《华北电力大学 电机学 87讲 教案PDF21 第二十三章 直流电机的共同问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《华北电力大学 电机学 87讲 教案PDF21 第二十三章 直流电机的共同问题（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二十三章第二十三章 直流电机的共同问题直流电机的共同问题 一、教学要求一、教学要求 (1) 了解直流电机电枢绕组的一般知识，掌握电枢绕组连接的特点； (2) 掌握直流电机电枢反应的作用； (3) 掌握直流电机电枢绕组电动势和电磁转矩的计算。 二二二二、教学难点、教学难点 电枢绕组展开图，电枢反应的作用。 231 直流电机电枢绕组的基本知识直流电机电枢绕组的基本知识 电枢绕组是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。电枢绕组的构成，应能产生足够的 感应电动势，并允许通过一定的电枢电流，从而产生所需的电磁转矩和电磁功率。此外，还要节省有色金 属和绝缘材料，结构简单，运行可靠。电枢绕组分为
2、叠绕组和波绕组两大类。叠绕组又由单叠和复叠之分， 波绕组也分为单波和复波之分。 一 叠绕组和波绕组一 叠绕组和波绕组 一个线圈就是一个绕组元件，一个元件有两个有效边。元件分为单匝元件和多匝元件；单匝元件的元 件边只有一根导体，而多匝元件则的元件边有多根导体。每一元件只有两根引出线，分别接到两个不同的 换向片上。绕组元件被嵌放在槽内，如图23-1所示：一个元件边放在槽的上层，称为上层边。元件的另一 边放在槽的下层，称为下层边。 图 231 元件的构成 1 叠绕组 一个元件的两出线端接在两相邻换向片上（单叠绕组） ，或相隔数片的换向片上（复叠绕组） 。 2 波绕组（Wave Winding） 一个
3、元件的两出线接在相隔约两个极距的换向片上， 绕它一周后回到与起始片相邻的换向片上 （单 波绕组） ，或相隔数片的换向片上（复波绕组） 二 实槽和虚槽二 实槽和虚槽 UZZe= (Z虚槽数；Z实槽数) e 一个元件有两个有效边，一个虚槽放两个有效边。所以，元件数等于虚槽数。 U=3 上层边 下层边 图 232 实槽和虚槽 一个换向片接一个下层边和一个上层边（相当于一个元件） 。所以，换向片数 K 等于元件数 S， e ZKS= 三 节距三 节距 (以虚槽数表示以虚槽数表示) 1 第一节距：一个元件两有效边在电枢表面所跨的虚槽数（） 。 1 y 整数=m p Z y e 2 1 （ “=0” ，整
4、距； “-”短距； “+”长距。 ） 2 第二节距 (y，前节距) 2 相邻两元件，第一元件的下层边到第二元件的上层边在电枢表面所跨的虚槽数，叠绕组第二 节距为负值；波绕组第二节距为正值。 3 合成节距（y） 相邻两元件对应边在电枢表面所距的虚槽数。 21 yyy+= 4 换向器节距 (y) k 一个元件的两出线端所接换向片在换向器上所跨过的换向片数。 k yy = 12 y1 y2 y yK yK 1 2 y2 y1 图 a 叠绕组 图 b 波绕组 图 233 绕组元件的节距 232单叠绕组单叠绕组 以实例说明单叠绕组的展开图。 例：一台2p=4, =16 槽的直流电机，试画出整距右行单叠绕
5、组展开图。 e Z yk y1 y2 y yk y1 y 图 234 右行单叠绕组（1+= k yy）和左行单叠绕组（1= k yy） 一计算 341 1 )51 (40 4 16 2 12 1 = += = yyy yy p Z y k e mm 二画绕组展开图 1. 画出均匀分布的平行竖线代表电机各槽的元件边，下层边用虚线，上层用实线画。 2. 标出槽号：画出第一个元件，跨15。展开图中可以把一个元件画成一匝。（注意元件的端部要画 对称。） 3. 在第一个元件的引出线端画出换向器的两根横平行线，并标出换向片号；换向片号与所连的上层边 槽号要相同。 4. 按作元件的连接，依次串联16 个元件
6、。 21,y y 5. 把电枢分成 2p 等份，再画出各磁极 N、S、N、S。 6. 画电刷：放置电刷的原则：空载时，正负电刷之间获得最到的电势。被电刷短路的元件电势为 零。所以，电刷中心线在每个磁极的中心线上。（即保证电刷必须与位于几何中线处的导体相接触。） 7. 画出电枢转向和电刷连线。 绕组展开图和元件联接图如图235所示： 图 235 单叠绕组的展开图 由此可得如下结论: (1)直流电机电枢绕组为闭路绕组。 (2)电刷数等于磁极数。 (3)电刷放在磁极中性线所对应的换向器上。 (4)单叠绕组，支路对数=极对数。 (5)若支路电流为i,电枢电流 aaa iaI*2=.；若支路电势为e,电
7、枢电势。 aaa eE = 233 单波绕组 233 单波绕组 单波绕组：绕组元件串联后端部形式波浪。 例：一台2p=4, =15 槽的直流电机，试画出整距左行单波绕组展开图。 e Z 一计算： 437 7 2 1151 )41 (3 4 3 4 15 12 1 = = = = = yyy p k yy p Z y k e mm 二作展开图： 画单波绕组的展开图的步骤与单叠绕组相似。 特点： （1）单波绕组也为闭路绕组 （2）单波绕组把上层边在所有 N 极下的元件串联起来形成一条支路，把上层边在所有 S 极下的元 件串联起来形成一条支路。故不论几对极电机，单波绕组的支路对数 a=1,与极对数无
8、关。 （3）电刷放在磁极中心线所对应的换向器上。 （4）采用全额电刷。 （5） aaaa eEiI=,2 234 直流电机的磁势和磁场 234 直流电机的磁势和磁场 一空载时的主磁场 一空载时的主磁场 1主磁通和漏磁通 漏磁通，不进入电枢 枢主磁通，经气隙进入电 o ff FI 2主磁通的分布 卡氏系数 K K F HB o ooxoox *= = 在极靴范围内，基本不变，基本不变；在极靴范围外， ox B，；在几何中性线，是 N,S 极的分界点，所以：=0。如图 236 所示。 ox B ox B 图 236 空载时气隙磁密的分布 3.磁化曲线 空载时每极磁通与主极励磁磁动势的关系曲线 )(
9、 fo Ff=称为直流电机的空载磁化曲线，如图 237所示。 o Ff FdFf abc 气隙线 图 237 直流电机的磁化曲线 )( fo Ff=为饱和曲线 饱和系数 ab ac F F K f = 。 二. 电枢磁动势和磁场 二. 电枢磁动势和磁场 aaa FI。的分布与电刷位置有关。 a F 1 电刷放在几何中性线时的电枢磁势和磁场 如图 238 所示，此时电枢磁势为交轴磁势。 图 238 电刷放在几何中性线上时的电枢磁势和磁场 根据安培环路定律，在任意一条闭合回路上，有下式： AF xFxAxAF D Ni AiDN xAx D Ni ix D N idlH aq axax a a a
10、 a 2 1 , *2* 2 1 2*2*2* = = = = 。其幅值为不因电机的旋转而变化位置是固定的形波故磁势的分布为一三角 的电枢磁势为：因此，在每个气隙点处 线负荷支路电流电枢外径电机总导体数 气隙各点的磁通密度为： = ax oax F B 结论： （1）当电刷处于几何中性线时，电枢磁势成三角波分布。电枢磁密呈马鞍形分布。 （2）电枢磁势在空间是固定不动的，与励磁磁势相对静止的。 （3）电枢磁势的极数=主极极数。 （4）电枢磁势和励磁磁势相差 90o 。 2电刷不在几何中性线上时的电枢磁势和磁场 如图 239 所示，此时电枢磁势可以分解为交轴磁势和直轴磁势。 图 239 电刷不在几
11、何中性线上时的电枢磁势 bAbAF bAbAF ad aq *2* 2 1 ) 2 ()2( 2 1 = = 235 直流电机的电枢反应 235 直流电机的电枢反应 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，并产生电枢磁场。负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同 决定。电枢磁场会对主磁场产生一定的影响，这一影响称为电枢反应。 直流电机的电枢反应决定于电刷的位置 一. 电刷位于几何中性线上时的电枢反应 一. 电刷位于几何中性线上时的电枢反应 横轴电枢反应得表现： （1）扭斜了气隙磁场 （2）物理中性线偏离几何中性线 角。 发电机：顺转向偏离 角；电动机：逆转向偏离 角。 （3）磁路不饱和时：由于增加的磁
12、通量等于减少的磁通量，所以每极的磁通量不变。此时 负载时之电枢电势=空载时之电枢电势。 磁路饱和时：负载时的每极磁通量要小于空载磁通量（附加去磁作用） ，负载时的电枢电势小于 空载时的电枢电势。 （4）与相对静止，而且在空间相差 90o ，它们相互作用，产生平均电磁转矩。 aq F f F 二电刷不在几何中性线上的电枢反应 二电刷不在几何中性线上的电枢反应 .,_ : : : : 附加去磁作用物理中性线偏移扭斜气隙磁场 去磁电动机 加磁发电机 逆向移刷 加磁电动机 去磁发电机 顺向移刷 aq ad a F F F ad F与在同一轴线，不能产生平均电磁转矩。 f F 236 直流电机电枢绕组的
13、感应电动势和电磁转矩 236 直流电机电枢绕组的感应电动势和电磁转矩 一. 电枢绕组的感应电动势 一. 电枢绕组的感应电动势 当电枢以一定的转速n 向一个方向转动时，电枢绕组的导体便会切割磁力线，产生感应电势。由电刷 引出的感应电势Ea也就是每条支路的感应电势，即一条支路中所有串联导体的感应电势之和。 根据电磁感应定律，一根导体中的感应电动势为： lvBe oxx = 假设总导体数为 N，一共有 2a 条支路。则电枢电动势为 a e eeE N a 2 21 += 为了简便，用平均磁密代替实际磁密，如图 2310 所示。 x Bav Box 图 2310 电势常数 秒米 : 60 60 2 )
14、/( 60 , )( 6060 2 2 )( 2 a pN C npDn vnCE nlB a pNnp lB a N lvB a N E lvBe e ea avoxoxa avx = = = = 讨论： （1）,调节励磁电流,可以调节。 = aa EconstnnE,; f I a E .,nEconst a = （2）只与每极磁通量中 的大小有关，而与 的分布无关。 a E =nCE ea ， 也适于负载情况。 （3）若为短距：由于直流机一般短距不多，所以，对电势影响很小，不予考虑。 二电磁转矩 二电磁转矩 如图 2311 所示，当电枢绕组中流过电流时，电流与交轴磁场相互作用产生电磁转矩。 N S Tm ia 图 2311 电磁转矩 eM M aMaav a avM a aaavM aavavx aavx axx C a pN C a pN C ICIlB a pN p a I lNBT p D a I i D liNBT D liB D fT liBf liBf 55 . 9 602 60 : 2 )( 2 , 2 2 2 2 2 , 2 22 , = = = = = = = = 转矩常数 结论：T aM I 发电机：T为反转矩。 M 电动机：T驱动转矩。 M
