直流电机磁场及电枢反应的解析

【学习任务】（1）正确认识直流电机的磁场。

（2）正确理解直流电机的电枢反应。

微课9.3：直流电机的磁场及电枢反应

答案9.2

当电机带有负载时，电枢绕组中有电流通过，产生电枢磁动势。该磁动势所建立的磁场称为电枢磁场。因此负载时的气隙磁场由主极磁场与电枢磁场共同建立。正是这两个磁场的相互作用，直流电机才能进行机电能量转换。由此可知，直流电机的气隙磁场从空载到负载是变化的，电枢磁场对主磁极建立的气隙磁场的影响称为电枢反应，它对电机运行性能的影响很大。

1.直流电机的空载磁场

直流电机空载（发电机开路/电动机空轴）运行时，其电枢电流等于零或近似等于零，因而空载磁场即为励磁绕组产生的励磁磁动势所建立的。

图9－19（a）所示为4极空载磁场分布，通电产生N、S磁极间隔均匀的空载磁场。

图9－19　直流电机空载运行时的磁场分布

（a）四极空载磁场；（b）两极主磁场
1—极靴；2—极身；3—定子磁轭；
4—励磁线圈；5—气隙；6—电枢齿；7—电枢磁轭

1）主磁通Φ

N极→气隙→电枢齿槽→电枢磁轭→电枢齿槽→气隙→S极→定子磁轭→N极。

作用：同时交链励磁绕组和电枢绕组，实现机电能量转换。(www.xing528.com)

2）漏磁通Φσ

N极→气隙→相邻S极磁极。

只影响电机的能量转换工作，不起任何积极作用，使电机的损耗加大，效率降低，增大了磁路的饱和程度，一般情况下，Φσ＝（15%～20%）Φ。

图9－19（b）所示为2极主磁场在电机中的分布情况，其方向用右手螺旋定则确定。在电枢表面上磁感应强度为零的地方是物理中性线m－m，它与磁极的几何中性线nn重合。

2.直流电机的电枢磁场

如图9－20所示的电机的电枢磁场，其方向由右手定则确定，电枢电流的方向总是以电刷为界限来划分的。在电刷两边，N极下面的导体和S极下面的导体电流方向始终相反。

图9－20　直流电机电枢磁场

3.直流电机的电枢反应

图9－21所示为电枢磁场与主磁场叠加时的磁场。与图9－19（b）比较可见，带负载后出现的电枢磁场对主极磁场的分布有以下明显的影响：

图9－21　电枢磁场与主磁场叠加后

（1）电枢反应使主磁极下的磁力线扭斜，磁通密度分布不均匀，合成磁场发生畸变。磁场畸变的结果：使原来的几何中性线n－n处的磁场不等于零，物理中性线与几何中性线不再重合。对于发电机是逆旋转方向偏移α角，对于电动机是顺旋转方向偏移α角。

（2）电枢反应使主磁场削弱，电动机出力减小。