直流电机(12)直流电机的共同问题(二)直流电机的电枢反应感应电动势电磁转矩

直流电机电枢磁动势和励磁磁动势的共同点和不同点
共同点:
1.电刷在几何中性线时均产生交轴电枢反应;其结果
(1)均使磁场发生畸变，物理中性线偏移（但偏移方向不同，见不同点);(2)去磁(磁场饱和的话)，使气隙磁场削弱。

2.电刷不在几何中性线时，除均产生交轴电枢反应（其结果与上同)外，还产生直轴电枢反应，其结果是去磁还是助磁，这与发电机还是电动机以及电刷偏移方向有关。

二者的不同主要体现在如何产生、与哪些量有关、空间分布和作用等方面。

励磁磁动势由主极中的励磁绕组通以励磁电流产生，其大小与励磁电流大小和励磁绕组匝数有关，它沿电枢圆周的空间分布波形是以主极中心线为轴线的矩形波。

励磁磁动势的作用是建立气隙磁场，即产生空载时的主磁通。

电枢磁动势由均匀分布在电枢圆周上的电枢绕组产生，它沿电枢圆周的空间分布波形可看成三角波，其幅值与电枢电流大小和电枢导体总数成正比，其轴线位置(三角波正最大值位置)由电刷位置决定。

若电刷位于几何中性线，则电枢磁动势轴线位于交轴。

交轴电枢磁动势与励磁磁动势相互作用，产生电磁转矩，从而实现机电能量转换。

第二章直流电机2.1直流电机的基本工作原理及结构一、基本工作原理（一）直流电机的构成（1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；（2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴（3）气隙**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。

1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；（1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势（2）特点：e=BLV；a、电枢绕组中电动势是交流电动势b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向）2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；（1）原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来（2）特点：f=BiLa、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩的方向不变。

c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n同向）**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。

3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成（二）直流电机的基本结构1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚3.电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）4.电枢绕组——电路。

电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路）换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料）电刷装置a、电刷——石墨或金属石墨b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨）5.换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电枢绕组串联）（三）励磁方式1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；2.分类：以直流发电机为例分为：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）他励：激磁电流较稳定；并励：激磁电流随电枢端电压而变；串励：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复励：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。

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。

直流电机的电枢电势与电磁转矩一．直流电机的电枢电势如前述，直流电机的电枢电势是指电刷两端的直流电势E a ，E a ＝支路电势，它是电枢旋转时导体切割磁力线感生的。

不要以为只有发电机才有E a ，电动机旋转时，电枢导体同样切割磁力线，同样会感生电势E a 。

所不同的是：发电机的电枢电流I a 是E a 产生的，因此I a 与E a 同向；电动机是由于通进了I a 电枢才会旋转、才会感生电势E a 的，因此E a 与I a 反向，故电动机的电势又称为反电势。

由于E a ＝支路电势，设电枢绕组的总导体数为N ，并联支路数为2a ，则每条支路的导体数为2N a ，若能求出每根导体的平均电势av e ，则E a ＝2Naav e 。

一根导体的平均电势av e ＝av B lv ，其中av B 为一个极下的平均磁密，可用每极磁通量Φ除以每个极的面积l τ表示，故av B ＝l φτ；v 是导体切割磁力线的速度，即电枢的转速，电枢每分钟n 转，每秒钟n/60转，每转一圈的长度是2p 个τ，故v ＝260p nτ。

∴E a ＝2N a av e ＝2N a av B lv ＝2N a l φτ260p nl τ＝60pN aφn ＝e C φn 其中：e C ＝60pNa对做好的电机为常数，称为电势常数。

电枢电势公式反映了导体切割磁力线感生电势的电磁现象，这是直流机一个非常重要的公式。

二．直流电机的电磁转矩如前述直流电动机工作原理：载流导体在磁场中受电磁力的作用，电磁力乘以半径就是电磁转矩。

但并不是只有电动机才有电磁转矩，发电机只要带上负载，就会有电枢电流就成为载流导体，就会在磁场中受电磁力的作用，就会有电磁转矩。

所不同的是：电动机是因为有电磁转矩才会转动，因此电磁转矩是驱动转矩，T 与n 方向相同；而发电机转起来才会感生电势产生电流，才会有电磁力和电磁转矩，因此电磁转矩是制动转矩，T 与n 方向相反。