CH21 直流电机的运行原理.ppt

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1、第二十一章直流电机的运行原理1第一节直流电机空载运行磁场第二节直流电机负载运行时电枢磁场第三节直流电机的电枢反应第四节电枢绕组的感应电动势和直流电机的电磁转矩第五节稳态运行时直流电机的基本方程式本章主要内容2第一节直流电机空载运行磁场空载：电机对外无功率输出、不带负载的状态。空载时，励磁绕组通直流电流，忽略电枢电流，电机气隙磁场由励磁绕组直流电流产生的磁动势决定。3图21-1直流电机主磁极磁路4磁通与磁动势励磁绕组通电流，形成N、S交替分布的主磁极。绝大部分磁通经主磁极（N极）、气隙、电枢齿、电枢铁心、电枢齿、气隙、

2、另一主磁极（S极）、定子磁轭回到主磁极（N极），形成闭合通路，同时交链励磁绕组和电枢绕组，称主磁通Φ0。主磁通随电枢旋转产生感应电动势和电磁转矩，参与机电能量转换，是工作磁通。直流电机空载运行磁场5一小部分磁通不交链电枢绕组，仅与励磁绕组链绕，称漏磁通Φσ，漏磁通不穿过电枢表面，不参加机电能量转换。主磁通通过的磁路称主磁路，主磁路中气隙较小，故磁阻较小；漏磁通通过的磁路称漏磁路，漏磁路中空气隙较大，磁阻大，所以，漏磁通比主磁通小得多，约占主磁通的1520%左右。磁通与磁动势直流电机空载运行磁场6设产生主磁通的每对极的

3、励磁磁动势为Ff，由全电流定律有Nf为励磁绕组匝数。磁通与磁动势直流电机空载运行磁场7主磁场的分布不考虑电枢表面齿槽效应，假设电枢表面光滑，气隙磁动势为F，x处的气隙长度为（x），空载时的磁密用函数B0(x)表示，根据磁路定律有直流电机空载运行磁场8主磁极范围内，气隙小且均匀，气隙磁密分布均匀；极靴尖，气隙增大，磁密下降；在极靴尖外，气隙迅速增大，气隙磁密急剧下降；在相邻两极空间分界线上，磁密降为零，气隙磁密沿电枢表面空间分布的波形为平顶波，也可称之为钟形曲线。主磁场的分布直流电机空载运行磁场9图21-2不计电枢齿

4、槽影响的主磁场磁密分部曲线直流电机空载运行磁场10第二节直流电机负载运行时电枢磁场直流电机空载运行时，气隙中仅有主极磁场。负载运行时，电枢绕组中有电流流过，就会产生电枢磁动势，建立电枢磁场。主磁动势和电枢磁动势共同作用建立负载时的气隙磁场。11图21-4主磁场的分布12直流电机电枢磁动势的轴线位置如何确定？直流电机中，各支路电流都是通过电刷引入或引出，因此电刷是电枢表面电流的分界线，电枢磁动势的轴线总是与电刷轴线相重合。电刷的位置决定电枢磁动势的轴线位置。13电刷在几何中性线上的电枢磁动势电刷位于几何中性线，电枢磁动势

5、轴线与电刷轴线重合。与主极轴线正交的轴为交轴，与主极轴线重合的轴称为直轴。电刷位于几何中性线上时，电枢磁动势为交轴电枢磁动势。14图21-5电刷在几何中性线的电枢磁动势15电枢磁势是幅值固定的空间分布波，是空间的函数，如沿电枢分布的线圈无限增多，则阶梯形波将趋近于三角波，三角波的幅值在电刷所在的交轴上，所以又称交轴电枢磁动势Faq(x)。电刷在几何中性线上的电枢磁动势16电刷不在几何中性线上电枢磁动势电刷不在几何中性线，移过一角度β，则电枢磁动势除了交轴磁动势外，还会产生直轴电枢磁动势。因电枢磁动势的轴线总是与电刷轴线

6、相重合，故电枢磁动势轴线也移动β角度。17图21-7电刷不在几何中性线上电枢磁势在角度2β范围以外的导体所产生的磁动势作用在交轴，为交轴电枢Faq。18电刷在几何中性线上，只有交轴电枢磁动势Faq。电刷不在几何中性线上，除了交轴电枢磁动势Faq外，还有直轴电枢磁动势Fad。19第三节直流电机的电枢反应当电机带负载后，电枢绕组流过电流，产生电枢磁势。电枢磁势对主磁极磁场有影响，故对电机运行性能也产生影响。把电枢磁势对励磁磁势产生的影响称为电枢反应。20电刷在几何中性线上的电枢反应对同一台直流电机，若主磁极极性不变，导体中

7、电流方向相同，不管其作发电机或电动机运行，电枢磁场对主磁场的影响相同。所不同的只是旋转方向而已。电刷在几何中性线上，只有交轴电枢磁动势。若磁路不饱和，就可利用叠加原理求出气隙磁场。21（a）（b）图21-8电刷在几何中性线的交轴电枢反应（a）气隙合成磁场；（b）展开图22B0(x)---空载时的主磁场（平顶波）；Ba(x)---交轴电枢磁场（马鞍形）；B(x)---将两磁场逐点叠加，得到负载时气隙合成磁场的分布曲线。电刷在几何中性线上的电枢反应231、使气隙磁场发生畸变电枢旋转时先进入磁极的那个磁极尖称为前极尖，电枢

8、离开磁极的那个磁极尖称为后极尖。电枢反应使气隙磁场畸变，对发电机，前极尖磁场被削弱，后极尖磁场被加强；对电动机，前极尖磁场被加强，后极尖磁场被削弱。交轴电枢反应的性质242、使物理中性线偏移把气隙中磁密为零的点的连线称为物理中性线。直流电机空载时，几何中性线与物理中性线重合。负载时，物理中性线偏离几何中性线，对发电机，顺转向偏离；