直流电机空载和负载的磁场
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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。
A
16
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
A
17
•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）
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；
A
4
励磁磁势的分析
磁路计算常用公式：
Hd l I
n
Hklk IW
1
B S
H B
A
5
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。
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
A
7
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
A
k
F
' 0
来自百度文库
F '
(约1.1~1.35)
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
A
15
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。
磁势： F HxLx
每极励磁磁动势Ff=IfNf
产生Φ0所需磁动势
n
2 F fH k l k 2 H 2 H tl t H a la 2 H m lm H jlj
l
A
6
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。
（发顺去）
A
19
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。
A
20
直流电机的感应电势
具体计算：
一根导体： eavBavli v
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。
A
1
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
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
A
14
直轴磁势
A
22
2.4.2 电磁转矩
一根导体的平均电磁力：
favBavli ia
ia
Ia 2a
作用在电枢上的总电磁力：
8
2.3.2 负载时直流电机的磁场
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。
A
9
2.3.2 负载时直流电机的磁场
•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。
v 2p 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)
Bavli
：每极磁通
支路电势：
Ea
2Naeav
N 2a li
li
2p n
60
6p0NanCe n
N：总导体数 Ce：电势常数
A
21
电枢电势的认识
Ea6p0 aNnCen
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。
A
11
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
Ni a
Da
x处闭路上的总磁势
Fa(x)总A2x
忽略铁心磁阻，则每个气隙消耗的磁势为
Fa(x)A(x2x2)
上式为一个极距的电枢磁势分布，将一对极的电枢
直流电机空载时的磁场分布
A
2
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
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；
A
10
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。
A
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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
A
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•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）
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；
A
4
励磁磁势的分析
磁路计算常用公式：
Hd l I
n
Hklk IW
1
B S
H B
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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。
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
A
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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
A
k
F
' 0
来自百度文库
F '
(约1.1~1.35)
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
A
15
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。
磁势： F HxLx
每极励磁磁动势Ff=IfNf
产生Φ0所需磁动势
n
2 F fH k l k 2 H 2 H tl t H a la 2 H m lm H jlj
l
A
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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。
（发顺去）
A
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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。
A
20
直流电机的感应电势
具体计算：
一根导体： eavBavli v
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。
A
1
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
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
A
14
直轴磁势
A
22
2.4.2 电磁转矩
一根导体的平均电磁力：
favBavli ia
ia
Ia 2a
作用在电枢上的总电磁力：
8
2.3.2 负载时直流电机的磁场
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。
A
9
2.3.2 负载时直流电机的磁场
•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。
v 2p 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)
Bavli
：每极磁通
支路电势：
Ea
2Naeav
N 2a li
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2p n
60
6p0NanCe n
N：总导体数 Ce：电势常数
A
21
电枢电势的认识
Ea6p0 aNnCen
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。
A
11
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
Ni a
Da
x处闭路上的总磁势
Fa(x)总A2x
忽略铁心磁阻，则每个气隙消耗的磁势为
Fa(x)A(x2x2)
上式为一个极距的电枢磁势分布，将一对极的电枢
直流电机空载时的磁场分布
A
2
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
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；
A
10
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。