1、11第第23章 直流电机的共同问题章 直流电机的共同问题23.1 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组23.2 直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场23.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应23.4 直流电机的感应电动势及电磁转矩直流电机的感应电动势及电磁转矩223.1 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组23.1.1 有关名词有关名词23.1.2 单叠绕组单叠绕组323.1.1 有关名词有关名词(1)元件元件(2)实槽与虚槽实槽与虚槽?指的是单匝或多匝线圈，其首尾端与不同的换向片相连。?单叠绕组每个元件的首尾接于相邻的换向片。?直流绕组均为双层绕组。?元件越多，合成感应电动势越平滑。?但
2、电枢表面开槽不能过多。?所以每个实槽中，实际放置多个线圈边，相当于槽数增多，构成虚槽。423.1.1 有关名词有关名词(3)实槽数、虚槽数、元件数和换向片数之间的关系实槽数、虚槽数、元件数和换向片数之间的关系?实槽数为：?虚槽数为：?实槽中每层元件边数为：?整个电机的元件数为：?整个电机的换向片数为：不妨假设：eZuZSK=ZeZuSK则有：523.1.1 有关名词有关名词(4)节距（以单叠绕组为例）节距（以单叠绕组为例）?第一节距1y12eZyp=（取整）1y?第二节距2y需根据合成节距与第一节距算出，且叠绕组取负值。2y?合成节距yy12yyy=+，单，单叠绕组右行为1。?换向器节距kyk
3、yy=单叠绕组ky623.1.2 单叠绕组单叠绕组(1)节距计算节距计算已知：已知：16eZuZSK=右行右行2p=11641522 2eZyp=1kyy=211 43yyy=(2)做绕组展开图做绕组展开图电机学第23章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学2723.1.2 单叠绕组单叠绕组(3)给出磁极位置、极性、电枢转向及感应电动势方向给出磁极位置、极性、电枢转向及感应电动势方向NSNS电枢转向?几何中心线：磁极与磁极之间的中心线。?物理中性线：气隙磁密为零点的连线。?两个基本且重要的概念823.1.2 单叠绕组单叠绕组NNSS电枢转向(4)电刷放置原则电
4、刷放置原则?空载时两电刷间的支路感应电动势最大。?被电刷短路的元件感应电动势最小。最大最小原则(3)给出磁极位置、极性、电枢转向及感应电动势方向给出磁极位置、极性、电枢转向及感应电动势方向923.1.2 单叠绕组单叠绕组(5)确定电刷位置、数目与极性确定电刷位置、数目与极性?电刷放置位置：在端接对称的情况下，应在主磁极轴线所对应的换向器表面上。?电刷的数目：等于主磁极的数目（称为全额电刷）。NNSS1023.1.2 单叠绕组单叠绕组(6)确定电枢绕组的并联支路确定电枢绕组的并联支路对对数数?问题：能否将9、10换向片处的正与5、6换向片处的负相连，由1、2换向片与13、14换向片引出？?结论：
5、并联支路对数（a）等于极对数（p）。答案：不行！NNSS1123.1.2 单叠绕组单叠绕组(7)一般性结论一般性结论?直流绕组为通过换向片自行封闭的绕组；而交流绕组与此不同。?电刷放置的实际位置应在主磁极轴线所对应的换向器表面上。?单叠绕组并联支路对数：ap=1223.2 直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场23.2.1 空载磁场的分布空载磁场的分布23.2.2 空载时的气隙磁密空载时的气隙磁密23.2.3 磁化曲线磁化曲线电机学第23章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学31323.2.1 空载磁场的分布空载磁场的分布(1)主磁通与漏磁通主磁通与漏磁通(2
6、)漏磁系数漏磁系数?空载磁场仅由定子磁动势所建立。?主磁通穿过气隙与定、转子绕组相交链。?漏磁通仅与定子绕组相交链。0000(1)k=+=+=一般1.151.25k=1423.2.2 空载时的气隙磁密空载时的气隙磁密(1)分析假设分析假设(2)励磁磁动势的空间分布励磁磁动势的空间分布?忽略铁心的磁压降。?不计电枢的齿槽影响。(3)气隙磁密的空间分布气隙磁密的空间分布fFB?仍由安培环路定律得出。?结果为方波。?由?结果为一平顶波。00fFBH=气隙长度1523.2.3 磁化曲线磁化曲线(1)曲线定义及形状曲线定义及形状(2)气隙线气隙线?定义：(3)饱和系数饱和系数?磁化曲线线性段的延长线。0
7、()ff F=0()fUf I=或?形状为饱和曲线。000()UF0fF()ffFINU001.11.35NfUUFkF=1623.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应23.3.1 电枢磁场的分布电枢磁场的分布23.3.2 电枢磁动势及磁密的分布电枢磁动势及磁密的分布23.3.3 气隙磁场的合成气隙磁场的合成1723.3.1 电枢磁场的分布电枢磁场的分布(1)作图假设作图假设(2)特别注意特别注意?以一对磁极为例。?电枢表面光滑无齿，电枢绕组仅画一层，电枢电流在其表面上均匀分布。?省略换向器，电刷位于磁极之间中心线，但称为电刷位于几何中心线。?电刷是电枢绕组支路的分界点，即电刷两侧电枢电流
8、方向不同。(3)重要结论重要结论?电刷位于几何中心线时，电枢电流建立的磁场为交轴磁场（或横轴磁场）。1823.3.2 电枢磁动势及磁密的分布电枢磁动势及磁密的分布(1)分析假设分析假设?电枢直径为D；电枢表面总导体数为N；电枢导体电流为：ia=Ia2a。?电枢磁势、磁密、磁通均为从定子指向转子为正。?不计电枢齿槽的影响。?忽略铁心的磁压降。?将电机剖开展平。电机学第23章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学41923.3.2 电枢磁动势及磁密的分布电枢磁动势及磁密的分布(2)推导推导xx?如图闭合回路磁压降为：(2)aLLNH dlHdlxiD=?所以单边气
9、隙磁压降为：1()(2)()2aaaNiNF xx ixAxDD=?其中：aNiAD=?称为直流电机的线负荷。?电流一定时为常数。2023.3.2 电枢磁动势及磁密的分布电枢磁动势及磁密的分布(3)气隙磁动势分布气隙磁动势分布xx(4)气隙磁密分布气隙磁密分布(5)两点重要结论两点重要结论()()aaNiF xxAxD=00()aaaF xBH=?电枢磁动势的极对数与定子磁极的对数相同。?定、转子磁动势在空间上相对静止。2123.3.3 气隙磁场的合成气隙磁场的合成(1)电刷位于几何中心线电刷位于几何中心线?气隙磁场扭斜?电动机“前加后去”?发电机“前去后加”?物理中性线偏移?电动机“逆偏”?
10、发电机“顺偏”NSfDnFn物理中性线?不计饱和时，加磁等于去磁，所以每极磁通量不变。?考虑饱和时，加磁少于去磁，所以每极磁通量减少，此时称为交轴电枢反应的附加去磁作用。2223.3.3 气隙磁场的合成气隙磁场的合成(2)电刷偏离几何中心线电刷偏离几何中心线?可分解为交轴电枢反应和直轴电枢反应。?其中交轴电枢反应结果与电刷位于几何中心线时的分析完全相同。?直轴电枢反应的作用不外乎加磁或去磁。2323.3.3 气隙磁场的合成气隙磁场的合成NSDnFnNSDnFn?直轴电枢反应的结果?电动机“顺加逆去”。?发电机“顺去逆加”。(2)电刷偏离几何中心线电刷偏离几何中心线2423.4 直流电机的感应电
11、动势及电磁转矩直流电机的感应电动势及电磁转矩23.4.1 感应电动势计算公式推导感应电动势计算公式推导23.4.2 电磁转矩计算公式推导电磁转矩计算公式推导电机学第23章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学52523.4.1 感应电动势计算公式推导感应电动势计算公式推导(1)导体的平均感应电动势导体的平均感应电动势(2)两电刷间的感应电动势两电刷间的感应电动势(3)值得注意值得注意avaveB lv=()60avD nB l=(2)60avpnB l=0260pn=2aavNEea=02602pnNa=060Npna=0eCn=其中：60eNpCa=称为直流
12、电机电动势常数负载后由于电枢反应的附加去磁作用，其感应电动势将会略小于空载电动势。2623.4.2 电磁转矩计算公式推导电磁转矩计算公式推导(1)导体所受平均电磁力和电磁转矩导体所受平均电磁力和电磁转矩(2)总的平均电磁转矩总的平均电磁转矩(3)值得注意值得注意avafB li=2MDtf=222aavIpB la=2apIa=MMTt N=2MNpCa=2aNpIa=MaCI=其中：称为直流电机转矩常数260602MeCNpaCNpa=9.55MeCC=即：27直流电机部分作业直流电机部分作业习题习题35 计算题计算题 1、2习题习题37 计算题计算题 1习题习题38 计算题计算题 1、2、3、4习题习题39 计算题计算题 1、2、3、4电机学第23章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学