则电枢绕组切割剩磁通感应电动.pptx
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电机学,1,第2章直流电机的基本理论,内容简介直流电机的磁场:
励磁方式、磁场分布、电枢反应直流感应电势:
电势公式、电势方程式电磁转矩:
转矩公式、转矩平衡方程式功率与损耗损耗分析、功率平衡方程式,电机学,2,2.1励磁方式,直流电机磁场由永久磁铁或励磁绕组通以直流电励磁产生。
励磁绕组和电枢绕组不同的联接,决定了不同的励磁方式。
不同的励磁方式,电机的性能将不同。
电机学,他励:
励磁绕组与电枢绕组无关额定电流(回路电流)电枢电流励磁电流,他励式发电机,n,3,rf,电机学,并励:
励磁绕组与电枢绕组并联,并励式电动机,串励:
励磁绕组与电枢绕组串联,串励式电动机,4,电机学,复励:
既有并励绕组又有串励绕组,复励式发电机,短分接法,5,长分接法,电机学,主磁极2定子轭主磁极1,气隙1,主磁极1,电枢齿1,电枢齿2,气隙2,主磁极2,电枢轭定子轭,2-2空载时直流电机的磁场,直流电机的空载是指励磁绕组里有励磁电流,电枢电流等于或近似为零的一种运行状态。
一、直流电机的磁通路经(磁路)主磁极1气隙1电枢齿1电枢轭电枢齿2气隙2,6,电机学,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%。
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,主磁通,主磁路,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,漏磁路,7,f,f,当励磁绕组的串联匝数为N,流过电流I,每极的励电磁机学磁动势为:
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决于气隙的大小和形状。
磁极中心及附近的气隙小且均匀,磁通密度较大且基本为常数,靠近极尖处,气隙逐渐变大,磁通密度减小;极尖以外,气隙明显增大,磁通密度显著减少,在磁极之间的几何中性线处,气隙磁通密度为零。
空载时的气隙磁通密度为平顶波,,8,电机学,2-3负载时直流电机的磁场电枢反应,电枢磁场对主磁场的影响,被称为电枢反应。
电枢反应会影响电机的性能。
一、电枢磁势的分布,电枢磁势的分布与电枢电流的分布有关。
电枢电流的方向以电刷连线来分界。
电枢磁势的轴线总是与两电刷的连线相重合。
当电刷与处于几何中性线上的导体相接触时,电枢磁势的轴线在交轴方向,称为交轴电枢反应磁势。
N,9,S,电机学,设直轴线与电枢外圆的交点为0点,在距0点为x处作一闭合磁力线回路。
该闭路包围的电流数即为总磁势Fa电枢表面单位长度上的安培导体数A称为电机的线负荷。
距0点为x处,每个气隙的电枢反应磁势为(忽略铁心中的磁势降),上式表达了电枢磁势的分布,将一对极的电枢磁势波形画出,将得到三角波。
10,电机学,二、电枢磁势单独产生的磁感应强度的分布:
磁密由磁势和气隙磁阻共同决定。
极面下气隙基本不变,磁密正比于磁势;两极之间的区域内,气隙变大,磁密迅速减小。
一个周期的磁密波形呈马鞍形。
三、电枢磁场与励磁磁场(主磁场)的合成电枢反应,11,电机学在一个极距内相加时,一半极距内磁密加强,另一半极距内磁密减弱。
实际上由于饱和,使得每极磁通总体上有所减少。
磁场发生了畸变,0点发生了位移。
(交轴)电枢反应的影响:
1、气隙磁场发生畸变对发电机而言前极端去磁、后极端增磁;对电动机而言则为前极端增磁、后极端去磁。
2、此反应会使某一支路的电势分布不均匀(如图示)。
12,电机学,13,四、补偿绕组,为了减少电枢反应的影响,在磁极表面的槽中安装补偿绕组;补偿绕组与电枢绕组串联;补偿绕组导体电流的方向与其对应的极面下的电枢电流的方向相反。
五、直轴电枢反应-电刷不在几何中性线上时的电枢电机磁学动势:
如果将电刷位置逆时针移动角,则电枢磁势可分为两部分:
直轴电势Fad;交轴电枢磁势Faq。
直轴电枢磁势的性质是:
对发电机来说,电刷顺转向偏移时为去磁,逆转向偏移时为增磁;对电14动机来说,电刷顺转向偏移时为增磁,逆转向偏移时为去磁。
电机学,1.4直流电机电枢绕组的感应电动势和电磁转矩,1.4.1、电枢绕组的感应电动势电枢电势:
直流机正、负电刷之间的感应电势,即每条支路中各串联导体感应电动势的总和。
计算:
求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁密的平均感应电势,然后乘上一条支路总的导体数。
计算公式:
一根导体:
Bav:
平均磁密;l:
导体长度;v:
电枢旋转线速度n:
电枢旋转速度(r/min):
每极磁通,15,电机学,Ce:
电动势常数,16,N:
总导体数,公式:
结论:
(1)Ean;n=const,Ea;调节励磁电流If可以调节,进而调节Ea。
=const,Ean,调节转速n,可以调节Ea。
Ea只与每极磁通量的大小有关,而与的分布无关。
因此,Ea=Cen既适用于空载,也适于负载。
性质:
发电机电源电势(与电枢电流同方向);电动机反电势(与电枢电流反方向)。
电机学,2.6直流电机的电磁转矩,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计算:
所有导体产生的电磁转矩的代数和计算公式:
一根导体的平均电磁力:
一根导体的平均电磁转矩:
电磁转矩:
电磁转矩:
CM:
转矩常数,17,电机学,结论:
(1)TMIa;电枢电流和气隙磁场相互作用产生。
电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流,与磁密分布无关。
性质:
发电机制动(反或阻)转矩(与转速方向相反),吸收机械能;电动机驱动(主)转矩(与转速方向相同),输出机械能。
改变电动机转向的方法:
改变磁通方向或改变电枢电流方向,18,电机学,19,电机学,2.6直流发电机的运行原理,2.1.1直流发电机的基本方程1、电动势平衡方程式各物理量的正方向采用发电机惯例电枢电动势:
电动势平衡方程为:
励磁回路:
直流发电机:
2、电动势平衡方程式发电机轴上有三个转矩:
原动机输入给的驱动转矩,、电磁转,。
它是制动转矩,与,矩T和机械摩擦及铁损引起的空载转矩转速n方向相反,转矩平衡方程为:
20,电机学,3.功率平衡方程式将转矩平衡方程式两边同时乘以电枢机械角速度得:
于是写出功率形式为:
原动机输送给发电机的机械功率,电磁功率,发电机空载损耗功率,发电机机械摩擦损耗,即机械损耗,铁损耗,附加损耗,21,电机学,在电机正常运行条件下,功率平衡方程式中的P1、PM、P0分别对应的表达式如下:
注意:
如果是他励发电机则没有If,22,电机学,直流发电机效率:
23,电机学,直流发电机的方程式,空载时:
直流发电机的功率平衡方程?
24,电机学,2.7直流电动机的基本方程式,规定各物理量的参考方向如图,电动机的基本方程如下:
电压平衡方程,功率平衡方程式,25,电机学,三、转矩平衡方程式,稳态运行转矩方程,动态运行转矩方程,26,电机学,基本方程式,27,电机学,28,电机学,29,电机学,直流电机的主磁场一般由主极铁心上的励磁绕组产,生。
励磁绕组与电枢回路之间的连接方式有:
他励、并励、串励、复励。
不同的励磁方式对电机的性能将产生较大的影响。
直流电机空载时的磁场由励磁绕组单独激励,其分,布取决于磁路的情况。
一般情况下,直流电机的空载磁通密度分布为平顶波。
直流电机负载时,电枢磁场对主磁场的影响被称为,电枢反应。
交轴电枢反应使主磁场的波形发生畸变,而且会对,主磁场产生去磁作用。
当电刷偏离几何中性线时,还将产生去磁或者增磁的直轴电枢反应。
本章小结,30,电机学,发电机和电动机是直流电机的两种运行状态。
在两种,状态下,电枢绕组中均产生感应电势。
直流电势的公式:
Ea=Cen:
表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。
在发电机中EaU,在电动机中UEa。
同样,直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。
其公,式,T=CTIa,在发电机中,电磁转矩是制动转矩,在电动机中,本章小结,电磁31转矩是拖动转矩。
电机学,32,直流电机的电势平衡方程反映了电机电路中各种量之间的关系。
功率平衡方程表明了输入功率、输出功率和各种损耗之间的关系。
电磁功率PM=T=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。
电机学,33,第3章直流发电机,直流发电机的四个基本物理量:
U、I、If、n(n由原动机拖动,保持不变)运行特性:
在U、I、If之间,保证其中一个量不变,另外两个物理量之间的函数关系。
主要特性:
空载特性:
n常数,I0,U0f(If);外特性:
n常数,If常数(或rj常数),Uf(I)调节特性:
n常数,U常数,Iff(I)。
电机学,3-1他励直流发电机的特性,他励发电机励磁回路与电枢回路互不连接,励磁电流不随负载电流的变化而改变。
他励式直流发电机,n,rf,一、空载特性定义:
当、空载时,时,,34,电机学,气隙线,开路特性,与开电路机特的性磁U化0=曲f线(If)曲=f线(Ff)形状完全相同。
35,结论:
一般电机的工作点位于开路特性上曲线开始弯曲的膝点附近。
据此可以判断电机的饱和程度。
电机学,二、外特性(电压调整特性),定义:
nconstnN,IfconstIfN,Uf(I)。
外特性下降的原因:
U=Ea-IaRa,Ia=IIaRaUEa=Cen,Ia电枢反应附加去磁作用EaU电压调整率:
U0是空载时的端电压,一般他励直流发电机的电压变化率约为510%。
36,电机学,三、调整特性(励磁电流调整特性),N,定义:
nconstnN,UconstU,Iff(I)。
调整特性上翘的原因:
在负载电流变化时,若保持端电压不变,必须改变励磁电流,补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对输出端电压的影响。
负载电流增大,电枢反应的去磁作用及电枢回路电阻压降增加,为维持端电压不变,励磁电流增大。
37,电机学,3-2并励直流发电机的特性,特性曲线,,一、自励过程和条件曲线1为空载特性曲线,曲线2为励磁回路总电阻也称场阻线。
。
增大,场阻线变为曲线3时,称为临界电阻若再增加励磁回路电阻,发电机将不能自励。
原动机带动发电机旋转时,如果主磁极有剩磁,则电枢绕组切割剩磁通感应电动势。
在电动势作用下励磁回路产生。
如果励磁绕组和电枢绕组连接正确,励磁电流产生与剩磁方向相同的磁通,使主磁路磁通增加,电动势增大,增加。
如此不断增长,直到励磁绕组两端的电压与相等,达到稳定的平衡工作点A。
38,电机学,可见,并励直流发电机的自励条件有:
二、空载特性,
(1)电机的主磁路有剩磁,(3)励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻,
(2)并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确,思考题电机正转能自励,反转能自励吗?
39,并励发电机的空载特性与一般电机的空载特性一样,也是磁化曲线。
由于励磁电压不能反向,所以它的空载特性曲线只在第一象限。
电机学,三、外特性,并励发电机的电枢电流,比起他励发电机仅仅多了一个励磁电流,所以调节特性与他励发电机的相差不大。
I,并励发电机的外特性与他励发电机相似,也是一条下降曲线。
对并励发电机,除了像他励发电机存在的电枢反应去磁作用和电枢回路上的电阻压降使端电压下降外,还有第三个原因:
由于上述两个原因使端电压下降,引起励磁电流减小,端电压进一步下降。
四、调节特性U,121他励2并励,为什么低?
40,电机学,第4章直流电动机,起动转矩足够大;起动电流限制在允许范围内;起动时间短,符合生产技术要求;起动设备简单、经济、安全、可靠。
本章介绍直流电动机的启动、调速和制动方面的知识,同时涉及特性4-1直流电动机的起动(Starting)起动过程:
直流电动机接电源后,转速从零达到稳定转速的过程起动的基本要求:
大电流对电网的影响:
电网电压下降,影响其他用电设备,电机绕组发热,受大电磁力的冲击,41,电机学,起动瞬间:
起动的根本原则:
足够大的电磁转矩限制起动电流常用起动方法:
降压起动。
电枢回路串变阻器起动;,42,电机
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