城市軌道交通車輛電機(jī)（第三版）課件：電樞反應(yīng)

一、電樞繞組基本知識作用：電樞繞組——功率繞組。當(dāng)電樞繞組在磁場中旋轉(zhuǎn)時將感應(yīng)電勢，當(dāng)電樞繞組中流通電流時，電流和氣隙磁場相互作用將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。通過電樞繞組直流電機(jī)進(jìn)行電功率和機(jī)械功率的轉(zhuǎn)換。特點：直流繞組是閉合繞組。每個元件的兩端點分別連接在兩換向片上，每個換向片連接兩個元件，各元件依一定規(guī)律依次連接，形成閉合回路。電樞繞組要求：在導(dǎo)體數(shù)量一定的條件下，應(yīng)能夠產(chǎn)生盡可能大的電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，并要力求結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護(hù)方便。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩元件：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件。元件的首末端：每一個元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進(jìn)。波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。三、電樞繞組的感應(yīng)電動勢1）概念轉(zhuǎn)子電動勢：轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。2）表達(dá)式每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢：

e:感應(yīng)電動勢(V)

B:電磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)

L:每根導(dǎo)體的有效長度(m)

v:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動線速度(m/s)直流電機(jī)電樞電動勢：

Ｅa:電樞電動勢(V)Ce:電動勢系數(shù)（為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)）

Φ:每極磁通量(Wb)n:電動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)四、直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩1）概念電磁轉(zhuǎn)矩：直流電通入轉(zhuǎn)子繞組后，在主磁場的作用下，使得轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體受到電磁力F的作用而形成的轉(zhuǎn)矩。2）表達(dá)式每根導(dǎo)體的電磁力：F=BLi

F：產(chǎn)生的電磁力(N)B：電磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)I：每根導(dǎo)體中的電流，與轉(zhuǎn)子電流Ｉa成正比(A)L：每根導(dǎo)體的有效長度(m)直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：

Ｔ=CTIaΦＴ:電磁轉(zhuǎn)矩(N.m)CT:電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)（與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)，CT≈9.55Ce）Ia:轉(zhuǎn)子電流(A)

Φ:每極磁通(Wb)

Ea和T對電機(jī)的作用直流發(fā)電機(jī)直流電動機(jī)Ea電源電動勢反電動勢T制動轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)矩五、直流電機(jī)的可逆原理我們已經(jīng)知道了不論是發(fā)電機(jī)還是電動機(jī)，對導(dǎo)體同時作用的有感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩。

發(fā)電機(jī)和電動機(jī)不應(yīng)視為兩種截然不同的電機(jī)，而只是同一電機(jī)的兩種不同運行方式。一臺直流電機(jī)理論上既可以作為電動機(jī)運行，也可以作為發(fā)電機(jī)運行，這取決于外界不同的條件。將直流電源外加于電刷，輸入電能，電機(jī)能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，作為電動機(jī)運行；如用原動機(jī)拖動直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能，電機(jī)能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能，從電刷上引出直流電動勢，作為發(fā)電機(jī)運行。

同一臺電機(jī)，既能做電動機(jī)運行，又能做發(fā)電機(jī)運行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。主要原因：內(nèi)部結(jié)構(gòu)一樣辨別方法：查看外部條件，發(fā)電機(jī)一般接負(fù)載；

電動機(jī)一般接電源。

第五節(jié)

直流電機(jī)的電樞反應(yīng)

直流電機(jī)工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為電樞反應(yīng)。

從直流電機(jī)基本工作原理的分析可知，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，其必要的條件之一是必須具有氣隙磁通。發(fā)電機(jī)在直流電機(jī)主磁極的勵磁繞組中通以勵磁電流來產(chǎn)生氣隙磁通，使電樞繞組切割氣隙磁通而感應(yīng)電勢；電動機(jī)由電樞電流與氣隙磁通相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。一、直流電機(jī)的磁場1、主磁場N極→氣隙→電樞齒→電樞軛→電樞鐵心齒→氣隙→S極→定子軛漏磁路主磁路主磁通

0：能在電樞繞組中

產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩。(主要的)漏磁通

:沒有以上作用，它

只是增加主磁極磁路的飽和

程度。（空載磁場）（勵磁磁場）一臺四極直流電機(jī)空載時的磁場示意圖磁極磁通

空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。

磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減小；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為，流過電流，每極的勵磁磁動勢為：空載時主磁極磁通的分布情況主磁通漏磁通（物理中性線）主磁極磁場空載時主磁場磁通密度Β分布曲線（平波）電機(jī)空載時切開2、電樞磁動勢和電樞磁場流過電樞繞組的電流稱為電樞電流Ia，電樞電流產(chǎn)生的磁動勢稱為電樞磁動勢Fa，在電機(jī)內(nèi)激勵電樞磁場。電樞磁場沿電樞表面的分布情況與電樞電流的分布情況有關(guān)，在直流電機(jī)中，電樞電流方向的分界線是電刷，在電刷軸線兩側(cè)是對稱分布，所以電樞磁場的分布情況與電刷的位置有關(guān)。電刷在幾何中心線上，電樞導(dǎo)體中的電流方向是以電刷相連的軸線為界，電樞上半部分和下半部分導(dǎo)體中的電流方向相反。電樞磁場方向如圖所示。電樞磁場切開由全電流定律知，幾何中心線上的電樞磁動勢Fax最大，主磁極軸線上的磁動勢為0，電樞磁動勢沿空間呈三角波分布。從電樞磁動勢在氣隙中的分布，可知由于幾何中心線的氣隙很大，磁阻也很大，雖然此時幾何中心線上磁動勢最大，但磁通密度迅速減小。所以電樞磁通密度Bax沿氣隙中的分布曲線為馬鞍型.電樞磁通密度沿氣隙中的分布三、電樞反應(yīng)當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。1.考慮當(dāng)電刷在幾何中性線上時的電樞反應(yīng)增磁增磁去磁去磁將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到帶負(fù)載后電機(jī)的磁場分布情況，如圖所示。主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線兩條曲線逐點疊加后得到負(fù)載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：2)、對主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變

空載時電機(jī)的物理中性線與幾何中性線重合。負(fù)載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁