第二章直流电机_励磁方式及磁场(2.4)

1、1直流电机2-3 2-3 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场一、直流电机的励磁方式一、直流电机的励磁方式他励式积复励差复励1.串励式2.并励式3.复励式自励式直流电机的励磁方式主磁场主磁场在直流电机中，由磁极的励磁磁动势单独建立的磁场是电机的主磁场，有时也称为励磁磁场。励磁方式励磁方式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。 2直流电机1 1、他励直流电机励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电，励磁电压Uf与电枢电压Ua彼此无关。他励式他励式-励磁绕组由其他电源供励磁绕组由其他电源供电电 励磁绕组与电枢绕组不相连励磁绕组与电枢绕组不相

2、连-缺点：要两个电源缺点：要两个电源3直流电机2 2、并励直流电机励磁绕组和电枢绕组并联，由同一电源供电，励磁电压Uf等于电枢电压Ua，如图所示。并励电动机的运行性能与他励电动机相似。 并励式并励式- 由由同一电源供电同一电源供电- 励励磁绕组与电枢绕组并联磁绕组与电枢绕组并联- 最最常用的常用的4直流电机3 3、串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联后再接于直流电源，此时的电枢电流就是励磁电流，即Ia=If。 串励式串励式- 由由同一电源供电同一电源供电- 励励磁绕组与电枢绕组串联磁绕组与电枢绕组串联5直流电机4 4、复、复励直流电机电动机有并励和串励两个励磁绕组。并励绕组与电枢绕组并联后再与串

3、励绕组串联，然后接于电源上。根据两个励磁绕组所产生的磁动势的关系，又可分为积复励和差复励：当串励绕组和并励绕组所产生的磁动势方向一致时，二个磁动势互相叠加，称为积复励；反之，叫做差复励。复励式复励式-由同一电源供电由同一电源供电-装有两个励磁绕装有两个励磁绕组组 与电枢绕组有串联有并联与电枢绕组有串联有并联6直流电机空载情况下，气隙磁场只由主磁极的励磁电流If所建立，也就是说直流电机空载磁场是指励磁磁势单独建立的磁场，所以又称励磁磁场。即空载时的气隙磁场=励磁磁场=空载磁场直流电机二、直流电机的空载磁场二、直流电机的空载磁场1 1、空载、空载发电机出线端没有电流输出，电动机轴上不带机械负载，即

4、电枢电流等于或接近零的状态。2 2、空载磁场、空载磁场7直流电机主磁通：主磁通：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回路。它同时与励磁绕组及电枢绕组交链，能在电枢绕组中感应电动势和产生电磁转矩，称为主磁通。漏磁通漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩，称为漏磁通 。 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%。 主磁通通过气隙主磁通通过气隙- 交交连定转子连定转子- 在在电枢绕组中感应电动势电枢

5、绕组中感应电动势- 或或产生电磁转矩产生电磁转矩 漏磁通不通过气隙漏磁通不通过气隙- 只只交连定转子单方交连定转子单方- 浪浪费磁势费磁势- 大大约是主磁通约是主磁通的的20%8直流电机直流电机的空载磁场特点直流电机的空载磁场特点1极靴；2极身；3定子磁轭；4励磁线圈；5气隙；6电枢齿；7电枢磁轭9气隙磁密分布气隙磁密分布：空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当空载时，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。决于气隙的大小和形状。 磁极中心及附近的气隙小且磁极中心及附近的气隙小且

6、均匀，磁通密度较大且基本为常均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。隙磁通密度为零。 空载时的气隙磁通密度为一平顶波空载时的气隙磁通密度为一平顶波直流电机气隙磁密波形气隙磁密波形 空载时，磁动势主要消耗空载时，磁动势主要消耗 在气隙上在气隙上忽略铁心磁阻时，忽略铁心磁阻时，气隙磁密的分布就取决于气隙的气隙磁密的分布就取决于气隙的 大小和形状大小和形状 平顶波平顶波1

7、0 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 ，空载时，气隙磁通 与空载磁动势 或空载励磁电流 的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。000fF0fIfNI0fF0fIINfIA0N0FH LB A所以电机磁化曲线的形状必然和所采用的铁磁材料的B-H曲线相似。直流电机电机磁化曲线：电机磁化曲线：为了合理地利用材料，一般额定为了合理地利用材料，一般额定 运行点设定在拐点（图中运行点设定在拐点（图中A点）点） 空载特性空载特性空载气隙磁通与空载励磁电流的空载气隙磁通与空载励磁电流的 关系关系- 磁化曲线磁化曲线11三、三、 直流电机的负载磁场直流电机的负载磁场

8、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。 1 1、电枢磁动势、电枢磁动势直流电机2 2、电机的气隙磁场、电机的气隙磁场负载时电机中的气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立的。励 磁 电 流 所 建 立 的 磁 场电 枢 电 流 所 建 立 的 磁 场气 隙 磁 场12电机带上负载后，电枢磁动势的作用会使电机的气隙磁场与空载是相比，分布情况和大小都发生变化，影响电机的运行性能。电枢磁动势对励磁磁动势所产生的气隙磁场的影响称为 电枢反应。 3 3、电枢反应、电枢反应直流电机4 4、电枢磁场、电枢磁场（1）电刷在几何中线上时的

9、电枢磁场13直轴：与主极轴线直轴：与主极轴线重合重合的轴的轴交轴：与主极轴线交轴：与主极轴线正交正交的轴的轴14直流电机（2）一个元件产生的电枢磁动势 2 2 yaNi21 axyF x 232,2122,21xNiFxNiFyaaxyyaaxy15直流电机（3）均匀分布在电枢铁心表面的元件产生的电枢磁动势 以一个磁极下有三个元件边为例16直流电机（4）电枢磁动势和磁密的计算设N为电枢绕组的总导线数；S为元件数； 为极距；p为极对数，Da电枢直径，则阶梯级数为pSpS22221则阶梯波或三角波形的幅值为：负荷的安培导体数，称为线为电枢表面单位周长上aaDNiA)/(2222221极安匝ADNi

10、pSNipSNiFaayayaax17磁密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，如图中所示。axFaxB直流电机axaxFB018直流电机5 5、合成气隙磁场、合成气隙磁场（a）主极磁场 （b）电枢磁场 （c）合成磁场 SN19负载后电机的磁场负载后电机的磁场主磁场分布主磁场分布+电枢磁场分布电枢磁场分布20axBxB电枢磁场磁通电枢磁场磁通密度分布曲线密度分布曲线主磁场的主磁场的磁通密度磁通密度分布曲线分布曲线两条曲线逐点叠加后得两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线通密度分布曲线直流电机211)、使气隙磁场发生畸变、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