直流电机的基本理论

第2章 直流电机的基本理论
4、复励：
并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕 组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。

I
Ea
U
If1

I

U
Ea

If1
If2
Ia
If2
Ia
第2章 直流电机的基本理论 2.2空载时直流电机的磁场
• 直流电机的磁通路径 磁路从主磁极1出发经气隙1－电枢齿1－电枢轭 －电枢齿2－气隙2－主磁极2－定子轭--主磁极1
二、分类 除了永磁直流电机外，直流电机的励磁方式有 他励式和自励（串励、并励和复励）式。
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电枢电流Ia 励磁电流If 电源供或发电流I
他励Ia＝I 并励 发电机I＝Ia－If 电动机I＝Ia+If 串励Ia＝I＝If 复励：加复励 差复励 发电机I＝Ia－If 电动机I＝Ia+If
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直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生 电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为 电枢反应。 右图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图。 当励磁绕组的串联匝数 为 N f ，流过电流 I f，每 极的励磁磁动势为：
Ff I f N f
第2章 直流电机的基本理论
当励磁绕组中有励磁电流，电 机带上负载后，气隙中的磁场是励 磁磁动势与电枢磁动势共同作用的 结果。电枢磁场对气隙磁场的影响 称为电枢反应。电枢反应与电刷的 位置有关。
1、当电刷在几何中性线上时，将 主磁场分布和电枢磁场分布叠加， 可得到负载后电机的磁场分布情况， 如图（a）所示。
第2章 直流电机的基本理论
第2章 直流电机的基本理论
二.空载磁通密度波形
1.空载时电枢电流为0，气隙磁 场是由励磁电流单独决定。 2.磁极面下气隙较小且均匀， 磁密较强且均匀。 3.极面外，气隙迅速增大，磁密 也迅速减弱，几何中性线处磁密 为 0。 4.空载气隙磁密沿电枢外圆的分 布用函数B0（x）表示；分析可 知它是平顶波。
漏磁通
磁力线不进入电枢铁心， 直接经过气隙、相邻磁极 或定子铁轭形成闭合回路
漏磁路
主磁通
磁力线由N极出来，经气隙、 电枢齿部、电枢铁心的铁轭、 电枢齿部、气隙进入S极，再 经定子铁轭回到N极
主磁路
直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应 电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增 加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得 多，大约是主磁通的20%。
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如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布，则电 枢磁动势在气隙圆周方向空间 分布呈三角波，如图中 Fax 所 示。
由于主磁极下气隙长度基 本不变，而两个主磁极之间， 气隙长度增加得很快，致使电 枢磁动势产生的气隙磁通密度 为对称的马鞍型，如图中Bax 所示。
Fax
Bax
0
N
A
为了经济、合理地利用材料， 一般直流电机额定运行时，额定磁 通 N 设定在图中 A点，即在磁化特 性曲线开始进入饱和区的位置。
0
I fN
If0 If F f 0 IN
第2章 直流电机的基本理论 2.3负载时直流电机的磁场――电枢反应
• 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过, 并产生 电枢磁场。 • 负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同作用 • 电枢磁场会对主磁场产生一定的影响，这一影响 称为电枢反应。 • 电枢反应会使得每极磁通发生变化，也会使气隙 磁场发生畸变，从而影响电机的性能。
2)、对主磁场起Leabharlann Baidu磁作用
磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此 每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部， 主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增 加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中 性线时的电枢反应为交轴去磁性质。
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电枢磁势单独产生的磁感应强度的分布： Ba(x)=μ0Fa(x)/δ δ：气隙长度 • 该磁密由磁势和气隙共同决定。 • 极面下气隙基本不变，磁密正比于磁势； • 两极之间的区域内，气隙变大，磁密迅速减小。 一个周期的磁密波形呈马鞍形。
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2.电枢磁场对电机性能的影响
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空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材 料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的 大小和形状。 磁极中心及附近的气 隙小且均匀，磁通密度较 大且基本为常数，靠近极 尖处，气隙逐渐变大，磁 通密度减小；极尖以外， 气隙明显增大，磁通密度 显著减少，在磁极之间的 几何中性线处，气隙磁通 密度为零。
电枢磁场磁通 密度分布曲线
Bx
主磁场的 磁通密度 分布曲线 两条曲线逐点叠加后 得到负载时气隙磁场 的磁通密度分布曲线
B0 x
Bax
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由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：
1)、使气隙磁场发生畸变
空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于 电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削 弱，物理中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载 时不同。
第2章 直流电机的基本理论
1.直流电机的磁场:励磁方式、磁场分布、 电枢反应 2.感应电势：电势公式、电势方程式 3.电磁转矩：转矩公式、转矩平衡方程式
4.功率与损耗:损耗分析、功率平衡方程式
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2.1
直流电机的励磁方式
一、定义 直流电机励磁绕组的接线方式称为励磁方式。 实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接
第2章 直流电机的基本理论 1.电枢磁场的空间分布波形
直流电机带上负载后，电枢绕 组中有电流，电枢电流产生的磁动 势称为电枢磁动势。电枢磁动势的 出现使电机的磁场发生变化。 右图为一台电刷放在几何中性 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。
极靴 几何中性线
极身

（a）气隙形状
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空载时的气隙磁通密度为 一平顶波，如下图(b) 所示。
空载时主磁极磁通的分 布情况，如右图(c) 所示。
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为了感应电动势或产生电磁转 矩，直流电机气隙中需要有一定量 的每极磁通 0 ，空载时，气隙磁 通 0 与空载磁动势 F f 0 或空载励磁 电流 I f 0 的关系，称为直流电机的空 载磁化特性。如右图所示。