《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 3.2.1 直流電機(jī)磁路及電樞反應(yīng)

直流電機(jī)磁路及電樞反應(yīng)直流電機(jī)空載磁場

直流電機(jī)空載（發(fā)電機(jī)開路，電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)）運(yùn)行時(shí)，其電樞電流等于零或近似等于零，因而空載磁場即為勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通所建立的磁場。跟異步電動(dòng)機(jī)類似，直流電機(jī)中的磁極磁通也包括主磁通和漏磁通。主磁通

：產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩的有效磁通，通過空氣隙，同時(shí)交鏈電樞繞組和勵(lì)磁繞組。磁極漏磁通

:從磁極的側(cè)面逸出，只和勵(lì)磁繞組交鏈。不在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢。

主磁路:

N極→氣隙→電樞齒→電樞軛→電樞鐵心齒→氣隙→S極→定子軛→N極空載磁場

主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個(gè)作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%?？蛰d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布就取決于氣隙的大小和形狀?？蛰d磁場

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?。粯O尖以外氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少。幾何中性線極靴極身氣隙形狀

在幾何中性線處，氣隙磁通密度為零，物理中性線和幾何中性線重合。負(fù)載磁場

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)勢稱為電樞磁動(dòng)勢。電樞磁動(dòng)勢的出現(xiàn)使電機(jī)的磁場發(fā)生變化。右圖為一臺(tái)電刷放在幾何中性線的兩極直流電機(jī)的電樞磁場分布情況。

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)生的氣隙磁場在空間的分布情況，電樞磁動(dòng)勢為交軸磁動(dòng)勢。負(fù)載磁場氣隙磁密

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

由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個(gè)主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動(dòng)勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對(duì)稱的馬鞍型，如圖中Bax所示。電樞反應(yīng)Bax:電樞磁場磁通密度分布曲線Box:主磁場的磁通密度分布曲線

Bδx:兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場的磁通密度分布曲線

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)氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。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疊加，可得到負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況如右圖。電樞反應(yīng)電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)特點(diǎn)（1）使氣隙磁場發(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，一半磁場被增強(qiáng)，一半被削弱，電刷從幾何中性線偏移β角，電樞磁動(dòng)勢軸線也隨之移動(dòng)β

角，物理中性線偏離幾何中性線β

角。（2）對(duì)主磁場起去磁作用，電動(dòng)機(jī)輸出功率減小。電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)特點(diǎn)電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)電刷順轉(zhuǎn)向偏移電刷逆轉(zhuǎn)向偏移發(fā)電機(jī)交軸和直軸去磁交軸和直軸助磁電動(dòng)機(jī)交軸和直軸助磁交軸和直軸去磁電樞磁動(dòng)勢可以分解為兩個(gè)垂直分量：Faq：交軸電樞磁動(dòng)勢Fad：直軸電樞磁動(dòng)勢性質(zhì):

發(fā)電機(jī)——電源電勢(與電樞電流同方向)電動(dòng)機(jī)——反電勢(與電樞電流反方向)：電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)電樞電動(dòng)勢N——電樞導(dǎo)體總數(shù)a——并聯(lián)支路對(duì)數(shù)

定義:電機(jī)正、負(fù)電刷之間的電勢，其大小等于一條支路的各串聯(lián)導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢的代數(shù)和。①Ea∝Φn，改變?chǔ)祷騨的大小可改變Ea大小。注意，Ea公式是電刷處于幾何中心線時(shí)推導(dǎo)出來的，故Ea是最大值。②Ea方向取決于Φ和n的方向，改變?chǔ)档姆较颍锤淖儎?lì)磁電流If的方向）就可改變Ea的方向。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)：電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)，注意：電磁轉(zhuǎn)矩

結(jié)論：電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流和每極磁通量的乘積成正比。該電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)電動(dòng)機(jī)而言是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)發(fā)電機(jī)而言是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

定義:電樞繞組中有電樞電流流過時(shí)，在磁場內(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)矩心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩。1、何謂電樞反應(yīng)?電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場有什么影響?公式Ea=CeΦn和Tem=CMΦIa中的Φ應(yīng)該是什么磁通？答：直流電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，氣隙磁場由勵(lì)磁磁勢和電樞磁勢共同產(chǎn)生，由于電樞磁勢的存在使負(fù)載時(shí)氣隙磁場和空載時(shí)僅由勵(lì)磁磁勢產(chǎn)生的主磁場有所不同，電樞磁勢對(duì)主磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場的影響：1、使氣隙磁場發(fā)生畸變。2、考慮飽和時(shí)，還存在去磁效應(yīng)，使每極磁通比空載時(shí)略有減小。

思考與練習(xí)思考與練習(xí)2、在直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞轉(zhuǎn)方向的關(guān)系有何不同?電樞電勢和電樞電流方向的關(guān)系有何不同?怎樣判別直流電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)?答：在直流發(fā)電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞旋轉(zhuǎn)方向相反，電樞電勢和電樞電流方向相同。在直流電動(dòng)機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電樞旋轉(zhuǎn)方向相同，電樞電勢和電樞電流方向相反。當(dāng)端電壓U大于電樞電勢Ea時(shí)，直流電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，當(dāng)端電壓