《直流电机的磁场》PPT课件
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上述各段磁路中，气隙磁路所消耗的磁动势最大，是分析的重点。
2பைடு நூலகம்20年11月16日
第9页
二、主磁场分布
电机空载时主极下气隙磁通Φ0的大小正比于主极励磁磁动势2Ff，而反比于主 磁路的总磁阻。气隙部分为空气，其磁导率近似为μ0很小，其磁阻很大，而 其他各段磁路的材料都是铁磁材料。在磁路不太饱和的情况下，其磁导率比 空气磁导率大得多，其磁阻也就比空气隙小得多，相应地消耗在各段铁磁材 料中的磁动势也远比空气隙的要小，如忽略铁中消耗的磁动势。
磁路计算方法求得磁动势F0，以及相应的励磁电流If。
2020年11月16日
第8页
在计算各部分的计算磁场强度H时，通常先算出该部分的计算平均磁通密度Bav ＝Φ/S式中，Φ为该段磁路的计算磁通，S为该段磁路的计算截面积。
然后，根据磁路材料的B－H曲线，找出对应于某一磁通密度B下的H值。如果 磁路是空气隙，则H＝B/μ0。
先将二者分开讨论，然后再在磁路不饱和假设条件下，运用叠加原理考察二 者共同作用时的情况。
首先分析直流电机的空载磁场，即Ia＝0时，仅由If建立的励磁磁场，也叫主 磁场。
2020年11月16日
第2页
§3.1直流电机的空载磁场
一、磁通与磁动势 二、主磁场分布 三、磁化曲线
2020年11月16日
机转速恒定时，U与Φ0，之间也只相差一个与电枢绕组匝数有关的比例系数。 因此，磁化曲线可表示为U＝f(If)和Φ0=f(If)或U=f(F0)等多种形式，只需变 换一下有关比例系数即可。
2020年11月16日
第14页
§3.2 直流电机的电枢磁动势和磁场
一、电刷放在几何中性线上时的电枢磁动势和磁场 二、电刷不在几何中性线上时的电枢磁动势
2020年11月16日
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三、磁化曲线
磁化曲线的起始部分几乎是一条 直线。这是因为主磁通很小时， 磁路中的铁磁部分没有饱和，所 需电动势(即磁压降)远较气隙中 的就性小是关Φ得系0多，与，故FδΦ显的0示与关为F系0直的，线关而。系后把几者磁乎是化也线 曲线的起始直线延长，即为电机 的称气气隙隙磁线化。曲线Φ0＝f(Fδ)。简
第三章 直流电机的磁场
引言 §3.1直流电机的空载磁场 §3.2 直流电机的电枢磁动势和磁场 §3.3直流电机的电枢反应 §3.4 直流电机的感应电动势 §3.5直流电机的电磁转矩 小结
2020年11月16日
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引言
磁场是由电流产生的。直流电机负载运行时的磁场由励磁电流和电枢电流共 同建立，情况比较复杂。
另一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气或定子磁轭闭合，不 参与机电能量转换，称为漏磁通。漏磁通记为Φσ。
2020年11月16日
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则通过每个主极铁心中的总磁通为
Φm=Φ0＋Φσ=Φ0(1＋Φσ/Φ0)=kσΦ0 式中， kσ= (1＋Φσ/Φ0)。称为主极漏磁系数，
其大小与磁路结构即磁场分布情况有关，通常 kσ=1.15～1.25。
2020年11月16日
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(1) 两个气隙，计算长度为2δ，磁场强度为Hδ。
(2) 两个齿，计算高度为2hz，磁场强度为Hz。 (3) 两个主极，计算高度为2hm，磁场强度为Hm。 (4) 一个定子轭，平均长度为Lj，磁场强度为Hj。 (5) 一个转子(电枢)轭，平均长度为La，磁场强度为Ha，用
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设电枢表面光滑无齿，气 隙磁动势为，x处的气隙 长度和气隙磁密分别为 δ(x)和B0(x)，则有
B0 (x) 0 F / (x)
即δ(x)和B0(x)成反比。 由于主极下的气隙是不均 匀的，且极靴宽度小于极 距，故气隙磁密在一个极 下的分布规律如图所示， 通常为一平顶波。
直通线密段度往不后断，增随加着，Φ铁0磁的部增分大逐，渐磁 步入饱和，磁导率急剧下降，所 需偏磁离动气势隙F线Fe面显弯著曲增，长最，后磁进化入曲深线 度饱和。
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电机磁路的饱和程度，以电机额定转速下空载运行时产生暂定电枢电压所需 磁动势F’0与同一磁通下气隙线上的磁动势F’δ的比值来表示，即
第3页
图示为一台四极直流电机在忽略端部效应时的空载磁场分 布图示例，即只考虑二维分布。下面结合谈示例讨论直流 电机空载磁场的基本特点。
2020年11月16日
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一、磁通与磁动势
其中绝大部分从主极铁心经气隙、电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁 心，最后经定子磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢绕组中感 应电动势，实现机电能量转换，称为主磁通；每极主磁通记为Φ0。
称kμ为饱和系数，一般电机kμ=1.1～1.35。饱和系数的大小对电机的运行性 能和经济性有重要影响。因此，为了最经济地利用材料，电机的额定工作点 一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近。
k F0 / F 1 FFe / F
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磁化曲线的纵坐标有时不用F0，而用If表示，它们之间只差一个与励磁绕组 匝数有关的比例系数，此外，纵坐标也可以用空载时的电枢电压U代替，当电
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直流电机空载时的气隙磁场仅由主极的励磁磁动势所建立。当电机有负载时， 电枢绕组中有电流通过，产生的磁动势称为电枢磁动势。此时，气隙磁场就 由主极磁动势与电枢磁动势两者的合成磁动势所建立。正是由于这两个磁动 势的互相作用，直流电机才能进行机电能量转换。
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设有产生主磁通Φ0的每对极励磁磁动势为F0，则由全电流定律
F0 H dl 2I f N f
要计算电机中的磁场，只须利用全电流定律。在磁场中沿任 一路径环绕一周，均有如果列出足够的方程，就可解算出电 机各处的磁场。实际上，这样计算是极为繁难的。所以，通 常均作一些简化，其假定如下
(1) 忽略电机中磁场在轴向分布的不同。把三维空间磁场的 问题简化为二维空间的问题。
(2) 将主磁通的磁路分为几段，各段的磁场均假定为一个均 匀磁场。各段所消耗的磁动势为各均匀磁场强度(称为计算 磁场强度)与所取各段磁路长度(称为计算磁路长度)的乘积， 从而把问题又简化为一维空间的问题，使计算工作大为简化。
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二、主磁场分布
电机空载时主极下气隙磁通Φ0的大小正比于主极励磁磁动势2Ff，而反比于主 磁路的总磁阻。气隙部分为空气，其磁导率近似为μ0很小，其磁阻很大，而 其他各段磁路的材料都是铁磁材料。在磁路不太饱和的情况下，其磁导率比 空气磁导率大得多，其磁阻也就比空气隙小得多，相应地消耗在各段铁磁材 料中的磁动势也远比空气隙的要小，如忽略铁中消耗的磁动势。
磁路计算方法求得磁动势F0，以及相应的励磁电流If。
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在计算各部分的计算磁场强度H时，通常先算出该部分的计算平均磁通密度Bav ＝Φ/S式中，Φ为该段磁路的计算磁通，S为该段磁路的计算截面积。
然后，根据磁路材料的B－H曲线，找出对应于某一磁通密度B下的H值。如果 磁路是空气隙，则H＝B/μ0。
先将二者分开讨论，然后再在磁路不饱和假设条件下，运用叠加原理考察二 者共同作用时的情况。
首先分析直流电机的空载磁场，即Ia＝0时，仅由If建立的励磁磁场，也叫主 磁场。
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§3.1直流电机的空载磁场
一、磁通与磁动势 二、主磁场分布 三、磁化曲线
2020年11月16日
机转速恒定时，U与Φ0，之间也只相差一个与电枢绕组匝数有关的比例系数。 因此，磁化曲线可表示为U＝f(If)和Φ0=f(If)或U=f(F0)等多种形式，只需变 换一下有关比例系数即可。
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§3.2 直流电机的电枢磁动势和磁场
一、电刷放在几何中性线上时的电枢磁动势和磁场 二、电刷不在几何中性线上时的电枢磁动势
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三、磁化曲线
磁化曲线的起始部分几乎是一条 直线。这是因为主磁通很小时， 磁路中的铁磁部分没有饱和，所 需电动势(即磁压降)远较气隙中 的就性小是关Φ得系0多，与，故FδΦ显的0示与关为F系0直的，线关而。系后把几者磁乎是化也线 曲线的起始直线延长，即为电机 的称气气隙隙磁线化。曲线Φ0＝f(Fδ)。简
第三章 直流电机的磁场
引言 §3.1直流电机的空载磁场 §3.2 直流电机的电枢磁动势和磁场 §3.3直流电机的电枢反应 §3.4 直流电机的感应电动势 §3.5直流电机的电磁转矩 小结
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引言
磁场是由电流产生的。直流电机负载运行时的磁场由励磁电流和电枢电流共 同建立，情况比较复杂。
另一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气或定子磁轭闭合，不 参与机电能量转换，称为漏磁通。漏磁通记为Φσ。
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则通过每个主极铁心中的总磁通为
Φm=Φ0＋Φσ=Φ0(1＋Φσ/Φ0)=kσΦ0 式中， kσ= (1＋Φσ/Φ0)。称为主极漏磁系数，
其大小与磁路结构即磁场分布情况有关，通常 kσ=1.15～1.25。
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(1) 两个气隙，计算长度为2δ，磁场强度为Hδ。
(2) 两个齿，计算高度为2hz，磁场强度为Hz。 (3) 两个主极，计算高度为2hm，磁场强度为Hm。 (4) 一个定子轭，平均长度为Lj，磁场强度为Hj。 (5) 一个转子(电枢)轭，平均长度为La，磁场强度为Ha，用
2020年11月16日
第10页
设电枢表面光滑无齿，气 隙磁动势为，x处的气隙 长度和气隙磁密分别为 δ(x)和B0(x)，则有
B0 (x) 0 F / (x)
即δ(x)和B0(x)成反比。 由于主极下的气隙是不均 匀的，且极靴宽度小于极 距，故气隙磁密在一个极 下的分布规律如图所示， 通常为一平顶波。
直通线密段度往不后断，增随加着，Φ铁0磁的部增分大逐，渐磁 步入饱和，磁导率急剧下降，所 需偏磁离动气势隙F线Fe面显弯著曲增，长最，后磁进化入曲深线 度饱和。
2020年11月16日
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电机磁路的饱和程度，以电机额定转速下空载运行时产生暂定电枢电压所需 磁动势F’0与同一磁通下气隙线上的磁动势F’δ的比值来表示，即
第3页
图示为一台四极直流电机在忽略端部效应时的空载磁场分 布图示例，即只考虑二维分布。下面结合谈示例讨论直流 电机空载磁场的基本特点。
2020年11月16日
第4页
一、磁通与磁动势
其中绝大部分从主极铁心经气隙、电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁 心，最后经定子磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢绕组中感 应电动势，实现机电能量转换，称为主磁通；每极主磁通记为Φ0。
称kμ为饱和系数，一般电机kμ=1.1～1.35。饱和系数的大小对电机的运行性 能和经济性有重要影响。因此，为了最经济地利用材料，电机的额定工作点 一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近。
k F0 / F 1 FFe / F
2020年11月16日
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磁化曲线的纵坐标有时不用F0，而用If表示，它们之间只差一个与励磁绕组 匝数有关的比例系数，此外，纵坐标也可以用空载时的电枢电压U代替，当电
2020年11月16日
第15页
直流电机空载时的气隙磁场仅由主极的励磁磁动势所建立。当电机有负载时， 电枢绕组中有电流通过，产生的磁动势称为电枢磁动势。此时，气隙磁场就 由主极磁动势与电枢磁动势两者的合成磁动势所建立。正是由于这两个磁动 势的互相作用，直流电机才能进行机电能量转换。
2020年11月16日
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设有产生主磁通Φ0的每对极励磁磁动势为F0，则由全电流定律
F0 H dl 2I f N f
要计算电机中的磁场，只须利用全电流定律。在磁场中沿任 一路径环绕一周，均有如果列出足够的方程，就可解算出电 机各处的磁场。实际上，这样计算是极为繁难的。所以，通 常均作一些简化，其假定如下
(1) 忽略电机中磁场在轴向分布的不同。把三维空间磁场的 问题简化为二维空间的问题。
(2) 将主磁通的磁路分为几段，各段的磁场均假定为一个均 匀磁场。各段所消耗的磁动势为各均匀磁场强度(称为计算 磁场强度)与所取各段磁路长度(称为计算磁路长度)的乘积， 从而把问题又简化为一维空间的问题，使计算工作大为简化。