電壓Ua彼此無關(guān)。他勵式他勵式-勵磁繞組由其他電源供勵磁繞組由其他電源供電電 勵磁繞組與電樞繞組不相連勵磁繞組與電樞繞組不相

2、連-缺點：要兩個電源缺點：要兩個電源3直流電機2 2、并勵直流電機勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一電源供電，勵磁電壓Uf等于電樞電壓Ua，如圖所示。并勵電動機的運行性能與他勵電動機相似。 并勵式并勵式- 由由同一電源供電同一電源供電- 勵勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)- 最最常用的常用的4直流電機3 3、串勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后再接于直流電源，此時的電樞電流就是勵磁電流，即Ia=If。 串勵式串勵式- 由由同一電源供電同一電源供電- 勵勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)5直流電機4 4、復(fù)、復(fù)勵直流電機電動機有并勵和串勵兩個勵磁繞組。并勵繞組與電樞繞組并聯(lián)后再與串

3、勵繞組串聯(lián)，然后接于電源上。根據(jù)兩個勵磁繞組所產(chǎn)生的磁動勢的關(guān)系，又可分為積復(fù)勵和差復(fù)勵：當(dāng)串勵繞組和并勵繞組所產(chǎn)生的磁動勢方向一致時，二個磁動勢互相疊加，稱為積復(fù)勵；反之，叫做差復(fù)勵。復(fù)勵式復(fù)勵式-由同一電源供電由同一電源供電-裝有兩個勵磁繞裝有兩個勵磁繞組組 與電樞繞組有串聯(lián)有并聯(lián)與電樞繞組有串聯(lián)有并聯(lián)6直流電機空載情況下，氣隙磁場只由主磁極的勵磁電流If所建立，也就是說直流電機空載磁場是指勵磁磁勢單獨建立的磁場，所以又稱勵磁磁場。即空載時的氣隙磁場=勵磁磁場=空載磁場直流電機二、直流電機的空載磁場二、直流電機的空載磁場1 1、空載、空載發(fā)電機出線端沒有電流輸出，電動機軸上不帶機械負(fù)載，即

4、電樞電流等于或接近零的狀態(tài)。2 2、空載磁場、空載磁場7直流電機主磁通：主磁通：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機座構(gòu)成磁回路。它同時與勵磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通。漏磁通漏磁通：僅交鏈勵磁繞組本身，不進(jìn)入電樞鐵心，不和電樞繞組相交鏈，不能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為漏磁通 。 直流電機中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。 主磁通通過氣隙主磁通通過氣隙- 交交連定轉(zhuǎn)子連定轉(zhuǎn)子- 在在電樞繞組中感應(yīng)電動勢電樞

5、繞組中感應(yīng)電動勢- 或或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 漏磁通不通過氣隙漏磁通不通過氣隙- 只只交連定轉(zhuǎn)子單方交連定轉(zhuǎn)子單方- 浪浪費磁勢費磁勢- 大大約是主磁通約是主磁通的的20%8直流電機直流電機的空載磁場特點直流電機的空載磁場特點1極靴；2極身；3定子磁軛；4勵磁線圈；5氣隙；6電樞齒；7電樞磁軛9氣隙磁密分布?xì)庀洞琶芊植迹嚎蛰d時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取忽略鐵磁材料的磁阻時，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。決于氣隙的大小和形狀。 磁極中心及附近的氣隙小且磁極中心及附近的氣隙小且

6、均勻，磁通密度較大且基本為常均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減小；極尖以外，氣隙磁通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。隙磁通密度為零。 空載時的氣隙磁通密度為一平頂波空載時的氣隙磁通密度為一平頂波直流電機氣隙磁密波形氣隙磁密波形 空載時，磁動勢主要消耗空載時，磁動勢主要消耗 在氣隙上在氣隙上忽略鐵心磁阻時，忽略鐵心磁阻時，氣隙磁密的分布就取決于氣隙的氣隙磁密的分布就取決于氣隙的 大小和形狀大小和形狀 平頂波平頂波1

7、0 為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機氣隙中需要有一定量的每極磁通 ，空載時，氣隙磁通 與空載磁動勢 或空載勵磁電流 的關(guān)系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。000fF0fIfNI0fF0fIINfIA0N0FH LB A所以電機磁化曲線的形狀必然和所采用的鐵磁材料的B-H曲線相似。直流電機電機磁化曲線：電機磁化曲線：為了合理地利用材料，一般額定為了合理地利用材料，一般額定 運行點設(shè)定在拐點（圖中運行點設(shè)定在拐點（圖中A點）點） 空載特性空載特性空載氣隙磁通與空載勵磁電流的空載氣隙磁通與空載勵磁電流的 關(guān)系關(guān)系- 磁化曲線磁化曲線11三、三、 直流電機的負(fù)載磁場直流電機的負(fù)載磁場

8、直流電機帶上負(fù)載后，電樞繞組中有電流，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢。電樞磁動勢的出現(xiàn)使電機的磁場發(fā)生變化。 1 1、電樞磁動勢、電樞磁動勢直流電機2 2、電機的氣隙磁場、電機的氣隙磁場負(fù)載時電機中的氣隙磁場由勵磁磁動勢和電樞磁動勢共同建立的。勵 磁 電 流 所 建 立 的 磁 場電 樞 電 流 所 建 立 的 磁 場氣 隙 磁 場12電機帶上負(fù)載后，電樞磁動勢的作用會使電機的氣隙磁場與空載是相比，分布情況和大小都發(fā)生變化，影響電機的運行性能。電樞磁動勢對勵磁磁動勢所產(chǎn)生的氣隙磁場的影響稱為 電樞反應(yīng)。 3 3、電樞反應(yīng)、電樞反應(yīng)直流電機4 4、電樞磁場、電樞磁場（1）電刷在幾何中線上時的

9、電樞磁場13直軸：與主極軸線直軸：與主極軸線重合重合的軸的軸交軸：與主極軸線交軸：與主極軸線正交正交的軸的軸14直流電機（2）一個元件產(chǎn)生的電樞磁動勢 2 2 yaNi21 axyF x 232,2122,21xNiFxNiFyaaxyyaaxy15直流電機（3）均勻分布在電樞鐵心表面的元件產(chǎn)生的電樞磁動勢 以一個磁極下有三個元件邊為例16直流電機（4）電樞磁動勢和磁密的計算設(shè)N為電樞繞組的總導(dǎo)線數(shù)；S為元件數(shù)； 為極距；p為極對數(shù)，Da電樞直徑，則階梯級數(shù)為pSpS22221則階梯波或三角波形的幅值為：負(fù)荷的安培導(dǎo)體數(shù)，稱為線為電樞表面單位周長上aaDNiA)/(2222221極安匝ADNi

10、pSNipSNiFaayayaax17磁密由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中所示。axFaxB直流電機axaxFB018直流電機5 5、合成氣隙磁場、合成氣隙磁場（a）主極磁場 （b）電樞磁場 （c）合成磁場 SN19負(fù)載后電機的磁場負(fù)載后電機的磁場主磁場分布主磁場分布+電樞磁場分布電樞磁場分布20axBxB電樞磁場磁通電樞磁場磁通密度分布曲線密度分布曲線主磁場的主磁場的磁通密度磁通密度分布曲線分布曲線兩條曲線逐點疊加后得兩條曲線逐點疊加后得到負(fù)載時氣隙磁場的磁到負(fù)載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線通密度分布曲線直流電機211)、使氣隙磁場發(fā)生畸變、使氣隙磁場發(fā)生畸變 空載時電機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，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線角，磁通密度的曲線與