直流电机磁场和电枢反应
直流电机的磁场和电枢反应
PM EaIa UIL UI f Ia2ra 2UIa P2 p f pa pb
发电机输入的是机械功率，外施机械功率不能全 部转化为电磁功率，因此，输入功率为：
P1 PM pmec pFe pad
27
功率平衡式
感应电动势和电磁转矩的有效磁通。
另外，由于磁极产生的磁通不可能全部通过气隙， 总还有一小部分从磁极的侧面逸出，直接流向相邻 的磁极，它只是与励磁绕组交链，不与电枢绕组交 链，故称磁极漏磁通 。
设磁极产生的总磁通为 则K
K
K
1
式中：K—场漏磁通，一般可取1.15~1.25
3
（一）主磁通和漏磁通
28
功率平衡式
不变损耗： 图中机械损耗 pmec和铁芯损耗 pF空e 载时就存在，
总称空载损耗 p0 ，当负载变化时，它们的数值基 本不变，故称为不变损耗。 可变损耗： 电枢绕组的铜损耗 pa 和电刷接触压降损耗 pb 是 由负载电流所引起的，称负载损耗 ，受负载电流 大小而变化，故又称可变损耗。
60
CT 2 Ce 9.55Ce
电磁转矩也可由电磁功率求得。
绕组不是整距、电刷位置位移以及气隙磁 场变化等也会对电磁转矩产生影响。
35
转矩平衡方程式
1.直流发电机转矩平衡式
由直原流动发机 电供 机给 的的电外磁施转机矩械T是转电矩磁为作T用1 使 发P1电机转子
受到制动的阻力转矩，即反转距（制动转矩）
电刷在交轴且绕组为整距时，直流电机感应电动 势的计算公式
Ea
pz 60a
n
Cen
Ce
pz 60a
电刷间电动势为直流，但是电枢导体的感应电动 势是交变的，其频率为：
直流电机的电枢反应
直流电机的电枢反应
(一)电枢反应及其产生的原因
当直流电机接负载运行时，其激磁绕组和电枢绕组都有电流通过．分别产生各自的磁场，电枢磁场对主磁场所产生的影响，叫做电枢反应。
可见，}乜枢磁场的存在是直流电机出现电枢反应现象的原因。
为了便于研究电枢反应造成的影响，我们分别来分析主磁场和电枢磁场的情况。
当直流电机激磁绕组通电流，而电枢电流I=0时，在气隙中将建立激磁电流产生的主磁场，其方向用右手螺旋定则确定，并与磁极轴线方向一致，自左向右如图2-1-23所示。
通常我们把通过电枢轴心，并与磁极轴线垂直的平面叫做几何中性面。
而电枢表面磁感应强度B 等于零的平面，叫做主磁场的物理中性面。
在空载时，这两个平面重叠一处。
当激磁绕组不通电。
而只有电枢绕组通电时，则此电流所产生的磁场叫做电枢磁场，其方向仍用右手螺旋定则确定，其分布情况如图2-I一24所示。
由图可见，在电枢表面上电枢磁场B值为零的地方，正是在主磁极的轴线上，即电枢的下半部是Ⅳ极．上半部是S极。
无论电枢是否转动，电枢绕组电流分布情况总是不变的，因此，电枢磁场的轴线与主磁场轴线垂直相交，故称为交轴磁场。
东莞巨丰液压设备制造有限公司。
简述电枢反应的概念
简述电枢反应的概念电枢反应是指在直流电机中，由于电流通过电枢产生的磁场与磁极场相互作用而引起的电枢磁通的变化。
当电机电流流过电枢时，电流会在电枢绕组中产生磁场，这个磁场与电机的磁极场相互作用，导致了电机中的磁场分布发生变化。
电枢反应的主要影响是导致电枢磁通增加或减小，这将影响电机的电磁转矩和电机的性能。
具体而言，电枢反应会引起以下几个方面的影响：1. 磁场形状变化：电枢磁场与磁极场相互作用后，电机的磁场分布会发生变化，磁场的形状会被扭曲、变形。
2. 磁场强度变化：电枢反应会使电机中的磁场强度有所变化，磁通的大小可能会增加或减小，进而影响电机的运行特性。
3. 磁场偏移：电枢反应会导致电机中磁场的偏移。
在没有电枢反应的情况下，电机中的磁场是均匀分布的，而电枢反应会导致磁场集中在电枢所在的区域。
4. 磁场倾斜：电枢反应还会引起电机磁场的倾斜。
在没有电枢反应的情况下，电机磁场是沿着磁极轴线均匀分布的，而电枢反应会导致磁场在轴向上发生倾斜。
5. 磁通获取和损失：电枢反应会使电机的磁通发生变化，从而导致电机的磁通获取和损失的变化。
磁通的变化会影响电机的电磁转矩和输出功率。
电枢反应的产生是由于电枢磁场与磁极场相互作用的结果，主要受到以下几个因素的影响：1. 电枢电流：电枢反应的大小与电枢电流的大小成正比。
电枢电流越大，电枢反应越强。
2. 磁极磁场：磁极的磁场强度越大，电枢反应越强。
因此，采用较强的磁极可以减小电枢反应的影响。
3. 磁极位置：磁极相对于电枢的位置会影响电枢反应的大小。
当磁极靠近电枢时，电枢反应越强。
为了减小电枢反应的影响，常常采取以下一些措施：1. 采用补偿绕组：在电机的极间或极端设置补偿绕组，通过电流的反向作用使电机磁场的分布更均匀。
2. 采用磁极削弱技术：通过在磁极上钻孔或切割磁极来减小磁场的强度，以降低磁极与电枢的相互作用，减小电枢反应的影响。
3. 选择适当的电枢绕组形式：不同绕组形式的电枢对电枢反应的敏感程度也不同。
直流电机电枢反应
直流发电机电枢磁场分布
直流发电机合成磁场分布
Hale Waihona Puke SSS2.直流电动机的电枢反应
N
N
n
N
m n
n
n′
β
m′
直流电动机主磁场分布
直流电动机电枢磁场分布
直流电动机合成磁场分布
S
S
S
总之，直流电机的电枢反应对直流发电机和直流电动机都是存在的， 通过分析可以总结如下： 直流电机有电枢反应，造成火花增大换向难。 发电机物理线顺转偏，发出电动势有所降低； 电动机物理线逆转偏，发出电磁转矩有减小。
产生的磁场称为电枢磁场。 如图所示为电枢磁场
电枢磁场
S
二、电枢反应
N
N n m S n′ m′
两极电机的主磁场
电枢磁场
直流电机在负载下运行，主极磁场和电枢磁场同时存在，它们 之间互相影响，把电枢磁场对主磁场的影响叫电枢反应。
S
1.直流发电机的电枢反应
N
N
n
N
n
m′
β
n m
n′
直流发电机主磁场分布
直流电机的电枢反应
一、直流电机的磁场
1、主极磁场
主极磁场有励磁绕组 通入励磁电流产生 （1）几何中性线 （2）物理中性线
N
n m n′ m′
nn´ mm´
S
在电枢电流为零的情况下，主
极磁场的nn´和mm´是重合的。
两极电机的主磁场
2.电枢磁场
当电机在负载下运行时，电枢
N
绕组中有负载电流流过，电枢电流
电机与拖动 直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值
电机与拖动直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值主题：直流电机的辅导文章——直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值、直流电机的磁场和电枢反应、直流电机的感应电动势和电磁转矩学习时间：2016年10月10日--10月16日内容：我们这周主要学习课件第2章直流电机的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电机相关知识的理解。
一、直流电机的工作原理（重点掌握）直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。
1.直流电动机的工作原理：当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流，使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。
图1 直流电动机的工作原理图2.直流发电机的工作原理：当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。
图2 直流发电机的工作原理图二、直流电机的基本组成和额定值（重点掌握）1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成，其基本组成如图3所示。
转子称为电枢，它是能量转换的枢纽。
电枢绕组构成了直流电机的主要电路，它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。
按元件的连接方式和端接形状分类，电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。
电枢绕组是电机的重要部件。
直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。
换向器是直流电机所特有的部件，与电刷配合，实现电枢绕组端部的直流电流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换，即在直流电动机中起到了“逆变器”的作用，在直流发电机中起到了“整流器”的作用。
图3 直流电机的基本组成2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。
1）额定电压N U ：对于直流电动机，N U 是输入电压的额定值；对于直流发电机，N U 是输出电压的额定值。
电机与拖动基础电子教案——第五篇第十八章 直流电机的磁场、电枢反应和电枢绕组
2）直轴电枢反映：当电刷不在几何中性 线上，出现了直轴电枢反应，从图上可 以看出：
A:若为发电机，电刷顺着旋转的方向移动 一个夹角，对主极磁场而言，直轴起去 磁反应，若电刷逆着旋转方向移动一个 夹角，则直轴电枢反应将是增磁的，
其中， 为气 隙计算长度，可见，磁密的
分布和气息的大小是成反比关系的，这就刚 好验证了上一节的磁密分布的曲线形式。
二、电刷不在几何中性线上的电枢磁动势：
看图：引出了直轴电枢磁动势，
直轴电枢磁动势：电枢磁动势的轴线与主磁极 轴线重合，称为直轴电枢磁动势。
三、交轴、直轴电枢反应：
1）交轴电枢反应：交轴电枢磁动势对主极磁场 的影响。
在这里，我们为了分析问题的简单，
假定（1）磁场是不饱和的，（2）发电机电 枢转向是逆时针，电动机为顺时针。这样， 我们就可以对上图进行叠加，可知
A:交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁 作用，在另半个极内则起增磁作用，引起气 隙磁场畸变，使电枢表面磁通密度等于零的 位置偏移几何中性线，新的等于零的我们称 之为物理中性线。
2.单叠绕组电路图：
为了进一步说明单叠绕组各个元件的联接
次序及其电动势分布情况，按图18-7各元
件的联接顺序，可得到如图18-8所示的绕
组电路图。从图18-8可以看出，每个极下
的元件组成 一条支路，这就是说，单叠绕
组的并联支路数正好等于电机的极数，即
（ 为并联
支路2a对数2 p）。a这是单叠
绕组的重要特点之一。
是一个常数，称为电动势常数。
二、电磁转矩：
如果电动势和发电机相关，那么，电磁 转矩和电动机可以联系在一起，求解电 磁转矩的过程和求解电动势是一样的：
直流电机电枢反应定义
直流电机电枢反应定义
直流电机电枢反应是指在直流电机工作时，由于电流通过电枢线圈产生的磁场与外加磁场（由永磁体或电磁体产生）相互作用而产生的现象。
这种相互作用会导致电枢线圈磁通的改变，影响电机的工作性能。
电枢反应主要表现为磁势移位和磁势变形。
具体来说，当直流电机的电流通过电枢线圈时，电枢线圈产生的磁场会与永磁体或电磁体产生的磁场相互作用。
如果电枢线圈产生的磁场方向与外加磁场方向相同，则两者会叠加，使得部分磁通偏离了永磁体或电磁体的磁场方向。
这种磁势移位会导致转子绕组的磁通随电机的负载变化而偏离永磁体或电磁体的磁场方向。
另外，电枢线圈产生的磁场也会影响永磁体或电磁体产生的磁场分布。
在电枢线圈周围，磁场的分布会发生变化，使得原本均匀的磁场出现了磁势变形的现象。
这种磁势变形会导致电机的磁链变化，并对电机的性能产生一定的影响。
因此，直流电机的电枢反应需要在设计和运行电机时进行考虑，以减小对电机性能的不利影响。
一般采取的措施包括：采用磁极补偿、调整电枢绕组结构、增加正极励磁等方法，来抵消或减小电枢反应产生的不利影响。
简述直流发电机工作原理
简述直流发电机工作原理直流发电机是一种将机械能转换为电能的装置，其工作原理基于电磁感应定律。
下面将详细介绍直流发电机的各个工作环节。
1.直流发电机工作原理直流发电机的基本原理是利用电磁感应产生电流。
当一个导线或导线回路在磁场中旋转时，导线中就会产生感应电流。
这个过程被称为法拉第电磁感应定律。
2.电磁感应原理电磁感应是指当一个导线或导线回路置于变化的磁场中时，导线内会产生电动势，从而产生电流。
这个过程中，磁通量的变化率与感应电动势成正比，即法拉第电磁感应定律的表达式为：e=-dΦ/dt。
3.磁场方向和电枢反应在直流发电机中，磁场方向与电枢的平面垂直，这样可以在电枢上产生最大的转矩。
电枢反应是指电枢中的电流产生的磁场对原磁场的影响。
适当的电枢反应可以增加输出电压，但过大的电枢反应会导致换向问题。
4.直流电机的换向换向问题是由于电枢反应导致磁场方向偏移，使得电枢上的电流方向发生变化。
为了避免换向问题，可以通过增加磁场强度、减小电枢反应等方法来保持磁场方向的稳定。
5.电磁转矩与负载的关系直流发电机的电磁转矩与负载之间存在一定的关系。
当负载增加时，电磁转矩也会相应增加，以保持发电机转速的稳定。
通过调整转矩和负载可以实现对直流发电机的调速和制动等操作。
6.控制调节电磁转矩电磁转矩可以通过调节励磁电流、电枢电流或两者同时调节来控制。
在实际应用中，根据需要选择合适的调节方法，例如通过励磁调节器来改变励磁电流，从而改变电磁转矩。
7.发电机状态和电动机状态的转变直流发电机和直流电动机具有相似的结构和工作原理，因此它们之间可以实现状态的转变。
当直流电动机的电源反接时，它就会变成直流发电机，从而实现电动机和发电机之间的转换。
8.直流电机的结构与维护直流电机主要由定子、转子、换向器和轴承等组成。
定子包括机座、磁极和电枢等；转子则包括轴、铁芯和换向器等。
在日常维护中，要保持电机表面的清洁和干燥，定期检查换向器和电刷的磨损情况，并及时更换受损部件。
直流电机交轴电枢反应和直轴电枢反应
直流电机交轴电枢反应和直轴电枢反应直流电机是工业中常用的一种电动机，其具有简单结构、可靠性高、转速稳定等优点。
然而，直流电机在运行过程中会出现一些不利因素，其中就包括电枢反应。
电枢反应是因为电流在电枢中传输会产生磁场，使得转子初始位置偏移从而引起的现象。
电枢反应可以分为交轴电枢反应和直轴电枢反应。
交轴电枢反应指的是电流通过电枢时，由于磁场旋转而导致转子发生转动。
这种反应是由于交流电极的磁力线与转子磁极轴不重合引起的。
在直流电机中，正常情况下，转子的磁极轴与电极磁力线方向相同，此时不会发生交轴电枢反应。
但是，当电极载流产生磁场时，如果磁场方向与转子磁极轴方向不同，就会产生旋转力矩，从而引起电枢反应。
交轴电枢反应会导致电机转矩降低，效率下降，甚至产生振动和噪音等问题。
而直轴电枢反应则是指电流通过电枢时，由于磁场的磁力线与电极磁力线方向相同，使得转子磁极轴与磁力线不再重合，从而引起转子偏转。
直轴电枢反应对电机产生的影响比较复杂，会导致电机转矩、转速和励磁电流等参数变化。
直轴电枢反应的一些现象包括永磁体磁化削弱、电枢电感增加、电机转速变化等。
针对以上两种电枢反应，我们可以采取两种不同的解决方案。
一种是采用直流补偿方法。
这种方法又可分为串补偿和并补偿两种方式。
串补偿就是在电枢串接一个抵消磁场影响的电阻，而并补偿则是在电枢并联一个电感，使得电枢电感与励磁电感相等，从而抵消磁场影响。
另一种方法则是采用交流补偿方法。
在这种方法中，我们会为电机添加一个电枢相应的感应电机，来抵消交轴电枢反应。
此外，还可以采用换向器技术、永磁励磁和感应励磁等方法来抵消电枢反应。
在实际工程中，为了保证直流电机正常运行和维护，我们通常还会采取一些预防措施。
例如，可以使用磁透方案、磁轴轮方案等方法，使得转子磁极轴与电极磁力线方向相同，从而消除直轴电枢反应；或者使用分段绕线方案、组合绕线方案等方法，降低电枢的交裕度，从而消除交轴电枢反应。
此外，还需要控制电机的电流和电压等参数，避免电枢过载和电机损坏。
直流电机的电枢反应及负载时的磁场
直流电机的电枢反应及负载时的磁场1、电枢反应：电机负载时，电枢绕组中有电流流过，产生一磁动势，称为电枢磁动势。
此时，气隙磁场有主极磁势和电枢磁势二者合成磁势建立，电枢磁势的消失必定对空载时的主极磁场有影响，使气隙磁密的分布发生变化，这种电枢磁势对主极所建立气隙磁场的影响称为电枢反应。
由于这两个磁动势的相互作用，直流电机才能进行机电能量的转换。
电枢反应对电机运行特性影响很大：对电动机：影响转速。
对发电机：影响感应电势。
2、电枢磁场的分布：同极性下电流方向相同，异极性下电流方向相反。
电刷是电枢表面电流分布的分界线。
特点：电枢磁场与主极磁场分布是相对静止的。
3、电枢磁动势沿电枢表面分布：a、以一个元件为例：线圈匝数，电流安。
元件边产生磁动势安匝。
每根磁力线仅与一个元件边相交链，磁场对称于电刷轴线，反向对称于磁极轴线。
将电枢从几何中性线处切开。
每个磁回路的磁势均为安匝。
规定磁动势方向与磁力线的方向全都，不计铁磁材料的磁压降，则全部降落在两气隙上，于是，每通过一次气隙消耗磁动势为，可得一个元件所耗于气隙的磁动势的空间分布关系为：一矩形波。
每极下有一个元件边的磁动势波形b、若每极下有四个元件边匀称分布：据上分析，应有四个矩形波，它们相互之间位移一个槽距，将它们迭加起来可得一阶梯数为2的阶梯波。
c、若每极下元件边的数目许多，且匀称分布在电枢表面，则经上述方法迭加后总的电枢磁动势会接近于三角波形。
4、电枢磁场的磁密沿电枢表面分布：（推导B与F的关系）设电枢绕组的总匝数为N，元件数为S，极对数为p，极距为，电枢直径为，每元件匝数为Wy，则N＝2SWy，阶梯数为S/2p ，阶梯波幅值为：，为电枢表面单位周长上的安匝数，称为线负荷。
若忽视铁磁材料中的磁压降，则电枢磁场沿电枢表面的分布曲线为：上式表明：与成正比，与成反比。
即：极靴下，气隙变化小，变化小；极尖处，气隙大，大大减弱，曲线呈马鞍形。
5、直流电机负载时磁场的电枢反应6、直流电机负载时磁场特点（呈去磁作用）：a、磁场发生了畸变。
直流电机（12）直流电机的共同问题（二）直流电机的电枢反应感应电动势电..
1. 理解直流电机的磁动势和磁场2.掌握直流电机的电枢反应3.掌握直流电机电枢绕组的感应电动势4.掌握直流电机的电磁转矩本章基本要求直流电机的共同问题（二）直流电机的电枢磁动势和磁场 直流电机的电枢反应直流电机电枢绕组的感应电动势 直流电机的电磁转矩主要内容直流电机的共同问题（二）内容回顾直流电机绕组小结◆直流电机的电枢绕组总是自成闭路,为闭合绕组;◆电刷放置的一般原则是空载时正、负电刷间的电动势最大,或者说,被电刷短路的元件中的电动势为零;◆对于端接对称的元件,电刷放置在主极轴线下的换向片上,且总是与位于几何中性线上的导体相接触;内容回顾直流电机绕组小结◆电枢绕组的支路数(2a )永远是成对出现,因为磁极数(2p )是一个偶数;且至少有2条并联支路; 单叠绕组: a = p (并联支路对数恒等于电机极对数)单波绕组:a = 1(并联支路对数恒等于1)◆单叠绕组适应于较大电流、较低电压的电机;单波绕组适用于较高电压、较小电流的电机。
23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场1.主磁通和漏磁通◆磁场是电机实现机电能量转换的媒介;◆主极磁场由永久磁铁或励磁绕组通入直流电流产生;◆空载时电机中的磁场分布是对称的。
0f f I F s ìF -ïï F íïF -ïïî主磁通，经气隙进入电枢。
主极漏磁通(15-25%)φ0不进入电枢,只增加磁极的饱和程度。
内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场主磁通路径：气隙→电枢齿→电枢轭→电枢齿→气隙→主磁极→定子轭→主磁极→气隙。
内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场直流电机空载时的磁场分布内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场2.气隙主极磁场的分布◆磁动势: 磁极范围内,励磁磁势大小相同。
◆磁密波形: 空载时的气隙磁通密度为平顶波。
1.3 直流电机的电枢反应
第1章 直流电机
第1章 直流电机
第1章 直流电机
如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布，则电 枢磁动势在气隙圆周方向空间
分布呈三角波，如图中 Fa所x 示。
讨论： 1) N越大，电枢磁动势波越趋于 三角波； 2）波形幅值出现在导体中的电 流改变方向处； 3）幅值为（1/2）N Ia。
1.3.2
第1章 直流电机
1.3.3
二、电刷偏离几何中性线上时的电枢反应
电刷从几何中性线偏移
角，电枢磁动势轴线也随
之移动 角，如图(a)、
(b)所示。
电枢磁动势可以分解 为两个垂直分量：交轴电 枢磁动势 和直Fa轴q 电枢磁 动势 。 Fad
电刷顺转向偏移
发电机 交轴和直轴去磁
电动机 交轴和直轴助磁
电刷逆转向偏移 交轴和直轴助磁 交轴和直轴去磁
的每极磁通 0，空载时，气隙磁通 与空载0 磁动势 或空F载f 0 励磁电流
的关系I f 0，称为直流电机的空载磁化 特性。如右图所示。
为了经济、合理地利用材料， 一般直流电机额定运行时，额定磁
通 N设定在图中 A点，即在磁化特
性曲线开始进入饱和区的位置。
1.3.1
第1章 直流电机
1.3.2
第1章 直流电机
1.3
1.3 直流电机的电枢反应
教学内容：
1.3.1 直流电机的空载磁场 1.3.2 直流电机负载时的磁场
1.3.3 直流电机的电枢反应
教学目的与要求：
1 掌握直流电机空载磁场 2 掌握直流电机负载磁场 3 熟练掌握直流电机电刷位于几何中性线上时的电枢反应 4 掌握直流电机电刷偏离几何中性线上时的电枢反应
（3）几何中性线——空载时磁密为零的线