直流电动机原理3

1、第第1章章 预备知识预备知识1第第1 1章直流电动机原章直流电动机原 理理 主讲主讲 张华曹张华曹 西安理工大学电子工程系西安理工大学电子工程系 第第1章章 预备知识预备知识21.1.1直流发电机的工作原理1、直流电机的种类：直流发电机和直流电动机。2、什么样发电机是直流发电机？能将机械能变为直流电压电流的发电机，也就是输出电压为直流的发电机就叫做直流发电机。3、直流发电机的结构 如图1-1，1-2所示：它是由磁极；电枢；滑环；1.1直流电机的基本工作原理第第1章章 预备知识预备知识3电刷等组成。 第第1章章 预备知识预备知识44、直流发电机工作原理 当蒸汽机带动直流发电机电枢逆时针旋转时,线

2、圈ab,Cd边切割磁力线,在线圈中产生感应电动势e=BLv.感应电动势通 第第1章章 预备知识预备知识5 通过半圆滑环（换向器）和电刷整流通过半圆滑环（换向器）和电刷整流,将将ab,cd线圈中线圈中 的交流电动势变为的交流电动势变为直流电压输出直流电压输出.(若象图若象图1-1那样用两个圆形环输出那样用两个圆形环输出,将获得交流电压将获得交流电压,就称为交流发电机就称为交流发电机)直流发电机发出电压的高低和蒸汽机的转速直流发电机发出电压的高低和蒸汽机的转速n有关，转速有关，转速n越高电压越高。越高电压越高。当转速一定时，电枢线圈的长度当转速一定时，电枢线圈的长度L越长发出的电压越高。越长发出的

3、电压越高。1。1。2直流电动机工作原理直流电动机工作原理 直流电动机的结构如图直流电动机的结构如图1-3所示。它也是由磁极、电枢、换向器和电刷所示。它也是由磁极、电枢、换向器和电刷组成，组成，当电刷上加上直流电压时，通过换向器将直流电流送电枢线圈，带电流当电刷上加上直流电压时，通过换向器将直流电流送电枢线圈，带电流线圈在磁场的作用下，产生电磁力线圈在磁场的作用下，产生电磁力f，电磁力的方向由左手定则决定，电磁力的方向由左手定则决定，电动机的旋转方向和力的方向是一一致的。电动机的旋转方向和力的方向是一一致的。第第1章章 预备知识预备知识6 电磁力的大小与磁感应强度电磁力的大小与磁感应强度B 的高

4、低，电枢线圈的长短的高低，电枢线圈的长短L和线圈中的电流和线圈中的电流i大小成正比。大小成正比。 f=BLi ( (Wb/m2).m.A)直流电动机的旋转方向与线圈中的电流方向，以及磁极的直流电动机的旋转方向与线圈中的电流方向，以及磁极的磁场方向（磁场方向（N-S）有关。所以改变电动机的工作电压的）有关。所以改变电动机的工作电压的极性和磁场的方向（或励磁电流的极性），即可改变电极性和磁场的方向（或励磁电流的极性），即可改变电动机旋转方向。动机旋转方向。由图由图1-2和和1-3可见直流发电机和直流电动机的结构是相同可见直流发电机和直流电动机的结构是相同的，所以直流发电机可以做电动机用，直流电动机

5、可以的，所以直流发电机可以做电动机用，直流电动机可以做直流发电机用，两者是可逆的。做直流发电机用，两者是可逆的。第第1章章 预备知识预备知识7 1. 2 直流电机的主要结构及用途直流电机的主要结构及用途前面讲的是电机的简化的原理性结构；而实际的结构如前面讲的是电机的简化的原理性结构；而实际的结构如图图1-4；图；图1-5和图和图1-6所示：实际结构由锭子部分，转所示：实际结构由锭子部分，转子部分等组成。子部分等组成。1、定子部分、定子部分 它是由主磁极，换向磁极，机座，电刷装置它是由主磁极，换向磁极，机座，电刷装置-等组成。等组成。（1）主磁极）主磁极 如图如图1-5所示：它由主磁极铁心，励磁

6、绕组等组成。磁所示：它由主磁极铁心，励磁绕组等组成。磁极铁心是由极铁心是由1-1。5mm的低炭钢板冲片层叠压紧而成。的低炭钢板冲片层叠压紧而成。最后做成靴子状最后做成靴子状-称为极靴。靴子桶状头与定子固定，称为极靴。靴子桶状头与定子固定，靴子大头靴子大头-极靴将与电枢处于相对位置。极靴将与电枢处于相对位置。第第1章章 预备知识预备知识8 主磁极铁心上绕有励磁线圈。主磁极对（主磁极铁心上绕有励磁线圈。主磁极对（N-S）的个数）的个数P与电动机的转速与电动机的转速n高低有关。主磁极对数高低有关。主磁极对数P越多，转速越多，转速越低。越低。 第第1章章 预备知识预备知识9 2）. 换向磁极换向磁极在

7、两个主磁极中间所增加的辅助磁极，以便迅速改在两个主磁极中间所增加的辅助磁极，以便迅速改变电动机的旋转方向。变电动机的旋转方向。3）机底座）机底座（定子磁轭）（定子磁轭） 作为定子和转子的支持。使主磁极和转子作为定子和转子的支持。使主磁极和转子 轴承具轴承具有固定的位置。它一般用铸钢做成，有良好的导有固定的位置。它一般用铸钢做成，有良好的导磁性。磁性。4）电刷装置：）电刷装置： 一般采用导电良好、而且耐磨的材料做成。它由一般采用导电良好、而且耐磨的材料做成。它由铜丝软线铜丝软线+铜夹头铜夹头+弹簧弹簧+碳刷头组成。碳刷头组成。第第1章章 预备知识预备知识10 电刷装置的作用是直流电压电流导入导出

8、电机的装置。电刷装置的作用是直流电压电流导入导出电机的装置。电刷头（电刷杆）的数目电刷头（电刷杆）的数目=电机主磁极的数目。电机主磁极的数目。2、转子部分、转子部分 转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。如图转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。如图1-6 所示。所示。（1）电枢铁心）电枢铁心: 电枢铁心通常也是采用电枢铁心通常也是采用0.5mm 厚度的涂有绝缘漆的硅钢片的冲片叠压而厚度的涂有绝缘漆的硅钢片的冲片叠压而成成,固定在转轴上固定在转轴上.电枢铁心沿圆周上刻有均匀分布的槽电枢铁心沿圆周上刻有均匀分布的槽,里面可以嵌入电枢里面可以嵌入电枢绕组绕组.(2)电枢

9、绕组电枢绕组:绕组是用圆形和矩形截面导线绕制而成绕组是用圆形和矩形截面导线绕制而成.将线圈将线圈(称为元件称为元件.每个元件有两个出每个元件有两个出线端线端 )进行串联并联而构成进行串联并联而构成.其功能是通过电流并在磁场的作用下产生感其功能是通过电流并在磁场的作用下产生感应电动势应电动势.以现实电能到机械能的转换以现实电能到机械能的转换,或者反之或者反之.第第1章章 预备知识预备知识11 3、换向器：、换向器：换向器是由金属块（换向片）和绝缘块（云母）相间组换向器是由金属块（换向片）和绝缘块（云母）相间组装成的一个圆形环状体，如图装成的一个圆形环状体，如图1-6所示。它安装在转轴所示。它安装

10、在转轴上和电刷配合工作。上和电刷配合工作。在发电机中：其功能是将绕组内的交流电动势转换为电在发电机中：其功能是将绕组内的交流电动势转换为电刷上的直流电动势。刷上的直流电动势。在直流电动机中：其作用是将电刷上的直流电压转换成在直流电动机中：其作用是将电刷上的直流电压转换成绕组内的交流电压电流。绕组内的交流电压电流。换向片的数目与元件的数目相等。换向片的数目与元件的数目相等。第第1章章 预备知识预备知识12 1.2.2 直流电机的铭牌参数直流电机的铭牌参数铭牌一般固定在机座表面。上面标注着电机的额定参数：铭牌一般固定在机座表面。上面标注着电机的额定参数：；作为正确使用电机的依据。其标准额定参数有：

11、；作为正确使用电机的依据。其标准额定参数有：1）额定功率）额定功率 PN（KM） =（UN。IN）2）额定电压）额定电压 UN （V）3）额定电流）额定电流 IN （A）4）额定转速）额定转速 Nn （r/mim）5) 励磁方式和额定励磁电流励磁方式和额定励磁电流 IfN(A). 其他不在铭牌上的参数：其他不在铭牌上的参数：直流电动机的额定效率直流电动机的额定效率N=N=输入功率输入功率/ /输出功率。输出功率。第第1章章 预备知识预备知识13电机轴上输出的额定转矩：电机轴上输出的额定转矩： T2N=PN/N=9.55 PN/nN (Nm)1.2.3 直流电机的用途和分类直流电机的用途和分类

12、Z2-一般用途一般用途 Z ZF-大、中直流电动机和发电机。大、中直流电动机和发电机。 ZZJ-冶金工业用冶金工业用- ZT-恒功率调速恒功率调速 ZQ-电力机车电力机车 ZH-船用船用第第1章章 预备知识预备知识14 ZU-龙门刨直流电动机龙门刨直流电动机 ZA-防爆电动机防爆电动机 ZKJ-矿山用电动机矿山用电动机第第1章章 预备知识预备知识15 1.3直流电直流电(动动)机的电枢绕组机的电枢绕组电机的转子绕组称为电枢绕组电机的转子绕组称为电枢绕组.绕组是由绕组元件串联、绕组是由绕组元件串联、并联连接而成。并联连接而成。1、元件、元件 第第1章章 预备知识预备知识16由图可见：一个元件可以

13、是单匝的也可以是多匝的。一个单匝元件由图可见：一个元件可以是单匝的也可以是多匝的。一个单匝元件的元件边（一个元件有两个元件边）里仅有一根导线。多匝元的元件边（一个元件有两个元件边）里仅有一根导线。多匝元件的元件边里有件的元件边里有NY根导体。如图根导体。如图1-7中（中（a）为多匝元件，其边）为多匝元件，其边数数NY=3。2、一般整个电枢绕组的元件个数应、一般整个电枢绕组的元件个数应=电枢上的换向片数：电枢上的换向片数： S=K3、元件在电枢槽内的放置方法如图、元件在电枢槽内的放置方法如图1-7（b）所示，元件中间隔一定）所示，元件中间隔一定的槽数。一个槽内放的槽数。一个槽内放1号元件的一条边

14、和号元件的一条边和2号元件的另一条边。号元件的另一条边。2号和号和3号依次类推。最后一个元件的一条边再和号依次类推。最后一个元件的一条边再和1号元件另一条号元件另一条边放在一个槽内。边放在一个槽内。在同一个槽内的两个元件边一个在下另一个在上，但必须按同一顺在同一个槽内的两个元件边一个在下另一个在上，但必须按同一顺序。序。第第1章章 预备知识预备知识174）电枢绕组上的线槽，若用Q表示总的槽数。每个槽的上下各放置u个元件边，（例如u=3）, 则声明每个实槽内含有3个虚槽。用Qu代表总虚槽数，有： Qu=Uq=S=K5)电枢 绕组最基本的形式有两种：一种叫单叠绕组。另一种叫单波绕组。单叠绕组是前一

15、个元件的一个边被后一个元件的一个边压着，依次类推。单波绕组其布线是波浪式的。第第1章章 预备知识预备知识18 1.3.1单叠绕组单叠绕组 单叠绕组元件参数、元件数单叠绕组元件参数、元件数S 与电枢槽数与电枢槽数Q、虚槽数、虚槽数Qu、换向片数、换向片数K、电枢外径、电枢外径Da、主磁极对数、主磁极对数P等之间等之间的关系：的关系：1、绕组节距、绕组节距 绕组节距：是指绕组节距：是指被连接起来的两个元件被连接起来的两个元件边或换向片之间的边或换向片之间的距离距离.第第1章章 预备知识预备知识19 1)第一节距第一节距y1 它是一个元件的两元件边在电枢表面所跨的距离它是一个元件的两元件边在电枢表面

16、所跨的距离.如图如图1-8 所示所示. y1可以用虚槽数表示可以用虚槽数表示.y1的大小应该以获得感应电动势的大小应该以获得感应电动势最大为原则最大为原则.y1应等于或接近于一个极距应等于或接近于一个极距; y1= y1=Da/2PDa/2P式中式中DaDa为电枢外径为电枢外径,P,P为磁极对数为磁极对数. . 若极距用虚槽数表示若极距用虚槽数表示: : =Qu/2P=Qu/2P y1=Qu/2P y1=Qu/2P=整数整数第第1章章 预备知识预备知识20若若=0.y1=,称为整距绕组称为整距绕组. .若若0,y1称为长距绕组称为长距绕组,y1,y1,称谓短距绕组称谓短距绕组. .2)2)合成

17、节距合成节距y y和换向器节距和换向器节距ykyk 元件元件1 1和它相连的元件和它相连的元件2 2对应边之间的跨距是对应边之间的跨距是y y 用虚槽数表示用虚槽数表示. .每个每个元件首末端所连接两个换向片之间的跨距称为元件首末端所连接两个换向片之间的跨距称为yk . yk . 用换向片数表示用换向片数表示. .对对于单叠绕组于单叠绕组 有有y=yk=1,y=yk=1,如图如图1-81-8中所示中所示. .3)3)第二节距第二节距y2y2 它是连之同一换向片的两个元件边之间的距离它是连之同一换向片的两个元件边之间的距离y2. y2. 或是元件或是元件一的下层元件比在换向器端经过换向片连接到元

18、件一的下层元件比在换向器端经过换向片连接到元件2 2的上层元件之间的的上层元件之间的跨距跨距. .对于单叠绕组有对于单叠绕组有: : y2=y1-y y2=y1-y2 2、单叠绕组的特点和元件的连接方法、单叠绕组的特点和元件的连接方法 如：直流发电机如：直流发电机 ，2P=42P=4，S=K=Qu=16,S=K=Qu=16,连接成单叠右行绕组。连接成单叠右行绕组。 第第1章章 预备知识预备知识211）计算各节距）计算各节距 第一节距第一节距y1： y1=Qu/2p=16/40=4 合成节距：合成节距：y和换向器近距和换向器近距yk y=yk=1 第二节距：第二节距：y2: y2=y1-y=4-

19、1=32)绘制绕组展开图（如图绘制绕组展开图（如图1-9） 做图步骤如下：做图步骤如下：先画先画16根等长等距离实线，代表各槽上层元件边。再根等长等距离实线，代表各槽上层元件边。再第第1章章 预备知识预备知识22第第1章章 预备知识预备知识23画画16根等长等距虚线代表各槽下层元件边。一根实线和一根虚线代根等长等距虚线代表各槽下层元件边。一根实线和一根虚线代表一个槽。并依次将槽编辑好号码。表一个槽。并依次将槽编辑好号码。放置主磁极，并标上放置主磁极，并标上N、S极性。极性。画画18个小方框代表换向片。并标上号码。为了做图方便，使换向个小方框代表换向片。并标上号码。为了做图方便，使换向片的宽度等

20、于槽与槽之间的宽度。片的宽度等于槽与槽之间的宽度。连接绕组：将元件、槽、和换向片按顺序编号。元件上层边所在连接绕组：将元件、槽、和换向片按顺序编号。元件上层边所在槽号以及元件上层边相连接的换向片号码编成一致。如图槽号以及元件上层边相连接的换向片号码编成一致。如图1-9所示。所示。1号元件的上层边放在号元件的上层边放在1号槽内并与号槽内并与1号换向片连接，因为号换向片连接，因为y1=4,则则1号号元件的下层边应放在第元件的下层边应放在第5号槽（号槽（1+y1=5）的下层（虚线）的下层（虚线） . 因为因为y=yk=1,1号元件的末端应放这号换向片上（号元件的末端应放这号换向片上（1+y1=2）.

21、依次类推。依次类推。确定每个元件边里导体感应电动势的方向。在图确定每个元件边里导体感应电动势的方向。在图1-9已经用已经用V表示表示出来。出来。放电刷。在直流电动机里电刷组数也就是电刷杆数，与主磁极的放电刷。在直流电动机里电刷组数也就是电刷杆数，与主磁极的个一样多。图个一样多。图1-9中示出了中示出了A。B 两组磁极。两组磁极。 第第1章章 预备知识预备知识24 3、绕组元件连接顺序图、绕组元件连接顺序图绕组元件连接顺序图用来表示电枢上所有愈加边的串联绕组元件连接顺序图用来表示电枢上所有愈加边的串联顺序。根据图顺序。根据图1-9的节距，就可以看出绕组各元件之间的节距，就可以看出绕组各元件之间是

22、如何连接的。是如何连接的。从第虚槽上层元件边经从第虚槽上层元件边经y1=4接到第接到第5虚槽的下层元件边虚槽的下层元件边构成了第一个元件，它的首末端分别接到第构成了第一个元件，它的首末端分别接到第1，2两个两个换向片上。换向片上。第第5 虚槽的下层元件边经虚槽的下层元件边经y2=3接到第二虚槽的上层元接到第二虚槽的上层元件边，这样就把第件边，这样就把第1，2号两个元件连接起来了。依次号两个元件连接起来了。依次类推。见图类推。见图1-10所示。所示。第第1章章 预备知识预备知识25 4、绕组电路图、绕组电路图 绕组展开图如图绕组展开图如图1-9所示。根据电刷之间元件连接顺序，可以得到如所示。根据

23、电刷之间元件连接顺序，可以得到如图图1-11所示绕组电路图。所示绕组电路图。 从图可见：从电刷外面看绕组时，电枢绕组由从图可见：从电刷外面看绕组时，电枢绕组由4条并联支路组成。上条并联支路组成。上层边处在同一极下的元件中，感应电动势方向相同，串联起来通过电刷层边处在同一极下的元件中，感应电动势方向相同，串联起来通过电刷构成一条支路。被电刷短路的元件电动势等于构成一条支路。被电刷短路的元件电动势等于0，这些元件不参加支路，这些元件不参加支路的组成。所以单叠绕组的支路数的组成。所以单叠绕组的支路数=电机的主磁极数。电机的主磁极数。a=p.第第1章章 预备知识预备知识26第第1章章 预备知识预备知识

24、27电枢绕组中的单叠绕组有以下特点：电枢绕组中的单叠绕组有以下特点：1）位于同一个磁极下的元件串联起来组成一个支路。支）位于同一个磁极下的元件串联起来组成一个支路。支路数路数=磁极对数。磁极对数。A=p2）当元件的几何形状对称，电刷放在换向器表面上的位）当元件的几何形状对称，电刷放在换向器表面上的位置对准主磁极中心线时，正负电刷之间感应电动势最置对准主磁极中心线时，正负电刷之间感应电动势最高。被短路的线圈没有电动势。高。被短路的线圈没有电动势。3）电刷杆数）电刷杆数=极数。极数。第第1章章 预备知识预备知识281.3.2 单波绕组简述单波绕组简述 单波绕组是因为其形状类似于波浪一样而得名单波绕

25、组是因为其形状类似于波浪一样而得名.其绕组节距参数也有其绕组节距参数也有:第一节距第一节距y1,合成节距合成节距y,换向器节距换向器节距yk, 第二节距第二节距y2等等.绕组节距绕组节距1)第一节距第一节距y1: 其定义和计算方法完全相同其定义和计算方法完全相同,与图与图1-12中所示中所示.(一一个元件的两条元件边在个元件的两条元件边在电枢表面所跨的距离电枢表面所跨的距离.)2)合成节距合成节距y与换向器节距与换向器节距yk: 合成节距合成节距y与换向器节距与换向器节距yk相等相等:y=yk.它是按电动势的方向进它是按电动势的方向进行选择的行选择的.当换向片数为当换向片数为K, 所经过的元件

26、数为所经过的元件数为P时时:1. yk=(K1)/P=y第第1章章 预备知识预备知识293)第二节距第二节距y2 y2=y-y1,如图如图1-12.第第1章章 预备知识预备知识302、单波绕组展开图、单波绕组展开图 1)设直流电机设直流电机2P=4，S=K=Qu=15.计算得：计算得： y1=Qu/2P=15/4-3/4=3=15/4-3/4=3 y=yk=(K-1)/P=(15-1)/2=7 y=yk=(K-1)/P=(15-1)/2=7 y2=y-y1=7-3=4 y2=y-y1=7-3=42)2)由计算参数画出由计算参数画出单波绕组展开图单波绕组展开图 如图如图1-13所示所示3)由单波

27、绕组展开图画出其单波绕组元件连接顺序图由单波绕组展开图画出其单波绕组元件连接顺序图: 如图如图1-14 所示所示:4)再由单波绕组展开图画绕组电路图再由单波绕组展开图画绕组电路图:如图如图1-15所示所示.第第1章章 预备知识预备知识31 2)图图1.1.3单波绕组展开图单波绕组展开图 第第1章章 预备知识预备知识32 3) 图图1-14 单波绕组元件连接顺序图单波绕组元件连接顺序图 第第1章章 预备知识预备知识334) 图图1-15 单波绕组电路图单波绕组电路图第第1章章 预备知识预备知识34 由图可见由图可见:单波绕组是把所有上层边在单波绕组是把所有上层边在N极下的元件串联极下的元件串联起

28、来构成一条支路起来构成一条支路. 而把所有上边在而把所有上边在S极下的元件串联起来构成另外一条极下的元件串联起来构成另外一条支路支路. 由于主磁极只有由于主磁极只有N,S之分之分,所以单波绕组的支路对数与所以单波绕组的支路对数与磁极的对数无关磁极的对数无关,总是总是=1. a=15)单波绕组的特点单波绕组的特点: 同一极性下各元件串联起来组成一条支路同一极性下各元件串联起来组成一条支路.支路数支路数a=1, 与磁极对数无关与磁极对数无关. 当元件几何形状对称时电刷在换向器表面上的位置对当元件几何形状对称时电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心准主磁极中心.电刷获得感应电动势最大电刷获得感应电动

29、势最大.第第1章章 预备知识预备知识35电刷杆数也应等于极数电刷杆数也应等于极数(采用全额电刷采用全额电刷) 此外还有复叠和复波、以及混合绕组等。此外还有复叠和复波、以及混合绕组等。第第1章章 预备知识预备知识36 1.4 直流电机的磁场直流电机的磁场前言前言: 直流电机中存在三种磁场直流电机中存在三种磁场:一个是定子产生的磁场一个是定子产生的磁场;另外一个是通过电流的电枢线圈会产生电枢磁场另外一个是通过电流的电枢线圈会产生电枢磁场.定子定子产生的磁场与电枢磁场的合成产生电机中的气隙磁场产生的磁场与电枢磁场的合成产生电机中的气隙磁场.磁场的强弱将影响到电机的反电动势和电磁转矩的大小磁场的强弱将

30、影响到电机的反电动势和电磁转矩的大小. 1.4.1 直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场1、什么叫空载？、什么叫空载？ 电枢绕组中电流等于电枢绕组中电流等于0或者电流很小时的情况，称为空或者电流很小时的情况，称为空载。而且电机无负载，基本无功率输出。载。而且电机无负载，基本无功率输出。2、什么是空载磁场？、什么是空载磁场？第第1章章 预备知识预备知识37 空载磁场就是在空载条件下，定子主磁极产生的磁场，也等于定空载磁场就是在空载条件下，定子主磁极产生的磁场，也等于定子与转子之间的气隙中气隙磁场。定子主磁极产生的磁场强度与励磁子与转子之间的气隙中气隙磁场。定子主磁极产生的磁场强度与励磁线圈中通过

31、的励磁电流大小有关。线圈中通过的励磁电流大小有关。 空载磁场在定子和转子中的分布如图空载磁场在定子和转子中的分布如图1-16所示：所示：第第1章章 预备知识预备知识38 从图可见：磁力线从主磁极从图可见：磁力线从主磁极N出发，经过定子与转出发，经过定子与转子之间的气隙，进入转子铁心，再穿过气隙，达到子之间的气隙，进入转子铁心，再穿过气隙，达到S磁磁极，最后回到极，最后回到N主磁极，形成闭合磁路。主磁极，形成闭合磁路。 3、主磁通和漏磁通、主磁通和漏磁通 穿过主磁极铁心的且形成闭合磁路的磁通称为主磁通穿过主磁极铁心的且形成闭合磁路的磁通称为主磁通00；穿过磁极周围空气的磁通称为漏磁通；穿过磁极周

32、围空气的磁通称为漏磁通 。漏。漏磁通约占主磁通磁通约占主磁通20%。4、直流电机空载磁场的密度分布、直流电机空载磁场的密度分布 由欧姆定律可知电路中的电阻越小电流越大由欧姆定律可知电路中的电阻越小电流越大.磁路中磁路中的磁通的磁通的也与的也与磁路中的磁阻磁路中的磁阻Rm的大小有关的大小有关.而磁阻而磁阻Rm的大小与主磁极的截面积的大小与主磁极的截面积S和材料的磁导和材料的磁导 率率 有关有关.第第1章章 预备知识预备知识39 而磁隙中的磁通密度又与空气隙的宽度而磁隙中的磁通密度又与空气隙的宽度成反比成反比. .因为因为主磁极极靴的截面面积前面大主磁极极靴的截面面积前面大, ,后面小后面小, ,

33、使得磁极极靴使得磁极极靴中的磁力线分布不均匀中的磁力线分布不均匀, ,边缘稀边缘稀, ,中心迷中心迷. .造成主磁极中造成主磁极中的磁通也分布不均匀的磁通也分布不均匀, ,如图如图1-171-17所示。所示。第第1章章 预备知识预备知识40 5、直流电机空载时的磁化曲线、直流电机空载时的磁化曲线 在直流电动机中为了产生感应电动势和电磁转矩。气隙里用有一定在直流电动机中为了产生感应电动势和电磁转矩。气隙里用有一定数量的主磁通数量的主磁通00，也就是要有一定的励磁电流，也就是要有一定的励磁电流If0If0、励磁磁通势、励磁磁通势Ff0Ff0。 所以所以空载时主磁通空载时主磁通0 是励磁磁通势励磁磁

34、通势Ff0 的函数：0=f0=f（Ff0Ff0）; ;oo也是励磁电流也是励磁电流If0If0的函数：的函数： 0=f（If0） 。它们称为。它们称为直流电机空载时直流电机空载时的磁化曲线。如图的磁化曲线。如图1-18所示。所示。第第1章章 预备知识预备知识41 由图由图1-17看见：直流电机空载时的磁化曲线具有非线看见：直流电机空载时的磁化曲线具有非线性特性，性特性，0-a曲线基本为一直线，随着励磁电流曲线基本为一直线，随着励磁电流If0的增的增加，（或者随磁通势加，（或者随磁通势Ff0的增加而线性增加。）；但是的增加而线性增加。）；但是超过超过a点后曲线将进入饱和状态。点后曲线将进入饱和状

35、态。 饱和的原因是：从图饱和的原因是：从图1-16可知：主磁极中的磁回可知：主磁极中的磁回路是由两段主磁极、两段气隙、两段电枢齿部、电枢路是由两段主磁极、两段气隙、两段电枢齿部、电枢磁彀，定子磁彀等几段磁通回路组成。由于有磁组存磁彀，定子磁彀等几段磁通回路组成。由于有磁组存在，磁密在，磁密B与磁通的非线性。（或者磁性材料的非线性）与磁通的非线性。（或者磁性材料的非线性）最后认为磁路磁压降的增加，而产生饱和。最后认为磁路磁压降的增加，而产生饱和。 临界饱和点为临界饱和点为a点，也称为漆点。点，也称为漆点。第第1章章 预备知识预备知识42 1、4、2直流电机负载时的磁场和电枢反应直流电机负载时的磁

36、场和电枢反应当直流电机负载时电枢绕组中有电流通过，它又产生一个磁通势，它当直流电机负载时电枢绕组中有电流通过，它又产生一个磁通势，它称为电枢磁通势。称为电枢磁通势。在负载时的气隙磁场，将由定子的励磁磁通和电枢磁通共同作用而产在负载时的气隙磁场，将由定子的励磁磁通和电枢磁通共同作用而产生，从而引起空载上上时的气隙磁场发生改变。生，从而引起空载上上时的气隙磁场发生改变。1、电枢反应：、电枢反应：通常将负载时的电枢磁通对定子的主励磁磁通的影响称为电枢反应。通常将负载时的电枢磁通对定子的主励磁磁通的影响称为电枢反应。2、电枢反应带来的影响：、电枢反应带来的影响： 1）电枢磁通与定子的主励磁磁通产生合成

37、）电枢磁通与定子的主励磁磁通产生合成,使气隙磁场发生畸变使气隙磁场发生畸变.每每磁极下因为电极磁场使主磁场一半被削弱磁极下因为电极磁场使主磁场一半被削弱,而另一半被加强而另一半被加强.磁势的空磁势的空间分布为间分布为:22)(21232)(21xANixANiayayaF第第1章章 预备知识预备知识43 第第1章章 预备知识预备知识44 其中其中Ny为元件匝数为元件匝数,ia为元件线圈中通过的电流为元件线圈中通过的电流,则元件边产生则元件边产生的磁通势为的磁通势为iaNy-安培导线数安培导线数, 若若N为电枢绕组的总导线数，为电枢绕组的总导线数，S为元件数，为元件数，p为磁极对数，为磁极对数，

38、为极为极距，距，D D为电枢直径，则磁场阶梯数为为电枢直径，则磁场阶梯数为S/S/（2P2P），则阶梯形，或三角形），则阶梯形，或三角形磁通势的幅值磁通势的幅值)17. 1 (22.22)16. 1 (2ADNiFSNNDPPSNiFaaaayaa，代入上式得：和若第第1章章 预备知识预备知识45 式中A=Nia/(Da)为电枢表面单位长度上的安培导体数。称为线负荷（A/m）。 电枢磁场的磁密度（沿电枢的分布）为：为真空中的磁导率。AmTFBaa/.1040,702）对主磁场起去磁作用）对主磁场起去磁作用 电机在工作中，主磁极两边的磁场是变化的，一边是增加磁，电机在工作中，主磁极两边的磁场是变

39、化的，一边是增加磁，一边是减少磁（称为去磁）。去磁作用可以减少磁阻，防止磁饱和。一边是减少磁（称为去磁）。去磁作用可以减少磁阻，防止磁饱和。有利于磁场的变化和调整。有利于磁场的变化和调整。 去磁可使负载时合成磁通比空载每极磁通略有减少，这就是电去磁可使负载时合成磁通比空载每极磁通略有减少，这就是电枢反应的去磁作用。枢反应的去磁作用。第第1章章 预备知识预备知识46 1.4.3直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式 有他励磁、并励磁、串励磁、复合励磁等方式。如图有他励磁、并励磁、串励磁、复合励磁等方式。如图1。23。第第1章章 预备知识预备知识47 （1） 他励磁：特点是：电枢和励磁的工作电源是分开的，互相不受影他励磁：特点是：电枢和励磁的工作电源是分开的，互相不受影响。机械特性硬。响。机械特性硬。 （2）并励磁：电枢和励磁的工作电源是同一的，是并联工作的。）并励磁：电枢和励磁的工作电源是同一的，是并联工作的。 （3）串联励磁：电枢和励磁线圈是串联工作的。公用一个电源。机）串联励磁：电枢和励磁线圈是串联工作的。公用一个电源。机械特性软。械特性软。（4）复合励磁：励磁线圈分成两部分，一部分与电枢串联，另一部分）复合励磁：励磁线圈分成两部分，一部分与电枢串联，另一部分与电枢并联起来。可以改善电机的机械特性。与电枢并联起来。可以改善电机的