1、2.3 直流电机的磁场,内 容 简 介,直流电机的磁场: 励磁方式、磁场分布、电枢反应 感应电势： 电势公式、电势方程式 电磁转矩： 转矩公式、转矩平衡方程式 功率与损耗 损耗分析、功率平衡方程式,2.3 .1 直流电机的励磁方式,一、定义直流电机励磁绕组的接线方式称为励磁方式。实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接。,二、分类除了永磁直流电机外，直流电机的励磁方式有他励式和自励（串励、并励和复励）式。,2.3.2 空载时直流电机的磁场,一、直流电机的磁通路经磁路从主磁极1出发经气隙1电枢齿1电枢轭电枢齿2气隙2主磁极2定子轭主磁极1。,气隙1,主磁极1,电枢齿1,电枢轭,电枢齿2,气隙2,主磁
2、极2,定子轭,2.3.3 负载时直流电机的磁场电枢反应,概 述 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过, 并产生电枢磁场。 负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共同激励。 电枢磁场会对主磁场产生一定的影响，这一影响称为电枢反应。 电枢反应会使得每极磁通发生变化，也会使气隙磁场发生畸变，从而影响电机的性能。,一、电枢磁势的分布,电枢磁势的分布与电枢电流的分布有关。电枢电流的方向由电刷来界定。电枢磁势的轴线总是与和电刷接触的导体的连线重合。或者说电刷位置决定了电枢磁势的轴线。当电刷与处于几何中性线上的导体相接触时，电枢磁势的轴线在交轴方向。并把这一磁势称为交轴电枢反应磁势。,N,S,设直轴线与电枢外圆的交
3、点为0点，在距0点为x处作一闭合磁力线回路。该闭路包围的电流数即为总磁势Fa 。 电枢表面单位长度上的安培导体数A称为电机的线负荷。,线负荷,距0点为x处,每个气隙的电枢反应磁势为（忽略铁心中的磁势降）,上式为一个极距的电枢磁势分布，将一对极的电枢磁势波形画出，将得到三角波。,二、电枢磁势单独产生的磁感应强度的分布：,磁密由磁势和气隙磁阻共同决定。 极面下气隙基本不变，磁密正比于磁势； 两极之间的区域内，气隙变大，磁密迅速减小。一个周期的磁密波形呈马鞍形。,三、直轴电枢磁势,如果将电刷位置逆时针移动角，则电枢磁势可分为两部分。 2范围内的磁势为直轴电枢磁势Fad。 (-2)角度内的磁势为交轴电
4、枢磁势Faq。,在一个极距内相加时，一半极距内磁密加强，另一半极距内磁密减弱。 如果电机的磁场不饱和，则半个极距内增加的磁通量与另半个极距内减少的磁通量相等。即每极总磁通与空载时一样。,实际上由于饱和，使得每极磁通总体上有所减少。,磁场发生了畸变，0点发生了位移。,(交轴）电枢反应：气隙磁场发生畸变；每极磁通减少。此反应会对电机性能产生不良影响。,四、电枢反应,直轴电枢磁势的作用为： 对发电机来说，电刷顺转向偏移时为去磁，逆转向偏移时为增磁； 对电动机来说，电刷顺转向偏移时为增磁，逆转向偏移时为去磁。,直轴电枢反应：,2.3.5 电枢绕组中的感应电势和电磁转矩,当电枢以一定的转速n向一个方向转
5、动时，电枢绕组的导体便会切割磁力线，产生感应电势。 由电刷引出的感应电势Ea也就是每条支路的感应电势，即一条支路中所有串联导体的感应电势之和。本节将推导感应电势的计算公式。,N,x,B(x),Bp,导体有效长度为l 切割磁力线的速度为：,x处导体感应电势为：,导体总数为N,每一支路导体数为N/(2a),支路电势即电刷间电势为：,Ce为电势的结构常数，由绕组结构决定。可见感应电势正比于每极磁通量和转子转速。这一感应电势公式把电量Ea、机械量n、磁场量联系起来了。,一、基本方程,1.电动势平衡方程,为电枢回路总电阻,为励磁回路总电阻,为电刷接触压降,2.5 直流电动机的基本特性,2. 功率平衡方程
6、,输入电功率 P1,电磁功率 Pem 电枢铜耗 pCua 励磁铜耗 pCuf 电机铁耗 pFe 机械损耗 pmec 附加损耗 pad 输出机械功率 P2,pCua+pCuf 亦称之为可变损耗。 pFe+pmec+pad=p0 称之为空载损耗，亦称为不变损耗,3. 转矩方程,稳态运行转矩方程,电磁转矩 Tem 负载转矩 T2 空载制动转矩 T0,动态运行转矩方程,4. 效率,二、工作特性,并励电动机 试验接线图,直流电动机 n、Tem、f（P2）的关系曲线称为工作特性。 直流电动机的工作特性因励磁方式而异，可用计算法求得，但大多用实验方法确定。,1. 并励电动机的工作特性,小结 直流电机的主磁场
7、一般由套在主极铁心上的励磁绕组产生。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为平顶波（帽形）。 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=Cen表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。在发电机中EaU，在电动机中UEa。 同样，直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。其公式T=CTIa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=T=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。,
