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，产生电磁转矩。漏磁通、漏磁路：不进入电枢铁心
2、，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IdlHnkkIWlH1SBBH 磁路计算常用公式：励磁磁势的分析nljjmmaattkkflHlHlHlHHlHF2222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。xxLHF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
3、气隙较小，并且气隙均匀，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。0Ff直线，不饱和部分膝点饱和部分F0F0FFk(约1.11.35)2.3.2 负载时直流电机的磁场 概概 述述w 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过直流电机负载后，电枢绕组有电流通过,并产生电并产生电枢磁场。枢磁场。w 负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同决定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，这一影响电枢磁场会
4、对主磁场产生一定的影响，这一影响称为电枢反应。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，从而影响电机的性能。磁场发生畸变，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。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，电刷以上为流刷以下电流为流入纸里，电刷以上为流出纸面。出纸面。w
5、 这样的电流分布所产的磁力线如图所示。这样的电流分布所产的磁力线如图所示。（右手定则）（右手定则）w 可见，电枢磁势的轴线总是与和电刷接可见，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。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当电刷与处于几何中性线上的导体相接触时触时，电枢磁势的轴线在交轴方向。并，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。把这一磁势称为交轴电枢反应磁势。1.电枢产生的磁动势aaDNiAxAxFa2)(总设直轴线与电枢外圆的交点为设直轴线与电枢外圆的交点为0点，在距点
6、，在距0点为点为x处作一闭合磁力线回路。该闭路包处作一闭合磁力线回路。该闭路包围的电流数即为总磁势围的电流数即为总磁势Fa。电枢表面单位长度上的电流数电枢表面单位长度上的电流数A称为电机称为电机的线负荷。的线负荷。x处闭路上的总磁势)22()(xAxxFa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：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。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；极面下气隙基本不变，磁密正比于磁势；两极之间的区域内
7、，气隙变大，磁密迅速两极之间的区域内，气隙变大，磁密迅速减小。一个周期的磁密波形呈马鞍形。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电刷偏离几何中性线时的电枢磁势中除了交轴磁势外，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。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
8、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；（使气隙磁场分布发生畸变，一半极加强，一半极削弱；（发前弱发前弱）使物理中性线位移（空载时，电机物理中性线与几何中性线重合；负载时，使物理中性线位移（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）物理中性线发生偏转）呈去磁作用（饱和度变化的影响）呈去磁作用（饱和度变化的影响）2）直轴电枢反应增
9、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：vlBeiavavBav：平均磁密；li：导体长度；v：电枢旋转线速度602npvn：电枢旋转速度
10、（r/min)iavlB：每极磁通支路电势：nCnapNnpllaNeaNEeiiava6060222Ce：电势常数N：总导体数电枢电势的认识nCenapNEa60一台制造好的电机，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：aiavavilBfaIiaa2作用在电枢上的总电磁力：NilBNffaiavav电磁转矩：22DNilBDfTaiavpD2aTaaiiICIapNpNaIllT2222CT:转矩常数电磁转矩的认识aTaICIapNT2一台制造好的电机，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：55.9260eTCC三、电磁功率电枢电功率TInCInCIEPaTaeaaem602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
