城市轨道交通车辆电机（第三版）课件：电枢反应

一、电枢绕组基本知识作用：电枢绕组——功率绕组。当电枢绕组在磁场中旋转时将感应电势，当电枢绕组中流通电流时，电流和气隙磁场相互作用将产生电磁转矩。通过电枢绕组直流电机进行电功率和机械功率的转换。特点：直流绕组是闭合绕组。每个元件的两端点分别连接在两换向片上，每个换向片连接两个元件，各元件依一定规律依次连接，形成闭合回路。电枢绕组要求：在导体数量一定的条件下，应能够产生尽可能大的电势和电磁转矩，并要力求结构简单，运行可靠，维护方便。第四节直流电机的电枢电动势和电磁转矩元件：构成绕组的线圈称为绕组元件。元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一根称为末端。叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。三、电枢绕组的感应电动势1）概念转子电动势：转子绕组切割磁力线而产生的感应电动势。2）表达式每根导体的感应电动势：

e:感应电动势(V)

B:电磁感应强度(T)

L:每根导体的有效长度(m)

v:转子转动线速度(m/s)直流电机电枢电动势：

Ｅa:电枢电动势(V)Ce:电动势系数（为电机的结构常数）

Φ:每极磁通量(Wb)n:电动机转速(r/min)四、直流电机电磁转矩1）概念电磁转矩：直流电通入转子绕组后，在主磁场的作用下，使得转子绕组的导体受到电磁力F的作用而形成的转矩。2）表达式每根导体的电磁力：F=BLi

F：产生的电磁力(N)B：电磁感应强度(T)I：每根导体中的电流，与转子电流Ｉa成正比(A)L：每根导体的有效长度(m)直流电机电磁转矩：

Ｔ=CTIaΦＴ:电磁转矩(N.m)CT:电磁转矩常数（与电机结构有关，CT≈9.55Ce）Ia:转子电流(A)

Φ:每极磁通(Wb)

Ea和T对电机的作用直流发电机直流电动机Ea电源电动势反电动势T制动转矩驱动转矩五、直流电机的可逆原理我们已经知道了不论是发电机还是电动机，对导体同时作用的有感应电动势和电磁转矩。

发电机和电动机不应视为两种截然不同的电机，而只是同一电机的两种不同运行方式。一台直流电机理论上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，这取决于外界不同的条件。将直流电源外加于电刷，输入电能，电机能将电能转换为机械能，拖动生产机械旋转，作为电动机运行；如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，输入机械能，电机能将机械能转换为直流电能，从电刷上引出直流电动势，作为发电机运行。

同一台电机，既能做电动机运行，又能做发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。主要原因：内部结构一样辨别方法：查看外部条件，发电机一般接负载；

电动机一般接电源。

第五节

直流电机的电枢反应

直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为电枢反应。

从直流电机基本工作原理的分析可知，发电机将机械能转换为电能，电动机将电能转换为机械能，其必要的条件之一是必须具有气隙磁通。发电机在直流电机主磁极的励磁绕组中通以励磁电流来产生气隙磁通，使电枢绕组切割气隙磁通而感应电势；电动机由电枢电流与气隙磁通相互作用而产生电磁转矩。一、直流电机的磁场1、主磁场N极→气隙→电枢齿→电枢轭→电枢铁心齿→气隙→S极→定子轭漏磁路主磁路主磁通

0：能在电枢绕组中

产生感应电势和电磁转矩。(主要的)漏磁通

:没有以上作用，它

只是增加主磁极磁路的饱和

程度。（空载磁场）（励磁磁场）一台四极直流电机空载时的磁场示意图磁极磁通

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。

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。当励磁绕组的串联匝数为，流过电流，每极的励磁磁动势为：空载时主磁极磁通的分布情况主磁通漏磁通（物理中性线）主磁极磁场空载时主磁场磁通密度Β分布曲线（平波）电机空载时切开2、电枢磁动势和电枢磁场流过电枢绕组的电流称为电枢电流Ia，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势Fa，在电机内激励电枢磁场。电枢磁场沿电枢表面的分布情况与电枢电流的分布情况有关，在直流电机中，电枢电流方向的分界线是电刷，在电刷轴线两侧是对称分布，所以电枢磁场的分布情况与电刷的位置有关。电刷在几何中心线上，电枢导体中的电流方向是以电刷相连的轴线为界，电枢上半部分和下半部分导体中的电流方向相反。电枢磁场方向如图所示。电枢磁场切开由全电流定律知，几何中心线上的电枢磁动势Fax最大，主磁极轴线上的磁动势为0，电枢磁动势沿空间呈三角波分布。从电枢磁动势在气隙中的分布，可知由于几何中心线的气隙很大，磁阻也很大，虽然此时几何中心线上磁动势最大，但磁通密度迅速减小。所以电枢磁通密度Bax沿气隙中的分布曲线为马鞍型.电枢磁通密度沿气隙中的分布三、电枢反应当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应与电刷的位置有关。1.考虑当电刷在几何中性线上时的电枢反应增磁增磁去磁去磁将主磁场分布和电枢磁场分布叠加，可得到带负载后电机的磁场分布情况，如图所示。主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：2)、对主磁场起去磁作用1)、使气隙磁场发生畸变

空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁