03电机拖动 第二章 直流电机2

电机学及拖动基础1重庆大学自动化学院电机学及拖动基础电机学及拖动基础2第二章直流电机电机学及拖动基础3主要内容第一节直流电机的工作原理及结构第二节直流电机的铭牌数据第三节直流电机的绕组第四节直流电机的励磁方式及磁场第五节感应电动势和电磁转矩的计算第六节直流电机的运行原理第七节直流电机的换向电机学及拖动基础4第四节直流电机的励磁方式和磁场•励磁磁场：由主磁极的励磁磁动势单独建立的电机的主磁场。•励磁方式：供给励磁绕组电流、产生励磁磁动势而建立主磁场的方式。•直流电机磁场是由永久磁铁或励磁绕组通以直流电励磁产生•励磁绕组和电枢绕组不同的联接，决定了不同的励磁方式•不同的励磁方式，电机的性能将不同一直流电机的励磁方式电机学及拖动基础5•他励：励磁绕组与电枢绕组无联接，由独立电源供电•并励：励磁绕组与电枢绕组并联•串励：励磁绕组与电枢绕组串联•复励：一个励磁绕组与电枢绕组并联，另一个串联积复励：串励绕组和并励绕组产生的磁动势方向相同差复励：串励绕组和并励绕组产生的磁动势方向相反UaUfIaIfUaIIfIaUaIfIaUaIIf1IaIf2电机学及拖动基础6•空载：是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态。•空载磁场：是指由励磁磁动势单独建立的磁场。二直流电机的空载磁场电机学及拖动基础7主磁通和漏磁通主磁通Φ0、主磁路：由N极出发，经气隙进入电枢齿部，经电枢铁心的磁轭到另外的电枢齿，通过气隙进入S极，再经定子轭回到原来N极主磁通交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩漏磁通Φσ、漏磁路：不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定子轭形成闭合回路影响饱和程度电机学及拖动基础8空载气隙磁场气隙中主磁场磁密的分布在一个磁极的范围内，励磁磁动势大小一样，若不计铁磁材料中的磁压降，气隙磁密Bδ大小与气隙长度δ成反比在磁极轴线附近的气隙较小，并且气隙均匀，磁阻小，此位置的主磁场较强；在此位置以外，气隙逐渐增大，主磁场也逐渐减弱；到两极之间的几何中性线处时，磁密等于零电机学及拖动基础9电机的磁化曲线电机运行时，要求每极下有一定的磁通量，也就是要求有一定的励磁磁动势；对于实际电机，励磁绕组的匝数Nf一定，故要求有一定的励磁电流If0。这种要求可以表示为主磁通Φ0与励磁磁动势Ff0或励磁电流If0的关系，即Φ0=ƒ(Ff0)或Φ0=ƒ(If0)。这种关系也就是从电机磁路的B-H曲线转化而来的曲线，称为电机的磁化曲线。电机的磁化曲线表明了电机磁路的特性。电机学及拖动基础10•电机的磁化曲线与所采用的铁磁材料的B-H曲线相似，具有饱和特性电机的磁化曲线当主磁通Φ0较小时，铁磁材料的磁位降较小，励磁磁通主要消耗在气隙中，磁动势随磁通成正比例增加；当主磁通Φ0较大时，磁动势的增加比磁通增加得快，磁化曲线呈饱和特性；当主磁通Φ0很大再增加时，对应的磁动势就急剧增加。电机学及拖动基础11•空载时，电枢绕组无电流通过，气隙磁场仅由主极磁场建立•负载后，电枢绕组有电流通过，由电枢电流建立的磁动势称为电枢磁动势，由电枢电流建立的磁场称为电枢磁场•负载后，气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同建立，使气隙磁场发生畸变三直流电机负载时的磁场及电枢反应电机学及拖动基础12电枢反应的概念•电枢磁动势（电枢磁场）对主极励磁磁动势建立的气隙磁场的影响称为电枢反应•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上电流分布的分界线•电枢磁动势以及由它建立的电枢磁场不动，因此电枢磁动势的轴线总是与电刷轴线相重合•对电动机，影响电机转速•对发电机，直接影响端电压•不利于直流电机的换向电枢磁场电机学及拖动基础1312aYiN12A4个元件所产生的电枢磁动势波形12222SSpp阶梯级数三角波幅值222axayaaSFiNpNiAD电枢磁动势的分布波形电机学及拖动基础14电枢反应结论：•使气隙磁场分布发生畸变•使物理中性线发生位移，与几何中性线不再重合•呈去磁作用Fax电枢反应B0x—空载磁密Bax—电枢磁密Bδx—负载磁密0axaxFB电机学及拖动基础15第五节感应电动势和电磁转矩的计算•无论作电动机还是作发电机运行，直流电机电枢绕组内部都感应产生电动势——一条支路（或正负电刷两端）的感应电势一感应电动势的计算•可认为每条支路中各元件电动势瞬时值的总和不变•用每极有效磁通Φ来计算感应电势•两种方法：1）求出一个元件在一个极距内因气隙磁场变化的平均感应电势，乘上一条支路中的串联元件数2）求出一根导体在一个极距内因切割气隙磁场的平均感应电势，乘上一条支路里的总的导体数电机学及拖动基础16直流电机的感应电势•一根导体的平均感应电势：•支路感应电势：•若不计饱和影响：260avaviavieBlvnvpBl2226060aavieiNNnpNEelpnCnaalaBav—平均磁密li—导体长度v—电枢旋转线速度n—电枢转速（r/min）Φ—每极有效磁通N—总导体数Ce—电动势常数aeeffaffECnCKInGIIf—励磁电流Ω—电枢机械角速度电机学及拖动基础17同样引入平均磁密Bav，具体计算：•一根导体的平均电磁力：•电磁转矩：•若不计饱和影响：其中，二电磁转矩的计算eTaTffaaffaTCICKIIGIIavaviafBli222222eavaviaaiaTaiDDTfNBliNIppNlNICIlaaia—支路电流Ia—电枢电流D—电枢直径CT—转矩常数2aaIia2pD602afTfefGCKCK电机学及拖动基础18电磁功率电枢电功率机械功率•对于直流电动机：从电源吸收的电功率，通过电磁感应作用，转换成轴上的机械功率•对于直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的机械功率，等于通过电磁感应作用在电枢回路所得到的电功率•定义电磁功率Pem，则：260aaeaTaeEICnICnITemaaePEIT电机学及拖动基础19第二章第二部分结束