maxwell软件--直流电机.doc

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1、17直流电机在用户已经掌握RMxprt的基本使用的基础上，我们将一些过程简化，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt的详细介绍请参考第一部分的章节。17.1基本原理无论是直流发电机还是直流电动机，转子上都嵌有绕组，称为电枢绕组。电枢绕组通过电刷和直流电源相连，电刷与换向器滑动连接。当转子旋转时，电枢绕组在磁场中旋转并产生反电势。定子上有P对主磁极，主磁极由磁极铁心和套在上面的励磁绕组构成。励磁绕组有并联和串联之分，励磁绕组在气隙中产生N极和S极交替排列的定子磁场。并励绕组可以分为他励和自励两种，他励励磁绕组是由独立的直流电源供电，自励励磁绕组是由电枢绕组供电。并励励磁绕组与电枢绕组

2、并联，串励励磁绕组与电枢绕组串联。对于复励型励磁绕组，RMxprt假定电枢绕组先与串励励磁绕组串联，然后再与并励励磁绕组并联。电刷组件与换向片始终保持接触，直流电经电刷和换向片流入旋转的电枢绕组时，产生了一个转子磁场。由于换向器的机械整流作用，电枢绕组产生的转子磁场始终与定子磁场垂直。定、转子磁场相互作用产生电磁力矩。电枢电流产生的磁场称为电枢反应磁场，电枢反应磁场会导致换向不良。为了消除由于电枢反应带来的磁场畸变，改善换向，可以在两个临近的主磁极间安装换向磁极和换向绕组，并在主磁极下安装补偿绕组。直流电机的反电势，是由并励励磁电流反电势(Ef)和串励励磁电流反电势(Es)合成。如下式

3、所示：(17.1)式中的Cef和Ces分别表示并励和串励绕组的反电势系数，与磁场的饱和程度有关，单位为ohm.s/rad；ω表示转子的机械角速度，单位为rad/s；If和Ia分别为并励励磁电流和串励励磁电流。电磁转矩方程如下，是由并联励磁电流产生的电磁转矩(Tf)和串联励磁电流产生的电磁转矩(Ts)合成。(17.2)式中的Ctf和Cts表示并励和串励绕组的转矩系数，数值上与Cef和Css分别相等，单位为Nm/A2。17.1.1直流电机的电动机运行电压方程为：(17.3)式中的Ub表示电刷压降，R1表示电枢电阻，Ia表示电枢电流。当转子角速度ω一定时，电枢电流为(17.4)输出转矩为：(

4、17.5)式中的Tfw为风摩转矩。输出机械功率为：(17.6)输入电功率为：(17.7)式中的Pfw、PCua、Pb、PFe分别表示风摩损耗、电枢铜损耗、电刷压降损耗和铁心损耗。17.1.2直流电机的发电机运行电压方程为：(17.3’)式中的Ub表示电刷压降，R1表示电枢电阻，Ia表示电枢电流。当转子角速度ω一定时，电枢电流为(17.4’)输入转矩为：(17.5’)式中的Tfw为风摩转矩。输出机械功率为：(17.6’)输出电功率为：(17.7’)式中的Pfw、PCua、Pb、PFe分别表示风摩损耗、电枢铜损耗、电刷压降损耗和铁心损耗。电动机和发电机的功率都可以用下式表示：(17.8)1

5、7.2主要特点17.2.1适用于直流发电机和直流电动机直流电动机和发电机结构相同，计算方法略有差别，输出性能数据有些不同。RMxprt将直流电动机和直流发电机放在同一个设计模块中。17.2.2支持单叠绕组和复叠绕组设计RMxprt支持叠绕组设计，并能通过下式自动计算并联支路对数。(17.9)式中的p为极对数，m为复倍系数。17.2.3支持单波绕组和复波绕组设计RMxprt支持波绕组的设计，并能通过下式自动计算并联支路对数。(17.10)式中的m为复倍系数。17.2.4支持虚槽结构设计直流电机的电枢绕组一般为双层绕组。许多情况下，为了简化冲片结构，常把几个线圈边放在同一个槽内，因此槽数Z

6、将比线圈数S少，他们的关系是(17.11)其中μ为槽中每一层的线圈边数，称为虚槽系数。因此每槽导体数为2μ的倍数。RMxprt能够处理μ≤4的各种虚槽设计17.2.5绕组排列优化设计对于采用扁导线的电枢绕组，RMxprt将根据给定的导线规格自动排列。17.2.6支持并励、串励和复励绕组设计直流电机的励磁方式有并励、串励和复励（积复励、差复励）等多种形式，不同的励磁方式产生不同的电机特性，RMxprt支持上述所有励磁方式进行直流电机设计。17.2.7支持补偿绕组设计电枢反应导致了气隙磁场发生畸变，RMxprt支持补偿绕组的设计，以消除电枢反应带来的不良影响。17.2.8支持换向极绕组设计

7、换向极绕组产生的磁场可在换向元件中感应出电势，以削弱电枢反应电势的不良影响。RMxprt支持换向极绕组设计，以改善电机的换向性能。17.2.9可分析气隙磁场波形分布RMxprt可对空载下磁极的气隙磁场的波形和额定负载下电枢反应的气隙磁场波形进行分析，给出直观波形图，以便于设计人员了解电枢反应对换向的影响。17.2.10为有限元电磁场分析输出换向文件当用电磁场有限元法对直流电机进行分析时，需要知道换向元件的极性变化。RMxprt将各元件的极性变化