直流電機(jī)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)

——直流電機(jī)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)電機(jī)控制技術(shù)目錄直流電機(jī)的勵(lì)磁方式1直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)2直流電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)3直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)4直流電機(jī)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)

直流電機(jī)的磁場(chǎng)是電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的“媒介”，電機(jī)的運(yùn)行性能也與電機(jī)磁場(chǎng)的特性密切相關(guān)。

在直流電機(jī)中，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)主要有兩部分：一是由主磁極勵(lì)磁繞組中通入的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的主磁場(chǎng)，二是由電樞繞組中電流產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)。一、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式

根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞繞組與電源連接關(guān)系的不同，直流電動(dòng)機(jī)可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)等類(lèi)型。他勵(lì)直流電機(jī)

勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)獨(dú)立的直流電源供電，勵(lì)磁電壓Uf與電樞電壓U彼此無(wú)關(guān)。

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

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

下圖為一臺(tái)四極直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)示意圖。當(dāng)勵(lì)磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為，流過(guò)電流，每極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)為：二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)

直流電機(jī)中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒(méi)有這個(gè)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(xiàn)由N極出來(lái)，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進(jìn)入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁路磁力線(xiàn)不進(jìn)入電樞鐵心，直接經(jīng)過(guò)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(jī)的空載磁場(chǎng)

空載時(shí)，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)主要消耗在氣隙上。當(dāng)忽略鐵磁材料的磁阻時(shí)，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(xiàn)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?。粯O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(xiàn)處，氣隙磁通密度為零。二、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)

空載時(shí)的氣隙磁通密度為一平頂波，如下圖(b)所示。

空載時(shí)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(jī)的空載磁場(chǎng)

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

為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通設(shè)定在圖中A點(diǎn)，即在磁化特性曲線(xiàn)開(kāi)始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。三、直流電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)

直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組將流過(guò)電流并建立電樞磁動(dòng)勢(shì)，由電樞磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)產(chǎn)生的磁場(chǎng)即為電樞磁場(chǎng)，其分布情況如圖所示。

電刷位于幾何中性線(xiàn)的電樞磁場(chǎng)三、直流電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)電刷放在幾何中性線(xiàn)上時(shí)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)的分布三、直流電機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)電刷不在幾何中線(xiàn)上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)的交軸分量和直軸分量（a）電樞磁動(dòng)勢(shì)

（b）交軸分量

（c）直軸分量四、直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)

直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，氣隙中除了有主磁極勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的主極磁場(chǎng)外，還有電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響稱(chēng)為電樞反應(yīng)，考慮到電樞反應(yīng)的氣隙磁場(chǎng)即為負(fù)載磁場(chǎng)（也稱(chēng)合成磁場(chǎng)），其分布情況2所示。與圖1所示的空載主磁場(chǎng)相比較可以看出，負(fù)載時(shí)由于存在電樞反應(yīng)，使主極磁場(chǎng)發(fā)生了明顯的變化。四、直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)四、直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)NS發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)0dBaBdBdB￠a物理中線(xiàn)幾何中線(xiàn)aF四、直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)增磁增磁去磁去磁磁場(chǎng)發(fā)生畸變物理中心線(xiàn)偏離幾何中心線(xiàn)磁路飽和時(shí)有去磁作用四、直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)效果四、直流電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)及電樞反應(yīng)電刷偏離幾何中線(xiàn)交軸電樞磁勢(shì)直軸電樞磁勢(shì)