直流电机的磁场和电枢反应..
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：
直流电机的磁化曲线磁化曲线主磁通与励磁磁动势
1 t
pn
Ea t 0 e d t 4Ny 60
44
Ea
4Ny
pn 60
S 2a
pN 60a
n
Cen
对制成的电机，Ce=pN/60a为一个常数，称为电动势常数
若不计饱和影响，有 其中Kf 为比例常数
Kf If
感应电动势的计算公式为
Ea Cen CeK f I f n Gaf I f
枢是转的，当S极下导线转到N极
下如果导线电流的方向不变电磁
力的方向就反了；怎么办呢？
2
• 当安装换向器以后，将直流电压加于电刷 （固定）端，直流电流经电刷流过电枢上的线圈， 则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋 转起来。
由于换向器配合电刷对 电流的换向作用，使得 线圈边只要处在N极下， 其中通过电流的方向总 是由电刷A流入的方向； 而在S极下时，总是从 电刷B流出的方向，就 使电动机能够连续地旋 转。
12.4
C 由
Ea
n
e
,得
Ea Ce n
250 12.4 2850
70.7
104WB
46
二、电磁转矩的计算
一根导体所受的平均电磁力和一根导体所受的平均转矩为:
fav Bavl ia
和
电机总电磁转矩用Te表示，为
Tav
fav
D 2
Te
B l av
Ia
2a
N
D 2
功率输出，在发电机中，指无电功率输出)。所以
直流电机的空载磁场是指励磁磁势单独建立的磁
场。
33
（一）、空载时电机内部磁场的分布情况
直流电机磁场
电机的主磁场一般由套在主极铁心上的励磁绕组通过电流产生。
励磁绕组与电枢回路之间的连接方式有：他励、并励、串励、复励。
不同的励磁方式对电机的性能将产生较大的影响。
直流电机空载时的磁场由励磁绕组单独激励，其分布取决于磁路的情况。
一般情况下，直流电机的空载磁通密度分布呈平顶波。
当直流电机负载时，电枢绕组绕组中的电枢电流将产生电枢磁势，电枢磁势对主磁场的分布和主磁通的大小将产生一定的影响，这种影响称为电枢反应。
交轴电枢反应将使主磁场发生畸变，当磁路饱和时会对主磁场产生去磁作用。
当电刷偏离几何中性线时，还将产生去磁或者增磁的直轴电枢反应。
发电机和电动机是直流电机的两种运行状态。
在两种状态下，电枢绕组中均产生感应电势。
感应电势的公式Ea=CeΦn表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。
在发电机中Ea>U，在电动机中U>Ea。
同样，直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。
其公式T=CTΦIa表明电磁转矩的大小正比于电枢电流和每极磁通。
在发电机中，电磁转矩是阻力转矩，在电动机中电磁转矩是拖动转矩。
直流电机的电势平衡方程反映了电机电路中各种量之间的关系。
功率平衡方程表明了输入功率、输出功率和各种损耗之间的关系。
电磁功率PM=TΩ=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。
1.4直流电机的磁场（返回顶部）直流电机中除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时，还将会产生电枢磁场。
电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。
要了解气隙磁场的情况，就要先分析清楚主磁场和电枢磁场的特性。
1.4.1 直流电机的空载磁场（返回顶部）直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，即无功率输出。
所以直流电机空载时的气隙磁场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立的磁场。
当励磁绕组通入励磁电流，各主磁极极性依次呈现为极和极，由于电机磁路结构对称，不论极数多少，每对极的磁路是相同的，因此只要分析一对极的磁路情况就可以了。
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
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：
4-直流电机的磁场、感应电势、电磁转矩--注册电气工程师供配电专业
并已知各段磁路 的 和
Ai
2）计算B产i 生 空Ai 载i 磁=场B/的H
i
时整个闭和磁
路所需的磁动势F。 '
n
F0 H k lk 2H 2H t lt H clc 2H mlm H ili k 1
F0=NIf
4、直流电机的磁化曲线
三、直流电机负载时的磁场
N
N
性
线
物理
几
中性线
何
S 电刷
S
S
中 性
励磁磁通势产生
电枢磁通势产生
合成磁场
线 的励磁磁场 的电枢磁场 （负载时的磁场）
（空载磁场）
电枢反应 —— 电枢磁通势对主极磁场的影响。
四、电枢反应
• 负载时电枢磁动势对主极磁场的影响 称为电枢反应。
◆ 电枢反应的影响：
(1) 总磁场被扭歪了:几何中心线与物理中心 线分开了,电刷位置处的元件的 e≠0，增加 换向困难。 (2) 一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通 减少， 磁路不饱和时：每极磁通不变；
自
I+
励
G
U
串励
－
I+
G
U
并励 －
I+
G
U
复励 －
二 直流电机的空载磁场
• 1、定义：空载磁场是在无载情况下（即 电枢电流为零），励磁绕组中通入电流后 由励磁磁动势单独建立的磁场。
• 组成：两部分，即主磁通和漏磁通
• 分布：由于磁极极靴宽度总是小于极距， 在极靴下气隙较小，所以极靴下沿电枢表 面主磁场较强，极靴以外，气隙加大，主 磁场明显削弱，在两极间的几何中性线处 磁密为零。气隙磁场磁密分布波形为一礼 帽形，如下图：
电机与电器考题整理
1、直流电机结构和主要部件作用主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁芯和励磁绕组构成定子换向磁极：改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花电刷装置：与换向器配合，完成直流与交流的互换几座和端盖：起支撑和固定作用；机座也是电机磁路中的一部分电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组转子电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分，能量转换中枢换向器：与电刷装置配合，完成直流与交流的互换风扇2．直流电机的磁场和电枢反应空载磁场：指由主磁极单独建立的磁场，电枢电流为零磁场励磁电流所建立的磁场负载磁场电枢电流所建立的磁场电枢反应：直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，该电流所建立的磁场称为电枢磁场，电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应具体表现：1.使气隙磁场分布发生畸变2.去磁作用，是磁场总磁通减弱3. 直流电机的感应电势和电磁转矩计算公式，影响因素直流电机的感应电势：影响因素：电枢电势(V)正比于每极磁通φ（韦伯)和转速n （r/min), 与磁密分布无关直流电机的电磁转矩：影响因素：它的电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流。
直流电机的电磁功率4.直流发电机的外特性（他励和并励）他励直流发电机：定义：n ＝额定转速， I f ＝常数， Ua ＝f （ I a ）Ua=E a -I a R a =n C e φ- I a R a 外特性下垂原因：1.电枢回路上的电阻压降增加2.负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强，电动势减小并励直流发电机：定义：n ＝额定转速， R f ＝常数， U ＝f （ I ）nCe n apNE a ⋅⋅=⋅⋅=φφ60a M a em I C I a pNM ⋅⋅=⋅⋅=φφπ2π260=eM CC 机械功率→Ω⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅=ema M ae a a em MI n C I n C I E P φπφ602外特性下垂原因：1.电枢回路上的电阻压降增加2.负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强，电动势减小3.端电压下降，引起励磁电流减小，使U 进一步减小 5.并励发电机的自励条件和自励过程并励直流发电机的自激过程1）当电机内部有剩磁时，原动机带动电枢旋转时切割剩磁，产生剩磁电动势2）若励磁绕组与电枢绕组并联极性正确，即使此时励磁绕组中电流所建立的磁动势与原先的剩磁方向一致，则电枢电动势因为磁场的增强而增大，则励磁电流也增大（ U 0 ＝ I f R f ）。
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。
直流电机中的励磁绕组跟电枢绕组的作用分别是什么1
direct current motor，DC motor中文名称：直流电动机英文名称：direct current motor，DC motor定义：将直流电能转换为机械能的转动装置。
电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。
直流电机中的励磁绕组跟电枢绕组的作用分别是什么？电动机的作用是将电能转换为机械能。
电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。
(一) 交流电动机及其控制交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。
异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。
三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。
1. 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的构造也分为两部分：定子与转子。
（1）定子：定子是电动机固定部分，作用是用来产生旋转磁场。
它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。
（2）转子：转子是重点掌握的部分，转子有两种，鼠笼式与绕线式。
掌握他们各自的特点与区别。
鼠笼式用于中小功率（100k以下）的电动机，他的结构简单，工作可靠，使用维护方便。
绕线式可以改善启动性能和调节转速，定子与转子之间的气隙大小，会影响电动机的性能，一般气隙厚度为0.2-1.5mm之间。
掌握定子绕组的接线方法。
2. 三相异步电动机的工作原理掌握公式n1=60f/P、S=(n1-n)/n1、n=(1-S)60f/P，同时明白它们的意义（很重要），要能够灵活运用这些公式，进行计算。
同时记住：通常电动机在额定负载下的转差率SN约为0.01-0.06。
书上的例题要重点掌握。
3. 三相异步电动机铭牌上的数据（1）型号：掌握书上的例子。
（2）额定值：一般了解，掌握额定频率和额定转速，我国的频率为50赫兹。
（3）连接方法：有Y型和角型。
（4）绝缘等级和温升：掌握允许温升的定义。
（5）工作方式：一般了解。
4. 三相异步电动机的机械特性掌握额定转矩、最大转矩与启动转矩的关系。
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16.3.3 交轴电枢反应
当直流电机带有负载时，就有主磁极磁动势 和电枢磁动势同时作用在空气隙。 电枢磁动势的存在使空载磁场分布情况改变。 电枢反应：负载时电枢磁动势对主极磁场的影响。 交轴电枢反应：通常电刷处于交轴处，由于电枢磁 动势的轴线总是与电刷轴线重合，故称为交轴电 枢反应。 图16-16（a）表示主磁极产生的气隙磁场分布； 图16-16（b）表示电枢磁动势为三角波； 图16-16（c）表示电枢磁通密度波呈马鞍形； 图16-16（d）表示合成磁通密度波。
pz Ce 60 a
上式是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。 （1）如果绕组短距或电刷不在交轴处，使支路中一 部分导体的感应电动势因磁场方向相反而反相，相 互抵消，导致电刷间电动势的减小。 （2）负载时交轴电枢反应使极面下磁通密度的分 布发生畸变，又由于磁饱和影响，产生交轴电枢反 应去磁作用，电刷间的感应电动势与极面下磁通密 度的分布情况无关，但是与极面下总磁通量成正比， 这样负载的感应电动势比空载时略小。
16.3.4 直轴电枢反应
若电刷不在几何中心线上，把电刷顺着发电机 的旋转方向或逆着电动机的旋转方向移动一个角 度 ，则电枢电流的分布也随之变化，电枢磁 动势的轴线也随着电刷移动。 此时的电枢磁势 Fax 有两个分量：直轴电枢 磁势 Fadx 和交轴电枢磁势 Faqx 。 直轴电枢反应磁动势方向与主磁极极性相反时，是 直轴去磁作用； 直轴电枢反应磁动势方向与主磁极极性相同时，是 直轴增磁作用。 电枢反应磁势大小计算（了解）
p p
mec
pFe pad p f pb pa
上式是并励发电机的功率平衡方程式，由此可画 出并励直流发电机功率流程图，如图16-23所示
功率平衡式
不变损耗： 图中机械损耗 pmec和铁芯损耗 pFe空载时就存在， 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 p b 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。
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：
P 1 P M pmec pFe pad
功率平衡式
pad —附加损耗，又称杂散损耗，pad 0.5 1%P2
把式（16-30）代入式（16-31）得
式中： p —总损耗，
P 1 P 2 pmec pFe pad p f pb pa P 2 p
16.5电枢绕组的电磁转矩和 转矩平衡方程式
电枢绕组中流过电流，它与电机磁场相互 作用，将产生电磁力，电枢受到一个电磁 转矩。 1 一根导体受的电磁力 产生的电磁转矩
Ia F j B j lI j B j l 2a
Da I a Da T j Fj B jl 2 2a 2
2 电枢绕组的电磁转矩
K
式中： K —场漏磁通，一般可取1.15~1.25
K 1
（一）主磁通和漏磁通
1.主磁通：经过主磁路的磁通，分别和 定子，转子绕组匝链 2.漏磁通：不与电枢绕组匝链磁通
主磁通和漏磁通:
直流电机的主磁路包括以下组成部分： 气隙、电枢齿、电枢磁轭、主磁极和定子磁轭。
交轴电枢反应
交轴电枢反应对电机运行的影响： （1）电枢反应的去磁作用将使每极磁通略有减小。 由于电机中磁饱和现象的存在，交轴电枢磁动势将 产生去磁作用。 （2）电枢反应使极面下的磁通密度分布不均匀。 图16-16（d）可知交轴电枢反应使一般磁极面的磁 通密度增大，而另一半极面下的磁通密度减少。 电枢磁动势的存在使交轴处的磁场不为零，将妨碍 线圈中的电流换向。如图16-18所示。
直流电机的负载磁场
电枢磁场分布
直流电机的励磁磁场:
①主磁通路径：所有那些由N极经过气隙 到转子再由另一个气隙返回 S 极的磁通是 直流电机中起有效作用的磁通，称为主磁 通。 ②主磁通的作用：它能在旋转的电枢绕组 中感应出电动势，并和电枢绕组的磁动势 相互作用产生电磁转矩。 ③漏磁通路径和作用：不经过转子的磁通 统称为漏磁通。漏磁通只增加磁极和定子 磁轭的饱和程度，不产生电动势和转矩。
空载时直流电机的磁场
电机主磁极产生的磁通分为两部分，主磁通 通气隙，同时交链电枢绕组和励磁绕组，是电机中 产生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 K 则
功率平衡式
2.直流电动机功率平衡式 并励直流电动机 由电网供给的电功率为输入功率，即
P1 UI Ea I a ra 2U I a I f Ea I a I a2 ra 2UIa I f U
直流电动机的输入功率扣除电枢铜损耗、电刷的 电损耗及励磁损耗后才是电枢绕组吸收的电磁功 率 PM ，即电功率转换成机械功率，但是它并不 是电动机的轴上输出有效的机械功率 P2 ：
1.直流发电机功率平衡式 把式（16-26）和式（16-27）相乘，可得并励直 流发电机的电磁功率 PM ，实现机械能到电能的转 换，电能为：Ea U I a ra 2U I a I L I f
PM Ea I a UI L UI f I a2 ra 2UIa P2 p f pa pb
16.3 直流电机的磁场和电枢反 应
直流电机工作时的磁场: 是由电机中各个绕组（包括励磁绕组、 电枢绕组、附加极绕组、补偿绕组等） 的总磁动势所共同产生的，其中励磁 绕组的磁动势起着最主要的作用。
16.3.1 空载时直流电机的磁场
空载时，电枢电流为零，直流电机的气隙磁场 由主磁极绕组的励磁电流所产生，由于励磁电流是 直流，所以气隙磁场是一个不随时间变化的恒定磁 场。 空载:无负载→P2=0，I=0 空载时的磁场在空间分布，即一个极面下磁场分 布，如图16-14所示，磁极面下磁阻较小且较均匀， B 故磁通密度较高为 而两极之间的气隙处，磁通 密度显著降低，从磁极边缘至几何中线处，磁通密 度沿曲线平滑下降，称边缘磁通。
N
Da 2a 2
pN ∴ T 2a I a CT I a [N.m]
pN CT 9.55Ce 2a源自电枢绕组的电磁转矩
转矩常数CT 与电势常数 Ce 的关系
60 CT Ce 9.55Ce 2
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。
16.4 电枢绕组的感应电动势 和电压、功率及转矩平衡式
本节将分析电动势大小与每极磁通、电机转 速、绕组型式、电刷位置的关系。为了便于 理解，分析时作以下假定： (1)电枢表面光滑无槽； (2) 电枢绕组导线数目极多，在电枢表面均匀 连续分布； (3)绕组为整距元件； (4)电刷位置在磁极的中心线上。
a
j 1
j
2a
av
eav Bavl B l
B 分别是每极平均磁通密度与最 式中， Bav 、 Bav / B 是平均磁通密度与最大 大磁通密度； 磁通密度之比。
电枢绕组的感应电动势
因为线速度 又∵每极磁通 2 p n e ∴ 60 ∴ N
av
v 2 pn / 60
16.4.1 电枢绕组的感应电动势
1.导体中的感应电动势
e j B j l
整个电枢绕组共有 有效导体数为
N 2SNc
2 电枢绕组的感应电动势
电枢绕组的感应电动势
Ea
N / 2a j 1
e
j
一个支路有N/2a根导体均匀连续分布于一个 磁极下 E N / 2a e N e
Bavl Bl
N 2 pn pN Ea eav n Ce n 2a 2a 60 60 a
0 的单位是韦伯(Wb )； 式中， Ce 是常数，
pN Ce 60 a
电枢绕组的感应电动势
∴电枢绕组的感应电动势
pz Ea n Ce n 60a
PM pa pb p f
PM P2 p0 P2 pFe pmec
功率平衡式
pad —附加损耗，
计及附加损耗的，直流电动机的功率平衡方程式：
P 1 P 2 pmec pFe pad p f pb pa P 2 p
上式是并励电动机的功率平衡方程式，由此可画 出并励直流电动机功率流程图，如图16-24所示
功率平衡式
空载时电枢电流很小，I a I f ，所引起的 pa 和 p b 可忽略不计。 励磁损耗 p f 消耗的功率很小，一般仅为
p f 1 ~ 3%PM
并励发电机的励磁损耗与负载电流大小无关，可 认为是不变损耗。 效率:输出功率 P2 与输入功率 P1 之比
p P2 P 1 p 1 P P P 1 1 1
U —每一电刷的接触压降，通常可以认为 U 为常 数，一般对石墨电刷的压降 U 1V
Ea U I a ra 2U
电压平衡式
发电机中感应电动势与电流方向一致，电机输出 电功率。 绕组感应电动势 Ea Cen ，发电机的转速取决于 原动机，通常保持不变。
电压平衡式
电枢绕组的感应电动势
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 pz pz Ce Ea n Ce n 60 a 60a