直流电机浅析，直流电机的磁场、电动势、转矩图解

枢绕组都交链的磁通称为主磁通，用（0表示。主磁通经过的路径称为主磁路。显然，主磁路由主磁极。气隙。电枢齿。电枢磁轭和定子磁轭等五部分组成。另有一部分磁通不通过气隙，直接经过相邻磁极或定子磁轭形成闭合回路，这部分仅与励磁绕组交链的磁通称为漏磁通，以（0表示。漏磁通路径主要为空气，磁阻很大，所以漏磁通的数量只有主磁通的20%左右。

　　（2）直流电机的空载磁化特性

　　直流电机运行时，要求气隙磁场每个极下有一定数量的主磁通，叫每极磁通（，当励磁绕组的匝数Wf一定时，每极磁通（的大小主要决定于励磁电流If。空载时每极磁通（0与空载励磁电流If（或空载励磁磁势的关系或）称为电机的

　　空载磁化特性。由于构成主磁路的五部分当中有四部分是铁磁性材料，铁磁材料磁化时的B-H曲线有饱和现象，磁阻是非线性的，所以空载磁化特性在较大时也出现饱和，如图2所示。为充分利用铁磁材料，又不致于使磁阻太大，电机的工作点一般选在磁化特性开始转弯。亦即磁路开始饱和的部分（图中A点附近）。

　　（3）空载磁场气隙磁密分布曲线

　　主磁极的励磁磁势主要消耗在气隙上，当近似地忽略主磁路中铁磁性材料的磁阻时，主磁极下气隙磁密的分布就取决于气隙δ大小分布情况。一般情况下，磁极极靴宽度约为极距的75%左右，如图3（a）所示。磁极中心及其附近，气隙较小且均匀不变，磁通密度较大且基本为常数，靠近两边极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小，超出极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减小，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零，因此，空载气隙磁通密度分布为一个平顶波，如图3（b）所示。

　　2.直流电机的电枢反应及负载磁场

　　（1）直流电机的电枢反应

　　直流电机空载时励磁磁势单独产生的气隙磁密分布为一平顶波，如图3（b）所示，负载时，电枢绕组流过电枢电流Ia，产生电枢磁势Fa，与励磁磁势Ff共同建立负载时的气隙合成磁密，必然会使原来的气隙磁密的分布发生变化。通常把电枢磁势对气隙磁密分布的影响称为电枢反应。

　　下面先分析电枢磁势单独作用时在电机气隙中产生的电枢磁场，再将电枢磁场与空载气隙磁场合起来就可得到负载磁场，与空载气隙磁场相比较，可以了解电枢反应的影响。

　　（2）直流电机的电枢磁场图

　　图4表示一台两极直流电机电枢磁势单独作用产生的电枢磁场分布情况，圈中没有画出换向器，所以把电刷直接画在几何中性线处，以表示电刷是通过换向器与处在几何中性线上的元件边相接触的，由于电刷轴线上部所有元件构成一条支路，下部所有元件构成另一条支路，电枢元件边中电流的方向以电刷轴线为分界。图中设上部元件边中电流为出来，下部元件边电流是进去，由右手螺旋定则可知，电枢磁势的方向由左向右，电枢磁场轴线与电刷轴线相重合，在几何中性线上，亦即与磁极轴线相垂直。

　　下面进一步分析电枢磁势和电枢磁场气隙磁密的分布情况。如果假设图4所示电机电枢

　　绕组只有一个整距元件，其轴线与磁极轴线相垂直，如图4所示。该元件有Wc匝。元件中电流为ia，每个元件的磁势为iaWc安匝，由该元件建立的磁场的磁力线分布如图3所示，如果假想将此电机从几何中性线处切开展平，如图4所示。以图中磁力线路径为闭合磁路，根据全电流定律可知，作用在这一闭合磁路的磁势等于它所包围的全电流iaWc，当忽略铁磁性材料的磁阻，并认为电机的气隙均匀时，则每个气隙所消耗的磁势为，一般取磁力线自电枢出，进定子时

　　的磁势为正，反之为负，这样可得一个整距绕组元件产生的磁势的分布情况如图所示。可以看出一个整距元件所产生的电枢磁势在空间的分布为一个以两个极距2τ为周期。幅值为的矩形波。

　　当电枢绕组有许多整距元件均匀分布于电枢表面时，每一个元件产生的磁势仍是幅值为的矩形波，把这许多个矩形波磁势叠加起来，可得电枢磁势在空间的分布为一个以两个极距2τ为周期的多级阶梯形波，为分析简便起见或者元件数目足够多时，可近似地认为电枢磁势空间分布为一个三角形波，三角形波磁势的最大值在几何中性线位置，磁极中心线处为零，如图6所示。

　　如果忽略铁心中的磁阻，认为电枢磁势全都消耗在气隙上，则根据磁路的欧姆定律，可得电枢磁场磁密的表达式为：　

　　式中　Fax——气隙中x处的磁势；

　　Bax——气隙中x处的磁密。

由上式可知，在磁极极靴下，气隙δ较小且变化不大，所以气隙磁密Bax与电枢磁势成正比，而在两磁极间的几何中性线附近，气隙较大，超过Fax增加的程度，使B