直流电机的磁场和电枢反应..

电机的主磁场一般由套在主极铁心上的励磁绕组通过电流产生。

励磁绕组与电枢回路之间的连接方式有：他励、并励、串励、复励。

不同的励磁方式对电机的性能将产生较大的影响。

直流电机空载时的磁场由励磁绕组单独激励，其分布取决于磁路的情况。

一般情况下，直流电机的空载磁通密度分布呈平顶波。

当直流电机负载时，电枢绕组绕组中的电枢电流将产生电枢磁势，电枢磁势对主磁场的分布和主磁通的大小将产生一定的影响，这种影响称为电枢反应。

交轴电枢反应将使主磁场发生畸变，当磁路饱和时会对主磁场产生去磁作用。

当电刷偏离几何中性线时，还将产生去磁或者增磁的直轴电枢反应。

发电机和电动机是直流电机的两种运行状态。

在两种状态下，电枢绕组中均产生感应电势。

感应电势的公式Ea=CeΦn表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。

在发电机中Ea>U，在电动机中U>Ea。

同样，直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。

其公式T=CTΦIa表明电磁转矩的大小正比于电枢电流和每极磁通。

在发电机中，电磁转矩是阻力转矩，在电动机中电磁转矩是拖动转矩。

直流电机的电势平衡方程反映了电机电路中各种量之间的关系。

功率平衡方程表明了输入功率、输出功率和各种损耗之间的关系。

电磁功率PM=TΩ=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。

1.4直流电机的磁场（返回顶部）直流电机中除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时，还将会产生电枢磁场。

电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。

要了解气隙磁场的情况，就要先分析清楚主磁场和电枢磁场的特性。

1.4.1 直流电机的空载磁场（返回顶部）直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，即无功率输出。

所以直流电机空载时的气隙磁场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立的磁场。

当励磁绕组通入励磁电流，各主磁极极性依次呈现为极和极，由于电机磁路结构对称，不论极数多少，每对极的磁路是相同的，因此只要分析一对极的磁路情况就可以了。

电机与拖动直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值主题：直流电机的辅导文章——直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值、直流电机的磁场和电枢反应、直流电机的感应电动势和电磁转矩学习时间：2016年10月10日--10月16日内容：我们这周主要学习课件第2章直流电机的相关内容。

希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电机相关知识的理解。

一、直流电机的工作原理（重点掌握）直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。

1.直流电动机的工作原理：当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流，使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。

图1 直流电动机的工作原理图2.直流发电机的工作原理：当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。

图2 直流发电机的工作原理图二、直流电机的基本组成和额定值（重点掌握）1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成，其基本组成如图3所示。

转子称为电枢，它是能量转换的枢纽。

电枢绕组构成了直流电机的主要电路，它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。

按元件的连接方式和端接形状分类，电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。

电枢绕组是电机的重要部件。

直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。

换向器是直流电机所特有的部件，与电刷配合，实现电枢绕组端部的直流电流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换，即在直流电动机中起到了“逆变器”的作用，在直流发电机中起到了“整流器”的作用。

图3 直流电机的基本组成2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。

1）额定电压N U ：对于直流电动机，N U 是输入电压的额定值；对于直流发电机，N U 是输出电压的额定值。

1、直流电机结构和主要部件作用主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁芯和励磁绕组构成定子换向磁极：改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花电刷装置：与换向器配合，完成直流与交流的互换几座和端盖：起支撑和固定作用；机座也是电机磁路中的一部分电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组转子电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分，能量转换中枢换向器：与电刷装置配合，完成直流与交流的互换风扇2．直流电机的磁场和电枢反应空载磁场：指由主磁极单独建立的磁场，电枢电流为零磁场励磁电流所建立的磁场负载磁场电枢电流所建立的磁场电枢反应：直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，该电流所建立的磁场称为电枢磁场，电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应具体表现：1.使气隙磁场分布发生畸变2.去磁作用，是磁场总磁通减弱3. 直流电机的感应电势和电磁转矩计算公式，影响因素直流电机的感应电势：影响因素：电枢电势(V)正比于每极磁通φ（韦伯)和转速n （r/min), 与磁密分布无关直流电机的电磁转矩：影响因素：它的电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流。

直流电机的电磁功率4.直流发电机的外特性（他励和并励）他励直流发电机：定义：n ＝额定转速， I f ＝常数， Ua ＝f （ I a ）Ua=E a -I a R a =n C e φ- I a R a 外特性下垂原因：1.电枢回路上的电阻压降增加2.负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强，电动势减小并励直流发电机：定义：n ＝额定转速， R f ＝常数， U ＝f （ I ）nCe n apNE a ⋅⋅=⋅⋅=φφ60a M a em I C I a pNM ⋅⋅=⋅⋅=φφπ2π260=eM CC 机械功率→Ω⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅=ema M ae a a em MI n C I n C I E P φπφ602外特性下垂原因：1.电枢回路上的电阻压降增加2.负载电流增大，电枢反应的去磁作用增强，电动势减小3.端电压下降，引起励磁电流减小，使U 进一步减小 5.并励发电机的自励条件和自励过程并励直流发电机的自激过程1）当电机内部有剩磁时，原动机带动电枢旋转时切割剩磁，产生剩磁电动势2）若励磁绕组与电枢绕组并联极性正确，即使此时励磁绕组中电流所建立的磁动势与原先的剩磁方向一致，则电枢电动势因为磁场的增强而增大，则励磁电流也增大（ U 0 ＝ I f R f ）。

直流电机电枢反应定义
直流电机电枢反应是指在直流电机工作时，由于电流通过电枢线圈产生的磁场与外加磁场（由永磁体或电磁体产生）相互作用而产生的现象。

这种相互作用会导致电枢线圈磁通的改变，影响电机的工作性能。

电枢反应主要表现为磁势移位和磁势变形。

具体来说，当直流电机的电流通过电枢线圈时，电枢线圈产生的磁场会与永磁体或电磁体产生的磁场相互作用。

如果电枢线圈产生的磁场方向与外加磁场方向相同，则两者会叠加，使得部分磁通偏离了永磁体或电磁体的磁场方向。

这种磁势移位会导致转子绕组的磁通随电机的负载变化而偏离永磁体或电磁体的磁场方向。

另外，电枢线圈产生的磁场也会影响永磁体或电磁体产生的磁场分布。

在电枢线圈周围，磁场的分布会发生变化，使得原本均匀的磁场出现了磁势变形的现象。

这种磁势变形会导致电机的磁链变化，并对电机的性能产生一定的影响。

因此，直流电机的电枢反应需要在设计和运行电机时进行考虑，以减小对电机性能的不利影响。

一般采取的措施包括：采用磁极补偿、调整电枢绕组结构、增加正极励磁等方法，来抵消或减小电枢反应产生的不利影响。

简述直流发电机工作原理直流发电机是一种将机械能转换为电能的装置，其工作原理基于电磁感应定律。

下面将详细介绍直流发电机的各个工作环节。

1.直流发电机工作原理直流发电机的基本原理是利用电磁感应产生电流。

当一个导线或导线回路在磁场中旋转时，导线中就会产生感应电流。

这个过程被称为法拉第电磁感应定律。

2.电磁感应原理电磁感应是指当一个导线或导线回路置于变化的磁场中时，导线内会产生电动势，从而产生电流。

这个过程中，磁通量的变化率与感应电动势成正比，即法拉第电磁感应定律的表达式为：e=-dΦ/dt。

3.磁场方向和电枢反应在直流发电机中，磁场方向与电枢的平面垂直，这样可以在电枢上产生最大的转矩。

电枢反应是指电枢中的电流产生的磁场对原磁场的影响。

适当的电枢反应可以增加输出电压，但过大的电枢反应会导致换向问题。

4.直流电机的换向换向问题是由于电枢反应导致磁场方向偏移，使得电枢上的电流方向发生变化。

为了避免换向问题，可以通过增加磁场强度、减小电枢反应等方法来保持磁场方向的稳定。

5.电磁转矩与负载的关系直流发电机的电磁转矩与负载之间存在一定的关系。

当负载增加时，电磁转矩也会相应增加，以保持发电机转速的稳定。

通过调整转矩和负载可以实现对直流发电机的调速和制动等操作。

6.控制调节电磁转矩电磁转矩可以通过调节励磁电流、电枢电流或两者同时调节来控制。

在实际应用中，根据需要选择合适的调节方法，例如通过励磁调节器来改变励磁电流，从而改变电磁转矩。

7.发电机状态和电动机状态的转变直流发电机和直流电动机具有相似的结构和工作原理，因此它们之间可以实现状态的转变。

当直流电动机的电源反接时，它就会变成直流发电机，从而实现电动机和发电机之间的转换。

8.直流电机的结构与维护直流电机主要由定子、转子、换向器和轴承等组成。

定子包括机座、磁极和电枢等；转子则包括轴、铁芯和换向器等。

在日常维护中，要保持电机表面的清洁和干燥，定期检查换向器和电刷的磨损情况，并及时更换受损部件。

直流电机的电枢反应及负载时的磁场1、电枢反应：电机负载时，电枢绕组中有电流流过，产生一磁动势，称为电枢磁动势。

此时，气隙磁场有主极磁势和电枢磁势二者合成磁势建立，电枢磁势的消失必定对空载时的主极磁场有影响，使气隙磁密的分布发生变化，这种电枢磁势对主极所建立气隙磁场的影响称为电枢反应。

由于这两个磁动势的相互作用，直流电机才能进行机电能量的转换。

电枢反应对电机运行特性影响很大：对电动机：影响转速。

对发电机：影响感应电势。

2、电枢磁场的分布：同极性下电流方向相同，异极性下电流方向相反。

电刷是电枢表面电流分布的分界线。

特点：电枢磁场与主极磁场分布是相对静止的。

3、电枢磁动势沿电枢表面分布：a、以一个元件为例：线圈匝数，电流安。

元件边产生磁动势安匝。

每根磁力线仅与一个元件边相交链，磁场对称于电刷轴线，反向对称于磁极轴线。

将电枢从几何中性线处切开。

每个磁回路的磁势均为安匝。

规定磁动势方向与磁力线的方向全都，不计铁磁材料的磁压降，则全部降落在两气隙上，于是，每通过一次气隙消耗磁动势为，可得一个元件所耗于气隙的磁动势的空间分布关系为：一矩形波。

每极下有一个元件边的磁动势波形b、若每极下有四个元件边匀称分布：据上分析，应有四个矩形波，它们相互之间位移一个槽距，将它们迭加起来可得一阶梯数为2的阶梯波。

c、若每极下元件边的数目许多，且匀称分布在电枢表面，则经上述方法迭加后总的电枢磁动势会接近于三角波形。

4、电枢磁场的磁密沿电枢表面分布：（推导B与F的关系）设电枢绕组的总匝数为N，元件数为S，极对数为p，极距为，电枢直径为，每元件匝数为Wy，则N＝2SWy，阶梯数为S/2p ，阶梯波幅值为：，为电枢表面单位周长上的安匝数，称为线负荷。

若忽视铁磁材料中的磁压降，则电枢磁场沿电枢表面的分布曲线为：上式表明：与成正比，与成反比。

即：极靴下，气隙变化小，变化小；极尖处，气隙大，大大减弱，曲线呈马鞍形。

5、直流电机负载时磁场的电枢反应6、直流电机负载时磁场特点（呈去磁作用）：a、磁场发生了畸变。

1. 理解直流电机的磁动势和磁场2.掌握直流电机的电枢反应3.掌握直流电机电枢绕组的感应电动势4.掌握直流电机的电磁转矩本章基本要求直流电机的共同问题（二）直流电机的电枢磁动势和磁场 直流电机的电枢反应直流电机电枢绕组的感应电动势 直流电机的电磁转矩主要内容直流电机的共同问题（二）内容回顾直流电机绕组小结◆直流电机的电枢绕组总是自成闭路,为闭合绕组;◆电刷放置的一般原则是空载时正、负电刷间的电动势最大,或者说,被电刷短路的元件中的电动势为零;◆对于端接对称的元件,电刷放置在主极轴线下的换向片上,且总是与位于几何中性线上的导体相接触;内容回顾直流电机绕组小结◆电枢绕组的支路数(2a )永远是成对出现,因为磁极数(2p )是一个偶数;且至少有2条并联支路; 单叠绕组: a = p (并联支路对数恒等于电机极对数)单波绕组:a = 1(并联支路对数恒等于1)◆单叠绕组适应于较大电流、较低电压的电机;单波绕组适用于较高电压、较小电流的电机。

23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场1.主磁通和漏磁通◆磁场是电机实现机电能量转换的媒介;◆主极磁场由永久磁铁或励磁绕组通入直流电流产生;◆空载时电机中的磁场分布是对称的。

0f f I F s ìF -ïï F íïF -ïïî主磁通，经气隙进入电枢。

主极漏磁通(15-25%)φ0不进入电枢,只增加磁极的饱和程度。

内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场主磁通路径：气隙→电枢齿→电枢轭→电枢齿→气隙→主磁极→定子轭→主磁极→气隙。

内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场直流电机空载时的磁场分布内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场2.气隙主极磁场的分布◆磁动势: 磁极范围内,励磁磁势大小相同。

◆磁密波形: 空载时的气隙磁通密度为平顶波。

direct current motor，DC motor中文名称：直流电动机英文名称：direct current motor，DC motor定义：将直流电能转换为机械能的转动装置。

电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。

直流电机中的励磁绕组跟电枢绕组的作用分别是什么？电动机的作用是将电能转换为机械能。

电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。

(一) 交流电动机及其控制交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。

异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。

三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。

1. 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的构造也分为两部分：定子与转子。

（1）定子：定子是电动机固定部分，作用是用来产生旋转磁场。

它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。

（2）转子：转子是重点掌握的部分，转子有两种，鼠笼式与绕线式。

掌握他们各自的特点与区别。

鼠笼式用于中小功率（100k以下）的电动机，他的结构简单，工作可靠，使用维护方便。

绕线式可以改善启动性能和调节转速，定子与转子之间的气隙大小，会影响电动机的性能，一般气隙厚度为0.2-1.5mm之间。

掌握定子绕组的接线方法。

2. 三相异步电动机的工作原理掌握公式n1=60f/P、S=(n1-n)/n1、n=(1-S)60f/P，同时明白它们的意义（很重要），要能够灵活运用这些公式，进行计算。

同时记住：通常电动机在额定负载下的转差率SN约为0.01-0.06。

书上的例题要重点掌握。

3. 三相异步电动机铭牌上的数据（1）型号：掌握书上的例子。

（2）额定值：一般了解，掌握额定频率和额定转速，我国的频率为50赫兹。

（3）连接方法：有Y型和角型。

（4）绝缘等级和温升：掌握允许温升的定义。

（5）工作方式：一般了解。

4. 三相异步电动机的机械特性掌握额定转矩、最大转矩与启动转矩的关系。