直流电机空载和负载的磁场
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引进极弧系数bp’和气隙卡氏系数： 主磁场磁密的分布 气隙磁密平均值Bav与最大值Bδ之比
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。
Φ0
膝点
饱和部分
直线，不 饱和部分
F0’ Fδ’
Ff
k
F0' F'
(约1.1~1.35)
2.3.2 负载时直流电机的磁场
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；
励磁磁势的分析
磁路计算常用公式：
H dl I
n
H klk IW
1
B
S
HB
励磁磁势的分析
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。
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。
2.4.2 电磁转矩
一根导体的平均电磁力：
fav Bav li ia
ia
Ia 2a
作用在电枢上的总电磁力：
f fav N Bav li ia N
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：
·
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； · 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。
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
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
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 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；（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， 物理中性线发生偏转）
1. 电枢产生的磁动势
电枢磁势的分布与电枢电流的分布有关。 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 出纸面。 这样的电流分布所产的磁力线如图所示。 （右手定则） 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 决定了电枢磁势的轴线。 当电刷与处于几何中性线上的导体相接 触时，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。
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。
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。
1. 电枢产生的磁动势
设直轴线与电枢外圆的交点为0点，在距0
点为x处作一闭合磁力线回路。该闭路包
围的电流数即为总磁势Fa。
电枢表面单位长度上的电流数A称为电机
的线负荷。
A
Nia
Da
x处闭路上的总磁势
Fa (x)总 A 2x
忽略铁心磁阻，则每个气隙消耗的磁势为
Fa
(x)
Ax(
2
Leabharlann Baidu
x
)
2
上式为一个极距的电枢磁势分布，将一对极的电枢
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。
电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量
2. 电枢反应
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。
（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： eav Bav li v
磁势： F HxLx
每极励磁磁动势Ff=IfNf 产生Φ0所需磁动势
n
2Ff H k lk 2H 2H tlt H ala 2H mlm H jl j
l
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。
2-3 直流电机空载和负载的磁场
直流电机的磁场概述 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。 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。
2.3.1 直流电机的空载磁场
空载：励磁绕组通有励磁电流，其它绕组无电流的状况
概述
直流电机负载后，电枢绕组有电流通过,并产生电 枢磁场。
负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同决定 电枢磁场会对主磁场产生一定的影响，这一影响
称为电枢反应。 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。
2.3.2 负载时直流电机的磁场
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；
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)
Bav li
：每极磁通
支路电势：
Ea
N 2a
eav
N 2a
li
li
2 p
n 60
pN 60 a
n
Ce
n
N：总导体数 Ce：电势常数
电枢电势的认识
Ea
pN 60a
n
Ce
n
•呈去磁作用（饱和度变化的影响）
2） 直轴电枢反应
增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。
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。
Φ0
膝点
饱和部分
直线，不 饱和部分
F0’ Fδ’
Ff
k
F0' F'
(约1.1~1.35)
2.3.2 负载时直流电机的磁场
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；
励磁磁势的分析
磁路计算常用公式：
H dl I
n
H klk IW
1
B
S
HB
励磁磁势的分析
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。
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。
2.4.2 电磁转矩
一根导体的平均电磁力：
fav Bav li ia
ia
Ia 2a
作用在电枢上的总电磁力：
f fav N Bav li ia N
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：
·
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； · 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。
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
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
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 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；（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， 物理中性线发生偏转）
1. 电枢产生的磁动势
电枢磁势的分布与电枢电流的分布有关。 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 出纸面。 这样的电流分布所产的磁力线如图所示。 （右手定则） 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 决定了电枢磁势的轴线。 当电刷与处于几何中性线上的导体相接 触时，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。
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。
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。
1. 电枢产生的磁动势
设直轴线与电枢外圆的交点为0点，在距0
点为x处作一闭合磁力线回路。该闭路包
围的电流数即为总磁势Fa。
电枢表面单位长度上的电流数A称为电机
的线负荷。
A
Nia
Da
x处闭路上的总磁势
Fa (x)总 A 2x
忽略铁心磁阻，则每个气隙消耗的磁势为
Fa
(x)
Ax(
2
Leabharlann Baidu
x
)
2
上式为一个极距的电枢磁势分布，将一对极的电枢
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。
电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量
2. 电枢反应
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。
（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： eav Bav li v
磁势： F HxLx
每极励磁磁动势Ff=IfNf 产生Φ0所需磁动势
n
2Ff H k lk 2H 2H tlt H ala 2H mlm H jl j
l
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。
2-3 直流电机空载和负载的磁场
直流电机的磁场概述 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。 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。
2.3.1 直流电机的空载磁场
空载：励磁绕组通有励磁电流，其它绕组无电流的状况
概述
直流电机负载后，电枢绕组有电流通过,并产生电 枢磁场。
负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同决定 电枢磁场会对主磁场产生一定的影响，这一影响
称为电枢反应。 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。
2.3.2 负载时直流电机的磁场
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；
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)
Bav li
：每极磁通
支路电势：
Ea
N 2a
eav
N 2a
li
li
2 p
n 60
pN 60 a
n
Ce
n
N：总导体数 Ce：电势常数
电枢电势的认识
Ea
pN 60a
n
Ce
n
•呈去磁作用（饱和度变化的影响）
2） 直轴电枢反应
增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。