电枢绕组电枢反应

1、1.2 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 了解单叠绕组和单波绕组各节距的计算方了解单叠绕组和单波绕组各节距的计算方法；法； 能够看懂绘制好的绕组展开图；能够看懂绘制好的绕组展开图； 理解单叠绕组和单波绕组的主要特点理解单叠绕组和单波绕组的主要特点。 了解什么是电枢反应；电枢反应对电机的了解什么是电枢反应；电枢反应对电机的影响；如何抵消电枢反应的影响。影响；如何抵消电枢反应的影响。基本要求基本要求1.2.11.2.1 直流枢绕组基本知识直流枢绕组基本知识元件元件：构成绕组的线圈称为绕组构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。元件，分单匝和多匝两种。元件的首末端元件的首末端：每一个元件均

2、引每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。根称为首端，另一根称为末端。极距极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示。表示。P2D1.2 直流电机的电枢绕组简介直流电机的电枢绕组简介合成节距合成节距 y y：相串联的两个元件对应边在电枢表面所跨的距：相串联的两个元件对应边在电枢表面所跨的距离。元件的连接次序和连接规律就取决于合成节距。离。元件的连接次序和连接规律就取决于合成节距。第二节距第二节距 y2 ：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下

3、层边与第二个元件的上层边间的距离的下层边与第二个元件的上层边间的距离。换向节距换向节距 ：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。同一元件首末端连接的换向片之间的距离。ky第一节距第一节距y1：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。为得到较大的感应电动势和电磁转矩，为得到较大的感应电动势和电磁转矩，y1最好等于或接近于最好等于或接近于。 几个元件相串联，将形成支路。为使支路电动势几个元件相串联，将形成支路。为使支路电动势尽可能大，组成同一条支路的各个元件最好处于尽可能大，组成同一条支路的各个元件最好处于同一种极性的磁极下，这样，支路内各元件的电同一种

4、极性的磁极下，这样，支路内各元件的电动势将是相加而不是互相抵消。所以两种方法：动势将是相加而不是互相抵消。所以两种方法： 一种是把同一个磁极下的元件依次串联，后一个一种是把同一个磁极下的元件依次串联，后一个元件总是叠在前一个元件上，称为叠绕组；元件总是叠在前一个元件上，称为叠绕组； 另一种是把所有属于同一极性下对应的元件依次另一种是把所有属于同一极性下对应的元件依次串联起来，像波浪一样向前延伸，称为波绕组。串联起来，像波浪一样向前延伸，称为波绕组。叠绕组叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。叠在

5、前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。件串联起来，象波浪式的前进。叠绕组和波绕组叠绕组和波绕组波绕组和跌绕组的差别主要表现在合成节距上。波绕组和跌绕组的差别主要表现在合成节距上。单叠绕组单叠绕组 单波绕组单波绕组21yyy21yyy1.2.2. 单叠绕组单叠绕组 单叠绕组的特点是相邻元件单叠绕组的特点是相邻元件(线圈线圈)相互叠压相互叠压,合成合成节距与换向节距均为节距与换向节距均为1,即：即： 1kyy 单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕单叠绕组的展开图是把

6、放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出来画在一张图里，展示元件相互组的所有元件取出来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片、电刷间的相间的电气连接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系。对位置关系。单叠绕组展开图单叠绕组展开图根据单叠绕组的展开图可以根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图得到绕组的并联支路电路图:1 1）同一主磁极下的元件）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。极数与支路数相同。2 2）电刷数等于主磁极数，）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于最大，电刷间电动

7、势等于并联支路电动势。并联支路电动势。3 3）电枢电流等于各支路电）电枢电流等于各支路电流之和。流之和。单叠绕组的特点单叠绕组的特点 单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图如下图所示。如下图所示。 两个串联元件两个串联元件放在同极磁极下，放在同极磁极下，空间位置相距约两空间位置相距约两个极距；沿圆周向个极距；沿圆周向一个方向绕一周后，一个方向绕一周后，其末尾所连的换向其末尾所连的换向片落在与起始的换片落在与起始的换向片相邻的位置。向片相邻的位置。1.2.3 单波绕组单波绕组单波绕组的并联支路图单波绕组的并联支路图:1 1）同极下各元件串）同

8、极下各元件串联起来组成一条支联起来组成一条支路，支路对数为路，支路对数为1 1，与磁极对数无关；与磁极对数无关；2 2）当元件的几何形）当元件的几何形状对称时，电刷在换状对称时，电刷在换向器表面上的位置对向器表面上的位置对准主磁极中心线，支准主磁极中心线，支路电动势最大路电动势最大；3 3）电刷数等于磁极数；）电刷数等于磁极数；4 4）电枢电动势等于支路感应电动势；）电枢电动势等于支路感应电动势；5 5）电枢电流等于两条支路电流之和。）电枢电流等于两条支路电流之和。单波绕组的特点单波绕组的特点1.3.1直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场 直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢直流电机工

9、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称为 电枢反应电枢反应。 下图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图下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当励磁绕组的串联匝数为 ，流过电流，流过电流 ，每极的励，每极的励磁磁动势为：磁磁动势为：fNfIfffNIF 1.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应 直流电机中，直流电机中，主磁通主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而电动势或产生电磁转矩，而漏磁通漏磁通没有这个作用，它只是增

10、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，加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通漏磁通比比主磁通主磁通小得小得多，大约是主磁通的多，大约是主磁通的20%20%。磁力线由磁力线由N N极出来，经气隙、极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入电枢齿部、气隙进入S S极，再极，再经定子铁轭回到经定子铁轭回到N N极极主磁通主磁通主磁路主磁路磁力线不进入电枢铁心，磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路或定子铁轭形成闭合回路漏磁通漏磁通漏磁路漏磁路 空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽空载

11、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。布就取决于气隙的大小和形状。几何中性线几何中性线极靴极靴极身极身（a）气隙形状气隙形状 磁极中心及附近的气磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较隙小且均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通几何中性线处，气隙磁通密度为零。密度为

12、零。 空载时的气隙磁通密度为空载时的气隙磁通密度为一平顶波，如下图一平顶波，如下图(b) (b) 所示。所示。 空载时主磁极磁通的分空载时主磁极磁通的分布情况，如右图布情况，如右图(c) (c) 所示。所示。 为了感应电动势或产生电磁转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矩，直流电机气隙中需要有一定量的每极磁通的每极磁通 ，空载时，气隙磁，空载时，气隙磁通通 与空载磁动势与空载磁动势 或空载励磁或空载励磁电流电流 的关系，称为直流电机的空的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。载磁化特性。如右图所示。000fF0fI 为了经济、合理地利用材料，为了经济、合理地利用材

13、料，一般直流电机额定运行时，额定磁一般直流电机额定运行时，额定磁通通 设定在图中设定在图中 A A点点，即在磁化特，即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。性曲线开始进入饱和区的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N0 直流电机带上负载后，电枢绕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组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为势称为电枢磁动势电枢磁动势。电枢磁动势的。电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。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线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。情况。 假设励磁电流为零，只有电枢电

14、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，电枢磁动势磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为为交轴磁动势交轴磁动势。1.3.2 直流电机负载时的负载磁场直流电机负载时的负载磁场 如果认为直流电机电枢上如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则有无穷多整距元件分布，则电电枢磁动势枢磁动势在气隙圆周方向空间在气隙圆周方向空间分布呈分布呈三角波三角波，如图中，如图中 所所示。示。axF 由于主磁极下气隙长度基由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电气隙长度增加得很快，致使

15、电枢磁动势产生的气隙磁通密度枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的为对称的马鞍型马鞍型，如图中，如图中 所示。所示。axBaxBaxF 当励磁绕组中有励磁电流，当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场电机带上负载后，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。电枢磁场对气隙磁作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为场的影响称为电枢反应电枢反应。电枢反。电枢反应与电刷的位置有关。应与电刷的位置有关。1 1、当电刷在几何中性线上时当电刷在几何中性线上时，将主磁场分布和电枢磁场分布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叠加，可得到负载后电机的

16、磁场分布情况，如图场分布情况，如图a a所示。所示。1.3.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应xB0axBxB主磁场的主磁场的磁通密度磁通密度分布曲线分布曲线电枢磁场磁通电枢磁场磁通密度分布曲线密度分布曲线两条曲线逐点叠加后两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线的磁通密度分布曲线 空载时电机的物理中性线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偏离几何中性线 角，磁通密度

17、的曲线与空载时不同。角，磁通密度的曲线与空载时不同。 2) 2)、对主磁场起去磁作用、对主磁场起去磁作用1) 1)、使气隙磁场发生畸变、使气隙磁场发生畸变 磁路不饱和时，主磁场被磁路不饱和时，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性线时的电枢反应为交轴去磁性质交轴去磁性质。电刷在几何中性线时的电枢反应的特点电刷在几何中性线时的电枢反应的特点电刷