电枢反应简介
电枢是电动电机中装有导线的部件,由于导线通过磁极片间磁场的相对运动,引起在导线中感应的电流(如在发电机中那样)或由于电流通过导线引起磁感应,使它在这磁场中转动(如在电动机中那样)。只有直流电机有电枢,电枢包括电枢铁心和电枢绕组,电枢绕组是直流电机的电路部分,也是感生电势、产生电磁转矩进行机电能量转换的部分(发电机是机械能转换成电能)。电枢铁心既是主磁路的一部分有时电枢绕组的支撑部件,电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。交流电机为转子。直流电机和交流电机的感生电枢的原理大致相同,直流电机电枢绕组内的电流也是交流的,要通过换向器输出才是直流的。交流电机分为感应电机(异步机)和同步电机,感应电机按转子结构分为鼠笼型转子和绕线型转子,感应电机是定子绕组产生磁场,转子绕组进行机电能量转换。同步电机是转子绕组产生磁场,定子绕组进行机电能量转换。
当电枢绕组中没有电流通过时,由磁极所形成的磁场称为主磁场,近似按正弦规律分布。当电枢绕组中有电流通过时,绕组本身产生一个磁场,称为电枢磁场。电枢磁场对主磁场的作用将使主磁场发生畸变,产生电枢反应;
(1)纯电阻性负载时的电枢反应
电枢磁场的电动势与电流相位相同,电枢磁场使主磁场发生畸变,一半加强,一半削弱;
(2)纯电感性负载时的电枢反应
电枢磁场的电流滞后于电动势90度,电枢磁场产生的电动势与主磁场产生的电动势方向相反,因此削弱了主磁场电动势,这就是为什么三相电路中含有电感性元件时电压下降的原因;这时叫做纵轴去磁电枢反应
(3)纯电容性负载时的电枢反应
电枢磁场的电流超前于电动势90度,因电枢磁场与主磁场成90度,电枢磁场产生的电动势与主磁场产生的电动势方向相同,因此加强了主磁场电动势,这就是为什么三相电路中含有电容性元件时端电压上升的原因;这时叫做纵轴辅助磁电枢反应。
电枢反应的性质
电枢反应分为直轴电枢反映和交轴电枢反应对称负载时,电枢磁动势对主极磁场基波产生的影响,这种现象称为电枢反应。它的主要性质就是去磁增磁和无影响(这都是对主磁通来说的)
负载时直流电机的磁场――电枢反应
直流电机负载后,电枢绕组有电流通过,简称电枢磁场,而电枢磁场对主磁场的影响就称为电枢反应。具体分析如下:当电机带上负载后,电枢绕组中有电流通过,电枢电流将产生电枢磁动势,此时电机的气隙磁场由主磁场和电枢两个磁场共同决定。电枢磁动势的出现,使气隙磁场发生畸变,即电枢反应。在直流电机中,不论电枢绕组是哪种型式,各支路电流都是通过电刷引入获引出,因此电刷是电枢表面上电流分布的分界线。电枢磁势的轴线总是与电刷轴线相重合。
1、交轴电枢磁势Faq
电枢磁场如左图,若电枢上半周的电流为流出,下半周为流入,根据右手螺旋定则,该电枢磁动势建立的磁场如虚线所示。从图可见,电枢磁动势的轴线总是与电刷轴线重合。与主极轴线正交的轴线通常称为交轴,与主极轴线重合的轴线称为直轴;所以当电刷位于几何中性线上时,电枢磁动势时交轴电枢磁动势。
上图是直流电机电流分布和电枢磁场情况示意图,为便于分析让其展开成右图。
设直轴线上与电枢外圆的交点为0点,在距0点的x处作一闭合磁力线回路。
据安培回路定律研究该闭路,该闭路可包围的总电流数即为总磁势Fa:因为设A是沿电枢表面周长方向单位长度上的安培导体数:Zaia
A=-------(安培导体数/cm)
Za――电枢绕组的总导体数;
D――电枢外径;
ia――电枢电流
则闭路总磁势为Fa=2xA,略去铁内磁阻则每个气隙所消耗的磁势为Faq=A&TImes;x。
交轴电枢磁势Faq(x)的分布为呈三角波(略去齿槽影响时),则电枢磁密的分布波形是――“马鞍形”波。如上右图ba(x)。
2、直轴电枢磁势Fad
如下图此图当电刷不在几何中线时,设移过一个小角度β,除了交轴电枢磁动势外,还会产生直轴电枢磁动势。
电枢磁势分解成两个分量Faq和Fad即Fa=Fad+Fad
3、直轴电枢反应
若电机为发电机时,电刷顺转向移动β角。直轴电枢反应仅存在于电刷不与几何中线处导体接触时,此时也存在交轴电枢反应(以后分析),现在单独分析直轴电枢磁势的影响。直流发电机:
若电机为发电机时,电刷顺转向移动β角。
★★直流发电机的电刷是顺转向偏移一个小角度时,直轴电枢反应对主极磁场的作用将是去磁的。
★★而直流发电机的电刷若是逆转向偏移一个小角度时,直轴电枢反应对主极磁场的作用将是增磁的。
直流电机:直流电机的电枢反应情况与直流发电机恰好相反。直流电机的情况,同学们可以自己证明。
4、交轴电枢反应
无论直流电机的电刷是否与几何中线处的导体相接触,交轴磁势Faq及其电枢反应均存在。
这里以电刷在正常理论位置为例来说明交轴电枢反应情况。其思路是:空载时磁密分布波Bo(x)波和负载时电枢磁密分波Ba(x)波的合成,得到气隙合成磁密波B(x)。即:bo(x)+ba(x)=b(x)
平顶波形+马鞍波形=斜坡波形
论:
(1)对直流发电机而言,交轴电枢反应将引起前极端具有去磁作用,后极端具有增磁作用。
(2)对直流电机而言前极端――增磁作用后极端――去磁作用
那么什么叫前极端和后极端?对于发电机而言,顺着转向看过去先看到的极端叫前极端,后经过的极端叫后极端。但是,对于这个原理图,若该电机的磁场方向和电流方向不变,则发电机改成电动机时,转向必然改变也就是对直流发电机时为前极端,对直流电机则为后极端了。而电机内部的电磁关系不变,故直流电机的交轴电枢反应结论应是前极端具有增磁作用,后极端具有去磁作用。
(3)对直流电机而言,交轴电枢反应具有一定的饱和去磁作用。由于磁饱和的影响,增磁处将使该处铁心的饱和程度提高,磁阻增加,从而使实际的气隙磁场比不饱和时略低;而去磁处不饱和,去磁则比增磁的量值大,故得结论(3)。
5、直流电机电枢反应小结
(1)交轴电枢反应
①使主磁场的波形畸变,
②具有一定的饱和去磁作用
(2)直轴电枢反应(仅在电刷偏移理论位置时存在)
电枢反应对电机的影响
通电后的定子绕组产生的变化的磁场,使得闭合回路状态的转子产生电流,那么转子就会产生磁场,这个磁场对原先定子绕组产生的磁场产生了叠加效应,使得其呈现增磁或去磁的现象,这种现象就是电枢反映。因电枢反映的原因使得磁场发生了变化,导致气隙磁场质量下降,使得其机械性能产生不良影响。