1、直流磁路的计算

正问题:给定磁通量,计算所需要的励磁磁动势。
逆问题:给定励磁磁动势,计算磁通量。
下面说明正问题的计算方法
在这里插入图片描述

图1. 简单串联磁路 a) 串联磁路 b) 等效磁路图

简单串联磁路 即不计漏磁影响,仅有一个磁回路,如图1所示。此时整个磁路中为统一磁通,但由于各段磁路的截面积不同,故应分段求出各段中的磁通密度BkB_kBk,再根据所用材料的磁化曲线,查出产生BkB_kBk所需的磁场强度HkH_kHk,最后求出各段和整个磁路所需的磁动势值。若磁路中含有气隙,由于气隙磁场的边缘效应,使气隙的有效面积Aδ有效A_{\delta有效}Aδ有效要比实际面积AδA_\deltaAδ大,故实际计算时要采用有效面积Aδ有效A_{\delta有效}Aδ有效。若气隙长度为δ\deltaδ,铁心的截面积为a×ba\times ba×b,当δ\deltaδaaabbb小很多时,气隙的有效面积Aδ有效A_{\delta有效}Aδ有效将近似等于Aδ有效≈(a+δ)(b+δ)A_{\delta有效}\approx(a+\delta)(b+\delta)Aδ有效(a+δ)(b+δ)

简单并联磁路 即考虑漏磁影响,或者磁回路有两个及两个以上分支的磁路。

2、直流电机的空载磁路和磁化曲线

空载磁路及其计算 直流电机的空载磁场是指,励磁绕组内通有直流励磁电流、电枢电流为0时,由励磁磁动势单独激励所产生的磁场。图2表示一台四极直流电机的空载磁场分布(由于对称,仅画出上半部分)。由于主磁极呈N、S、N、S交替排列,故整个电机的磁场分布与主极中心线对称。

在这里插入图片描述

图2. 直流电机的空载磁场和磁路 a) 空载磁场分布 b) 空载磁路和各段磁路长度

由图2(a)可见,由励磁电流所激励的磁通,绝大部分经由主极铁心/气隙而到达电枢铁心,这部分磁通称为主磁通,用ϕ0\phi_0ϕ0表示。还有一部分称为主极漏磁通,用ϕfσ\phi_{f\sigma}ϕfσ表示。每个主磁极的总磁通ϕm=ϕ0+ϕfσ\phi_m=\phi_0+\phi_{f\sigma}ϕm=ϕ0+ϕfσ,通常ϕfσ\phi_{f\sigma}ϕfσ约占ϕ0\phi_0ϕ0的 (15~20)%。

由图2(b)可见,空载时四极直流电机有四个并联的对称分支磁回路;根据所用材料和截面积的不同,每个回路由下列五段组成:①套装励磁绕组的主磁极铁心(m);②固定主磁极的定子磁轭(jjj);③定、转子之间的气隙(δ\deltaδ);④电枢铁心周沿开槽而形成的电枢齿(ttt);⑤电枢铁心(ccc)。图2(b)表示空载磁路计算时各段的磁路长度。
磁回路选定后,根据各段内的磁通量和截面积,分}J}l算出各段的磁通密度BkB_kBk,再由各段所用材料的从本磁化曲线,查得与BkB_kBk相应的磁场强度HkH_kHk,把HkH_kHk乘上该段磁路的长度lkl_klk得到HklkH_kl_kHklk,由此即可算出产生主磁通ϕ0\phi_0ϕ0时,整个闭合磁回路(一对极)所需的励磁磁动势F0F_0F0F0=∑k=15HklkF_0=\sum_{k=1}^5H_kl_kF0=k=15Hklk

直流电机的磁化曲线 分别算出产生不同主磁通时所需的励磁磁动势,即可得到直流电机的磁化曲线ϕ0=f(F0)\phi_0=f(F_0)ϕ0=f(F0)。因为励磁绕组的匝数一定,故磁化曲线也可表示为ϕ0=f(If)\phi_0=f(I_f)ϕ0=f(If),如图3所示。
在这里插入图片描述

图3. 直流电机的磁化曲线

3、交流磁路的特点

交流磁路的激磁电流是交流,因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变,但每一瞬间仍和直流磁路一样,遵循磁路的基本定律。就瞬时值而言,通常情况下,
用与直流磁路相同的基本磁化曲线、磁路计算时,为表明磁路的工作点和饱和情况,磁通量磁通密度****均用交流的幅值来表示磁动势和磁场强度则用有效值表示

交变磁通除了会引起铁心损耗之外,还有以下几个效应:
(1)磁通量随时间交变,必然会在激磁线圈内产生感应电动势。
(2)激磁电流imi_mim与铁心中的主磁通ϕm\phi_mϕm之间存在一定的相位差,因此激磁电流imi_mim中除磁化电流iμi_\muiμ外,还有与铁心损耗相对应的铁耗电流iFei_{Fe}iFe
(3)磁路的非线性会导致激磁电流、磁通和电动势的波形产生畸变。

Logo

DAMO开发者矩阵,由阿里巴巴达摩院和中国互联网协会联合发起,致力于探讨最前沿的技术趋势与应用成果,搭建高质量的交流与分享平台,推动技术创新与产业应用链接,围绕“人工智能与新型计算”构建开放共享的开发者生态。

更多推荐