直流电机是如何励磁的？不同的励磁方式有什么特点或优势？

客观地讲，在一些以前几乎是直流电机专属的应用场合，交流驱动系统正逐步替代直流电机。但是，直流电机特性的多样性，以及其驱动系统相对简单的优良特性，注定直流电机仍将广泛应用于很多场合。

结合励磁绕组的并励、串励、他励以及复励等各种方式，直流电机可在动态运行和稳态运行下具有不同的特性；由于直流电动机的转速易于控制，因而直流电机拖动系统经常应用于需要大范围调速，或者需要精确控制电动机输出的场合。直流电机系统的多功能性以及它对于手动和自动控制的适应性，是直流电机最显著的特点。

像笼型感应电动机一样，并励电动机是恒转速电动机。并励电动机最大的优点是转速易于控制，转速的变化与磁通的变化相反，从而使反电势保持与所加的端电压近似相等。通过改变外加电枢电压的大小，能够获得非常宽的转速调节范围。

串励电动机是变速电动机。电机负载的增加伴随着电枢电流、电枢磁势，以及定子磁场磁通的增加。由于磁通随负载的增加而增加，转速必然要下降，以便保持外加电压和反电势的平衡；由于磁通的增加，使负载转矩增大而引起的电枢电流的增加，比并励电动机要小，磁通随电枢电流的增加还会导致串励电机，具有非常好的起动特性。

复励电机的串励绕组可以被连接成积复励，使串励磁势加强并励绕组的磁势；也可以连接成差复励，使串励磁势削弱并励绕组的磁势（差复励连接很少使用）。复励电机克服了串励电机轻载时转速非常高的缺点，同时又在很大程度上保持了串励电机的优点。

直流电机在应用中的优势在于，通过采用并励、串励或复励的励磁方式，可以使电机具有多种运行特性。如果增加额外的电刷组，以便从换向器获得其他电压，则电机特性还存在更多的可能性。

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直流电机的励磁方式及磁场

一、直流电机的励磁方式

他励电机结构

（一）他励直流电机

图1.3.1 他励直流电机电路原理图

（二）并励直流电机

图1.3.2 并励直流电机电路原理图

（三）串励直流电机

图1.3.3 串励直流电机电路原理图

（四）复励直流电机

图1.3.4 复励直流电机电路原理图

直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和复励式

二、直流电机的空载磁场

1.直流电机的空载

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

2.直流电机的空载磁场

1）由励磁磁通势单独建立的磁场

同时与励磁绕组和电枢绕组相交链

2)漏磁通 Φ1σ

交链励磁绕组本身，不和电枢绕组相交链

3)空载磁密分布

不计齿槽影响，直流电机空载时，其气隙磁场(主磁场)的磁密分布波形如图所示

图1-23 直流电机空载磁密分布

4)磁化曲线

主磁通 Φm 与励磁磁通势 Ff0 或励磁电流 If0 的关系称为电机的磁化曲线

表明电机磁路的特性

电机的磁化曲线可以通过电机磁路计算去求得

(1)主磁通所经过的磁回路

由主磁极铁心、气隙、电枢齿、电枢铁心和磁轭等五部分组成

因为铁磁材料的B—H曲线是非线性的，磁导率不是常数，

使得 Φm = f (Ff0) 的关系也是非线性的

(2)磁化曲线

电机磁化曲线的形状和所采用的铁磁材料的 B—H 曲线相似

图1.3.6 电机磁化曲线

三.直流电机负载时的磁场和电枢反应

1.负载时磁场

电机带上负载以后， 电枢绕组内流过电流，还会形成磁通势，该磁通称为电枢磁通势。 所以，负载时电机中气隙磁场是由励磁磁通势和电枢磁通势共同建立。 由此可知，在直流电机中，从空载到负载，其气隙磁场是变化的

2.电枢反应

1)电枢磁通势 对励磁磁通势所产生气隙磁场的影响称为电枢反应

为画图简单起见，元件边只画一层，认为电枢是光滑的，

并考虑某一极性下元件中流过电流同一方向，得电枢磁场分布

图1.3.7 电枢磁势产生的磁场分布

可见磁极几何中性线处电枢反应磁势最大。

2)单个电枢磁势分布展开图

图1.3.8 单个电枢元件产生的磁场分布

3)多个电枢磁势分布展开图

讨论时考虑电刷处于几何中性线时，得磁势分布图

1.3.9 三个电枢元件产生的磁场分布

4)电枢反应

再考虑主磁场的作用，可得考虑电枢反应后气隙磁场分布

图1.3..10 考虑电枢反应后气隙磁场分布

由此可见: 电枢反应磁通势轴线的位置总是与电刷轴线重合

当电刷处于几何中性线时，电枢反应磁势与磁极轴线互相垂直

5)电枢反应使气隙磁场发生了畸变

电枢磁场使主磁场一半削弱，另一半加强

并使电枢表面磁密等于零处离开了几何中性线。

6)电磁反应呈去磁作用

* 在磁路不饱和时

主磁场削弱的量与加强的量恰好相等。

* 在磁路临界饱和时

增磁会使半个极下饱和程度提高，铁心磁组增大，

另外半个极下饱和程度减小，铁心磁组减小

因磁路临界饱和，从而使实际的合成磁场曲线要比不计饱和时略低

增加的磁通数量就会小于磁通减少的数量

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