直流電機的磁場和電樞反應(yīng)

——直流電機的磁場和電樞反應(yīng)電機控制技術(shù)目錄直流電機的勵磁方式1直流電機的空載磁場2直流電機的電樞磁動勢3直流電機的負載磁場及電樞反應(yīng)4直流電機的磁場和電樞反應(yīng)

直流電機的磁場是電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的“媒介”，電機的運行性能也與電機磁場的特性密切相關(guān)。

在直流電機中，運行時產(chǎn)生的磁場主要有兩部分：一是由主磁極勵磁繞組中通入的勵磁電流產(chǎn)生的主磁場，二是由電樞繞組中電流產(chǎn)生的電樞磁場。一、直流電機的勵磁方式

根據(jù)直流電動機勵磁繞組和電樞繞組與電源連接關(guān)系的不同，直流電動機可分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵電動機等類型。他勵直流電機

勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨立的直流電源供電，勵磁電壓Uf與電樞電壓U彼此無關(guān)。

一、直流電機的勵磁方式并勵直流電機串勵直流電機勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一電源供電，勵磁電壓Uf等于電樞電壓U，如圖（b）所示。

勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后再接于直流電源，此時的電樞電流就是勵磁電流，如圖（c）所示。一、直流電機的勵磁方式復(fù)勵直流電機這種電機在主磁極上裝有兩套勵磁繞組。一套與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵繞組；另一套與電樞繞組串聯(lián)，稱為串勵繞組，如圖（d）所示。如果兩套勵磁繞組產(chǎn)生的磁通方向相同，則稱為積復(fù)勵；如果相反，則稱為差復(fù)勵，實際應(yīng)用中常用積復(fù)勵。二、直流電機的空載磁場直流電機空載磁場的分布和磁路

下圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖。當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為，流過電流，每極的勵磁磁動勢為：二、直流電機的空載磁場

直流電機中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。磁力線由N極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁路磁力線不進入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁路二、直流電機的空載磁場

空載時，勵磁磁動勢主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時，主磁極下氣隙磁通密度的分布就取決于氣隙的大小和形狀。幾何中性線極靴極身（a）氣隙形狀

磁極中心及附近的氣隙小且均勻，磁通密度較大且基本為常數(shù)，靠近極尖處，氣隙逐漸變大，磁通密度減??；極尖以外，氣隙明顯增大，磁通密度顯著減少，在磁極之間的幾何中性線處，氣隙磁通密度為零。二、直流電機的空載磁場

空載時的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b)所示。

空載時主磁極磁通的分布情況，如右圖(c)所示。（c）主磁通和漏磁通二、直流電機的空載磁場

為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機氣隙中需要有一定量的每極磁通，空載時，氣隙磁通與空載磁動勢或空載勵磁電流的關(guān)系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。

為了經(jīng)濟、合理地利用材料，一般直流電機額定運行時，額定磁通設(shè)定在圖中A點，即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。三、直流電機的電樞磁動勢

直流電機負載運行時，電樞繞組將流過電流并建立電樞磁動勢，由電樞磁動勢單獨產(chǎn)生的磁場即為電樞磁場，其分布情況如圖所示。

電刷位于幾何中性線的電樞磁場三、直流電機的電樞磁動勢電刷放在幾何中性線上時交軸電樞磁動勢和磁場的分布三、直流電機的電樞磁動勢電刷不在幾何中線上時，電樞磁動勢的交軸分量和直軸分量（a）電樞磁動勢

（b）交軸分量

（c）直軸分量四、直流電機的負載磁場及電樞反應(yīng)

直流電機負載運行時，氣隙中除了有主磁極勵磁磁動勢產(chǎn)生的主極磁場外，還有電樞磁動勢產(chǎn)生的電樞磁場。電樞磁動勢對主極磁場的影響稱為電樞反應(yīng)，考慮到電樞反應(yīng)的氣隙磁場即為負載磁場（也稱合成磁場），其分布情況2所示。與圖1所示的空載主磁場相比較可以看出，負載時由于存在電樞反應(yīng)，使主極磁場發(fā)生了明顯的變化。四、直流電機的負載磁場及電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)四、直流電機的負載磁場及電樞反應(yīng)NS發(fā)電機電動機0dBaBdBdB￠a物理中線幾何中線aF四、直流電機的負載磁場及電樞反應(yīng)增磁增磁去磁去磁磁場發(fā)生畸變物理中心線偏離幾何中心線磁路飽和時有去磁作用四、直流電機的負載磁場及電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)效果四、直流電機的負載磁場及電樞反應(yīng)電刷偏離幾何中線交軸電樞磁勢直軸電樞磁勢