最新3直流电机的磁场汇总

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§3.2 直流电机的电枢磁动势和磁场
• 一、电刷放在几何中性线上时的电枢磁动势 和磁场
• 二、电刷不在几何中性线上时的电枢磁动势
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• 直流电机空载时的气隙磁场仅由主极的励磁 磁动势所建立。当电机有负载时，电枢绕组 中有电流通过，产生的磁动势称为电枢磁动 势。此时，气隙磁场就由主极磁动势与电枢 磁动势两者的合成磁动势所建立。正是由于 这两个磁动势的互相作用，直流电机才能进 行机电能量转换。
示，即 kF 0 /F 1F F/eF
• 称kμ为饱和系数，一般电机kμ=1.1～1.35。饱 和系数的大小对电机的运行性能和经济性有 重要影响。因此，为了最经济地利用材料， 电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始 弯曲的所谓“膝点”附近。
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• 磁化曲线的纵坐标有时不用F0，而用If表示， 它们之间只差一个与励磁绕组匝数有关的比 例系数，此外，纵坐标也可以用空载时的电 枢电压U代替，当电机转速恒定时，U与Φ0， 之间也只相差一个与电枢绕组匝数有关的比 例系数。因此，磁化曲线可表示为U＝f(If)和 Φ0=f(If)或U=f(F0)等多种形式，只需变换一下 有关比例系数即可。
• 上述各段磁路中，气隙磁路所消耗的磁动势 最大，是分析的重点。
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二、主磁场分布
• 电机空载时主极下气隙磁通Φ0的大小正比于 主极励磁磁动势2Ff，而反比于主磁路的总磁 阻。气隙部分为空气，其磁导率近似为μ0很 小，其磁阻很大，而其他各段磁路的材料都 是铁磁材料。在磁路不太饱和的情况下，其 磁导率比空气磁导率大得多，其磁阻也就比 空气隙小得多，相应地消耗在各段铁磁材料 中的磁动势也远比空气隙的要小，如忽略铁 中消耗的磁动势。
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• 设电枢表面光滑无齿，气 隙磁动势为，x处的气隙 长度和气隙磁密分别为δ(x) 和B0(x)，则有
B 0(x)0F /(x)
• 即δ(x)和B0(x)成反比。由 于主极下的气隙是不均匀 的，且极靴宽度小于极距， 故气隙磁密在一个极下的 分布规律如图所示，通常 为一平顶波。
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• 则通过每个主极铁心中的总磁通为 • Φm=Φ0＋Φσ=Φ0(1＋Φσ/Φ0)=kσΦ0 • 式中， kσ= (1＋Φσ/Φ0)。称为主极漏磁系数，其大
小与磁路结构即磁场分布情况有关，通常 kσ=1.15～1.25。
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• 设有产生主磁通Φ0的每对极励磁磁动势为F0，则由全电流定律
3直流电机的磁场
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§3.1直流电机的空载磁场
• 一、磁通与磁动势 • 二、主磁场分布 • 三、磁化曲线
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• 图示为一台四极直流电机在忽略端部效应时的空载磁场分 布图示例，即只考虑二维分布。下面结合谈示例讨论直流 电机空载磁场的基本特点。
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一、磁通与磁动势
路计算方法求得磁动势F0，以及相应的励磁电流If。
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• 在计算各部分的计算磁场强度H时，通常先 算出该部分的计算平均磁通密度Bav＝Φ/S式 中，Φ为该段磁路的计算磁通，S为该段磁路 的计算截面积。
• 然后，根据磁路材料的B－H曲线，找出对应 于某一磁通密度B下的H值。如果磁路是空气 隙，则H＝B/μ0。
F 0Hd l2IfNf
• 要计算电机中的磁场，只须利用全电流定律。在磁场中沿任 一路径环绕一周，均有如果列出足够的方程，就可解算出电 机各处的磁场。实际上，这样计算是极为繁难的。所以，通 常均作一些简化，其假定如下
• (1) 忽略电机中磁场在轴向分布的不同。把三维空间磁场的 问题简化为二维空间的问题。
三、磁化曲线
• 磁化曲线的起始部分几乎是一条 直线。这是因为主磁通很小时， 磁路中的铁磁部分没有饱和，所 需电动势(即磁压降)远较气隙中 的就性小是关Φ得系0多，与，故Fδ的Φ显0关示与系为F0，的直而关线后系。者几把是乎磁线也化 曲线的起始直线延长，即为电机 的气气隙隙线。磁化曲线Φ0＝f(Fδ)。简称
• 直通线密段度往不后断，增随加着，Φ铁0磁的部增分大逐，渐磁 步入饱和，磁导率急剧下降，所 需偏磁离动气势隙F线Fe面显弯著曲增，长最，后磁进化入曲深线 度饱和。
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• 电机磁路的饱和程度，以电机额定转速下空 载运行时产生暂定电枢电压所需磁动势F’0与 同一磁通下气隙线上的磁动势F’δ的比值来表
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一、电刷放在几何中性线上时的 电枢磁动势和磁场
• 由于电枢绕组各支路中的电流是由电 刷引入或引出的，故电刷是电枢表面 电流分布的分界线。
• 从图可见，电枢磁动势的轴线总是与 电刷轴线重合。
• 与主极轴线正交的轴线通常称为交轴。 • 与主极轴线重合的轴线称为直轴。 • 所以当电刷位于几何中性线上时，电
• 其中绝大部分从主极铁心经气隙、电枢，再 经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经 定子磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕 组，在电枢绕组中感应电动势，实现机电能 量转换，称为主磁通；每极主磁通记为Φ0。
• 另一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主 极间的空气或定子磁轭闭合，不参与机电能 量转换，称为漏磁通。漏磁通记为Φσ。
• (2) 将主磁通的磁路分为几段，各段的磁场均假定为一个均 匀磁场。各段所消耗的磁动势为各均匀磁场强度(称为计算 磁场强度)与所取各段磁路长度(称为计算磁路长度)的乘积， 从而把问题又简化为一维空间的问题，使计算工作大为简化。
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• (1) 两个气隙，计算长度为2δ，磁场强度为Hδ。 • (2) 两个齿，计算高度为2hz，磁场强度为Hz。 • (3) 两个主极，计算高度为2hm，磁场强度为Hm。 • (4) 一个定子轭，平均长度为Lj，磁场强度为Hj。 • (5) 一个转子(电枢)轭，平均长度为La，磁场强度为Ha，用磁
枢磁动势是交轴电枢磁动势。
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• 设磁路为不饱和，并取μFe ＝∞，因而可忽略铁心中的 磁位降，则此电枢磁动势将 全部消耗在二个气隙上，此 时作用在x点处每个气隙的 电枢磁动势fa(x)应为