3.第一章1-3 直流电机的磁场和1-4

2.磁路的欧姆定律
φ
F
Rm
铁磁材料的磁导率μ不是一个常数，所以由铁磁材 料构成的磁路，其磁阻不是常数，而是随着磁路中 磁通密度的大小而变化，这种情况称为非线性。
有一闭合铁心磁路，铁心的截面积 A ＝9×10-4m2，磁 路的平均长度L=0.3m，铁心的磁导率，套装在铁心上 的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度 时，所需的励磁磁动势和励磁电流。
O
If
F0
电机的磁化曲线体现了电机磁路的非线性，这种非 线性使电机运行特性的数学表达复杂化。工程分析 中，常用线性分析加上适当修正的办法来考虑非线 性的影响。
三、交流磁路的特点
1. 交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁 路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交 变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路 的基本定律 2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相 同的基本磁化曲线。 3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示， 磁动势和磁场强度则用有效值表示。
∫ H ⋅ dl =I
l
1
+ I 2 − I3
在一个圆形铁磁材料的周围，布 置一圈如上图分布的载流导体
安培环路定律的特例
¾右图：沿回线l，磁场强度H的 方向总在切线方向、其大小处处 相等，且闭合回线所包围的总电 流是由通入电流i的N匝线圈所提 供，则有：
H ⋅ dl = Hl = Ni ∫
l
¾磁动势：F = Ni
四、铁心损耗
1．磁滞损耗
定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相 互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种 损耗称为磁滞损耗。 公式: n h h m
p = C fB V
应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较 小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。

提问
(1) 哪些部件转动、哪些部件不动？ (2) 绕组线圈电流性质、电刷端电流的性质？ (3) 实际电机结构要在物理模型上作哪些改动？ 参考答案： (1) 转动：绕组线圈、换向器；
静止：主磁极、电刷 (2) 绕组线圈：交流；电刷端：直流 (3) 增加铁心、绕组线圈数、轴承、端盖等
二
直 流 电 机 的 结 构
PN U N I NN
直流电机的优缺点
（1）优点：
➢直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。 ➢直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 ➢直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。
（2）缺点：
➢由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。
讨论
1. P16 1-2 2. 在保证电机输出功率不变的情况下，加大电机
4、额定转速 nN：指额定状态下运行时转子的转速， 以“r/min”为量纲单位。
5、额定励磁电流 I f：N 指电机在额定状态时的励磁电 流值。
直流电机的主要额定值
对于直流发电机， 是PN指输出的电功率 ，它等于额定电压和额定电流的乘积。
PN U N I N
对于直流电动机， 是PN指输出的机械功 率，所以公式中还应有效率 存在N 。
第一章 直流电机概述
• 直流电机的用途
➢作电源用——直流发电机 ➢作动力用——直流电动机 ➢信号的传递
作为测量元件——直流测速发电机 作为执行元件——直流伺服电动机
本章主要内容
一、直流电机的基本原理 二、直流电机的基本结构 三、型号及其额定数据
一、直流电机基本工作原理
1、直流电机的原理模型 2、直流电机的发电原理 3、直流电机的电动原理 4、直流电机的可逆性原理
转速对电机的体积、重量有何影响？ 3. 航空直流电动机，额定功率PN＝60W，额定电

大小:
其中
为电机的转矩常数，有
可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电 流成正比
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)。
1.4.3 直流电机的电磁转矩
1.5直流电动机
1.5.1 直流电机的可逆原理
以他励电机为例说明可逆原理：把一台他励直流发电机并 联于直流电网上运行保持电源电压不变。
3）电枢电流等于各支路 电流之和。
１.２.３ 单波绕组
单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图如下 图所示。
两个串联元件放在 同极磁极下，空间位置 相距约两个极距；沿圆 周向一个方向绕一周后 ，其末尾所边的换向片 落在与起始的换向片相 邻的位置。
单波绕组的并联支路图: 单波绕组的特点
1）同极下各元件串联 起来组成一条支路，支 路对数为1，与磁极对 数无关；
。
单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出
来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片 、电刷间的相对位置关系。
单叠绕组的展开图
根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图:
单叠绕组的的特点：
1）同一主磁极下的元件 串联成一条支路，主磁极 数与支路数相同。 2）电刷数等于主磁极数 ，电刷位置应使感应电动 势最大，电刷间电动势等 于并联支路电动势。
电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。
换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换 转轴 轴承
当原动机驱动 电机转子逆时针旋 转时同，线圈abcd 将感应电动势。如 右图，导体ab在N极 下，a点高电位，b 点低电位；导体cd 在S极下，c点高电 位，d点低电位；电 刷A极性为正，电刷 B极性为负。

但是应该注意到；负载越大电枢电流越大，电枢磁
场越强，电枢反应的影响就越大，正是电枢磁场与主极 磁场的相互作用而产生电磁转矩，从而实现了机电能量 的转换。
1.2.3 电枢反应
所谓电枢反应是指电枢磁场对主磁场的影响，电 枢反应对电机的运行性能有很大的影响。如图1.18（c） 所示为主极磁场和电枢磁场合在一起而产生的合成磁 场。与图1.18（a）比较可见由于带负载后出现的电枢 磁场，对主极磁场的分布有明显的影响，这种影响称 为电枢反应，对磁场的影响如下；
一点，励磁电流If 增加的 很快，如图所示。未饱和 和饱和的转折点称为膝点。
o直流电动机的磁化曲线F0 (If)
同时交链励磁绕组和电枢绕组的这部分磁通，是
直流电机进行电磁感应和能量转换所必须的，称为主
磁通。另一小部分磁通从N极出来后并不进入电枢
绕组，而是经过气隙直接进入相邻的磁极或磁轭，它 对电机的能量转换工作不起作用，相反，使电机的损 耗加大，效率降低，增大了磁路的饱和程度，这部分
磁通称为漏磁通，一般=（15～20）％。
图1.18（a）为主磁场在电机中的分布情况。按照 图中所示的励磁电流方向，应用右手螺旋定则，便可 确定主极磁场的方向。在电枢表面上磁感应强度为零 的地方是物理中性线m-m，它与磁极的几何中性线n-n 重合。几何中性线与极磁轴线互差90电角度,即正交.
1.2 直流电机的磁场
直流电机的磁场是由主磁极产生的励磁磁场和电 枢绕组电流产生的电枢磁场合成的一个合成磁场，它 对直流电机产生的电动势和电磁转矩都有直接的影响， 而且直流电机的运行特性在很大程度上也取决于磁场 特性。因此，研究直流电机的磁场是十分必要的。
1.2.1 直流电机的空载磁场 直流电机空载（发电机与外电路断开，没有电流