直流电机的磁场和磁路
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直流电机的磁场和磁路
一、励磁方式
直流电机磁场由永久磁铁或励磁绕组通以 直流电励磁产生。励磁绕组和电枢绕组不 同的联接，决定了不同的励磁方式。 不同的励磁方式， 电机的性能将不同。
励磁方式
I＝Ia
I＝Ia＝If
I=Ia+If
他励
串励
并励
I=Ia Ifc=Ia,I=Ia+Ifb; I=Ifc=Ia+Ifb 复励 永磁材料励磁
二、电磁转矩
一根导体的平均电磁力：
f av B av l i i a
ia Ia 2a
作用在电枢上的总电磁力：
f f av N B av l i i a N
电磁转矩： M
M
em
em
f
D 2
B av l i i a N
D 2
D
2 p
li
li
Ia 2a
N
2 p 2
pN 2a
I a C M I a
CM: 转矩常数
电磁转矩的认识
M
em
pN 2a
I a C M I a
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。
直流电机的磁场和磁路
磁场由电机中各绕组、包括励磁绕组、电枢绕组、附加极绕 组、补偿绕组共同产生。 励磁绕组起主要作用。 （1）线圈套在铁心上产生磁场。磁力线集中在铁磁 物质内。 （2）磁路：使磁力线集中经过的路径。 （3）磁路计算：
H dl
n
I
1
H k l k IW
B
S
在主极直轴附近的气隙较小，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。
引进极弧系数bp’和气隙卡氏系数
主磁场磁密的分布
空载磁化曲线
磁化曲线：表示空载主磁通Φ0与主极磁动势Ff之间 的关系曲线， Φ0＝f（ Ff）。通过实验或计算得到。
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：
e av B av l i v
v 2 p n 60
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)
N
B av l i
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。
影响饱和 程度
主磁通和漏磁通
主磁通φ0和漏磁通φσ由同一磁动势建立； φ0所走的路径气隙小，磁阻小； 漏磁通所走的路径气隙大，磁阻大； 漏磁系数:
k 1
0
;
p
0 k 0
* 励磁磁势的计算
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：
F
H x Lx
计算方法：1。先求经过某一段的磁通；
2。根据该段的截面积SX计算该段的磁密BX；
3。由Bx在磁化曲线上查HX。
气隙磁场
在一个磁极的范围内，励磁磁势大小一样， Bδ大小完全与气隙长度成反比。
：每极磁通
n 60
支路电势：
Ea pN
N 2a
e av
2 a li
li 2 p
N：总导体数 Ce：电势常数
60 a
n C e n
电枢电势的认识
Ea pN 60 a n Ce n
对电枢电势的认识：
一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于 每极磁通φ （韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分 布无关。
源自文库
1. 交轴磁势
与主极轴线正交的轴线通常称为交轴 与主极轴线重合的轴线称为直轴；
2 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
3 交轴电枢反应
N S 主极产生磁场的磁密波形
电枢绕组产生磁场的磁密波形
F ax 1 2 Da ( Ni
a
2 x)
B ax 0
F ax
饱和部分
Φ0
膝点
k
直线，不 饱和部分
F0 F
'
'
(约1.1~1.35) Ff
F0’ Fδ’
三、直流电机负载时磁场
主极磁场
电枢磁场
合成磁场
电枢磁场、电枢反应的定义
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。 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。 各支路电流都是通过电刷引入获引出，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。
电枢反应：电枢磁动势对主极励磁磁动势建立的气隙 磁场的影响。
具体表现： •使气隙磁场分布发生畸变；
•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； •呈去磁作用
§1－4 直流电机的感应电势 和电磁转矩
一、直流电机的电枢电势
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。
电势常数Ce和转矩常数CM决定于结构常数。 它们的关系为：
CM Ce 60 2
三、电磁功率
电枢电功率
Pem E a I a C e n I a 2 60 C M n I a M
H
B
二、空载时磁场分布
磁路从气隙1出发经－电枢齿 －电枢轭－电枢齿2－气隙2－ 主磁极2－定子轭－主磁极1， 最后又回到气隙1
直流电机空载时的磁场分布
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。 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。
合成磁场的磁密波形
4 直轴电枢反应
增磁与去磁与电刷的旋转角度有关。
若电机为发电机时，电刷顺转向移动β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。
直流电机的电枢反应
一、励磁方式
直流电机磁场由永久磁铁或励磁绕组通以 直流电励磁产生。励磁绕组和电枢绕组不 同的联接，决定了不同的励磁方式。 不同的励磁方式， 电机的性能将不同。
励磁方式
I＝Ia
I＝Ia＝If
I=Ia+If
他励
串励
并励
I=Ia Ifc=Ia,I=Ia+Ifb; I=Ifc=Ia+Ifb 复励 永磁材料励磁
二、电磁转矩
一根导体的平均电磁力：
f av B av l i i a
ia Ia 2a
作用在电枢上的总电磁力：
f f av N B av l i i a N
电磁转矩： M
M
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D 2
B av l i i a N
D 2
D
2 p
li
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N
2 p 2
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I a C M I a
CM: 转矩常数
电磁转矩的认识
M
em
pN 2a
I a C M I a
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。
直流电机的磁场和磁路
磁场由电机中各绕组、包括励磁绕组、电枢绕组、附加极绕 组、补偿绕组共同产生。 励磁绕组起主要作用。 （1）线圈套在铁心上产生磁场。磁力线集中在铁磁 物质内。 （2）磁路：使磁力线集中经过的路径。 （3）磁路计算：
H dl
n
I
1
H k l k IW
B
S
在主极直轴附近的气隙较小，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。
引进极弧系数bp’和气隙卡氏系数
主磁场磁密的分布
空载磁化曲线
磁化曲线：表示空载主磁通Φ0与主极磁动势Ff之间 的关系曲线， Φ0＝f（ Ff）。通过实验或计算得到。
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：
e av B av l i v
v 2 p n 60
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)
N
B av l i
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。
影响饱和 程度
主磁通和漏磁通
主磁通φ0和漏磁通φσ由同一磁动势建立； φ0所走的路径气隙小，磁阻小； 漏磁通所走的路径气隙大，磁阻大； 漏磁系数:
k 1
0
;
p
0 k 0
* 励磁磁势的计算
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：
F
H x Lx
计算方法：1。先求经过某一段的磁通；
2。根据该段的截面积SX计算该段的磁密BX；
3。由Bx在磁化曲线上查HX。
气隙磁场
在一个磁极的范围内，励磁磁势大小一样， Bδ大小完全与气隙长度成反比。
：每极磁通
n 60
支路电势：
Ea pN
N 2a
e av
2 a li
li 2 p
N：总导体数 Ce：电势常数
60 a
n C e n
电枢电势的认识
Ea pN 60 a n Ce n
对电枢电势的认识：
一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于 每极磁通φ （韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分 布无关。
源自文库
1. 交轴磁势
与主极轴线正交的轴线通常称为交轴 与主极轴线重合的轴线称为直轴；
2 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
3 交轴电枢反应
N S 主极产生磁场的磁密波形
电枢绕组产生磁场的磁密波形
F ax 1 2 Da ( Ni
a
2 x)
B ax 0
F ax
饱和部分
Φ0
膝点
k
直线，不 饱和部分
F0 F
'
'
(约1.1~1.35) Ff
F0’ Fδ’
三、直流电机负载时磁场
主极磁场
电枢磁场
合成磁场
电枢磁场、电枢反应的定义
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。 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。 各支路电流都是通过电刷引入获引出，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。
电枢反应：电枢磁动势对主极励磁磁动势建立的气隙 磁场的影响。
具体表现： •使气隙磁场分布发生畸变；
•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； •呈去磁作用
§1－4 直流电机的感应电势 和电磁转矩
一、直流电机的电枢电势
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。
电势常数Ce和转矩常数CM决定于结构常数。 它们的关系为：
CM Ce 60 2
三、电磁功率
电枢电功率
Pem E a I a C e n I a 2 60 C M n I a M
H
B
二、空载时磁场分布
磁路从气隙1出发经－电枢齿 －电枢轭－电枢齿2－气隙2－ 主磁极2－定子轭－主磁极1， 最后又回到气隙1
直流电机空载时的磁场分布
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。 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。
合成磁场的磁密波形
4 直轴电枢反应
增磁与去磁与电刷的旋转角度有关。
若电机为发电机时，电刷顺转向移动β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。
直流电机的电枢反应