第二十二章 电枢反应和换向.ppt

第二十二章 电枢反应和换向.ppt电机技术直流电机篇直流电机第五篇第二十二章电枢反应和换向第二十章电枢反应和换向本章节基本要求:⒈理解直流电机的空载运行的磁场分布和负载运行的磁场分布;⒉知道电刷处于几何中性线上时的电枢反应和电刷不在几何中性线上时的电枢反应;⒊理解掌握直流电机的换向和影响换向的原因;。本章节重点和难点:重点:直流电机电枢反应的基本概念;换向及影响换向的因素;改善换向的方法。难点:电枢反应磁场的分析;换向过程分析、影响换向的原因和改善的方法。电机中电磁能与机械能的转换是在磁场之中完成的。要弄清电机的工作原理和性能,必须对电机的磁场情况有正确的了解。引言直流电机工作时,首先需要建立一个磁场,它可以由永久磁铁或由直流励磁的励磁绕组来产生。一般永久磁铁所能建立的磁场比电流励磁所能建立的磁场弱。所以,现今绝大多数直流机都是由励磁绕组励磁的。实际上,直流电机工作时的磁场是由电机中各个绕组(包括励磁绕组、电枢绕组、附加极绕组、补偿绕组等)的总磁动势所共同产生的,其中励磁绕组的磁动势起着最主要的作用。了解清楚励磁磁场,就对直流电机工作时的磁场情况有了一个基本的概念。至于其他绕组中有电流流过所产生的磁动势对电机磁场的影响,将在后面陆续加以讨论。第一节电枢反应直流电机工作中,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称为电枢反应。直流电机空载时的磁场分布一、直流电机的主磁场直流电机空载时,电枢电流等于或近似为零。这时气隙磁场只由主磁极的励磁电流所建立。直流电机空载时气隙磁场,称为主磁极磁场(又称励磁磁场),如图所示。主磁通磁力线由N极出来,经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入S极,再经定子铁轭回到N极。漏磁通磁力线不进入电枢铁心,直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路。空载时气隙磁通密度的分布曲线直流电机中,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%。空载时主磁极的励磁磁动势主要消耗在气隙上,当近似地忽略主磁路中铁磁性材料的磁阻时,主磁极下气隙磁密的分布就取决于气隙δ的分布情况。磁极中心及其附近,气隙δ较小且均匀不变,磁通密度较大且基本为常数;靠近两边极尖处,气隙逐渐变大,磁通密度减小;超出极尖以外,气隙明显增大,磁通密度显著减小;在磁极之间的几何中性线处,气隙磁通密度为零。因此,空载气隙磁通密度分布为一礼帽形的平顶波,如图所示。结论:在主极直轴附近的气隙较小,并且气隙均匀,磁阻小,即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线处时,磁密等于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,如图所示。为了经济、合理地利用材料,一般直流电机额定运行时,额定磁通设定在图中A点,即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。空载磁化特性由于空载时的每极磁通是随磁动势或励磁电流的变化而变化。在额定状态下,电机往往工作在饱和点附近,这样即可以获得较大的磁通,又不致需要太大的励磁磁动势,从而可以节省铁芯和励磁绕组的材料。所以电机的工作点一般选在磁化特性开始转弯,亦即磁路开始饱和的部分。二、直流电机的电枢磁场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。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情况。如果设元件导体数为N,元件中电流为ia,将此电机从几何中性线处切开展平,如图所示。图中磁极轴线上的O为圆点,距圆点±x处作一闭合磁路。根据全电流定律可知,作用在这一闭合磁路的磁动势等于它所包围的全电流,即:式中:D为电枢直径;A为电枢绕组负载时电枢圆周单位长度上的安培数。忽略铁磁性材料的磁阻并认为电机的气隙是均匀的,则每个气隙所消耗的磁动势为:一般取磁力线自电枢出、进入定子时的磁动势为正,反之为负,这样可得整个绕组元件产生的磁动势的分布情况,如图所示。