电机与电器控制 教学课件 作者 冯晓 刘仲恕编 - 副本第三节.ppt

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1、第二章第三节磁场及感应电动势和电磁转矩由直流电机基本工作原理可知。直流电机无论是作发电机运行还是作电动机运行，都必须具有一定强度的磁场，所以磁场是直流电机进行能量转换的媒介。为此，在分析直流电机的运行原理以前，必须先对直流电机中磁场的大小及分布规律等有所了解。第二章第三节（续1）直流电机励磁方式磁极上励磁绕组通以直流励磁电流产生的磁动势称为励磁磁动势，励磁磁动势单独产生的磁场是直流电机的主磁场，又称为励磁磁场。励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按励磁方式的不同。直流电机可以分为以下四类。第二章第三节（续1）直流电机励磁方式他励直流电机励磁绕组由其他直流电源供电，与电枢绕组之间没有电的联系。

2、永磁直流电机也属于他励直流电机，因其励磁磁场与电枢电流无关。并励直流电机励磁绕组与电枢绕组并联。励磁电压等于电枢绕组端电压。第二章第三节（续1）直流电机励磁方式串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流等于电枢电流，所以励磁绕组的导线粗而匝数较少。复励直流电机每个主磁极上套有两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，称为并励绕组；另一个与电枢绕组串联，称为串励绕组。两个绕组产生的磁动势方向相同时称为积复励，两个磁动势方向相反时称为差复励，通常采用积复励方式。第二章第三节（续2）直流电机空载磁场直流电机不带负载(即不输出功率)时的运行状态称为空载运行。空载运行时电枢电流为零或近似等于零，所以空载

3、磁场是指主磁极励磁磁动势单独产生的励磁磁场，亦称主磁场。主磁通和漏磁通当励磁绕组通以励磁电流时，产生的磁通大部分由N极出来，经气隙进入电枢齿，通过电枢铁心的磁扼(电枢磁扼)到S极下的电枢齿，又通过气隙回到定子的S极，再经机座(定子磁扼)形成闭合回路。这部分同时与励磁绕组和电枢绕组相匝链的磁通称为主磁通，用Φ0表示。1—极靴；2—极身；3—定子磁轭；4—励磁线圈；5—气隙；6—电枢齿；7—电枢磁轭第二章第三节（续2）直流电机空载磁场主磁通经过的路径称为主磁路。显然，主磁路由主磁极、气隙、电枢齿、电枢磁轭和定子磁轭五部分组成另有一部分磁通不通过气隙，直接经过相邻磁极或定子磁轭形成闭合回路，这

4、部分仅与励磁绕组匝链的磁通称为漏磁通，以Φs表示。漏磁通路径主要为空气，磁阻很大，所以漏磁通的数量只有主磁通的20％左右。。直流电机的空载磁化特性直流电机运行时，要求气隙磁场每个极下有一定数量的主磁通，叫每极磁通Φ，当励磁绕组的匝数Wf一定时，每极磁通Φ的大小主要决定于励磁电流If。空载时每极磁通Φ0与空载励磁电流If0（或空载励磁磁动势Ff0＝WfIf0）的关系Φ0＝f（If0）或Φ0＝f（Ff0）称为电机的空载磁化特性。第二章第三节（续2）直流电机空载磁场由于构成主磁路的五部分当中有四部分是铁磁性材料，铁磁性材料磁化时的B－H曲线有饱和现象，磁阻是非线性的，所以空载磁化特性Φ0＝f（

5、If0）在If0较大时也出现饱和，如图所示。为充分利用铁磁性材料，又不致于使磁阻太大，电机的工作点一般选在磁化特性开始转弯，亦即磁路开始饱和的部分(图中A点附近)。空载磁场气隙磁密分布曲线主磁极的励磁磁动势主要消耗在气隙上，当近似地忽略主磁路中铁磁性材料的磁阻时，主磁极下气隙磁密的分布就取决于气隙δ大小分布情况。一般情况下，磁极极靴宽度约为极距τ的75％左右。第二章第三节（续2）直流电机空载磁场磁极中心及其附近，气隙a较小且均匀不变，磁通密度较大且基本为常数。靠近两边极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小，超出极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减小，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为

6、零。为此，空载气隙磁通密度分布为一礼帽形的平顶波。几何中性线极靴极身（a）气隙形状（b）气隙磁密分布第二章第三节（续3）直流电机电枢反应和负载磁场直流电机电枢反应直流电机空载时励磁磁动势单独产生的气隙磁密分布为一平顶波。负载时，电枢绕组流过电枢电流Ia，产生电枢磁动势Fa，与励磁磁动势Ff共同建立负载时的气隙合成磁密，必然会使原来的气隙磁密的分布发生变化。通常把电枢磁动势对气隙磁密分布的影响称为电枢反应。下面先分析电枢磁动势单独作用时在电机气隙中产生的电枢磁场，再将电枢磁场与空载气隙磁场合起来就可得到负载磁场，与空载气隙磁场相比较，可以了解电枢反应的影响。直流电机电枢磁场右图为一台电刷放

7、在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。第二章第三节（续3）直流电机电枢反应和负载磁场下面进一步分析电枢磁动势和电枢磁场气隙磁密的分布情况。如果假设电机电枢绕组只有一个整距元件，其轴线与磁极轴线相垂直，如右图所示。该元件有Wc匝，元件中电流为ia，每个元件的磁动势iaWc安匝，由该元件建立的磁场的磁力线分布如右图所示。第二