《电机技术应用》课件 3.2.1 直流电机磁路及电枢反应

直流电机磁路及电枢反应直流电机空载磁场

直流电机空载（发电机开路，电动机空转）运行时，其电枢电流等于零或近似等于零，因而空载磁场即为励磁绕组产生的励磁磁通所建立的磁场。跟异步电动机类似，直流电机中的磁极磁通也包括主磁通和漏磁通。主磁通

：产生感应电势和电磁转矩的有效磁通，通过空气隙，同时交链电枢绕组和励磁绕组。磁极漏磁通

:从磁极的侧面逸出，只和励磁绕组交链。不在电枢绕组中感应电动势。

主磁路:

N极→气隙→电枢齿→电枢轭→电枢铁心齿→气隙→S极→定子轭→N极空载磁场

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。漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。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。空载磁场

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。几何中性线极靴极身气隙形状

在几何中性线处，气隙磁通密度为零，物理中性线和几何中性线重合。负载磁场

直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。

假设励磁电流为零，只有电枢电流，由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。负载磁场气隙磁密

如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中Fax所示。

由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图中Bax所示。电枢反应Bax:电枢磁场磁通密度分布曲线Box:主磁场的磁通密度分布曲线

Bδx: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

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。当电刷在几何中性线上时，将主磁场分布和电枢磁场分布叠加，可得到负载后电机的磁场分布情况如右图。电枢反应电刷在几何中性线上时的电枢反应电枢反应特点（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，一半磁场被增强，一半被削弱，电刷从几何中性线偏移β角，电枢磁动势轴线也随之移动β

角，物理中性线偏离几何中性线β

角。（2）对主磁场起去磁作用，电动机输出功率减小。电刷在几何中性线时的电枢反应电枢反应特点电刷不在几何中性线时的电枢反应电刷顺转向偏移电刷逆转向偏移发电机交轴和直轴去磁交轴和直轴助磁电动机交轴和直轴助磁交轴和直轴去磁电枢磁动势可以分解为两个垂直分量：Faq：交轴电枢磁动势Fad：直轴电枢磁动势性质:

发电机——电源电势(与电枢电流同方向)电动机——反电势(与电枢电流反方向)：电机的结构常数电枢电动势N——电枢导体总数a——并联支路对数

定义:电机正、负电刷之间的电势，其大小等于一条支路的各串联导体中感应电动势的代数和。①Ea∝Φn，改变Φ或n的大小可改变Ea大小。注意，Ea公式是电刷处于几何中心线时推导出来的，故Ea是最大值。②Ea方向取决于Φ和n的方向，改变Φ的方向（即改变励磁电流If的方向）就可改变Ea的方向。性质:发电机——制动(与转速方向相反)电动机——驱动(与转速方向相同)：电机转矩常数，注意：电磁转矩

结论：电磁转矩与电枢电流和每极磁通量的乘积成正比。该电磁转矩对电动机而言是拖动转矩，对发电机而言是制动转矩。

定义:电枢绕组中有电枢电流流过时，在磁场内受电磁力的作用，该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩心半径之积称为电磁转矩。1、何谓电枢反应?电枢反应对气隙磁场有什么影响?公式Ea=CeΦn和Tem=CMΦIa中的Φ应该是什么磁通？答：直流电机在负载运行时，气隙磁场由励磁磁势和电枢磁势共同产生，由于电枢磁势的存在使负载时气隙磁场和空载时仅由励磁磁势产生的主磁场有所不同，电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。电枢反应对气隙磁场的影响：1、使气隙磁场发生畸变。2、考虑饱和时，还存在去磁效应，使每极磁通比空载时略有减小。

思考与练习思考与练习2、在直流发电机和直流电动机中，电磁转矩和电枢转方向的关系有何不同?电枢电势和电枢电流方向的关系有何不同?怎样判别直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态?答：在直流发电机中，电磁转矩和电枢旋转方向相反，电枢电势和电枢电流方向相同。在直流电动机中，电磁转矩和电枢电枢旋转方向相同，电枢电势和电枢电流方向相反。当端电压U大于电枢电势Ea时，直流电机运行于电动机状态，当端电压