第二章 直流电机
低电压、较大电流的电机。对于单波绕组，支路对数永远等于1，每条支路里所包含的元件数较多，所以这种绕组适应于较高电压、较小电流的电机。至于大容量的电机，可以采用混合绕组。
2.4直流电机的励磁方式及磁场(exciting methods and magnetic field) 一、直流电机的励磁方式(exciting methods) 1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式； 2.分类： 分为：他励式、并励式、串励式和复励式。
积复励差复励1.串励式2.并励式3.复励式直流电机的励磁方式他励式自励式
第 6 页 共 20 页
第二章 直流电机
1）他励式：励磁电流由其他直流电源单独供给，励磁绕组和电枢绕组相互独立。 2）自励式：顾名思义，励磁电流由电机自身供给。而根据自励方式即电枢绕组和励磁绕组的连接方式的不同，自励式又分为串励式、并励式和复励式： （1）串励式：电枢绕组和励磁绕组相串联，满足：I?Ia?If （2）并励式：电枢绕组和励磁绕组相并联，满足：Uf?Ua I?Ia?If 他励：励磁电流较稳定；
并励：励磁电流随电枢端电压而变；
串励：励磁电流随负载而变，由于励磁电流大，励磁绕组的匝数少而导线截面积较大；
复励：以并励绕组为主，以串励绕组为辅。
**说明：为了减小体积，小型直流电机采用永磁式。 ? 他励：以电动机为例。自励：以发电机为例。
二、直流电机的空载磁场（magnetic field with no-load）
空载：发电机出线端没有电流输出，电动机轴上不带机械负载，即电枢电流为零的状态。这时的气隙磁场，只由主极的励磁电流所建立，所以直流电机空载时的气隙磁场，又称励磁磁场。
主磁通：经过主磁极、气隙、电枢铁心及机座构成磁回路。它同时与励磁绕组及电枢绕组交链，能在电枢绕组中感应电动势和产生电磁转矩，称为主磁通Φ0。 漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁 心，不和电枢绕组相交链，不能在电枢绕组中感 应电动势及产生电磁转矩，称为漏磁通Φσ。
特点：
1）由同一个磁动势所产生
2）所走的路径不同，导致它们对应磁路上所产生的磁场的分布规律不同，气隙磁场的大小和分布直接关系到电机的运行性能。
第 7 页 共 20 页
第二章 直流电机
漏磁通
磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路
漏磁路 主磁通
磁力线由N极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入S极，再经定子铁轭回到N极
主磁路
直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。
为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机
?0气隙中需要有一定量的每极磁通Φ0 ，空载时， 气隙磁通Φ0与空载磁动势Ff0或空载励磁电
?NA流If0的关系，称为直流电机的空载磁化特性。 如右图所示。
为了经济、合理地利用材料，一般直流电 机额定运行时，额定磁通ΦN设定在图中A点， 即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。
三、直流电机负载时的磁场及电枢反应（magnetic field with load and armature reaction） 1.概述
空载：气隙中磁场仅由主磁场的励磁磁动势产生（Ff=NfIf） 负载：负载时的气隙磁场Ff+电枢磁动势
0If0IfIfNFf0IN第 8 页 共 20 页
第二章 直流电机
气隙磁场励磁电流所建立的磁场电枢电流所建立的磁场电枢反应定义：电枢磁动势对励磁磁动势的作用使气隙中的磁场发生变化。 2.主磁场：以主磁极的轴线对称分布
??：只增加磁路饱和作用
几何中性线：两相邻主磁极的轴线对称分布，此处B=0； If?Ff??0 物理中性线：B=0处的直线位置
3.电枢反应：当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。
电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 1)使气隙磁场发生畸变
空载时电机的物理中性线与几 何中性线重合。负载后由于电 枢反应的影响，每一个磁极下， 一半磁场被增强，一半被削弱， 物理中性线偏离几何中性线α 角，磁通密度的曲线与空载时 不同。
2)对主磁场起去磁作用
磁路不饱和时，主磁场被削弱的 数量等于加强的数量，因此每极量的 磁通量与空载时相同。电机正常运行 于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分 因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁 阻增大，增加的磁通少些，因此负载
时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为去磁性质。
2.5 电枢电动势和电磁转矩
(electromotive force and electromagnetic torque)
一.电枢电动势：
电枢电动势是指直流电机正负电刷之间的感应电动势，也就是电枢绕组里每条并联支路的感应电动势。所以，可以先求一根导体的在一个极距范围内所产生的平均电动势，再求一条支路的。
一个磁极极距范围内，平均磁密用Bav表示，极距为τ，电枢的轴向有效长度为l，每极磁通为Ф，则Bav???l。
第 9 页 共 20 页
第二章 直流电机
一根导体的平均电动势为：eav?Bavlv 又因为：v?2p?n60，所以：eav?2p?n因为一条支路里的串联总导体数是，电枢电动势为：
Ea??pN60a60N。
2a（N 为电枢总导体数，N?2SNy），于
N2aeav?N2a?2p?n60pN60a
?n?Ce?n式中，Ce? 是一个常数，称为电动势常数。
二.电磁转矩：
如果电动势和发电机相关，那么，电磁转矩和电动机可以联系在一起，求解电磁转矩的过程和求解电动势类似。
1）先求一个导体的平均电磁力：fav?Bavl?ia；
2）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的平均转矩：Tx?fav3）电机总的电磁转矩则为：
T?Bavl?pN2?aD2；
Ia2aND2??l??lIa2aN2p?2?pN2?a
?Ia?CT?Ia式中：CT?是一个常数，称为转矩常数，Ia?2aia是电枢总电流。
电磁转矩的大小正比与每极磁通和电枢电流。
Ce，CT对于一个具体的电机而言，是一个常数，并且通过换算，两者之间有一
CTCe?602??9.55
固定的关系：
或CT?9.55Ce。
三、直流电机的电磁功率：
PM?EaIa?Ce?nIa??pN2?a?Ia??T?pN60a?60?2?Ia
第 10 页 共 20 页