电机学课堂讲义第六部分直流电机6h 上海交通大学电气工程系EE SJTU 流，它们是串联的。励磁绕组则根据需要有多种连接方式，如图3所示：(1)采用独立电源励磁， 称为他励直流电机：(2)与电枢绕组并联，称为并励直流电机：(3)与电枢绕组串联，称为串励 直流电机：(4)励磁绕组分成多匝数并励和少匝数串励两部分，并励绕组先与电枢绕组并联再与串 励绕组串联，构成短复励直流电机：(5)励磁绕组同样分成多匝数并励和少匝数串励两部分，串励 绕组先与电枢绕组串联再与并励绕组并联，构成长复励直流电机。对于复励直流电机，通常串励绕 组产生的磁场可以起助磁作用获得积复励性能，也可以起去磁作用，获得差复励性能。积复励直流 电机中，额定状态串励绕组助磁超过电枢反应去磁，称为过复励，串励绕组助磁正好抵消电枢反应 去磁称为平复励，串励绕组助磁弱于电枢反应去磁称为欠复励。复励直流电机一般以积复励为主。 4、直流电机磁场 (1)励磁磁场 励磁绕组流过电流时产生空间静止、对称的磁场（假设磁路结构对称），含有与转子匝链的主磁场 和只与励磁绕组匝链的漏磁场，如图4所示。由于气隙大小不均匀，主磁极中心位置气隙小，两边气 隙大，极间气隙在没有换向极情况下达到最大。磁极磁场主要从极靴经入气隙，再与转子电枢绕组 匝链，也存在励磁磁极极身和相邻磁极极间漏磁场。由于励磁电流是直流，在稳态条件下，漏磁场 对励磁电流没有影响，但对主磁极饱和有影响，设计时要尽可能减少漏磁。 气隙磁场分布基本上接近平顶波，由于转子电枢铁心齿槽、磁极补偿绕组齿 ☒ 槽引起气隙磁场出现均匀的凹陷。当转子高速旋转时，气隙主磁场在主磁极 表面会产生脉振磁场损耗，在电枢铁心内磁场以同步频率交变，因此也要产 生电枢铁心损耗。同时电枢绕组中产生感应电势，在主磁极下（直轴位置） ☒ 磁场最强，线圈边产生的感应电势最大，磁极两边气隙磁场逐渐减弱，磁极 极间感应电势较小，磁极极间中心位置（交轴位置）称为几何中心线，几何 中心线处线圈边产生的感应电势等于零。气隙磁场等于零的位置成为物理中 图4主磁场，极间 心线，当电枢电流等于零时几何中心线与物理中心线是重合的。没有补偿绕 和极身漏磁场 组时，物理中心线随电枢电流的大小发生小角度移动。 (2)电枢反应磁场 无论是外部电源输入电枢电流还是电枢旋转产生感应电势对外做功输出电流，电枢绕组都要产生磁 场，并对主磁极磁场产生影响，即直流电机电枢反应，如图5所示。尽管理论上直流电机电枢磁场与 主极磁场相互正交，属于交轴电枢反应，对主磁极磁场产生扭曲作用。主磁场扭曲的结果是一半极 靴助磁增强，而另一半极靴去磁削弱。由于磁极极靴磁场本身的饱和性，助磁增加的磁通比去磁减 少的磁通少，因此电枢反应在磁极饱和的条件下主磁场总体上仍然是去磁的。主磁场扭曲造成的另 一个后果是气隙磁场等于零的物理中性线偏离几何中心线。若电刷原来安放在几何中心线位置线圈 边对应的换向片位置，那么物理中心线移动，使得被电刷短路的线圈内感应电势增加，造成换向困 难，会产生火花和电磁波干扰，严重时甚至换向器产生环火，损坏整个换向器。 主磁场 电枢反应磁势 ☒ 发电机电枢反应磁场 电动机 合成磁场 图7补偿绕组和 图5电枢反应磁场 图6直流电机电枢反应对主磁场的影响 换向极绕组电流 3电机学课堂讲义 第六部分 直流电机 6h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 3 流，它们是串联的。励磁绕组则根据需要有多种连接方式，如图3所示：（1）采用独立电源励磁， 称为他励直流电机；（2）与电枢绕组并联，称为并励直流电机；（3）与电枢绕组串联，称为串励 直流电机；（4）励磁绕组分成多匝数并励和少匝数串励两部分，并励绕组先与电枢绕组并联再与串 励绕组串联，构成短复励直流电机；（5）励磁绕组同样分成多匝数并励和少匝数串励两部分，串励 绕组先与电枢绕组串联再与并励绕组并联，构成长复励直流电机。对于复励直流电机，通常串励绕 组产生的磁场可以起助磁作用获得积复励性能，也可以起去磁作用，获得差复励性能。积复励直流 电机中，额定状态串励绕组助磁超过电枢反应去磁，称为过复励，串励绕组助磁正好抵消电枢反应 去磁称为平复励，串励绕组助磁弱于电枢反应去磁称为欠复励。复励直流电机一般以积复励为主。 4、直流电机磁场 （1）励磁磁场 励磁绕组流过电流时产生空间静止、对称的磁场（假设磁路结构对称），含有与转子匝链的主磁场 和只与励磁绕组匝链的漏磁场，如图4所示。由于气隙大小不均匀，主磁极中心位置气隙小，两边气 隙大，极间气隙在没有换向极情况下达到最大。磁极磁场主要从极靴经入气隙，再与转子电枢绕组 匝链，也存在励磁磁极极身和相邻磁极极间漏磁场。由于励磁电流是直流，在稳态条件下，漏磁场 对励磁电流没有影响，但对主磁极饱和有影响，设计时要尽可能减少漏磁。 气隙磁场分布基本上接近平顶波，由于转子电枢铁心齿槽、磁极补偿绕组齿 槽引起气隙磁场出现均匀的凹陷。当转子高速旋转时，气隙主磁场在主磁极 表面会产生脉振磁场损耗，在电枢铁心内磁场以同步频率交变，因此也要产 生电枢铁心损耗。同时电枢绕组中产生感应电势，在主磁极下（直轴位置） 磁场最强，线圈边产生的感应电势最大，磁极两边气隙磁场逐渐减弱，磁极 极间感应电势较小，磁极极间中心位置（交轴位置）称为几何中心线，几何 中心线处线圈边产生的感应电势等于零。气隙磁场等于零的位置成为物理中 心线，当电枢电流等于零时几何中心线与物理中心线是重合的。没有补偿绕 组时，物理中心线随电枢电流的大小发生小角度移动。 （2）电枢反应磁场 无论是外部电源输入电枢电流还是电枢旋转产生感应电势对外做功输出电流，电枢绕组都要产生磁 场，并对主磁极磁场产生影响，即直流电机电枢反应，如图5所示。尽管理论上直流电机电枢磁场与 主极磁场相互正交，属于交轴电枢反应，对主磁极磁场产生扭曲作用。主磁场扭曲的结果是一半极 靴助磁增强，而另一半极靴去磁削弱。由于磁极极靴磁场本身的饱和性，助磁增加的磁通比去磁减 少的磁通少，因此电枢反应在磁极饱和的条件下主磁场总体上仍然是去磁的。主磁场扭曲造成的另 一个后果是气隙磁场等于零的物理中性线偏离几何中心线。若电刷原来安放在几何中心线位置线圈 边对应的换向片位置，那么物理中心线移动，使得被电刷短路的线圈内感应电势增加，造成换向困 难，会产生火花和电磁波干扰，严重时甚至换向器产生环火，损坏整个换向器。 图4 主磁场，极间 和极身漏磁场 图5 电枢反应磁场 主磁场 电枢反应磁势 电枢反应磁场 合成磁场 发电机 电动机 图6 直流电机电枢反应对主磁场的影响 图7 补偿绕组和 换向极绕组电流