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直流电机的基本特性

直流电机的磁场和电枢反应

直流电机的磁场是由主磁场（励磁磁场）和电枢磁场合成的一个合成磁场，它对直流电机产生的电动势或电磁转矩都有直接的影响，而且直流电机的运行特电枢反应使磁极下磁力线扭斜，磁通密度分布不均匀，合成磁场发生畸变。磁场畸变的结果，使原来的几何中处的磁场不再等于零，磁场为零的位置，即物理中性线按逆时针旋转方向移动角度，物理中性线与几何中性线不再重合。

② 电枢反应使主磁场削弱，电枢磁场使每一个磁极下的磁通势发生变化，如N极下的左半部分的主磁极磁通势被削弱，右半部分的主磁极磁通势被增强。每一个磁极下的合成磁通量仍应与空载时的主磁通相同。但在实际工作时，直流电机的磁路总是处在比较饱和的非线性区域，因此增强的磁通量小于减少的磁通量，故负载时每极的合成磁通比空载时每极的主磁通小，称此为电枢反应的去磁作用。因此，负载运行时的感应电动势略小于空载时的感应电动势。4.发电机的电枢反应

发电机负载运行时，气隙中磁场将由主磁场和电枢磁场共同建立。交轴电枢磁场对主磁场的影响称为交轴电枢反应；直轴电枢磁场对主磁场的影响称为直轴电枢反应。电枢反应对电机的工作特性产生影响。

（1）交轴电枢反应性在很大程度上也取决于磁场特性。因此，了解直流电机的磁场是十分必要的。主磁场

直流电机的空载，是指发电机与外电路断开，没有电流输出；电动机轴上不带机械负载。直流电机空载时，气隙中仅有励磁磁势产生的磁场，称为主磁场。

由于直流电机的磁路结构对称，因此以一对磁极来分析主磁场就可以了。直流电机空载时的主磁场如图可知，空载时的磁通根据路径可以分为两部分，其中大部分磁通经过主磁极、气隙、电枢铁芯、气隙、主磁极和磁扼形成闭合回路，称为主磁通；有小部分磁通不经过电枢铁芯而形成闭合回路，称为漏磁通。起机电能量转换作用的是主磁通，通常漏磁通约占主磁通的15%左右。

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在电枢表面磁感应强度为零的地方是物理中性线 m-m，空载时它与磁极的几何中性线重合。电枢磁场

直流电机负载运行时，电枢绕组电流产生的磁场，称为电枢磁场。

是以电动机为例的电枢磁场，它的方向由电枢电流确定。可以看出，不论电枢如何转动，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极面下的导体和S极面上的导体电流方向始终相反，只要电刷固定不动，电枢两边的电流方向就不变，电枢磁场的方向也不变，即电枢磁场是静止不动的。根据图上的电流方向，用左手定则可以判断该台电动机的旋转方向为逆时针。电枢反应

负载时电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应，电枢反应对直流电机的运行性能有很大延伸，所以称为波绕组。

单波绕组的示意首末端之间的距离接近两个极距，个元件串联后，其末尾应该落在起始换向片前1片的位置，才能继续串联其余元件。为此，换向器节距必须满足以下关系

⑤步进电机的步距角变动范围较大，在小步距角的情况下，往往可以不经减速器而获得低速运行。号控制的，所以步进电机不需要变换，就能直接将数字信号转换成角位移或线位移，因此它很适合于作为数字控制系统的伺服元件。绕组展开图中根据极距定出主极轴线位置，用四个方框表示四个主磁极并分别表明极性。假设磁极均覆盖于纸面。磁极极性和电枢旋转方向，利用右手定则可以确定各元件边感应电动势的方向。

为了将旋转中电枢绕组的电动势引出，需要装设电刷。，四个电刷安放在相应的四个主极轴处，这样，相邻电刷之间所串联的元件的感应电动势都相同，电刷之间可以获得大的电动势；而且，被电刷短路的四个元件的元件边正好在几何中性线上，元件中的感应电动势为零。这两条符合安放电刷的原则。相同极性的电刷用导线并联起来，然后引出正、负两个线端。3.并联支路图

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为了清楚起见，瞬间各元件的连接和电刷的关系整理、排列，可以得到的单叠绕组的并联支路

可以看出，由于电刷和主磁极在空间上是固定的，所以，对于直流发电机，虽然每条支路中的元件连同与电刷接触的换向片在不断地变化，但每条支路中各元件在磁场中所处的位置及各支路的元件总数并没有改变，因此在电刷之间的电动势，其方向和大小不变，是一个直流电动势。由此再次展示了换向器和电刷装置在直流发电机中的作用。对于直流电动机，也是由于换向器和电刷装置的作用，使处于主磁极下的绕组元件受到的电磁力的方向和大小始终不变，从而形成一个恒定的电磁转矩。单叠绕组的特点

① 电枢绕组的并联支路数等于电机的主磁极数。

近年来，步进电机已广泛地应用于数字控制系统中，例如数控机床、绘图机、计算机外围设备、自动记录仪表、钟表和数/模转换装置等。相应其研制工作进展迅速，步进电机的性能也有较大的提高。表看差不多都是一个圆柱体，中间有一根转轴，体积一般都比较小，因此控制电机是一种微电机。从它们完成的任务来看，各种控制电机又各不相同，有的用来带动自动控制系统中的机构运动，有的用来量测机械转角或转速，有的可以进行三角函数运算，有的可以进行积分或微分运算等。

各种控制电机的用途和功能尽管不同，但基本上可划分为信号元件和功率元件两大类。凡是用来转换信号的都为信号元件，又称为量测元件；凡是把信号转换成输出功率或把电能转换为机械能的都为功率元件，又称为执行元件。若以电源分类，控制电机有直流和交流两类。

物理中性线与几何中性线不再重合。

② 电枢反应使主磁场

当直流电机处于的时刻，电刷同时与换向片1和换向片2接触，元件1既不属于右侧支路，也不属于左侧支路，而是处于换向过程中。

当直流电机处于的时刻，电刷仅与换向片2接触，元件1已属于电刷左侧的支路，其电流方向变为顺时针，并规定为此刻元件1换向结束，元件2处于即将换向的位置。

换向过程所需的时间称为换向周期T，通常只有千分之几秒。

元件的换向过程换向元件中的感应电动势和电流变化的特点

（1）换向元件中的感应电动势

① 电抗电动势。在换向过程中，由于换向元件中电流从的变化，在换向元件中产生自感电动势，其方向由楞次定律可知，它总是阻碍原电流的变化，即方向应与换向前电负电刷之间的感应电动势，也即是每条支路里的感应电动势。

每条支路所含的绕组元件数是相等的，而且每个支路里的元件都是分布在同极性磁极下的不同位置上。这样，先求出一根导体在一个极距范围内，切割气隙磁通密度的平均感应电动势，再乘以一条支路里总的导体数，就是电枢电动势

当直流电动机的主磁场和电枢元件的电流均与发电机相

削弱，电枢磁场使每一个磁极下的磁通势发生变化，如N极下的左半部分的主磁极磁通势被削弱，右半部分的主磁极磁通势被增强。每一个磁极下的合成磁通量仍应与空载时的主磁通相同。但在实际工作时，直流电机的磁路总是处在比较饱和的非线性区域