直流电机的磁场

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
有什么结论？
主磁通和漏磁通
漏磁系数:
kσ
=
1
+
φσ φ0
φm = φ0 + φσ = kσφ0
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
的作用将是增磁的。
电机作电动机运行时情况请同学们分析！
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， 即每条支路的感应电势。 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： eav = Bav ⋅ li ⋅ v
电刷不在几何中性线上的直流电机负载时的磁场
电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量
直轴电枢反应
增磁或去磁与电刷的旋转角度有关
若电机作为发电机运行：
★★直流发电机的电刷是顺转向偏移一个小
角度β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β时，直轴电枢反应对主极磁场
计算步骤：1 给定磁通 2 根据该段的截面积SX计算该段的磁密BX 3 由Bx通过磁化曲线或真空磁导率求HX
作业： P64 例2.5
空载气隙磁场
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。
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。
v = 2 pτ ⋅ n
60
φ = Bav ⋅τ ⋅ li
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)
φ ：每极磁通
支路电势：
Ea
=
N 2a
⋅ eav
=
N 2a
⋅
τ
φ
⋅ li
⋅ li
⋅ 2 pτ
⋅
n 60
=
pN 60a
⋅φ
⋅
n
=
Ce
⋅φ
⋅nN：总导体数 Ce：来自势常数Ffkµ
=
F
' 0
F
' δ
(约1.1~1.35)
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磁 场两者共同决定。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。 根据电刷是否在几何中性线上分为两种情况。
对电枢电势的认识
Ea
=
pN 60a
⋅φ ⋅n
=
Ce ⋅ φ
⋅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（Wb)和转速n（r/min), 与磁密分布无关。
性质: 发电机——电源电势(与电枢电流同方向); 电动机——反电势(与电枢电流反方向).
二、电磁转矩
一根导体的平均电磁力：
枢电流共同产生，其耦中合励磁磁场电，流因起为它主是要联作系用电。机
的机械部分和电气部分的基础。 磁路：磁力线集中经过的路径
磁路计算：
∫
r H
⋅
dl
=
∑
I
∑n H k lk = IW
1
B= φ
S
H
=
B
µ
二、空载时磁场分布
Ia=0
磁路从气隙1出发经－电枢齿1－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。
f av = Bav ⋅ li ⋅ ia
ia
=
Ia 2a
作用在电枢上的总电磁力：
f = fav ⋅ N = Bav ⋅ li ⋅ ia ⋅ N
电磁转矩：Tem
=
f
⋅
D 2
=
Bav
⋅ li
⋅ ia
⋅N⋅
D 2
D
=
2 pτ π
Tem
=
τ
φ
⋅l
i
⋅ li
⋅
Ia 2a
⋅
N
⋅
2 pτ 2π
=
pN
2aπ
⋅φ ⋅ Ia
电刷在几何中性线上的直流电机负载时的磁场
主极磁场
电枢磁场
合成磁场
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
电枢磁势
电枢磁动势在气隙圆周方 向空间分布呈三角波，如 图中 所示。
Fax
=
1 ( Nia
2 π Da
⋅ 2x)
由于主磁极下气隙长度基 本不变，而两个主磁极之 间，气隙长度增加得很 快，致使电枢磁动势产生 电 时的 马刷 的放 电气 鞍在 枢隙 型几 磁磁 ，何 场通 如中密 图性线度 中为 所对 示称 。的
CM Ce
=
60
2π
= 9.55
三、电磁功率
电枢电磁功率
Pem = Ea ⋅ I a = Ce ⋅ φ ⋅ n ⋅ I a
=
2π
60
⋅CM
⋅φ
⋅n⋅
Ia
=
Tem
⋅Ω
机械角速度
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。
主磁场磁密的分布
空载磁化曲线
磁化曲线：表示电机空载主磁通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。
饱和部分 电机一般运行在膝点处。
Φ0
膝点
饱和系数：电机额定转速 下空载运行时产生额定电
枢电压所需磁动势与同一
直线，不
磁通下气隙线上的磁动势 的比值
饱和部分
Fδ’ F0’
直流电机的磁场
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
他励
I＝Ia
I＝Ia＝If
I=Ia+If
串励
并励
励磁方式
复励
永磁材料励磁
直流电机的磁场和磁路
直流电机负载运重行点时是的电磁机场的由气隙励磁磁场电，流又和称电
弱，物理中性线偏离几何中性线 α 角，磁通密度的曲线与空载
时不同。
2)、对主磁场起去磁作用
磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因 此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的 膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻 增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电 刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。
实际是阶梯波
交轴电枢反应
N
S
电刷在几何中性线 上时的电枢磁动势 为交轴磁动势。
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
电刷在几何中性线上的直流电机负载时的磁场
1)、使气隙磁场发生畸变
空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于 电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削
= CM
⋅φ ⋅ Ia
CM: 转矩常数
对电磁转矩的认识
Tem
=
pN
2aπ
⋅φ ⋅ Ia
=
CM
⋅φ ⋅ Ia
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。
性质: 发电机——制动(与转速方向相反)； 电动机——驱动(与转速方向相同)。
电势常数Ce和转矩常数CM决定于结构常数。它 们的关系为：
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。
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。
不参与机电能 量转换，不感应电 动势或产生电磁转 矩。