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(shí)作用：電樞繞組——功率繞組。當(dāng)電樞繞組在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)將感應(yīng)電勢(shì)，當(dāng)電樞繞組中流通電流時(shí)，電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。通過(guò)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(diǎn)：直流繞組是閉合繞組。每個(gè)元件的兩端點(diǎn)分別連接在兩換向片上，每個(gè)換向片連接兩個(gè)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(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，并要力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便。第四節(jié)直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)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(gè)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(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來(lái)，象波浪式的前進(jìn)。三、電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1）概念轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)：轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2）表達(dá)式每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

e:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)

B:電磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)

L:每根導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度(m)

v:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)線速度(m/s)直流電機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)：

Ｅa:電樞電動(dòng)勢(shì)(V)Ce:電動(dòng)勢(shì)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(dòng)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(chǎng)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(zhǎng)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(duì)電機(jī)的作用直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)Ea電源電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)T制動(dòng)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)，對(duì)導(dǎo)體同時(shí)作用的有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。

發(fā)電機(jī)和電動(dòng)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(yùn)行方式。一臺(tái)直流電機(jī)理論上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)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(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)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(dòng)勢(shì)，作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

同一臺(tái)電機(jī)，既能做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又能做發(fā)電機(jī)運(yùn)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(dòng)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(dòng)勢(shì)，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁動(dòng)勢(shì)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(dòng)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(lì)磁繞組中通以勵(lì)磁電流來(lái)產(chǎn)生氣隙磁通，使電樞繞組切割氣隙磁通而感應(yīng)電勢(shì)；電動(dòng)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(chǎng)1、主磁場(chǎng)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(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。(主要的)漏磁通

:沒(méi)有以上作用，它

只是增加主磁極磁路的飽和

程度。（空載磁場(chǎng)）（勵(lì)磁磁場(chǎng)）一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖磁極磁通

空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，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(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為，流過(guò)電流，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：空載時(shí)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(chǎng)空載時(shí)主磁場(chǎng)磁通密度Β分布曲線（平波）電機(jī)空載時(shí)切開(kāi)2、電樞磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁場(chǎng)流過(guò)電樞繞組的電流稱為電樞電流Ia，電樞電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)稱為電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa，在電機(jī)內(nèi)激勵(lì)電樞磁場(chǎng)。電樞磁場(chǎng)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(duì)稱分布，所以電樞磁場(chǎng)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(chǎng)方向如圖所示。電樞磁場(chǎng)切開(kāi)由全電流定律知，幾何中心線上的電樞磁動(dòng)勢(shì)Fax最大，主磁極軸線上的磁動(dòng)勢(shì)為0，電樞磁動(dòng)勢(shì)沿空間呈三角波分布。從電樞磁動(dòng)勢(shì)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(shí)幾何中心線上磁動(dòng)勢(shì)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(lì)磁繞組中有勵(lì)磁電流，電機(jī)帶上負(fù)載后，氣隙中的磁場(chǎng)是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用的結(jié)果。電樞磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)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(shí)的電樞反應(yīng)增磁增磁去磁去磁將主磁場(chǎng)分布和電樞磁場(chǎng)分布疊加，可得到帶負(fù)載后電機(jī)的磁場(chǎng)分布情況，如圖所示。主磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線電樞磁場(chǎng)磁通密度分布曲線兩條曲線逐點(diǎn)疊加后得到負(fù)載時(shí)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度分布曲線由圖可知，電刷在幾何中性線時(shí)的電樞反應(yīng)的特點(diǎn)：2)、對(duì)主磁場(chǎng)起去磁作用1)、使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變

空載時(shí)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(gè)磁極下，一半磁