3-7直流电机的磁化曲线有什么特点
电机学第一章 磁路
2.磁路的欧姆定律
φ
F
Rm
铁磁材料的磁导率μ不是一个常数，所以由铁磁材 料构成的磁路，其磁阻不是常数，而是随着磁路中 磁通密度的大小而变化，这种情况称为非线性。
有一闭合铁心磁路，铁心的截面积 A ＝9×10-4m2，磁 路的平均长度L=0.3m，铁心的磁导率，套装在铁心上 的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度 时，所需的励磁磁动势和励磁电流。
O
If
F0
电机的磁化曲线体现了电机磁路的非线性，这种非 线性使电机运行特性的数学表达复杂化。工程分析 中，常用线性分析加上适当修正的办法来考虑非线 性的影响。
三、交流磁路的特点
1. 交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁 路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交 变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路 的基本定律 2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相 同的基本磁化曲线。 3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示， 磁动势和磁场强度则用有效值表示。
∫ H ⋅ dl =I
l
1
+ I 2 − I3
在一个圆形铁磁材料的周围，布 置一圈如上图分布的载流导体
安培环路定律的特例
¾右图：沿回线l，磁场强度H的 方向总在切线方向、其大小处处 相等，且闭合回线所包围的总电 流是由通入电流i的N匝线圈所提 供，则有：
H ⋅ dl = Hl = Ni ∫
l
¾磁动势：F = Ni
四、铁心损耗
1．磁滞损耗
定义: 铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴相 互间不停地摩擦、消耗能量、造成损耗，这种 损耗称为磁滞损耗。 公式: n h h m
p = C fB V
应用:由于硅钢片磁滞回线的面积较 小，故电机和变压器的铁心常用硅钢片叠成。
1-5 直流电机的磁场
上图表示一台四极直流电机空载时，由励磁电流单 独建立的空载磁场分布图。 空载时磁通包括主磁通和主极漏磁通两部分。
主磁通： 磁通由一个N极出来，经过气隙进人电枢的齿，分 左右两路经过电枢轭、电枢齿、空气隙和相邻S极， 然后经过定子轭回到N极而构成闭合回路，这部分 磁通称为主磁通。这部分磁通同时交链励磁绕组和 电枢绕组，是电机进行能量转换的关键，用Φ0表示。 主极漏磁通： 磁通从N极出来后并不进入电枢，而是经过空气隙 直接进入相邻的磁极或磁轭，这部分磁通称为主极 漏磁通。这部分磁通只交链励磁绕组，用 表示。 主磁通所经路径的空气隙较小，磁阻较小，而主极 漏磁通所经路径的空气隙较大，则磁阻较大，所以， 在同样的磁势作用下，漏磁通要比主磁通小得多。 一般电机的主极漏磁通约为主磁通的15～20%。
从几何中心线处将电枢展开成一直线，以主极轴线 与电枢表面的交点作为坐标原点，在一极距范围内， 以原点为中心取一闭合磁回路，该回路与电枢表面 的交点距原点距离为±l。 根据全电流定律，可知作用在这个闭合回路上的磁 势为：
Fax 2l i
若忽略铁磁材料的磁阻，则上述磁势仅消耗在两段 气隙上，距原点l处每个气隙段所消耗的电枢磁势为 Fal的1/2。若规定电枢磁势由电枢指向主磁极为正， 根据 1 Fal l i 2 可得，沿电枢表面电枢磁势的分布曲线为三角波， 如图1-39所示。 当气隙均匀时（在极面下），磁密与磁势成正比； 当气隙显著增大时（在几何中心线处），由于磁路 磁阻的增大，磁密反而减小，使得电枢磁密沿电枢 表面的分布呈马鞍形，如图1-39所示。
第五节 直流电机的磁场
直流电机的磁场，是电机实现机电能量转换
必不可缺少的因素，而且直流电机的运行性 能在很大程度也取决于磁场的特性，因此， 研究直流电机磁场的形成、分布及特点是十 分必要的。
电机学：第一章 磁路2
将铁磁材料放入磁场后，磁场会显著增强，铁磁材料在磁场中 呈现很强的磁性这一现象，称为铁磁物质的磁化。
原因：铁磁物质中有许多称为磁畴的天然磁化区，当未投入磁场时， 磁畴杂乱无章的排列，磁效应相互抵消对外不显磁性。当放入磁场 后，磁畴按外磁场方向排列起来，形成一附加磁场叠加在外磁场上。
如图1-6所示。
二．磁化曲线
1-3直流磁路
本节介绍直流磁路的分析和计算 一、直流磁路的计算
磁路计算分为：1、给定磁通，计算所需的励磁磁动势（正问题）
2、给定励磁磁动势，计算磁路内的磁通量（逆问题）
1、正问题计算步骤：
1）将磁路按材料性质和不同截面分成数段
2）计算各段的有效面积和平均长度Ai、Li
3）根据各段中的 i 计算各段
磁路中的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比。
例1-1 有一闭合的铁心磁路，铁心的截面积 A 9104 m2。磁路的 平均长度L=0.3m ，铁心的磁导率 Fe 5000 0 ，0 4 10 7 。套
装在铁心上的励磁绕组为 500 匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度
时所需的励磁磁动势和励磁电流。
n
n
Ni H k lk k Rmk
k 1
k 1
该定律称为磁路的基尔霍夫第二定律。
电机和变压器的磁路是由数段 不同截面，不同材料的铁心组成， 而且还可能含有气隙，在进行磁路 计算时总是将磁路分成若干段，每 段为同一材料，且截面积相等，则 磁场强度相等。由左图可见，磁路 由三段组成，两段为截面积不同的 铁磁材料，一段为空气隙，励磁磁
范围内。所以电机和变压器的铁心用导磁率较高的铁磁材料组成。
一、铁磁物质的磁化
1 、铁磁物质
铁磁物质的磁导率都很大，一般是
直流电机磁场
电机的主磁场一般由套在主极铁心上的励磁绕组通过电流产生。
励磁绕组与电枢回路之间的连接方式有：他励、并励、串励、复励。
不同的励磁方式对电机的性能将产生较大的影响。
直流电机空载时的磁场由励磁绕组单独激励，其分布取决于磁路的情况。
一般情况下，直流电机的空载磁通密度分布呈平顶波。
当直流电机负载时，电枢绕组绕组中的电枢电流将产生电枢磁势，电枢磁势对主磁场的分布和主磁通的大小将产生一定的影响，这种影响称为电枢反应。
交轴电枢反应将使主磁场发生畸变，当磁路饱和时会对主磁场产生去磁作用。
当电刷偏离几何中性线时，还将产生去磁或者增磁的直轴电枢反应。
发电机和电动机是直流电机的两种运行状态。
在两种状态下，电枢绕组中均产生感应电势。
感应电势的公式Ea=CeΦn表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。
在发电机中Ea>U，在电动机中U>Ea。
同样，直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。
其公式T=CTΦIa表明电磁转矩的大小正比于电枢电流和每极磁通。
在发电机中，电磁转矩是阻力转矩，在电动机中电磁转矩是拖动转矩。
直流电机的电势平衡方程反映了电机电路中各种量之间的关系。
功率平衡方程表明了输入功率、输出功率和各种损耗之间的关系。
电磁功率PM=TΩ=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。
1.4直流电机的磁场（返回顶部）直流电机中除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时，还将会产生电枢磁场。
电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。
要了解气隙磁场的情况，就要先分析清楚主磁场和电枢磁场的特性。
1.4.1 直流电机的空载磁场（返回顶部）直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，即无功率输出。
所以直流电机空载时的气隙磁场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立的磁场。
当励磁绕组通入励磁电流，各主磁极极性依次呈现为极和极，由于电机磁路结构对称，不论极数多少，每对极的磁路是相同的，因此只要分析一对极的磁路情况就可以了。
直流电机的磁场
磁化曲线的纵坐标有时不用F0，而用If表示，它们之间只差一个与励磁绕组匝数有关的比例系数，此外，纵坐标也可以用空载时的电枢电压U代替，当电机转速恒定时，U与Φ0，之间也只相差一个与电枢绕组匝数有关的比例系数。因此，磁化曲线可表示为U＝f(If)和Φ0=f(If)或U=f(F0)等多种形式，只需变换一下有关比例系数即可。
3.2 直流电机的电枢磁动势和磁场
电刷放在几何中性线上时的电枢磁动势和磁场
电刷不在几何中性线上时的电枢磁动势
直流电机空载时的气隙磁场仅由主极的励磁磁动势所建立。当电机有负载时，电枢绕组中有电流通过，产生的磁动势称为电枢磁动势。此时，气隙磁场就由主极磁动势与电枢磁动势两者的合成磁动势所建立。正是由于这两个磁动势的互相作用，直流电机才能进行机电能量转换。
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两个齿，计算高度为2hz，磁场强度为Hz。
两个主极，计算高度为2hm，磁场强度为Hm。
一个定子轭，平均长度为Lj，磁场强度为Hj。
一个转子(电枢)轭，平均长度为La，磁场强度为Ha，用磁路计算方法求得磁动势F0，以及相应的励磁电流If。
两个气隙，计算长度为2δ，磁场强度为Hδ。
当电刷放在几何中性线上时，电枢磁势全部为交轴分量，直轴分量为零。因此这时只有交轴电枢反应。此时电机中的磁场应由主极磁势和交轴电枢磁势共同建立，如图a所示。由图可见磁场发生了畸变，电枢圆周上连接电刷的几何中性线处出现了磁通，而实际的磁密为零之点偏移了一个α角。我们将电枢圆周上通过圆心和磁密为零之点的直线称为物理中性线。
直流电机有负载时，由于电枢反应的去磁作用和电枢回路的电阻压降，使发电机端电压比空载时低。为了保持发电机的端电压不变，负载时必须增加主极的励磁电流， 以补偿电枢反应和电阻压降。
直流电机的磁化曲线磁化曲线主磁通与励磁磁动势
1 t
pn
Ea t 0 e d t 4Ny 60
44
Ea
4Ny
pn 60
S 2a
pN 60a
n
Cen
对制成的电机，Ce=pN/60a为一个常数，称为电动势常数
若不计饱和影响，有 其中Kf 为比例常数
Kf If
感应电动势的计算公式为
Ea Cen CeK f I f n Gaf I f
枢是转的，当S极下导线转到N极
下如果导线电流的方向不变电磁
力的方向就反了；怎么办呢？
2
• 当安装换向器以后，将直流电压加于电刷 （固定）端，直流电流经电刷流过电枢上的线圈， 则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋 转起来。
由于换向器配合电刷对 电流的换向作用，使得 线圈边只要处在N极下， 其中通过电流的方向总 是由电刷A流入的方向； 而在S极下时，总是从 电刷B流出的方向，就 使电动机能够连续地旋 转。
12.4
C 由
Ea
n
e
,得
Ea Ce n
250 12.4 2850
70.7
104WB
46
二、电磁转矩的计算
一根导体所受的平均电磁力和一根导体所受的平均转矩为:
fav Bavl ia
和
电机总电磁转矩用Te表示，为
Tav
fav
D 2
Te
B l av
Ia
2a
N
D 2
功率输出，在发电机中，指无电功率输出)。所以
直流电机的空载磁场是指励磁磁势单独建立的磁
场。
33
（一）、空载时电机内部磁场的分布情况
直流电机
1.1.1直流电机的主要结构：直流电机由静止的部分定子和旋转的部分转子两大部分构成：1、定子部分：定子包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。
1）主磁极：在大多数直流电机中，主磁极是电磁铁，为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用1～1.2mm厚的低碳钢板叠压而成。
整个磁极用螺钉固定在机座上。
主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕组在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩.2）、换向极：换向极又称附加极或间极,其作用是用以改善换向。
换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成。
3）、机座：一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。
因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚度。
机座通常用铸钢或厚钢板焊成。
4）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。
2、转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。
1）电枢铁心：示电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
2）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。
2、转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。
1）电枢铁心：示电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
2）电枢绕组：电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。
1.1.2 直流电机的工作原理：1、直流发电机的工作原理：如图所示：从以上分析可以看出，线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。
直流电机磁场
电机的主磁场一般由套在主极铁心上的励磁绕组通过电流产生。
励磁绕组与电枢回路之间的连接方式有：他励、并励、串励、复励。
不同的励磁方式对电机的性能将产生较大的影响。
直流电机空载时的磁场由励磁绕组单独激励，其分布取决于磁路的情况。
一般情况下，直流电机的空载磁通密度分布呈平顶波。
当直流电机负载时，电枢绕组绕组中的电枢电流将产生电枢磁势，电枢磁势对主磁场的分布和主磁通的大小将产生一定的影响，这种影响称为电枢反应。
交轴电枢反应将使主磁场发生畸变，当磁路饱和时会对主磁场产生去磁作用。
当电刷偏离几何中性线时，还将产生去磁或者增磁的直轴电枢反应。
发电机和电动机是直流电机的两种运行状态。
在两种状态下，电枢绕组中均产生感应电势。
感应电势的公式Ea=CeΦn表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。
在发电机中Ea>U，在电动机中U>Ea。
同样，直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。
其公式T=CTΦIa表明电磁转矩的大小正比于电枢电流和每极磁通。
在发电机中，电磁转矩是阻力转矩，在电动机中电磁转矩是拖动转矩。
直流电机的电势平衡方程反映了电机电路中各种量之间的关系。
功率平衡方程表明了输入功率、输出功率和各种损耗之间的关系。
电磁功率PM=TΩ=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。
1.4直流电机的磁场（返回顶部）直流电机中除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时，还将会产生电枢磁场。
电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。
要了解气隙磁场的情况，就要先分析清楚主磁场和电枢磁场的特性。
1.4.1 直流电机的空载磁场（返回顶部）直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，即无功率输出。
所以直流电机空载时的气隙磁场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立的磁场。
当励磁绕组通入励磁电流，各主磁极极性依次呈现为极和极，由于电机磁路结构对称，不论极数多少，每对极的磁路是相同的，因此只要分析一对极的磁路情况就可以了。