cha19直流电机的电磁关系及分析

null第十九章 直流电机的电磁关系及 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法 第十九章 直流电机的电磁关系及分析方法 主要内容 直流电机空载时电机内部电磁关系 直流电机负载时电机内部电磁关系 直流电机的电枢反应 电枢绕组的感应电势和直流电机的电磁转矩 稳态运行时直流电机的基本方程式 第一节 直流电机空载时电机内部电磁关系 第一节 直流电机空载时电机内部电磁关系 直流电机空载是指电机对外无功率输出、不带负载空转的一种状态。直流电机空载时，励磁绕组内有励磁电流，电动机电枢电流很小可忽略而发电机电枢电流为零，此时电机内部的磁场是由励磁绕组通过电流产生的磁势决定。 主磁极N、S交替分布，故磁场的分布是对称的。 其中绝大部分磁通经主磁极、气隙、电枢铁芯及定子磁轭闭合，这部分磁通同时链绕励磁绕组和电枢绕组，称主磁通，记作：Φ0，主磁通参与机电能量转换，能产生感应电势和电磁转矩，是工作磁通。 还有一小部分磁通不穿过电枢，仅与励磁绕组自身链绕，称漏磁通，记作：Φσ，漏磁通不穿过电枢 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面，不参加机电能量转换，不是工作磁通。 null主磁通通过的磁路称主磁路，主磁路中气隙较小，故磁阻较小；漏磁通通过的磁路称漏磁路，漏磁路中空气隙较大，磁阻大。所以，漏磁通比主磁通小得多，约占主磁通的20%左右。 null如果不考虑电枢表面齿槽效应，假设电枢表面是光滑的，根据磁路定律可推出气隙磁密反比于气隙长度。主磁极下的气隙小，而且均匀，气隙磁密分布均匀；在主磁极极靴尖，气隙增大，磁阻增大，磁密下降；在极靴尖外，气隙迅速增大，气隙磁密急剧下降，在相邻两极的空间分界线上，磁密降为零。空载时的磁场用函数B0(x)表示，我们称气隙磁密沿电枢表面空间分布的波形为平顶波，也可称之为钟形曲线，如图所以。 第二节 直流电机负载时电机内部电磁关系 第二节 直流电机负载时电机内部电磁关系 直流电机空载运行时，气隙中仅有主极磁场，其分布如图19-3。负载运行时，电枢绕组中有电流，产生电枢磁势，建立电枢磁场。主磁势和电枢磁势共同作用建立负载时的气隙磁场。在直流电机中，不论电枢绕组是哪种型式，各支路电流都是通过电刷引入获引出，因此电刷是电枢表面电流分布的分界线，电枢磁势的轴线总是与电刷轴线相重合。下面分析电刷在几何中性线和不几何中性线的电枢磁势两种情况。 图19-3 主磁场的分布 一、电刷在几何中性线上时的电枢磁势 一、电刷在几何中性线上时的电枢磁势 假设电刷位于几何中性线上，若电枢上半周的电流为流出，下半周为流入，根据右手螺旋定则，该电枢磁动势建立的磁场如如图19-4（a）虚线所示。从图19-4（a）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，电枢磁动势时交轴电枢磁动势。 图19-4（a）是直流电机电流分布和电枢磁场情况示意图，为便于分析让其展开成图19-4（b）图。 null 图19-4 电刷在几何中性线的电枢磁势与电势磁场null以单叠绕组为例，电枢绕组的每一个线圈大小和匝数相同，流过的电流是直流，大小相等，所以每个线圈产生的磁势在展开图中都是幅值相同的矩形波，如图19-5（a）是其中一个线圈产生的磁势矩形波，图19-5（b）为其中三个线圈产生的磁势分布波，图19-5（c）为三个线圈产生的磁势波的合成阶梯分布波，图19-5（d）为电枢绕组的产生的磁势合成，如果组成电枢绕组的线圈无线的增多，则电枢合成磁势就如图19-5（e）。可见电刷在几何中线上时，直流电机的电枢磁势是幅值固定的空间分布波，只是空间的函数，如沿电枢分布的线圈无限增多，则阶梯形波将趋近于三角形波，三角波的幅值在电刷所在的交轴上，所以又称交轴电枢磁动势Fa(x)，如图19-4（b）中的Fa(x)分布形状。 null 图19-5 电枢磁势的叠加过程 （a）一个线圈产生的磁势矩形波；（b）三个线圈产生的磁势分布波；（c）三个线圈合成阶梯分布波磁势；（d）电枢绕组的产生的磁势合成；（e）电枢线圈无线多时电枢磁势波 二、电刷不在几何中性线上电枢磁势 二、电刷不在几何中性线上电枢磁势 由于电机装配或其他原因使电刷不在几何中线时，假设移过一个小角度β，除了交轴电枢磁动势外，还会产生直轴电枢磁动势。 因电刷是电枢表面上电流分布的分界线，故电枢磁势轴线也随之移动了β角度，如图19-6（a）。为了分析的方便，可以划分为两个分量，如图19-6（b）和（c），在角度2β范围内的导体所产生的磁势固定作用在直轴，称为直轴电枢Fad，其方向与主磁极极性相反。在角度2β范围以外的导体所产生的磁势作用在交轴，为交轴电枢Faq。 null所以电刷在几何中性性线上，只有交轴电枢磁动势Faq。电枢磁势电刷不在几何中性线上电枢磁势，除了交轴电枢磁动势Faq外，还有直轴电枢磁动势Fad。 图19-6电刷不在几何中性线上电枢磁势 第三节 直流电机的电枢反应 第三节 直流电机的电枢反应 当电机带负载后，电枢绕组流过电流，产生电枢磁势。从上面分析可知：电枢磁势对主磁极产生的磁场有影响，故对电机的运行性能也会产生一定的影响。我们把电枢磁势对励磁磁势产生的影响称为电枢反应。 一、电刷在几何中性线上的电枢反应 null（a） （b） 图19-7电刷在几何中性线的交轴电枢反应 （a）气隙合成磁场；（b）展开图 null对同一台电机而言，若主磁极的极性不变，导体中的电流方向相同，作发电机或电动机运行时，电枢磁场对主磁场的作用相同，因而可用同一图来进行分析，如图19-7（a）所示，所不同的只是旋转方向相反而已。因电刷在几何中性线上，所以只有交轴电枢磁势。若磁路不饱和，就可以利用叠加原理求出气隙磁场。图19-7（b）为磁场分布的展开图，图中B0(x)表示空载时的主磁场（平定波），Ba(x)为交轴电枢磁场（马鞍形），将两磁场逐点叠加，便得到负载时的气隙合成磁场的分布曲线B(x)。可见电枢反应的性质： null（一）使气隙磁场发生畸变 假设电枢旋转时先进入磁极的那个磁极尖称为前极尖，电枢离开磁极的那个磁极尖称为后极尖。电枢反应使气隙磁场发生畸变，对发电机而言是前极尖磁场被削弱，后极尖磁场被加强；对电动机而言是前极尖磁场被加强后极尖磁场被削弱。 （二）使物理中性线偏移 我们把气隙中各点磁通密度为零的点的连线称为物理中性线。直流电机空载时，几何中性线与物理中性线重合。负载时，物理中性线偏离几何中性线 ，对发电机而言是顺转向偏离；对电动机而言是逆转向偏离。 null（三）当磁路饱和时有去磁作用 磁路未饱和时，气隙里的磁通密度B(x)由励磁磁密B0(x)与电枢磁密的Ba(x)叠加得到。磁路饱和时，要利用磁化曲线才能得到负载时的气隙磁通密度分布曲线，显然由于磁化曲线进入饱和点后具有饱和性，使负载时的气隙磁场比空载时的磁场要弱，如图19-6（b）虚线所示。 二、电刷偏离几何中性线时的电枢反应 二、电刷偏离几何中性线时的电枢反应 由于装配或换相的需要等原因，有时电刷会偏离几何中性线。从上面分析得到，当电刷位于几何中性线时，电枢电流只产生交轴电枢磁势。而电刷偏离几何中性线时，设以电动机为例电刷逆旋转方向偏离β角，如图19-6，产生的电枢磁势为Fa，将Fa分解成交轴电枢磁势Faq和直轴电枢磁势Fad，交轴电枢磁势Faq对主磁场的影响与上面分析的电刷位于几何中性线的电枢反应情况一样，而直轴电枢磁势Fad与主磁极轴线重合，方向相反，故有去磁作用；同理，当电刷顺电动机旋转方向偏离β角时，产生的直轴电枢磁势Fad有助磁作用。而发电机与电动机情况相反。 三、电枢反应对直流电机的影响 三、电枢反应对直流电机的影响 直流电机的电刷总是位于交轴，电枢反应则只有交轴分量没有直轴分量。由于磁路的饱和，电枢反应的去磁作用将使每极磁通略有减小。Fa存在交磁作用和去磁作用。电机转速和励磁电流一定，由于交轴电枢反应去磁作用，使负载时感应电势比空载略小。要保持感应电势不变，需增加励磁电流，以补偿交轴电枢反应的去磁作用。 电枢反应使极面下磁密分布不均匀，从而使各换向片间电势也分布不均，当电机过载特别是冲击性负载下，可能导致环火的产生。 在交轴处的电枢磁场将妨碍线圈中的电流换向。 第四节 电枢绕组的感应电势和直流电机的电磁转矩 第四节 电枢绕组的感应电势和直流电机的电磁转矩 一、直流电机电枢绕组的感应电势 直流电机电枢绕组的感应电势是指从一对正负电刷之间引出的电势，也称为电枢电势，记作Ea。 如果设N为电枢绕组的总导体数，a为并联支路对数，Bav为一个磁极内的平均磁密，l为导体的有效长度，v为导体切割磁场的速度，则电枢电势为： null称为电势常数，它是与电机结构有关的参数。 电势表达式可见： 1.Ea∝Φn，改变Φ或n的大小，可使Ea大小发生变化，当磁通Φ单位为Wb，转速n单位为r/min，则电枢电势Ea单位为V； 2.Ea方向取决于Φ和n的方向，改变Φ的方向（即改变励磁电流If的方向），就可改变Ea的方向。 二、直流电机的电磁转矩 二、直流电机的电磁转矩 直流电机的电磁转矩是指电枢上所有载流导体在磁场中受力所形成的转矩的总和。设D为电枢直径，N为电枢总导体数，fav每根导体平均所受的力，则电磁转矩为： 称为转矩常数，它也是与电机结构有关的参数。 null从电磁转矩表达式可见： 1.T∝ΦIa，改变Φ或Ia的大小，可使T大小发生变化，当磁通Φ单位为Wb，电枢电流Ia单位为A，则电磁转矩T单位为N·m； 2.T方向取决于Φ和Ia的方向，改变Φ的方向（即改变励磁电流If的方向），就可改变T的方向。 电势常数与转矩常数之间的关系式： 根据和可得到电势常数与转矩常数之间的关系式 第五节 稳态运行时直流电机的基本方程式 第五节 稳态运行时直流电机的基本方程式 一、直流发电机的基本方程式 直流发电机是将原动机输入的机械能转变为直流电能的电气设备。直流发电机的基本方程式与励磁方式有关，励磁方式不同，基本方程式略有差别。下面以他励直流发电机为例，介绍其基本方程式。 （一）电压方程式 我们以发电机惯例，规定直流发电机各物理量正方向如19-8图所示。 null 式中Rf为励磁回路总电阻，它包括励磁回路外串电阻和励磁绕组内阻。 从发电机电压基本方程式可见：电枢电势Ea必须大于电枢端电压U，这也是判断电机是否处于发电运行状态的依据。 图19-8 他励直流发电机的 稳态等效电路图 电枢回路方程为式中Ra为电枢回路总电阻，它包括电刷接触电阻和电枢绕组内阻。 励磁回路方程为（二）转矩方程式 （二）转矩方程式 式中T1——原动机的拖动转矩 T——发电机中产生的电磁转矩，其性质为制动转矩 T0——空载转矩，它是由电机的机械摩擦和铁损引起的转矩。 发电机的转向由原动机决定，T1>T，故电磁转矩为制动转矩，是阻碍原动机的阻力转矩。 （三）功率平衡关系 （三）功率平衡关系 式中P1——输入的机械功率 Pem——电磁功率 p0——空载损耗。 空载损耗等于铁损pFe、机械摩擦损耗pm、附加损耗pad，即 p0=pFe+pm+ps 其中附加损耗又称杂散损耗，一般难以精确计算。靠经验估算约为额定功率PＮ的0.5%1%。从原动机输入的机械功率为：null电磁功率为说明电磁功率具有机械功率性质。 同时电磁功率又可表示为 说明电磁功率又具有电功率性质，所以电磁功率是机电能量转换的桥梁。 发电机输出的电功率为pCua为电枢回路铜耗，P2为输出的电功率，同时输出功率又可表示为： P2=UIa null图19-9为他励直流发电机功率流程图。 二、直流电动机的基本方程式 二、直流电动机的基本方程式 直流电机的运行是可逆的，同一台电机既可在一定条件下作发电机运行，又可在另一条件下作电动机运行，如在原动机的拖动下，可作为发电机，将输入的机械能转变为电能；如在电枢两端输入直流电能，可作为电动机，将输入的电能转变为机械能。 以电动机惯例，规定直流电动机各物理量正方向如19-10图所示。 null图19-10 他励直流电动机的 稳态等效电路图 （一）电枢回路电压方程式 其中反电势Ea=CeΦ·n，若为并励时，存在由于Ra很小，电枢回路上电阻压降很小，电源电压大部分降落在反电势Ea上。null（二）转矩方程式 电动机空载时，轴上输出转矩T2=0，则有： T=T0。 当负载转矩为TL，轴上输出有T2=TL，电动机匀速稳定运行时有 其中电磁转矩为拖动性质转矩，可用 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 T=CTΦIa计算，（T2+T0）为总的制动转矩，方向与T相反。 null（三）功率平衡关系 他励直流电动机输入功率为： 所以 式中电磁功率Pem的功率性质为电功率，pCua=I2aRa为电枢回路上的铜耗。 图19-11为他励直流电动机的功率流程图。 null图19-11 他励直流电动机的功率流程图