第七章 直流电机磁场绕组(一).ppt

电机学electricmachinery,第七章直流电机的磁路和电枢绕组,南京邮电大学自动化学院,第2节直流电机的磁场,直流电机按励磁方式分类,磁场是电机实现机电能量转换的媒介。主极磁场由永久磁铁或励磁绕组通入直流电流产生。,直流电机空载磁场,励磁绕组通直流电产生的磁场；空载时电机中的磁场分布是对称的;主磁通；漏磁通。,根据全电流定律，并不考虑铁心磁路的磁压降，励磁绕组通过励磁电流建立的磁动势，认为全部消耗在气隙里。再不考虑电枢齿槽影响，在极弧范围内的气隙处处相等，那么整个主磁极下主极磁密的分布为一平顶波。,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。,空载时的气隙磁通密度为一平顶波,主磁场磁密的分布,磁化曲线：表示空载主磁通0与主极磁动势ff之间的关系曲线，0f（2ff）。通过实验或计算得到。,直线，不饱和部分,膝点,饱和部分,电枢绕组：直流电机的电磁感应的关键部件之一,是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。,对电枢绕组的要求：,在通过规定的电流和产生足够的电势和电磁转矩前提下，所消耗的有效材料最省，强度高（机械、电气、热），运转可靠，结构简单等。,第三节电枢绕组的一般知识,有效边：有效边是指线圈的直线部分端部：线圈非接触电枢铁心的那个部分,电枢绕组几个基本概念,元件：构成绕组的线圈，为直流电机电枢绕组的基本单元,元件数s，换向片数k,槽内两层各放个元件边，把每个实际的槽看作包含个虚槽。实际槽数q，虚槽数q,则q=q*,槽数q，虚槽q,槽分上下层,左图元件数=槽数,即q=s，因电枢铁心不能开槽过多，每槽多放几个元件，引入“虚槽”概念,第一节距y1,合成节距y和换向片节距yk,第二节距y2,y2为元件下层边与其相联结的元件上层边之间的距离。,y为相串连的两元件对应边的距离。,y1指一个元件两个边的距离。,yk一个元件的首尾端在换向器上的距离。,单叠绕组、复叠绕组、单波绕组、复波绕组、混合绕组等。,电枢绕组的联结方法,绕组联结方法主要表述绕组联结规律的节距、绕组展开图、元件联结图、并联支路图。,叠绕组,波绕组,叠绕组的节距,波绕组的节距,各种形式直流电机绕组的区别主要表现在合成节矩上，其公式为：叠绕组：y=y1+y2(y2为负值)单叠右行：y=+1单叠左行：y=-1因单叠左行绕组端接部分交叉，故很少采用。波绕组：y=y1y2(y2为正值),第四节单叠绕组,讲述单叠绕组联结规律的节距、绕组展开图、元件联结图、并联支路图。为什么叫单叠绕组？,单叠绕组：,叠：两个相临联接的元件，后一元件的端部紧叠在前一元件的端部。,单：首末端相联的两换向片相隔一个换向片的宽度。,y=yk=1,电枢绕组与换向片,通过换向片，6个元件依次串连构成一个闭合回路。,换向器由彼此绝缘的换向片构成，换向片与电枢绕组保持相对静止,两极电机，q=qu=6：,电枢绕组与电刷连接,位于对称位置的电刷将闭合的6个线圈分成两个并联支路。,电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路。,两个电刷位于换向器内圆对称位置(实际放置在外圆上)。,电枢绕组感应电动势和电流方向,根据主极磁场方向和电枢转向，可知：上半电枢表面元件边感应电动势和电流方向指向外；下半电枢表面元件边感应电动势和电流方向指向内。,思考：n、p电刷放在换向器什么位置，可在两个电刷间获得最大的感应电动势？,结论：只有把n、p电刷放在主磁极轴线对应的换向器表面（如图中时刻电刷和1、4换向器接触），这样通过电刷，1、2、3、4号换向片把1（红）、2（湖兰）、3（紫）号3个元件串联组成的一条并联支路感应电动势最大。,电枢绕组感应电动势方向和电流的方向,对称的关系，4、5、6、1号换向片把剩余3个元件串联组成的另外一条并联支路电动势完全一样。电枢元件感应电动势的方向，决定了元件中电流的方向。,主磁场磁密的分布,某一瞬间电刷放置,电刷：连接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大直流电势以及产生最大的电磁转矩，电刷放在被电刷短路的元件电势最小的位置（在磁极的几何中心线上电势为零或最小）电刷放置：电刷放置在使电刷的中心线与主磁极轴线对准的换向片上。,4极电机，q=qu=s=k=16单叠右行整距绕组,例：单叠绕组的展开图,该单叠绕组的节距为：,槽展开,图7-5单叠绕组展开图,磁极：磁极宽度约0.7,均匀分布，n、s极交替安排思考题：电刷应该如何放置？,4极电机，qu=s=k=16单叠右行整距绕组,单叠绕组是把一个主极下的元件串联成一条支路并联支路对数等于极对数,根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图(下图),单叠绕组的的特点：,1）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。,2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。,3）电枢电流等于各支路电流之和。,第五节单波绕组,波绕组：首末端所接的两换向片相隔很远，两个元件紧相串联后形似波浪。,为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加，元件边应处于相同磁极极性下，即合成节距,单波绕组：换向片极距yk必须符合即,为了使绕组从某一换向片出发，沿电枢铁心一周后回到原来出发点相邻的一片上，则可由此再绕下去。,4极电机，qu=s=k=15单波左行短整距绕组,单波绕组的节距,元件、磁极、电刷放置原则,元件、换向片的放置：1元件上层边1槽，下层边4槽;首末端所连的换向片相距yk7；为了端部对称，首末端所连的两换向片之间的中心线与1元件的轴线重合。1元件上层边所连的换向片定为1。依次联接。,磁极放置：n、s极磁极均匀交替的排列。,电刷的放置：放在与主极轴线对准的换向片上。,单波绕组展开图,槽展开,4极电机，qu=s=k=15单波左行短整距绕组并联支路对数a=1,单波绕组是把所有处于相同极性下的元件都串联起来构成一条支路并联支路数等于2,单波绕组的并联支路图如下图所示。,单波绕组的特点,1）同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，与磁极对数无关；,2）当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大；,3）电刷数等于磁极数；,4）电枢电动势等于支路感应电动势,5）电枢电流等于两条支路电流之和,单叠绕组和单波绕组的区别,直流电机电枢绕组是无头无尾的闭合绕组；直流电机电枢绕组至少有2条并联支路。,在直流电机中，通常用a