第三講直流電機(jī)磁場(chǎng)

第三講直流電機(jī)磁場(chǎng)第1頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)的磁場(chǎng)

重點(diǎn)

（1）勵(lì)磁方式（2）氣隙磁場(chǎng)的分布情況（3）影響氣隙磁場(chǎng)的因素(電樞反應(yīng)）（4）氣隙磁場(chǎng)的分布波形

第2頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、勵(lì)磁方式

根據(jù)直流電機(jī)中勵(lì)磁繞組和電樞繞組的聯(lián)結(jié)方式區(qū)分的。一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式

他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)第3頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式

1.他勵(lì)：（1）要求電機(jī)控制的場(chǎng)合；（2）控制微電機(jī)；（3）永磁電機(jī)；顯然：主要用作電動(dòng)機(jī)。勵(lì)磁繞組與電樞繞組之間無(wú)電的聯(lián)系第4頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.并勵(lì)注意：可以轉(zhuǎn)變?yōu)樗麆?lì)的形式。基本概念：自勵(lì)。主要用作發(fā)電機(jī)。

一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式

勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)Ia第5頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.串勵(lì)注意：很少用于調(diào)速控制上。應(yīng)用：電力機(jī)車、起重機(jī)等。優(yōu)點(diǎn)：過載能力強(qiáng)。

勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)起來(lái)

一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式

第6頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.復(fù)勵(lì)大型電機(jī)一般都做成復(fù)勵(lì)。一般一個(gè)為主、一個(gè)為輔。綜合了并勵(lì)和串勵(lì)的形式。

一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式

第7頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空載的含義:二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)作為發(fā)電機(jī)，電源輸出端不接任何電負(fù)載；作為電動(dòng)機(jī)，機(jī)械輸出端不接任何機(jī)械負(fù)載。用電樞電流表示：電樞電流等于零或小得可以忽略不計(jì)的情況。空載磁場(chǎng)：由主磁極的勵(lì)磁磁勢(shì)來(lái)建立。第8頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁路二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)第9頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。主磁通與漏磁通：二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)主磁通：經(jīng)過主磁極、氣隙、電樞鐵心及機(jī)座構(gòu)成磁回路。它同時(shí)與勵(lì)磁繞組及電樞繞組交鏈，能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，稱為主磁通。漏磁通：僅交鏈勵(lì)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(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，它只是增加主磁極磁路的飽和程度，稱為漏磁通。第10頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主磁極的特點(diǎn)：1.磁極中心及附近的氣隙小且均勻；2.靠近極尖處，氣隙逐漸變大；3.極尖以外，氣隙明顯增大；4.幾何中性線，兩個(gè)磁極中間位置。二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)第11頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)空載主磁場(chǎng)的分布：1.磁極中心及附近2.靠近極尖處3.極尖以外4.幾何中性線=>大、常數(shù)=>減少第12頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)空載主磁場(chǎng)的分布：1.磁極中心及附近2.靠近極尖處3.極尖以外4.幾何中性線=>大、常數(shù)=>減少=>顯著減少第13頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)空載主磁場(chǎng)的分布：1.磁極中心及附近2.靠近極尖處3.極尖以外4.幾何中性線=>大、常數(shù)=>減少=>顯著減少=>為零第14頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)空載主磁場(chǎng)的分布：1.磁極中心及附近2.靠近極尖處3.極尖以外4.幾何中性線=>大、常數(shù)=>減少=>顯著減少=>為零第15頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)有一個(gè)假設(shè)條件：忽略電樞齒槽的影響?？蛰d磁場(chǎng)氣隙磁密分布曲線第16頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)磁密分布第17頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空載磁化曲線二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)或A-膝點(diǎn)第18頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電樞磁場(chǎng)三、電樞反應(yīng)定義：

電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。第19頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響：

1．使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變；

2．磁場(chǎng)等于零的點(diǎn)偏離幾何中性線，到物理中性線；三、電樞反應(yīng)第20頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.關(guān)于飽和

(1)不考慮飽和，一個(gè)磁極下，增強(qiáng)的與削弱的相同，總量不變；(2)考慮飽和時(shí)，一個(gè)磁極下，增強(qiáng)的少于削弱的，總量減少。三、電樞反應(yīng)第21頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了分析方便假定換向片的寬度等于電刷的寬度。

換向是指直流電機(jī)的電樞繞組元件從一條支路經(jīng)過電刷進(jìn)入另一條支路，該元件電流從一個(gè)方向變換為另一個(gè)方向。

電樞移到電刷與換向片2接觸時(shí)，元件1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1121、換向過程的基本概念

四、直流電機(jī)中的換向第22頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流電機(jī)電樞繞組元件的換向過程a)換向開始瞬間b)正在換向瞬間c)換向結(jié)束瞬間四、直流電機(jī)中的換向第23頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為換向周期。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)過電刷時(shí)都要經(jīng)歷換向過程。

換向問題很復(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)械原因、化學(xué)原因。四、直流電機(jī)中的換向第24頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

換向元件與換向過程中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)分為兩類：電抗電動(dòng)勢(shì)和電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1.電抗電動(dòng)勢(shì)

換向元件（線圈）在換向過程中電流改變，因此必有自感作用；同時(shí)進(jìn)行換向的元件不止一個(gè)，換向元件與換向元件之間，又有互感作用。因此，換向元件中電流變化時(shí)，必然出現(xiàn)由自感與互感作用所引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即(自感電動(dòng)勢(shì)和互感電動(dòng)勢(shì))這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為電抗電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙電流變化的，也就是阻礙換向的。2、換向元件中的電動(dòng)勢(shì)

四、直流電機(jī)中的換向第25頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

雖然換向元件位于幾何中性線處，主磁場(chǎng)的磁密等于零，但是電樞磁場(chǎng)的磁密不等于零。因此換向元件必然切割電樞磁場(chǎng)，而在其中產(chǎn)生一種旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)，稱為電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。說明：

電抗電動(dòng)勢(shì)和電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都在換向元件內(nèi)產(chǎn)生阻礙換向的附加電流，在換向過程中，由于電流突變，使線圈內(nèi)儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能以火花形式釋放出來(lái)。四、直流電機(jī)中的換向第26頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3改善換向的方法

從產(chǎn)生火花的電磁原因出發(fā)，減少換向元件的電抗電動(dòng)勢(shì)和電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，限制換向元件中的附加電流，就可以有效地改善換向。

改善換向常用的方法有以下4種：(1)安裝換向極

這是目前改善換向最有效的方法。一般容量為1kW以上的直流電機(jī)都裝有換向極。換向極安裝在主磁極之間，換向極極性確定的原則是換向極繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)的方向是電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)的相反方向，大小比電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)略大。(見下圖)四、直流電機(jī)中的換向第27頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

為在負(fù)載變化時(shí)始終有效地改善換向，換向極繞組中應(yīng)流過電樞電流，即換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。

換向極電路及磁通四、直流電機(jī)中的換向第28頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)調(diào)整電刷的位置

在小容量無(wú)換向極的直流電機(jī)中，將電刷從電樞幾何中性線移開一個(gè)適當(dāng)角度，用主磁場(chǎng)來(lái)代替換向極磁場(chǎng)，也可改善換向。移動(dòng)電刷的方向規(guī)定為：當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，電刷應(yīng)逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)；而運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，電刷則應(yīng)順著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)。若方向不正確將使電機(jī)換向更加惡化。四、直流電機(jī)中的換向(3)增加換向回路的電阻。

電刷與換向器之間的接觸電阻是換向回路中最重要的電阻，不同牌號(hào)的電刷具有不同的接觸電阻，選擇合適的電刷能改善換向。第29頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)裝設(shè)防止環(huán)火的補(bǔ)償繞組

所謂環(huán)火，是指電機(jī)正、負(fù)電刷之間出現(xiàn)電弧，電弧被拉長(zhǎng)，直接從一種極性的電刷跨過換向器表面到達(dá)相鄰的另一極性的電刷，使整個(gè)換向器表面布滿環(huán)型電弧。

出現(xiàn)環(huán)火，可在很短時(shí)間內(nèi)損壞電機(jī)。為避免環(huán)火現(xiàn)象，采用補(bǔ)償繞組是有效方法之一。補(bǔ)償繞組嵌置在主磁極極靴上專門沖制的槽內(nèi)。其中流過的是電樞電流，所以補(bǔ)償繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián)，其電流方向與對(duì)應(yīng)極下電樞繞組的電流方向相反，顯然它產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)與電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)方向相反，從而補(bǔ)償了電樞反應(yīng)的影響。四、直流電機(jī)中的換向第30頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一根導(dǎo)體的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):

五、直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每極下的平均磁密:

電機(jī)線速度為:

導(dǎo)體平均電動(dòng)勢(shì)為：

當(dāng)電刷放在幾何中性線時(shí)，電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(每條支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))—電動(dòng)勢(shì)系數(shù)第31頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電磁轉(zhuǎn)矩:電樞繞組中有電樞電流流過時(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為電磁轉(zhuǎn)矩。六、直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

1.設(shè)電樞總電流Ia,則流過每一根導(dǎo)體的電流為：

2.每根導(dǎo)體產(chǎn)生的平均電磁力：

第32頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

4.電樞表面N根導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩：3.一根導(dǎo)體所受到的平均電磁轉(zhuǎn)矩—電樞直徑—平均磁密第33頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月--轉(zhuǎn)矩常數(shù)（三）Ce與CT的關(guān)系六、直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算第34頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如圖，把直流電機(jī)主磁路簡(jiǎn)化，兩條虛線為主磁路的一個(gè)磁管，寬度為Δ。該磁管所包圍的電流總導(dǎo)體為2IfNf=2Ff磁密公式推導(dǎo)第35頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)磁路歐姆定律可得該磁管里的磁通為：

分別為氣隙、電樞齒、電樞磁軛、主磁極以及定子磁軛的磁阻。