电枢 · 茶年 · 中文维基百科

在电气工程中，电枢（）为电磁设备中在磁场影响下运动或在机器中传输感应电流的部件，在大多数情况下是指电机中传输交流电的部件，在电机运行中起着重要作用。

名称
“”一词在19世纪中期被首次用于电气领域，原意为。交流發電機或相关设备的部件可以用机械术语或电气术语表示，尽管这两套术语截然不同，但它们经常被交替使用，也存在包括一个机械术语和一个电气术语组合的使用方式。比如使用无刷交流电机等复合机械或与习惯于不同配置机械的人交流时。

“电枢”一词亦可被用于除电机外的其他领域如：电枢是电磁炮的重要组成部件，用于直接将电能转化为动能，其关系到电磁炮的发射性能；而永磁体或电磁铁的极片和作为电气开关或继电器的螺線管的活动铁件也可称为电枢。

结构
电枢一般由四个基本部件组成：铁芯、绕组、换向器和主轴。

铁芯
电枢铁芯由许多金属薄板（多为硅钢片）叠成，每片的厚度约为0.5毫米，取决于工频大小。这些金属薄板产生的能量损耗被称为铁损，是由金属薄片在旋转磁场中感应产生的涡流造成的。只要设备运行，涡流的产生就不可避免，但是可以将完整的金属板分成若干薄片可使涡流在数个平面内单独形成以大大减少损耗。

绕组
绕组（即线圈组）分布在电机转子或定子气隙的整个表面上，一般固定在被定子磁铁覆盖的转子或电枢的槽中。其分布和磁场每极槽数的选择对电机的设计和性能有很大影响，例如会影响到直流电机的换向或交流电机的波形。

绕组有两种类型：叠绕组和波绕组。在叠绕组中，串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端的接部分，整个绕组成折叠式前进，而在波绕组中则是把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，如波浪般前进。对于给定额定功率的电机，波绕组更适用于大电流和低电压场景。

绕组绕线由铜或铝制成。铜电枢绕线具有较强的导电性，可提高电气效率。铝电枢绕线比铜线更轻、更便宜。

换向器
主轴
主轴是一根安装在两个垂直于电枢主轴所在直线的轴承之间的硬杆。主轴的直径和刚度应足够大以分别提供启动电动机所需的扭矩和抵抗失衡力。值得注意的是，只有当电枢作为转子的一部分时主轴才会作为其构成部件，作为定子时电枢无主轴。

约束条件

电动势方程：将电枢中的感应电动势（EMF）与磁通量、转速和绕组匝数相关联，可用于确定给定输出电压和功率下电枢所需的尺寸和参数：

:{{E}_{\text{a}}}=\Phi \frac{np{\text{Z}}}{60A}

:其中，{{E}_{\text{a}}}为感应电动势（单位：V），\Phi 为每极磁通量（单位：Wb），\text{Z}为绕组串联匝数，n为转速（单位：rpm），p为极对数，A为并联支路数。

磁动势方程：将电枢绕组产生的磁动势（MMF）与绕组的电流和匝数相关联，可用于确定给定磁动势和磁通所需的电流和匝数：

:{{F}_{\text{a}}}=\frac{{{I}_{\text{a}}}\text{Z}}{2A}

:其中，{{F}_{\text{a}}}为磁动势（单位：A·匝），{{I}_{\text{a}}}为电枢电流（单位：A），\text{Z}为绕组串联匝数，A为并联支路数。

转矩方程：将电枢产生的转矩与功率和转速相关联，用于确定给定转矩和负载所需的功率和转速：

:T=\frac{P}{\Omega }

:其中，T为转矩（单位：N·m），P为功率（单位：W），\Omega 为角速度（单位：rad/s）。

电枢和磁场的相对运动会产生电动势。在电动机中，电磁场与电枢电流方向相反，电枢将电力转换为力矩形式的机械力并通过轴传递，在发电机中，电枢电磁场驱动电枢电流，并将轴的动能转换为电能。

一般地，电机中的主磁場（主磁通）由永久磁铁或由导电线圈组成的电磁铁产生，电枢绕组与气隙中主磁通的相互作用产生电枢磁场，电枢磁场产生的电枢磁通可以用于为电机提供动力使之能够旋转。在直流电机中，产生主磁通的磁铁是定子，电枢则始终是转子的一部分，电枢绕组通过直流电源获得电流并在主磁通的影响下产生一个力，从而产生一个转矩使电机旋转在交流电机中，磁铁作为转子的一部分是旋转的，电枢作为定子的一部分是静止的。交流电机最初使用的是三相电源固定式绕组，这种固定式绕组会产生旋转磁场（RMF），该磁场与静止磁场相互作用，产生转矩使转子旋转。

由于电枢上绕有线圈，因此只要线圈中有电流流过，电枢中就会产生垂直于主磁场的磁场，这一作用称为电枢交叉磁化。电枢磁场的作用是扭曲主磁场并改变中性面，中性面在电枢绕组平行于磁通线运动方向的位置，因此位于该平面内的轴称为磁中性轴（MNA）。这种效应称为电枢反应，反应力的大小与电枢线圈中的电流大小成正比。几何中轴（GNA）是相邻磁极中心线夹角的平分线，磁中性轴是垂直于通过电枢中心的磁通平均方向的轴线。电枢导体在沿磁中性轴方向上不会切割磁通所以不会产生电流。当电枢导体中没有电流流过时，几何中轴与磁中性轴重合。

克服电枢反应影响的方法主要有两种。一种方法是移动电刷的位置使其在发电机产生正常负载电流时处于中性面以抵消电枢反应的影响，另一种方法是在发电机中安装特殊的磁场极（称为中间极）以抵消电枢反应的影响。移刷法适用于在稳定负载下运行的发电机装置。如果负载变化很大，中性面会相对移动，电刷将无法始终处于正确位置。在小型发电机（功率约为1kW或更小）中，这是校正电枢反应的最常用方法。较大型的发电机则需要使用互感器。

电枢

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