《電機(jī)技術(shù)》3.2.1 直流電機(jī)磁路及電樞反應(yīng)任務(wù)手冊(cè)

直流電機(jī)磁路及電樞反應(yīng)【任務(wù)要求】知識(shí)點(diǎn)技能點(diǎn)理解直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)理解直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)掌握直流電機(jī)的電樞反應(yīng)掌握電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)空載磁場(chǎng)的分析直流電機(jī)負(fù)載磁場(chǎng)的分析直流電機(jī)電樞反應(yīng)的分析與應(yīng)用電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的分析與應(yīng)用重點(diǎn)難點(diǎn)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)直流電機(jī)的電樞反應(yīng)【任務(wù)清單】任務(wù)1：直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)直流電機(jī)空載（發(fā)電機(jī)開(kāi)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(chǎng)即為勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的勵(lì)磁磁通所建立的磁場(chǎng)。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。（1）主磁通；N極氣隙電樞齒槽電樞磁扼電樞鐵芯齒槽氣隙S極定子磁扼N極。作用:產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的有效磁通，通過(guò)空氣隙，同時(shí)交鏈電樞繞組和勵(lì)磁繞組。（2）漏磁通：N極氣隙相鄰S極磁極。作用: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(shì)。只影響電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換工作，不起任何積極作用，使電機(jī)的損耗加大，效率降低，增大了磁路的飽和程度，一般情況下，。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。漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。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。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??；極尖以外氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少。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。物理中性線：電樞表面上磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方;幾何中性線：相鄰主極間的平分線。任務(wù)2：直流電機(jī)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。(a)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)。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(b)中Fax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)稱的馬鞍型，如圖(b)中Bax所示。(a)(b)任務(wù)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)的影響稱為電樞反應(yīng)。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)分布情況如下圖。Bax:電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線Box:主磁場(chǎng)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(chǎng)的磁通密度分布曲線電刷在幾何中性線上時(shí)的電樞反應(yīng)特點(diǎn)：（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，電刷從幾何中性線偏移β角，電樞磁動(dòng)勢(shì)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(chǎng)起去磁作用，電動(dòng)機(jī)輸出功率減小。電刷不在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)特點(diǎn)：任務(wù)4：電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩電樞電動(dòng)勢(shì):電機(jī)正、負(fù)電刷之間的電勢(shì)，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(shì)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(lái)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)——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)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為電磁轉(zhuǎn)矩心半徑之積稱為電磁轉(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)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?！救蝿?wù)拓展】請(qǐng)認(rèn)真思考并回答下列問(wèn)題1、何謂電樞反應(yīng)？電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有什么影響？公式Ea=CeΦn和TM=CMΦIa中的Φ應(yīng)該是什么磁通？2、在直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)