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1、2-3 直流电机空载和负载的磁 场 w 直流电机磁场可由永久磁铁或励磁绕组通以直流电 励磁产生。永久磁铁的磁场较弱；通常由励磁绕组建 立主磁场。 w 直流电机的磁场由电机中各绕组，包括励磁绕组、 电枢绕组、换向极绕组共同产生。 励磁绕组起主要作 用。 直流电机的磁场概述 直流电机空载时的磁场分布 空载：励磁绕组通有励磁电流，其它绕组无电流的状况 2.3.1 直流电机的空载磁场 磁通、 磁路 主磁通、主磁路：由N极出 发， 经气隙进入电枢齿部 ，经电枢铁心的磁轭到另外 的电枢齿，通过气隙进入S 极，再经定子轭回到原来N 极。 主磁通交链励磁 绕组和电枢绕组 ， 在电枢绕组中 感应电势，产生 电磁
2、转矩。 漏磁通、漏磁路：不进入 电枢铁心，直接经过相邻 的磁极或定子轭。 影响饱和 程度 主磁通和漏磁通 w 主磁通0和漏磁通由同一磁动势建立； w 0所走的路径气隙小，磁阻小； w 漏磁通所走的路径气隙大，磁阻大； 励磁磁势的分析 磁路计算常用公式： 励磁磁势的分析 磁路： 两个气隙、两个电枢齿、一段电枢轭、两个 主极铁心和一个定子轭。 磁势 ： 产生0所需磁动势 每极励磁磁动势Ff=IfNf 气隙磁场 在一个磁极的范围内，励磁磁势大小一样 ，B大小完全与气隙长度成反比。 引进极弧系数bp和气隙卡氏系数： 气隙磁密平均值Bav与最大值B之比 主磁场磁密的分布 在主极直轴附近的气隙较小，并且气
3、隙均 匀，磁阻小，即此位置的主磁场较强，在 此位置以外，气隙逐渐增大，主磁场也逐 渐减弱，到两极之间的几何中线处时，磁 密等于0。 空载磁化曲线 磁化曲线：表示空载主磁通0与主极磁动势Ff之间 的关系曲线， 0f（ Ff）。通过实验或计算得到 。 0 Ff 直线，不 饱和部分 膝点 饱和部分 F0F (约1.11.35) 2.3.2 负载时直流电机的 磁场 概 述 w 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过,并产生电 枢磁场。 w 负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同决定 w 电枢磁场会对主磁场产生一定的影响，这一影响称 为电枢反应。 w 电枢反应会使得每极磁通发生变化，也会使气隙磁 场发生畸变，
4、从而影响电机的性能。 2.3.2 负载时直流电机的 磁场 两个重要的轴线概念 与主极轴线正交的轴线通 常称为交轴 主极轴线重合的轴线称为 直轴； 1. 电枢产生的磁动势 w 电枢磁势的分布与电枢电流的分布有关 。 w 电枢电流的方向由电刷来界定。图中电 刷以下电流为流入纸里，电刷以上为流出 纸面。 w 这样的电流分布所产的磁力线如图所示 。（右手定则） w 可见，电枢磁势的轴线总是与和电刷接 触的导体的连线重合。或者说电刷位置决 定了电枢磁势的轴线。 w 当电刷与处于几何中性线上的导体相接 触时，电枢磁势的轴线在交轴方向。并把 这一磁势称为交轴电枢反应磁势。 1. 电枢产生的磁动势 设直轴线与
5、电枢外圆的交点为0点，在距0 点为x处作一闭合磁力线回路。该闭路包 围的电流数即为总磁势Fa。 电枢表面单位长度上的电流数A称为电机 的线负荷。 x处闭路上的总磁势 忽略铁心磁阻，则每个气隙消耗的磁势为 上式为一个极距的电枢磁势分布，将一对极的电枢 磁势波形画出，将得到三角波。 1. 电枢产生的磁动势 电枢磁势单独产生的磁感应强度的分布： 该磁密由磁势和气隙共同决定。 极面下气隙基本不变，磁密正比于磁势 ； 两极之间的区域内，气隙变大，磁密迅 速减小。一个周期的磁密波形呈马鞍形。 交轴磁势 电刷位于几何中性线上时的电枢磁势为交轴磁势 直轴磁势 电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量
6、 电刷偏离几何中性线时的电枢磁势中除了交轴磁势外 ，还含有直轴磁势。 2. 电枢反应 w 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，该电 流建立的磁场简称电枢磁场，电枢磁场对主磁场 的影响就称为电枢反应。 w 当电机带上负载后，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。 w 各支路电流都是通过电刷引入或引出，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）交轴电枢反应 NS 主极产生磁场的磁密波形 电枢绕组产生磁场的磁密波形 合成磁场的磁密波形 使气隙磁场分布发生畸变，一半极加强，一半极削弱；（发前弱） 使
7、物理中性线位移（空载时，电机物理中性线与几何中性线重合；负载时， 物理中性线发生偏转） 呈去磁作用（饱和度变化的影响） 2） 直轴电枢反应 增磁与去磁与电刷的旋转方向有关。 若电机为发电机时，电刷顺转向移动角。 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。 （发顺去） 2.4 感应电动势和电磁转 矩 2.4.1 电枢绕组的感应电动势 电枢电势：直流机正、负电刷之间的感应电势， 即每个支路里的感应电势。 计算：求出一根导体在一个极距范围内切割气隙磁 密的平均感应电
8、势，乘上一个支路里总的导体数。 直流电机的感应电势 具体计算 ： 一根导体 ： Bav：平均磁密；li：导体长度 ；v：电枢旋转线速度 n：电枢旋转速度（r/min) ：每极磁通 支路电势 ： Ce：电势常数 N：总导体数 电枢电势的认识 一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于 每极磁通（韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分 布无关。 对电枢电势的认识： 2.4.2 电磁转矩 一根导体的平均电磁力 ： 作用在电枢上的总电磁力 ： 电磁转矩 ： CT: 转矩常数 电磁转矩的认识 一台制造好的电机， 它的电磁转矩正比于每极 磁通和电枢电流， 与磁密分布无关。 电势常数Ce和转矩常数CM决定于结构常数。 它们的关系为： 三、电磁功率 电枢电功率 直流电动机：从电源吸收的电功率， 通过电磁感应 作用， 转换成轴上的机械功率； 直流发电机：原动机克服电磁转矩的制动作用所做的 机械功率等于通过电磁感应作用在电枢回路所得到的 电功率。 机械功率
