電機(jī)拖動(dòng)第二章

第二章直流電機(jī)本章重難點(diǎn)重點(diǎn)直流電機(jī)的工作原理及額定數(shù)據(jù)；直流電機(jī)的勵(lì)磁方式及電樞反應(yīng)；直流電機(jī)的基本方程式，包括感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電壓平衡方程、轉(zhuǎn)矩平衡方程式及功率平衡方程式；直流電機(jī)的工作特性；直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性；難點(diǎn)：直流電機(jī)電樞繞組的設(shè)計(jì)；直流電機(jī)帶負(fù)載后的磁場(chǎng)；直流電機(jī)換向不良產(chǎn)生的原因。電機(jī)是利用電磁作用原理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)電裝置。直流電動(dòng)機(jī)的功能是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載，而直流發(fā)電機(jī)的功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成直流電能供給電負(fù)載。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)和寬廣平滑的調(diào)速性能，因而被廣泛應(yīng)用于對(duì)起動(dòng)和調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上，如電力機(jī)車(chē)、軋鋼機(jī)、船舶機(jī)械、造紙機(jī)和紡織機(jī)等。直流發(fā)電機(jī)主要用作直流電源，供給直流電動(dòng)機(jī)及電解、電鍍?cè)O(shè)備等所需要的直流電能。下面重點(diǎn)講直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的工作原理。一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理要解決的問(wèn)題是直流發(fā)電機(jī)是如何發(fā)起電來(lái)的？依據(jù)定理：方向由右手定則判定假設(shè)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞逆時(shí)針恒速旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)目前位置：ab線圈邊在N極下，cd線圈邊在S下ab邊：感應(yīng)電勢(shì)（電流）b→a

cd邊：感應(yīng)電勢(shì)（電流）d→c線圈電勢(shì)方向：

d→c→b→a電刷電勢(shì)方向：A+；B-所以，直流發(fā)電機(jī)原理（原理三部曲）（1）原動(dòng)機(jī)使轉(zhuǎn)子以每分鐘n轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)（2）發(fā)電機(jī)內(nèi)部有磁場(chǎng)存在（圖中給出的是永久磁鐵）（3）當(dāng)電樞被原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，線圈abcd按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)后，線圈的有效邊ab和cd切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，大小為Blv，用右手定則判斷出感應(yīng)電勢(shì)的方向。于是，對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，電刷A極性為“+”，電刷B極性為“-”。二、直流電動(dòng)機(jī)工作原理要解決的問(wèn)題是怎樣轉(zhuǎn)起來(lái)的？依據(jù)：電磁力定律

B—磁密，l—導(dǎo)體有效長(zhǎng)度，i—電流方向由左手定則判定磁極電樞換向器電刷(靜止）目前位置：ab線圈邊在N極下，cd線圈邊在S下線圈中電流方向A→a→b→c→d→B電樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)ab邊:電流a→b

,電磁力方向逆時(shí)針

cd邊:電流c→d

,電磁力方向逆時(shí)針目前位置：cd線圈邊在N極下，ab線圈邊在S下線圈中電流方向A→d→c→b→a→B電樞逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)ab邊:電流b→

a

,電磁力方向逆時(shí)針

cd邊:電流d

→c,電磁力方向逆時(shí)針直流電動(dòng)機(jī)工作原理（三步曲）：（1）將直流電源通過(guò)電刷和換向器接入電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流流過(guò)。（2）電機(jī)內(nèi)部有磁場(chǎng)存在。（3）載流的轉(zhuǎn)子（即電樞），將受到電磁力的作用(左手定則)，所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，以便拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)。（1）在直流電動(dòng)機(jī)中，雖然外加電壓和電流都為直流，但在電樞繞組內(nèi)部，電流是交變的，靠換向器和電刷的作用將外部直流轉(zhuǎn)變成內(nèi)部交流，從而得到方向固定的電磁轉(zhuǎn)矩，使得電樞朝一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這時(shí)，電刷和換向器起到了機(jī)械式逆變器的作用。結(jié)論：（2）在直流發(fā)電機(jī)中，電樞內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流都是交變的，靠換向器和電刷的作用將內(nèi)部交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)變成外部電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)，從而使外部電路得到直流電流。這時(shí)電刷和換向器起到了機(jī)械式整流器的作用。（3）雖然電樞線圈是旋轉(zhuǎn)且其中的電流是交變的，但它們?cè)贜極下和S極下的電樞電流方向是不變的，因此，電樞電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)從空間上看也是恒定不變的。三、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、額定值及主要系列靜止部分——定子旋轉(zhuǎn)部分——轉(zhuǎn)子（電樞）電機(jī)由兩大部分組成定子由主磁極、換向磁極、機(jī)座以及電刷裝置等組成，如圖所示。（1）主磁極主磁極用來(lái)產(chǎn)生主磁場(chǎng)，使電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它由鐵心和主磁極繞組（勵(lì)磁繞組）組成，鐵心用0.5~1.5mm的低碳鋼板疊壓而成的，主磁極N，S交替布置，均勻分布并用螺釘固定在機(jī)座上。為使主磁通在氣隙中分布更合理，鐵心的下部比套繞組的部分更寬些。（2）換向極用來(lái)改善直流電機(jī)的換向，它由鐵芯和套在鐵芯上的換向極繞組構(gòu)成。鐵芯常用整塊鋼或厚鋼板制成的，匝數(shù)不多的換向與電樞繞組串聯(lián)。換向極的極數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相同。（3）機(jī)座定子機(jī)座即是電機(jī)的外殼，又是電機(jī)磁路的一部分。一般用低碳鋼鑄成或用鋼板焊接而成。機(jī)座的兩端有端蓋。中小型電機(jī)前后端蓋都裝有軸承，用于制成轉(zhuǎn)軸。大型電機(jī)則采用座式滑動(dòng)軸承。（4）電刷裝置其作用是使轉(zhuǎn)動(dòng)部分的電樞繞組與外電路接通，將直流電壓、電流引出或引入電阻繞組。它與轉(zhuǎn)換器相配合，起整流或逆變器作用。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿座和匯流條等零件組成，如下圖所示：轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子由電樞鐵芯、電樞繞組和換向器等部件組成，如圖所示。（1）電樞鐵芯

電樞鐵芯是電機(jī)磁路的一部分，電樞繞組放置在鐵芯的槽內(nèi)，為減少磁滯損耗及渦流損耗，電樞鐵芯通常用0.35mm或0.5mm的硅鋼片疊裝而成。（2）電樞繞組電樞繞組是由許多按一定規(guī)律連接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分。它的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。電樞繞組是用絕緣銅線制成的元件，然后嵌放在電樞鐵芯槽內(nèi)，每個(gè)線圈有兩個(gè)出線端，分別接到換向器的兩個(gè)換向片上。所有線圈按一定規(guī)律連接成一個(gè)閉合回路。（3）換向器換向器是直流電機(jī)的重要部件。在直流發(fā)電機(jī)中，它將電樞繞組內(nèi)部的交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)；在直流電動(dòng)機(jī)中，它將電刷上的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交流電流。如下圖，換向器由許多梯形銅排制成的彼此絕緣的換向片組成。換向片數(shù)與線圈元件數(shù)相同。四、直流電機(jī)的額定值（1）額定功率：電機(jī)按規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)所能提供的輸出功率。

●對(duì)于電動(dòng)機(jī)，額定功率是指轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率；●對(duì)于發(fā)電機(jī)，額定功率則是指電刷輸出端輸出的電功率。

（2）額定電壓：電樞繞組能夠安全工作的最大電壓。●對(duì)于電動(dòng)機(jī)是電刷輸出端的輸入電壓；●對(duì)于發(fā)電機(jī)是電刷輸出端的輸出電壓。（3）額定電流：

電機(jī)按規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)，電樞繞組允許通過(guò)的最大電流。（并勵(lì)機(jī)和復(fù)勵(lì)機(jī)指得是總電流）（4）額定轉(zhuǎn)速：

在額定電壓、額定電流、和輸出額定功率運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（5）額定效率：

在額定條件下電機(jī)的輸出功率與輸入功率之比。直流電動(dòng)機(jī)：

直流發(fā)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：

（上式中的單位為kw）五、直流電機(jī)的電樞繞組從直流電機(jī)的工作原理可知，直流電機(jī)必須有能在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的繞組才能正常工作。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，處在磁場(chǎng)中的載流電樞繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載；對(duì)于發(fā)電機(jī)，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割磁場(chǎng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，作為直流電源帶動(dòng)電負(fù)載，電樞繞組是直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要部分。電樞繞組的一般知識(shí)對(duì)電樞繞組的主要要求：正、負(fù)電刷間所感應(yīng)的電勢(shì)應(yīng)盡量大；繞組所用的導(dǎo)線和絕緣材料盡可能節(jié)??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠。

1．電樞繞組的元件電樞繞組是由若干個(gè)線圈按照一定的規(guī)律組成。由絕緣導(dǎo)線繞制而成的線圈稱(chēng)為元件，一個(gè)元件有兩個(gè)有效邊，其匝數(shù)為NY，見(jiàn)下圖，其中一個(gè)有效邊嵌放在電樞槽的上層，稱(chēng)為上層邊；另一個(gè)有效邊放在相距約一個(gè)極距的電樞槽的下層，稱(chēng)為下層邊。電樞槽外的部分稱(chēng)為元件的端部，如下圖所示。

■一個(gè)元件有兩根引出線，稱(chēng)為首端和尾端，它們分別接到兩個(gè)換向片上，而每個(gè)換向片又與不同元件的兩根引出線相連接，所以整個(gè)電樞繞組的元件數(shù)S應(yīng)等于換向片數(shù)K，即：S=K●每個(gè)元件有兩個(gè)有效邊，而每電樞槽分上下兩層嵌放兩個(gè)有效邊，所以元件數(shù)S應(yīng)等于電樞的槽數(shù)Z，即

S=Z對(duì)于小容量的電機(jī)，電樞直徑較小，其外圓不可能沖有很多槽，往往在一個(gè)槽的上層和下層各放u個(gè)元件邊，把一個(gè)上層邊和一個(gè)下層邊看成一個(gè)虛槽，虛槽數(shù)Zu與實(shí)槽數(shù)Z的關(guān)系。Zu=uZ=S=K當(dāng)一個(gè)槽的上層和下層各放1個(gè)元件邊時(shí)，u=1●相鄰兩個(gè)異性極中心線之間用電樞鐵心外圓的對(duì)應(yīng)弧長(zhǎng)表示的距離，稱(chēng)為極距，當(dāng)用槽數(shù)表示時(shí)，有；2節(jié)距表征電樞繞組元件本身和元件連接規(guī)律的數(shù)據(jù)稱(chēng)為節(jié)據(jù)。（1）第一節(jié)距Y1Y1是同一個(gè)元件的兩個(gè)元件邊的距離，一般用槽數(shù)表示，為了使每個(gè)元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，應(yīng)接近或等于極距，有

稱(chēng)為整距線圈稱(chēng)為短距線圈稱(chēng)為長(zhǎng)距線圈短距線圈和整距線圈多被采用，長(zhǎng)距線圈因?yàn)槎瞬块L(zhǎng)，用銅多而造成浪費(fèi)，很少被采用。（2）第二節(jié)距：連接同一個(gè)換向片的兩個(gè)元件邊之間的距離。

（3）合成節(jié)距：直接相連的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊的距離。（4）換向器的節(jié)距

：同一線圈的兩個(gè)首尾線端所接兩個(gè)換向片之間的距離。單疊繞組單疊繞組的連接特點(diǎn)是：同一元件的兩個(gè)出線端分別連接到相鄰的兩個(gè)換向片上，即換向片節(jié)距Yk=1，相鄰元件通過(guò)換向片依次相連，從而組成整個(gè)閉合繞組，后一元件的端部緊緊疊在前一個(gè)元件的端部上，故而稱(chēng)為單疊繞組，單疊繞組繞制時(shí)，每繞過(guò)一個(gè)元件便在電樞表面移過(guò)一個(gè)虛槽。例題：例2-1一臺(tái)直流電機(jī)的繞組數(shù)據(jù)為：極對(duì)P=2，槽數(shù)Z=16，，換向片數(shù)K=16，試設(shè)計(jì)單疊繞組連接圖。1．單疊繞組的展開(kāi)圖（1）計(jì)算節(jié)距解：

為了得到最大感應(yīng)電勢(shì)，取整距繞組。（2）連接元件先畫(huà)出16根等長(zhǎng)、等距的實(shí)線，代表各槽元件的上層邊，再畫(huà)出16根等長(zhǎng)、等距的虛線，代表各槽元件的下層邊，并編上槽號(hào)，如下圖，畫(huà)16各小方塊代表?yè)Q向片，1號(hào)元件由1號(hào)換向片經(jīng)第1槽上層（實(shí)線），根據(jù)Y1=4連到第5槽的下層（虛線），然后回到2號(hào)換向片；2號(hào)元件由2號(hào)換向片經(jīng)第2槽上層（實(shí)線），根據(jù)Y1=4連到第6槽的下層（虛線），然后回到3號(hào)換向片；照此方法依次連接完16個(gè)元件，組成一個(gè)閉合回路，（3）畫(huà)磁極和電刷首先根據(jù)均勻劃分4個(gè)極區(qū)，再畫(huà)出4個(gè)主磁極，主磁極的中心線與極區(qū)的中心重合，其厚度應(yīng)小于元件有效邊的長(zhǎng)度，習(xí)慣上規(guī)定主磁極位于電樞繞組的上方，對(duì)于N極，磁力線的方向是進(jìn)入紙面的；對(duì)于S極，磁力線的方向是由紙面穿出的。電刷的桿數(shù)與主磁極的個(gè)數(shù)相同，即為4個(gè)。電刷安放原則是：空載時(shí)，正、負(fù)電刷間獲得最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或者說(shuō)被電刷短接的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為最小，即被電刷短接的元件的兩個(gè)有效邊應(yīng)處于磁密為零的物理中性線上?？蛰d時(shí)，物理中性線與幾何中性線重合，幾何中性線為兩個(gè)異性磁極的分界線。如果把電刷中心線對(duì)準(zhǔn)主磁極的中心線，則被電刷短接的元件的元件邊正好位于幾何中心線處，其中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。如上圖1、5、9、13的元件邊正好處于幾何中心線上，這幾個(gè)元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。單疊繞組的并聯(lián)支路圖在繞組展開(kāi)圖所示的瞬間，根據(jù)電刷之間元件連接順序，可畫(huà)出相應(yīng)的電樞繞組并聯(lián)電路圖，（1）對(duì)于單疊繞組，電刷總是把上層邊處于同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，所以有幾個(gè)極就有幾條支路，即2a=2p。即

式中，a為支路對(duì)數(shù)，p為極對(duì)數(shù)。（2）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。（3）電樞總電流Ia為支路電流ia的2a倍，即

結(jié)論：六、直流電機(jī)的磁場(chǎng)由直流電機(jī)的基本工作原理可知，氣隙磁場(chǎng)是直流電機(jī)進(jìn)行電能量轉(zhuǎn)換的重要介質(zhì)。無(wú)論是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)，具有一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)是產(chǎn)生足夠大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電磁轉(zhuǎn)矩不可缺少的必要條件，而且電機(jī)氣隙內(nèi)磁場(chǎng)的大小、分布及產(chǎn)生該磁場(chǎng)的勵(lì)磁方式，將直接影響與決定電機(jī)的運(yùn)行性能，因此，對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)的分析、了解是學(xué)習(xí)直流電機(jī)運(yùn)行原理及工作特性的重要基礎(chǔ)知識(shí)。直流電機(jī)的勵(lì)磁方式主磁極上勵(lì)磁繞組通以直流而產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁繞組的供電方式與電樞繞組的關(guān)系。按勵(lì)磁方式不同，勵(lì)磁方式可以分為以下4種類(lèi)型。1、他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組用其他的直流電源供電，與電樞繞組之間無(wú)電的聯(lián)系，見(jiàn)下圖。對(duì)于小容量電機(jī)，常采用永磁鐵提供主磁場(chǎng)。永磁式直流電機(jī)也屬于他勵(lì)直流電機(jī)。2、并勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。見(jiàn)下圖，勵(lì)磁繞組電壓與電樞繞組電壓相等，兩者的電流之和等于總電流，即。3、串勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。見(jiàn)下圖，勵(lì)磁繞組電流與電樞繞組電流相等。4、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)主磁極上裝有兩套繞組，一組與電樞繞組并聯(lián)，稱(chēng)為并勵(lì)繞組；一組與電樞繞組串聯(lián)，稱(chēng)為串勵(lì)繞組，見(jiàn)下圖。若兩組繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相同，稱(chēng)為積復(fù)勵(lì)；若兩組磁動(dòng)勢(shì)相反，稱(chēng)為差復(fù)勵(lì)。

七、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)二、直流電機(jī)的空載磁化曲線直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，要求每極下有一定數(shù)量的主磁通，稱(chēng)為每極磁通。當(dāng)勵(lì)磁繞組Nf一定時(shí)，主磁通的大小由勵(lì)磁電流決定。三、空載磁場(chǎng)氣隙磁通密度分布曲線直流電機(jī)的主磁路由5部分組成：主磁極、定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙，電樞鐵心，定子磁軛。包圍主磁路的總磁動(dòng)勢(shì)為：

2Ff=2Hδδ+2Hll1+H2l2+2H3l3+H4l4式中，Hδ、H1、H2、H3、H4——?dú)庀?、電樞齒、電樞鐵心、主磁極和定子磁軛的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度。忽略鐵心飽和影響，一般鐵心中的磁阻大大小于氣隙磁阻，主磁路中的磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在兩個(gè)氣隙上。所以：2Ff=2Hδδ而上式中的Hδ=Bδ/u0那么有：在極靴內(nèi)，氣隙長(zhǎng)度較小且均勻不變，則氣隙磁密度較大且基本為常數(shù)。極靴兩側(cè)，氣隙長(zhǎng)度逐漸增大，氣隙磁密度明顯減小，在兩主磁極之間的幾何中心線處，磁密度為零，這時(shí)物理中性線與幾何中性線重合?？蛰d時(shí)氣隙磁密度分布為一禮帽形的平頂波。八、直流電機(jī)的電樞反應(yīng)和負(fù)載磁場(chǎng)空載時(shí)，由主磁極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)產(chǎn)生的氣隙磁密度分布為一平頂波；負(fù)載時(shí)，電樞繞組中流過(guò)電樞電流，產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Fa,與勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)Ff共同建立負(fù)載時(shí)的氣隙合成磁動(dòng)勢(shì)，F(xiàn)a的出現(xiàn)必然會(huì)引起原來(lái)空載時(shí)氣隙磁密度的大小和分布發(fā)生變化，把電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)Fa對(duì)主磁極氣隙磁場(chǎng)的影響，稱(chēng)為電樞反應(yīng)。1、電樞磁勢(shì)電樞磁勢(shì)分布與電樞電流有關(guān)(電流產(chǎn)生磁勢(shì)，磁勢(shì)建立磁場(chǎng))。電樞電流的方向由電刷來(lái)決定。電樞磁勢(shì)的軸線總是與電刷接觸的導(dǎo)體的連線重合?；蛘哒f(shuō)電刷位置決定了電樞磁勢(shì)的軸線。當(dāng)電刷與處于幾何中性線上的導(dǎo)體相接處時(shí)，電樞磁勢(shì)的軸線在交軸方向，并把這一磁勢(shì)稱(chēng)為交軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)。1、單個(gè)元件所產(chǎn)生的電樞磁勢(shì)一個(gè)整距元件所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)Fa為以兩個(gè)極距為周期，幅值為的矩形波。如圖2-21b所示。

若每對(duì)極下有若干個(gè)元件均勻分布，每個(gè)元件產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)仍為矩形波，若干個(gè)元件產(chǎn)生的磁勢(shì)為這些矩形波疊加而成的階梯波，為了分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，可近似認(rèn)為這一階梯波為一三角波Fax。三角波磁動(dòng)勢(shì)的最大值在幾何中性線處，主磁極中線處磁勢(shì)為零。見(jiàn)下圖中特性Fax。電樞氣隙磁密Bax的分布波形呈馬鞍形，見(jiàn)下圖特性Bax。2、電磁磁勢(shì)單獨(dú)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布：磁密度由磁勢(shì)和氣隙磁阻共同決定。極面下氣隙基本不變，磁密度正比喻磁勢(shì)。兩極之間的區(qū)域內(nèi)，氣隙變大，磁密迅速減小，一個(gè)周期的磁密波形是馬鞍形。波形如下所示：3、電樞磁場(chǎng)和勵(lì)磁磁場(chǎng)在一個(gè)極距內(nèi)相加時(shí)，一半極距內(nèi)磁密度加強(qiáng)，另一半極距內(nèi)磁密度減弱。若果電機(jī)的磁場(chǎng)不飽和，則半個(gè)極距內(nèi)增加的磁通兩與另半個(gè)極距減少的磁通量相等。即每極總磁通與空載時(shí)一樣。實(shí)際上由于飽和，使得每極磁通總體上有所減少。磁場(chǎng)發(fā)生畸變，0點(diǎn)發(fā)生了位移。電樞反應(yīng)有一定的飽和去磁作用。綜上所述：1）氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，半個(gè)磁極下的磁場(chǎng)增加，半個(gè)磁極下的磁場(chǎng)消弱。物理中性線偏移幾何中性線，對(duì)于直流發(fā)電機(jī)是順轉(zhuǎn)向偏移；對(duì)于電動(dòng)機(jī)是逆轉(zhuǎn)向偏移。2）當(dāng)磁路飽和時(shí)，每極總磁通量減少，具有去磁作用。九、直流電機(jī)的電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o論是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電樞在氣隙中旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組的元件邊切割氣隙磁力線，就會(huì)在其中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)，當(dāng)電樞繞組中電流流過(guò)時(shí)，載流導(dǎo)體處在磁場(chǎng)中就要受到電磁力的作用，其方向由左手定則判定。結(jié)論：對(duì)于已經(jīng)制造好的電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與每極磁通Φ及電樞電流Ia成正比。當(dāng)Φ及Ia中任一個(gè)參量的方向改變時(shí)，Tem的方向跟著改變。電樞感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩兩個(gè)公式對(duì)于直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)都適用。對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，與同方向，與反方向，為阻轉(zhuǎn)矩；

對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，與反方向，為反電動(dòng)勢(shì)，與同方向，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。對(duì)于同一臺(tái)電機(jī)，電勢(shì)常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間具有確定的關(guān)系：從而得十、直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理根據(jù)直流電機(jī)可逆原理，一臺(tái)直流電機(jī)即可作為電動(dòng)機(jī)使用，由使用時(shí)的外部條件所決定。當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，其電氣連接和機(jī)械連接如下圖：1、電壓平衡方程根據(jù)基爾霍夫第二定律，由上圖可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，各物理量都為常數(shù)，穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓平衡方程式為：結(jié)論：直流電機(jī)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的電樞電動(dòng)勢(shì)總小于電樞端電壓。

2轉(zhuǎn)矩平衡方程式根據(jù)牛頓第二定律可知，對(duì)于任意瞬間，直流電動(dòng)機(jī)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩（驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩），應(yīng)與電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩及慣性轉(zhuǎn)矩之和相平衡。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，結(jié)論：電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與

空載轉(zhuǎn)矩之和。3、功率平衡方程式直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部存在著各種損耗，如電路中存在著銅損耗，磁路中存在著鐵損耗，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)還存在著機(jī)械損耗等。輸入的電功率除去各種損耗后轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率輸出?，F(xiàn)以并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例，分析其功率平衡關(guān)系。電樞繞組的銅損耗為：電磁功率為:將兩邊同乘以機(jī)械角速度，可得：其對(duì)應(yīng)的功率為：式中：機(jī)械軸上的輸出功率；空載損耗；直流電機(jī)的鐵耗，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞鐵心在直流磁場(chǎng)中受到反復(fù)磁化，產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，兩者之和為鐵耗；機(jī)械損耗，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的摩擦損耗和自扇冷式的電機(jī)的風(fēng)阻損耗等；實(shí)際中還存在著雜散損耗（附加損耗）。由磁場(chǎng)畸變和齒槽效應(yīng)等引起的。綜合上述關(guān)系可得：功率流程圖如圖。其效率為：4、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性定義：直流電動(dòng)機(jī)的工作特性定義為：端電壓，勵(lì)磁電流，且電樞回路無(wú)外接電阻條件下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，電磁轉(zhuǎn)矩Tem，運(yùn)行效率η分別與電樞電流Ia的關(guān)系。因?yàn)樗从沉穗妱?dòng)機(jī)工作時(shí)所具有的電氣、機(jī)械性能，所以統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)械特性。

轉(zhuǎn)速特性定義：當(dāng)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的、、時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電樞電流Ia的關(guān)系被稱(chēng)為轉(zhuǎn)速特性，即將電動(dòng)勢(shì)公式代入電壓平衡方程式中，整理得