電機(jī)與電氣控制課件

電機(jī)與電氣控制課件第一頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日一直流電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)的規(guī)律1每根導(dǎo)體平均電勢(shì)eaveav=BavLva式中：L-導(dǎo)體有效邊長(zhǎng)(m)Bav-一個(gè)磁極下平均氣隙磁密{T}，va–電樞表面線速度(m/s)，va=2Pてn/60，每極磁通Ф=BavてL，每極平均氣隙磁密為：Bav=Ф/(てL)，式中てL—每極下的極弧面積(m2)，所以有：

eav=2PФn/60第二頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日2直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)

電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),主磁場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)簡(jiǎn)稱(chēng)為電樞電動(dòng)勢(shì)。性質(zhì):發(fā)電機(jī)——電源電勢(shì)(與電樞電流同方向);

電動(dòng)機(jī)——反電勢(shì)(與電樞電流反方向).，稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)式中：可見(jiàn)，直流電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)結(jié)構(gòu)、氣隙磁通及轉(zhuǎn)速有關(guān)。第三頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日3直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

電樞繞組中有電樞電流流過(guò)時(shí),在磁場(chǎng)內(nèi)受電磁力的作用,該力與電樞鐵心半徑之積稱(chēng)為電磁轉(zhuǎn)矩。性質(zhì):發(fā)電機(jī)——制動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相反)；電動(dòng)機(jī)——驅(qū)動(dòng)(與轉(zhuǎn)速方向相同)?？梢?jiàn)，制造好的直流電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通及電樞電流成正比。為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，有其中第四頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日1直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)二直流電機(jī)的磁場(chǎng)

直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動(dòng)勢(shì)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)的影響稱(chēng)為電樞反應(yīng)。

右圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為，流過(guò)電流為每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：第五頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日

空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)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布就取決于氣隙的大小和形狀。幾何中性線極靴極身（a）氣隙形狀

磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減小；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。

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。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。第六頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日

空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b)所示。

空載時(shí)主磁極磁通的分布情況，如右圖(c)所示。（b）氣隙磁密分布第七頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日

為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通，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(chēng)為直流電機(jī)的空載磁化特性。

為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通設(shè)定在圖中A點(diǎn)，即在磁化特性曲線開(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。第八頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日2直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的負(fù)載磁場(chǎng)

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)勢(shì)稱(chēng)為電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)生變化。

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(chǎng)分布情況。

假設(shè)勵(lì)磁電流為零，只有電樞電流。由圖可見(jiàn)電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢(shì)為交軸磁動(dòng)勢(shì)。第九頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日

如果認(rèn)為直流電機(jī)電樞上有無(wú)窮多整距元件分布，則電樞磁動(dòng)勢(shì)在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中所示。

由于主磁極下氣隙長(zhǎng)度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長(zhǎng)度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱(chēng)的馬鞍型，如圖中所示。第十頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日3直流電機(jī)的電樞反應(yīng)

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(chǎng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱(chēng)為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。1)、當(dāng)電刷在幾何中性線上時(shí)，將主磁場(chǎng)分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況，如圖（a）所示。第十一頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線第十二頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：2)、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用1)、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變

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，每一個(gè)磁極下，一半磁場(chǎng)被增強(qiáng)，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線α

角，磁通密度的曲線與空載時(shí)不同。

磁路不飽和時(shí)，主磁場(chǎng)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)為交軸去磁性質(zhì)。第十三頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日2)、當(dāng)電刷不在幾何中性線上時(shí)電刷從幾何中性線偏移角，電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線也隨之移動(dòng)角，如圖(a)(b)所示。這時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)可以分解為兩個(gè)垂直分量：交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)和直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)。如圖(a)(b)所示。第十四頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日(一)、換向概述三直流電機(jī)的換向

為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。

直流電機(jī)的某一個(gè)元件經(jīng)過(guò)電刷，從一條支路換到另一條支路時(shí),元件里的電流方向改變，即換向。

電樞移到電刷與換向片2接觸時(shí)，元件1的被短路，電流被分流。如圖所示。

電刷與換向片1接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示，大小為。

電刷僅與換向片2接觸時(shí)，元件1中的電流方向如圖所示，大小為。元件112第十五頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日

換向問(wèn)題很復(fù)雜，換向不良會(huì)在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機(jī)不能正常工作。

產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原因。此外換向過(guò)程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象。

元件從開(kāi)始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱(chēng)為換向周期。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電樞繞組每個(gè)元件在經(jīng)過(guò)電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過(guò)程。第十六頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日(二)、換向的電磁理論換向元件中的電動(dòng)勢(shì)：自感電動(dòng)勢(shì)

和互感電動(dòng)勢(shì)：換向元件（線圈）在換向過(guò)程中電流改變而產(chǎn)生的。切割電動(dòng)勢(shì)：在幾何中性線處，由于電樞反應(yīng)在存在，電樞反應(yīng)磁密不為零，在換向元件中感應(yīng)切割電動(dòng)勢(shì)。換向元件中的合成電動(dòng)勢(shì)為：

根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)和切割電動(dòng)勢(shì)總是阻礙換向的。換向電動(dòng)勢(shì)：在幾何中性線處，換向元件在換向磁場(chǎng)中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。換向電動(dòng)勢(shì)是幫助換向的。第十七頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日換向元件中的電流：

設(shè)兩相鄰的換向片與電刷的接觸電阻分別是和，元件自身的電阻為，流過(guò)的電流為，元件與換向片間的連線電阻為，元件在換向時(shí)的回路方程：

忽略元件電阻和元件與換向片間的連線電阻，并設(shè)電刷與換向片的接觸總電阻為，則可推導(dǎo)出換向元件中的電流變化規(guī)律為第十八頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日1、直線換向當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化。當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流延遲現(xiàn)象。2、延遲換向當(dāng)時(shí)換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化，出現(xiàn)電流超前現(xiàn)象。3、超越換向直線換向延遲換向超越換向第十九頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日(三)、改善換向的方法

除了直線換向外，延遲和超越換向時(shí)的合成電動(dòng)勢(shì)不為零，換向元件中產(chǎn)生附加換向電流，附加換向電流足夠大時(shí)會(huì)在電刷下產(chǎn)生火花。還有