电机学 第三章 直流电机 3分解
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1 y1 y y2
1
第3章 直流电机
说明：
• 为了使串联的元件的电势同向相加， 合成节距应当满足：
y 2 , y 2
p yc k 1
k 1 yc p
N S N S
第3章 直流电机
[例 ]
已知一台直流电机， 2p＝4， Qu＝S＝K＝15，u=1，画出 单波绕组展开图。 [解] 基本过程同前例
第3章 直流电机
四、单波绕组
连接规律：将相隔约为两个极距的同极性磁场下对应位置的所有 元件依次串联起来，绕行一周后恰好回到出发换向片相邻换向片， 直到连完全部元件，最后回到出发换向片，构成一个闭合回路。 • 波： 两个相邻的元件串联后形似波浪 • 单： 首末端相联的两换向片相隔很远，最后也相差一个 换向片的宽度
第3章 直流电机
1.直轴电枢反应的性质
2
Fa A
2
f a ( x) Ax
f a ( x) f a ( x)
Nia 电负荷： A D
1 A 2x A x 2
第3章 直流电机 交轴磁动势和磁密的波形 电枢磁动势 Fa 在气隙圆周方向空间分布是三角形波
电枢磁动势产生的气隙磁密 Ba 是对称的马鞍形波
B2
• 注意：该瞬间，5个元件被短接！
第3章 直流电机
单叠绕组 • 先串联所有在同一极下的元件， 形成一条支路 每增加一对主极就增加一对支路，2a＝＝2p
•
并联支路数多， 每条支路中串联元件数少，适用于 较低电压较大电流的电机或高速电机
单波绕组 • 把全部相同极性下的元件相连，形成一条支路 整个绕组只有一对支路， 2a＝＝2 • 并联支路数少， 每条支路中串联元件数多， 适用于 较高电压较小电流的电机
第3章 直流电机
思考题 1、一台四极直流发电机，电枢为单叠绕组，原为四组电刷， 现取去相邻两组电刷，问电机的端电压及允许通过的电枢电 流会发生什么变化？ 2、如果通过测量电阻来断定直流电机绕组是否断线问题， 如何测量？
第3章 直流电机
3.3 空载和负载时直流电机的磁场
一、空载时直流电机的磁场 1.电机空载的特性
第3章 直流电机
定义两个轴：直轴，交轴
直轴：与主极轴线重合的轴 -d轴
交轴：与主极轴线正交的轴
-q轴
第3章 直流电机
1.电刷在几何中心线上时
注意： - 电刷是电流的分界线 结论： 只有电枢电流时，电枢 磁动势为交轴磁动势 A
O
B
第3章 直流电机 交轴电枢磁动势
A
O
-X X
B
2
＋y
上层元件边 下层元件边
1
8
15
7
14
6
13
5
12
4
11
3
10
2
9
1
闭合
＋y2
＋y 1
5
12 ＋y
4
11
3
10
2
9
1
8
15
7
14
6
13
第3章 直流电机
• 特点：同一极性的主磁极下所有的元件组成一条支路
单波绕组的电路图
15 8
7
14
6
13
A1
1 15 9
1 2
8 9
A2
12
5
5 4
B1
12 10 3 11 4
第3章 直流电机
• 漏磁通的表示方法
• 引入漏磁系数 kσ
0 f f k 1 0 0
• kσ数值：1.2左右 • 总磁通大小：
-- 漏磁通 -- 主磁通
k 0
第3章 直流电机
一台四极直流电机空载时的磁场示意图 特点：每1/4都是对称的
第3章 直流电机
3.气隙磁场分布规律
Fax
Bax
Bax 0 H ax 0
x
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱf ax
0
Ax
x
第3章 直流电机 气隙合成磁场分布
电枢磁场
主极磁场
逐点叠加后的 气隙合成磁场
沿圆周方向展开后的磁场分布
第3章 直流电机 结果： - 波形不再对称 - 磁力线发生扭曲 主磁场分布 + 电枢磁场分布
负载后电机的磁场
第3章 直流电机
第3章 直流电机
4.空载特性
0 N
膝点
• 空载气隙磁通与空载励磁 电流的关系 - 磁化曲线 • 为了合理地利用材料，一 般额定运行点设定在拐点 （图中A点）
饱和部分
A
不饱和部分
If
0
I fN
第3章 直流电机
二、负载时直流电机的磁场
负载特点 • 负载后，电枢绕组中有电流，电枢磁动势 主极磁动势 合成磁动势 电枢磁动势 气隙磁场
2.电刷不在几何中心线上时
方法： - 垂直分解，电枢磁势 Fa
直轴分量 Fad
交轴分量 Faq
+
Fa
=
Fad
+
Faq
第3章 直流电机
三、电枢反应
电枢反应：负载上时电枢磁动势对主极磁场的影响 说明：
电枢反应包括直轴电枢反应和交轴电枢反应 电枢反应和电刷的位置有关
- 电刷的位置决定了电流的位置
y1
Qu 15 3 3 ----绕组是短距的！ 2p 4 4
K 1 15 1 y yc 7 p 2
y 2 y y1 7 3 4
第3章 直流电机
τ
τ
τ
τ
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
14 15
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
- 电枢电流忽略不计 - 发电机：等于0 - 电动机：很小
• 气隙中只有主极磁场
空载时磁场分布
第3章 直流电机
2.磁通分成主磁通和漏磁通
• 主磁通通过气隙 - 交链定、转子 - 在电枢绕组中感应电动势 - 或产生电磁转矩
• 漏磁通不通过气隙 - 只交链定子 - 浪费磁势 - 大约是主磁通的20% 空载时磁场分布
1
2
第3章 直流电机
τ
τ
τ
τ
1
2N 3
4
5
6 S
7
8
9 N 10 11 12
S 14
15
3
4
5
6
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9
10 11 12 13 14 15
1
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第3章 直流电机
τ
τ
τ
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1
2N 3
4
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6 S
7
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9 N 10 11 12 13S 14 15
3
4
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6
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9
10 11 12 13 14 15
1
2
第3章 直流电机 • 绕组连接顺序图 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1
• 沿圆周展开 • 极靴宽度 bp< 极距τ - 减小漏磁，保证换向性能 • 定义：极弧系数 αi
i
bp
空载时直流电机的气隙磁场
• 数值：< 1，一般在 0.6 ~ 0.8
第3章 直流电机
• 空载时，磁动势主要消耗在气 隙上
BH
F
• 气隙磁密的分布就取决于气隙 的大小和形状 • 主极下气隙处处均匀 • 波形：平顶波 空载时直流电机的气隙磁场
1
第3章 直流电机
说明：
• 为了使串联的元件的电势同向相加， 合成节距应当满足：
y 2 , y 2
p yc k 1
k 1 yc p
N S N S
第3章 直流电机
[例 ]
已知一台直流电机， 2p＝4， Qu＝S＝K＝15，u=1，画出 单波绕组展开图。 [解] 基本过程同前例
第3章 直流电机
四、单波绕组
连接规律：将相隔约为两个极距的同极性磁场下对应位置的所有 元件依次串联起来，绕行一周后恰好回到出发换向片相邻换向片， 直到连完全部元件，最后回到出发换向片，构成一个闭合回路。 • 波： 两个相邻的元件串联后形似波浪 • 单： 首末端相联的两换向片相隔很远，最后也相差一个 换向片的宽度
第3章 直流电机
1.直轴电枢反应的性质
2
Fa A
2
f a ( x) Ax
f a ( x) f a ( x)
Nia 电负荷： A D
1 A 2x A x 2
第3章 直流电机 交轴磁动势和磁密的波形 电枢磁动势 Fa 在气隙圆周方向空间分布是三角形波
电枢磁动势产生的气隙磁密 Ba 是对称的马鞍形波
B2
• 注意：该瞬间，5个元件被短接！
第3章 直流电机
单叠绕组 • 先串联所有在同一极下的元件， 形成一条支路 每增加一对主极就增加一对支路，2a＝＝2p
•
并联支路数多， 每条支路中串联元件数少，适用于 较低电压较大电流的电机或高速电机
单波绕组 • 把全部相同极性下的元件相连，形成一条支路 整个绕组只有一对支路， 2a＝＝2 • 并联支路数少， 每条支路中串联元件数多， 适用于 较高电压较小电流的电机
第3章 直流电机
思考题 1、一台四极直流发电机，电枢为单叠绕组，原为四组电刷， 现取去相邻两组电刷，问电机的端电压及允许通过的电枢电 流会发生什么变化？ 2、如果通过测量电阻来断定直流电机绕组是否断线问题， 如何测量？
第3章 直流电机
3.3 空载和负载时直流电机的磁场
一、空载时直流电机的磁场 1.电机空载的特性
第3章 直流电机
定义两个轴：直轴，交轴
直轴：与主极轴线重合的轴 -d轴
交轴：与主极轴线正交的轴
-q轴
第3章 直流电机
1.电刷在几何中心线上时
注意： - 电刷是电流的分界线 结论： 只有电枢电流时，电枢 磁动势为交轴磁动势 A
O
B
第3章 直流电机 交轴电枢磁动势
A
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-X X
B
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上层元件边 下层元件边
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＋y 1
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第3章 直流电机
• 特点：同一极性的主磁极下所有的元件组成一条支路
单波绕组的电路图
15 8
7
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A1
1 15 9
1 2
8 9
A2
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5 4
B1
12 10 3 11 4
第3章 直流电机
• 漏磁通的表示方法
• 引入漏磁系数 kσ
0 f f k 1 0 0
• kσ数值：1.2左右 • 总磁通大小：
-- 漏磁通 -- 主磁通
k 0
第3章 直流电机
一台四极直流电机空载时的磁场示意图 特点：每1/4都是对称的
第3章 直流电机
3.气隙磁场分布规律
Fax
Bax
Bax 0 H ax 0
x
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱf ax
0
Ax
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第3章 直流电机 气隙合成磁场分布
电枢磁场
主极磁场
逐点叠加后的 气隙合成磁场
沿圆周方向展开后的磁场分布
第3章 直流电机 结果： - 波形不再对称 - 磁力线发生扭曲 主磁场分布 + 电枢磁场分布
负载后电机的磁场
第3章 直流电机
第3章 直流电机
4.空载特性
0 N
膝点
• 空载气隙磁通与空载励磁 电流的关系 - 磁化曲线 • 为了合理地利用材料，一 般额定运行点设定在拐点 （图中A点）
饱和部分
A
不饱和部分
If
0
I fN
第3章 直流电机
二、负载时直流电机的磁场
负载特点 • 负载后，电枢绕组中有电流，电枢磁动势 主极磁动势 合成磁动势 电枢磁动势 气隙磁场
2.电刷不在几何中心线上时
方法： - 垂直分解，电枢磁势 Fa
直轴分量 Fad
交轴分量 Faq
+
Fa
=
Fad
+
Faq
第3章 直流电机
三、电枢反应
电枢反应：负载上时电枢磁动势对主极磁场的影响 说明：
电枢反应包括直轴电枢反应和交轴电枢反应 电枢反应和电刷的位置有关
- 电刷的位置决定了电流的位置
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Qu 15 3 3 ----绕组是短距的！ 2p 4 4
K 1 15 1 y yc 7 p 2
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第3章 直流电机
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τ
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- 电枢电流忽略不计 - 发电机：等于0 - 电动机：很小
• 气隙中只有主极磁场
空载时磁场分布
第3章 直流电机
2.磁通分成主磁通和漏磁通
• 主磁通通过气隙 - 交链定、转子 - 在电枢绕组中感应电动势 - 或产生电磁转矩
• 漏磁通不通过气隙 - 只交链定子 - 浪费磁势 - 大约是主磁通的20% 空载时磁场分布
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第3章 直流电机
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第3章 直流电机
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2
第3章 直流电机 • 绕组连接顺序图 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1
• 沿圆周展开 • 极靴宽度 bp< 极距τ - 减小漏磁，保证换向性能 • 定义：极弧系数 αi
i
bp
空载时直流电机的气隙磁场
• 数值：< 1，一般在 0.6 ~ 0.8
第3章 直流电机
• 空载时，磁动势主要消耗在气 隙上
BH
F
• 气隙磁密的分布就取决于气隙 的大小和形状 • 主极下气隙处处均匀 • 波形：平顶波 空载时直流电机的气隙磁场