7.4 直流电机的空载磁场和电枢反应（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

7.4 直流电机的空载磁场和电枢反应 同步精品课堂 电机与变压器 高教版 1 学习目标 掌握直流电机的空载磁场 掌握直流电机空载时的主磁场分布 掌握并学会直流电机的电枢反应的内容 知识目标 能力目标 新知学习 一 、直流电机的空载磁场 电机空载时的气隙磁场称为直流电机的空载磁场。 它是由主磁极绕组通以直流电流(即励 磁电流)建立的，又称主磁场。 01 02 新知学习 一 、直流电机的空载磁场 1. 直流电机空载时的主磁场分布 直流电机主磁场方向与励磁绕组电流方向之间符合右手螺旋定则。变化线圈的绕向或改变 电流方向，可在定子内腔产生所需的N、S相间排列磁场。图所示为四极直流电机空载时 主磁场的分布情况。 新知学习 一 、直流电机的空载磁场 1. 直流电机空载时的主磁场分布 当磁极上的励磁绕组按图示方向通以直流电以后，主磁极分别呈现N、S、N、S极性，磁通由 N 极进入气隙和电枢齿，分左右两路经电枢磁轭，再经S 极下的电枢齿和气隙进入相邻的S 极， 再由定子磁轭回到原来出发的N 极而自成闭合回路。 因此，磁极气隙、电枢齿、电枢磁轭和定子 磁轭共同组成磁场的通路-磁路。通过该磁路的磁通称为主磁通，以φ。表示。 Φ。既交链着励 磁绕组，也交链着电枢绕组。在N、S极之间还存在着一少部分磁通，它们不进入电枢铁心，不与 电枢绕组相交链，而另成闭合回路 新知学习 一 、直流电机的空载磁场 1. 直流电机空载时的主磁场分布 如图中的φ。所示的这部分磁通称为漏磁通。漏磁通 一般占总磁通的15%～20%。 新知学习 一 、直流电机的空载磁场 2.直流电机的磁化曲线 主磁通Φ。的大小取决于励磁磁通势(NI) 的大小和磁路各段磁阻的大小。对某一台特定的 电机，其磁路材料的几何尺寸都已经确定，即磁阻已定。因此，主磁通φ。仅与磁通势有关，其关 系可由这台电机的磁化曲线体现，如图所示。 新知学习 一 、直流电机的空载磁场 2.直流电机的磁化曲线 当Φ。较大时，铁磁材料趋于饱和，磁化曲线开始弯曲，φ。与NI 呈非直线关 系。若要再增加一些磁通，必须增加较多的励磁磁通势。 当磁通较低时，磁路的铁磁材料中消耗的磁通势很小，励磁磁通势几乎全消耗在气隙上，NI 与Φ。呈直线关系； 在励磁绕组匝数不变的情况下，增加励 磁磁通势实际就是增加励磁电流。 01 02 03 新知学习 一 、直流电机的空载磁场 2.直流电机的磁化曲线 因此，为了合理地利用材 料，在电机额定电压下空载时，电机的磁通大小设计在磁化曲线的弯曲处，如图7-24中的N点， 即不用较大的励磁电流可以得到足够的磁通。 因此，磁化曲线的横坐标有时不用磁通势NI 表示而用励磁电 流I 表示，成为磁通Φ。与励磁电流I 之间的关系曲线，Φ。=f(I₁) 。 04 05 新知学习 一 、直流电机的空载磁场 3.气隙磁感应强度的分布 由于主磁极结构上的特点，气隙处的磁感应强度B的分布是不均匀的，如图(a) 所示，在极掌中心位置气隙磁感线最密，磁感应强度最强， 向两侧渐弱。极掌两边气隙磁感线分布明显变疏， 磁感应强度迅速下降。直至两极分界处，磁感应强 度下降到零。其分布曲线为如图(b) 所示的平顶波。 新知学习 一 、直流电机的空载磁场 3.气隙磁感应强度的分布 磁密为零的线与电机轴线所决定的平面为物 理中性面。 两极之间的几何分界面为几何中性面。 当电机只存在主磁极磁场时，几何中性面和物理中 性面重合。 01 02 新知学习 二 、直流电机的电枢反应 当电机有负载时，电枢绕组中有电流通过，也要产生一个磁场，称为电枢磁场。发电机的电 枢磁场与电动机的电枢磁场是不同的，但它们的轴线均与主磁场的轴线垂直相交，所以又称交轴 磁场，如图所示。 新知学习 二 、直流电机的电枢反应 当电机有负载时，电枢绕组中有电流通过，也要产生一个磁场，称为电枢磁场。发电机的电 枢磁场与电动机的电枢磁场是不同的，但它们的轴线均与主磁场的轴线垂直相交，所以又称交轴 磁场，如图所示。 在有负载的电机中，主磁场和电枢磁场是同时存在的。 电枢磁场的存在，对主磁场会产生影 响，这种影响称为电枢反应。 现以两极电机来说明发电机和电动机的电枢反应。 02 01 03 新知学习 二 、直流电机的电枢反应 1.直流发电机的电枢反应 这两个磁场在空间同时存在，实际上作用于电枢上的磁场是主磁场和电 枢磁场的合成磁场。所以整个磁场的方向，各处磁感应强度的大小均发生了变化。结果总的磁场 发生偏转，如图所示。 新知学习 二 、直流电机的电枢反应 2.直流电动机的电枢反应 PART 01 根据前面讲过的电机工作在磁路近饱和的状态下，电枢磁场也削弱了主磁场，这是第二个影 响。 PART 03 若负载不变，则转速有所下降。 PART 02 这对于直流电动机来说，除了换向器与电刷间的火花增大外，电动机的输出转矩还有所减 少。 新知学习 二 、直流电机的电枢反应 综合上述分析，直流电机的电枢反应造成的影响如下： 1 电机的主磁场发生畸变，磁极轴线发生了偏转。 2 电机的主磁场被削弱。 新知学习 二 、直流电机的电枢反应 这两种影响较严重的是由于磁场畸变，将使电刷与换向器之间产生火花，对电机工作影响很 大，必须采取措施加以改善。当直流电机大于1 kW 时，可以装设换向磁极，以抵消电枢磁场对主 磁场的影响。对小型电机，可采用移动电刷位置的方法来改善换向，将电刷从几何中性面转移到 物理中性面。 1.直流电机空载时的气隙磁场是由哪个部件产生的？ A. 电枢绕组 B. 主极绕组 C. 换向极绕组 D. 补偿绕组 课堂练习 答案：B 2.直流电机的主磁场在电枢反应下会发生怎样的变化？ A. 磁场增强 B. 磁场减弱 C. 磁场扭曲 D. 磁场不变 课堂练习 答案：C 3.电枢反应引起的磁场扭曲现象称为： A. 磁通饱和 B. 磁通畸变 C. 磁通增加 D. 磁通减少 课堂练习 答案：B 4.直流电机电枢反应的去磁作用是由于： A. 电枢电流的增加 B. 电枢电流的减少 C. 电枢磁场与主磁场方向相反 D. 电枢磁场与主磁场方向相同 课堂练习 答案：C 5.在直流电机中，电枢反应对电机性能的影响主要体现在： A. 转速 B. 转矩 C. 效率 D. 所有上述选项 课堂练习 答案：D 6.直流电机的电枢反应中，交轴电枢反应会引起： A. 气隙磁场的正弦波形畸变 B. 气隙磁场的平顶波形畸变 C. 气隙磁场的马鞍形畸变 D. 气隙磁场的三角波形畸变 课堂练习 答案：C 7.直流电机在负载时，电枢磁场与主磁场的相互作用不包括以下哪个方面？ A. 影响电机的转速 B. 影响电机的效率 C. 影响电机的磁通量 D. 改变电机的极数 课堂练习 答案：D 8.直流电机的电枢反应对换向的影响主要表现在： A. 减少换向火花 B. 改善换向性能 C. 增加换向困难 D. 减少电刷磨损 课堂练习 答案：C 课堂小结 1.简述直流电机的电枢反应造成的影响。 2.简述发电机的合成磁场。 3.简述电动机的合成磁场。 作业布置 感谢观看 $$