2.3 直流电机的磁场

磁场是电机实现机电能量转换的媒介。直流电机中产生磁场的方式有两种，一种是永久磁铁磁场，只在一些比较特殊的微电机中采用；另一种是电磁铁磁场，是由套在主极铁心上的励磁绕组通入电流产生的，称为励磁磁场，一般电机都采用这种励磁形式。2.3直流电机的磁场2.3.1直流电机按励磁方式分类他励直流电机并励直流电机串励直流电机复励直流电机各种励磁方式的接线图2.3.2直流电机空载磁场空载时电机中的磁场分布是对称的，磁通可以分为两部分。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；另一部分不穿过气隙进入电枢，

而是经过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。主极漏磁系数（1.15~1.25）主磁极无齿电枢表面的气隙磁密分布磁化曲线2.3.3直流电机的电枢磁场当电机有负载、电枢绕组中有电流通过时，该电流也会在电机中产生磁场，称之为电枢磁场。下面分析电刷放在几何中性线和偏离几何中性线两种情况下的两种电枢磁场。电刷在几何中性线上时的电枢磁场电刷在几何中性线上时的电枢磁场可见，当电刷放在几何中性线上时，电枢磁动势的轴线也在几何中性线上，恰与主极轴线正交（无论主极对数多少，总是在空间上相差90°电角度，仅在p=1时，电角度才与机械角度相等），故通常称之为交轴电枢磁动势，其最大值记为Faq。电刷偏离几何中性线的电枢磁场综上可知，电刷偏离几何中性线后，电枢电流除了产生交轴电枢磁动势之外，同时还出现了直轴电枢磁动势。2.3.4电枢反应对于任意一台负载运行的电机来说，励磁磁场和电枢磁场都是同时存在的；或者说，电机的负载磁场就是由二者共同建立的，并且负载磁场与空载磁场之间的差别完全是电枢磁场作用的结果，我们把这种电枢磁场对励磁磁场的作用称为电枢反应。

接下来分别考虑交轴分量和直轴分量对励磁磁场的作用与影响，前者称之为交轴电枢反应，后者称之为直轴电枢反应。2.3.4电枢反应交轴电枢反应2.3.4电枢反应交轴电枢反应对气隙磁场的影响（1）使物理中性线偏离几何中性线一个α角。对发电机，偏移为顺电枢转向，对电动机则是逆电枢转向。（2)不计饱和影响，对每个主极下的磁场，一半被削弱，但另一半被加强，总的磁通不变。（3）记及饱和影响，对被削弱的一半来说，波形与不计饱和时相同；但对于被加强的一半，由于实际磁路中铁磁材料的饱和影响，磁密曲线会下降，因此，每极磁通量也会减少。

综上述，实际电机中，交轴电枢反应不但使气隙磁场畸变，而且还有去磁作用。2.3.4电枢反应2.直轴电枢反应

电刷偏离几何中性线时，同时产生交轴电枢反应和直轴电枢反应。

由于直轴电枢磁场轴线与主极轴线重合，因此其作用应该只是影响每极磁通的大小。2.3.5感应电动势和电磁转矩1.感应电动势第k根串联导体的感应电动势为则支路感应电动势为

令（1）（2）（3）2.3.5感应电动势和电磁转矩又（4）（5)故式（2）最终可改写为（6）CE为电动势常数p为电机极对数，N为电枢绕组总导体数，a为电枢绕组并联支路对数，Φ为每极磁通量（单位Wb），n为电机转速（单位r/min），E的单位为V。当电机转速n一定时，E与Φ成正比，不计饱和时，即与励磁电流成正比。当每极磁通量Φ一定时，E与n成正比。设为支路电流，则其与电枢电流之间有关系由于第k根导体所受的电磁力为产生的电磁转矩是(7)(8)(9)2.3.5感应电动势和电磁转矩2.电磁转矩2.3.5感应电动势和电磁转矩合成电磁转矩为(10)ＣＴ转矩常数，也称电机常数直流电机电磁转矩为Tem=CTΦIa其中CT=pN／2πa为转矩常数。p为电机极对数，N为电枢绕组总导体数，a为电枢绕组并联支路对数，Φ为每极磁通量（单位Wb），Ia为电枢电流（单位为A）（通过电刷流入或流出的电流），Tem的单位为N.m。电动势常数与转矩常数的关系：CT=(30/π)CE=9.55CE比较