直流电机的磁场和电枢反应

——直流电机的磁场和电枢反应电机控制技术目录直流电机的励磁方式1直流电机的空载磁场2直流电机的电枢磁动势3直流电机的负载磁场及电枢反应4直流电机的磁场和电枢反应

直流电机的磁场是电枢绕组产生感应电动势和电磁转矩从而实现机电能量转换的“媒介”，电机的运行性能也与电机磁场的特性密切相关。

在直流电机中，运行时产生的磁场主要有两部分：一是由主磁极励磁绕组中通入的励磁电流产生的主磁场，二是由电枢绕组中电流产生的电枢磁场。一、直流电机的励磁方式

根据直流电动机励磁绕组和电枢绕组与电源连接关系的不同，直流电动机可分为他励、并励、串励、复励电动机等类型。他励直流电机

励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电，励磁电压Uf与电枢电压U彼此无关。

一、直流电机的励磁方式并励直流电机串励直流电机励磁绕组和电枢绕组并联，由同一电源供电，励磁电压Uf等于电枢电压U，如图（b）所示。

励磁绕组与电枢绕组串联后再接于直流电源，此时的电枢电流就是励磁电流，如图（c）所示。一、直流电机的励磁方式复励直流电机这种电机在主磁极上装有两套励磁绕组。一套与电枢绕组并联，称为并励绕组；另一套与电枢绕组串联，称为串励绕组，如图（d）所示。如果两套励磁绕组产生的磁通方向相同，则称为积复励；如果相反，则称为差复励，实际应用中常用积复励。二、直流电机的空载磁场直流电机空载磁场的分布和磁路

下图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图。当励磁绕组的串联匝数为，流过电流，每极的励磁磁动势为：二、直流电机的空载磁场

直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。磁力线由N极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入S极，再经定子铁轭回到N极主磁通主磁路磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路漏磁通漏磁路二、直流电机的空载磁场

空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。几何中性线极靴极身（a）气隙形状

磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。二、直流电机的空载磁场

空载时的气隙磁通密度为一平顶波，如下图(b)所示。

空载时主磁极磁通的分布情况，如右图(c)所示。（c）主磁通和漏磁通二、直流电机的空载磁场

为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机气隙中需要有一定量的每极磁通，空载时，气隙磁通与空载磁动势或空载励磁电流的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。

为了经济、合理地利用材料，一般直流电机额定运行时，额定磁通设定在图中A点，即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。三、直流电机的电枢磁动势

直流电机负载运行时，电枢绕组将流过电流并建立电枢磁动势，由电枢磁动势单独产生的磁场即为电枢磁场，其分布情况如图所示。

电刷位于几何中性线的电枢磁场三、直流电机的电枢磁动势电刷放在几何中性线上时交轴电枢磁动势和磁场的分布三、直流电机的电枢磁动势电刷不在几何中线上时，电枢磁动势的交轴分量和直轴分量（a）电枢磁动势

（b）交轴分量

（c）直轴分量四、直流电机的负载磁场及电枢反应

直流电机负载运行时，气隙中除了有主磁极励磁磁动势产生的主极磁场外，还有电枢磁动势产生的电枢磁场。电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应，考虑到电枢反应的气隙磁场即为负载磁场（也称合成磁场），其分布情况2所示。与图1所示的空载主磁场相比较可以看出，负载时由于存在电枢反应，使主极磁场发生了明显的变化。四、直流电机的负载磁场及电枢反应交轴电枢反应四、直流电机的负载磁场及电枢反应NS发电机电动机0dBaBdBdB¢a物理中线几何中线aF四、直流电机的负载磁场及电枢反应增磁增磁去磁去磁磁场发生畸变物理中心线偏离几何中心线磁路饱和时有去磁作用四、直流电机的负载磁场及电枢反应交轴电枢反应效果四、直流电机的负载磁场及电枢反应电刷偏离几何中线交轴电枢磁势直轴电枢磁势