直流電機(jī)磁場

1、電機(jī)的主磁場一般由套在主極鐵心上的勵磁繞組通過電流產(chǎn)生。勵磁繞組與電樞回路之間的連接方式有：他勵、并勵、串勵、復(fù)勵。不同的勵磁方式對電機(jī)的性能將產(chǎn)生較大的影響。直流電機(jī)空載時(shí)的磁場由勵磁繞組單獨(dú)激勵，其分布取決于磁路的情況。一般情況下，直流電機(jī)的空載磁通密度分布呈平頂波。當(dāng)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)，電樞繞組繞組中的電樞電流將產(chǎn)生電樞磁勢，電樞磁勢對主磁場的分布和主磁通的大小將產(chǎn)生一定的影響，這種影響稱為電樞反應(yīng)。交軸電樞反應(yīng)將使主磁場發(fā)生畸變，當(dāng)

2、磁路飽和時(shí)會對主磁場產(chǎn)生去磁作用。當(dāng)電刷偏離幾何中性線時(shí)，還將產(chǎn)生去磁或者增磁的直軸電樞反應(yīng)。發(fā)電機(jī)和電動機(jī)是直流電機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)。在兩種狀態(tài)下，電樞繞組中均產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢的公式Ea=CeΦn表明感應(yīng)電勢的大小正比于轉(zhuǎn)速及每極磁通。在發(fā)電機(jī)中EaU，在電動機(jī)中UEa。同樣，直流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)中均存在電磁轉(zhuǎn)矩。其公式T=CTΦIa表明電磁轉(zhuǎn)矩的大小正比于電樞電流和每極磁通。在發(fā)電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩是阻力轉(zhuǎn)矩，在電動機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩是拖動

3、轉(zhuǎn)矩。直流電機(jī)的電勢平衡方程反映了電機(jī)電路中各種量之間的關(guān)系。功率平衡方程表明了輸入功率、輸出功率和各種損耗之間的關(guān)系。電磁功率PM=TΩ=EaIa顯示了機(jī)械功率和電磁功率之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。1.41.4直流電機(jī)的磁場（返回返回頂部）直流電機(jī)中除主極磁場外，當(dāng)電樞繞組中有電流流過時(shí)，還將會產(chǎn)生電樞磁場。電樞磁場與主磁場的合成形成了電機(jī)中的氣隙磁場，它是直接影響電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩大小的。要了解氣隙磁場的情況，就要先分析清楚主磁場和電樞磁場的

4、特性。1.4.11.4.1直流電機(jī)的空載磁場直流電機(jī)的空載磁場（返回返回頂部）直流電機(jī)的空載是指電樞電流等于零或者很小，且可以不計(jì)其影響的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)無負(fù)載，即無功率輸出。所以直流電機(jī)空載時(shí)的氣隙磁場可以看作就是主磁場，即由勵磁磁通勢單獨(dú)建立的磁場。當(dāng)勵磁繞組通入勵磁電流，各主磁極極性依次呈現(xiàn)為極和極，由于電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)對稱，不論極數(shù)多少，每對極的磁路是相同的，因此只要分析一對極的磁路情況就可以了。圖1.16是一臺四極直流電機(jī)空

5、載時(shí)的磁場分布示意圖（一對極的情形）。從圖中看出，由極出來的磁通，大部分經(jīng)過氣隙進(jìn)入電樞齒部，再經(jīng)過電樞磁軛到另一部分的電樞齒，又通過氣隙進(jìn)入極，再經(jīng)過定子磁軛回到原來出發(fā)的極，成為閉合回路。這部分磁通同時(shí)匝鏈著勵磁繞組和電樞繞組，電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢，或者產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，把這部分磁通稱為主磁通，用φ0表示。此外還有一小部分磁通不進(jìn)入電樞而直接經(jīng)過相鄰的磁極或者定子磁軛形成閉合回路，這部分磁通僅與勵磁繞組相匝鏈，稱為漏磁通

6、，用φ表示。由于主磁通磁路的氣隙較小，在直流電機(jī)中，為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，氣隙里要有一定數(shù)量的主磁通φ0，也就是需要有一定的勵磁磁通勢，或者當(dāng)勵磁繞組匝數(shù)一定時(shí)，需要有一定的勵磁電流。把空載時(shí)主磁通φ0與空載勵磁磁通勢或空載勵磁電流的關(guān)系，即φ0=或φ0=，稱為直流電機(jī)的磁化曲線，它表明了電機(jī)磁路的特性。電機(jī)的磁化曲線可通過電機(jī)磁路計(jì)算來得到。直流電機(jī)磁路計(jì)算內(nèi)容是：已知?dú)庀睹繕O磁通為φ0，求出直流電機(jī)主磁路各段中的磁壓降，各段

7、磁壓降的總和便是勵磁磁通勢。對于給定的不同大小的φ0用同一方法計(jì)算，得到與φ0相應(yīng)的不同，經(jīng)多次計(jì)算，便得到了空載磁化曲線φ0。直流電機(jī)主磁通的磁回路從圖1.16中可看出主要包括這樣幾段：兩段主磁極、兩段氣隙、兩段電樞齒部、電樞磁軛、定子磁軛。對于每一段磁路，都是根據(jù)已知的φ0，算出磁密B，再找出相應(yīng)的磁場強(qiáng)度H，分別乘以各段磁路長度后便得到磁壓降。氣隙部分的磁導(dǎo)率是常數(shù)，不隨φ0而變，或者說氣隙磁壓降與φ0成正比。但其它各段磁路，都是

8、鐵磁材料構(gòu)成，它們的B與H之間是非線性關(guān)系，具有磁飽和的特點(diǎn)，也就是說它們的磁壓降與φ0不成正比，也具有飽和現(xiàn)象，當(dāng)φ0大到一定程度后，出現(xiàn)飽和，φ0再增大，H或磁壓降就急劇增大。因此，造成了直流電機(jī)φ0大到一定程度后，磁路總磁壓降即勵磁磁通勢急劇增大，電機(jī)的磁化曲線具有飽和現(xiàn)象，如圖2.18所示。圖1.18電機(jī)的磁化曲線考慮到電機(jī)的運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)性，直流電機(jī)額定運(yùn)行的磁通額定值的大小取在磁化曲線開始彎曲的地方（稱為膝部），如圖1.18

9、中的a點(diǎn)（稱為膝點(diǎn)），對應(yīng)的φN系指在空載額定電壓時(shí)的每極磁通，對應(yīng)的勵磁磁通勢為FfN。1.4.21.4.2直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場和電樞反應(yīng)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)的磁場和電樞反應(yīng)（返回返回頂部）當(dāng)電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞繞組中就有電流流過，在電機(jī)磁路中，又形成一個(gè)磁通勢，這個(gè)磁通勢稱為電樞磁通勢。因此，負(fù)載時(shí)的氣隙磁場將由勵磁磁通勢和電樞磁通勢共同作用所建立。電樞磁通勢的出現(xiàn)，必然會影響空載時(shí)只有勵磁磁通勢單獨(dú)建立的磁場，有可能改變氣隙磁密分布及每