交轴电枢反应

概念定义

交轴电枢反应是电机电枢反应的一种形式。按照电枢磁动势相对主磁场的方向，电枢反应可分为交轴电枢反应和直轴电枢反应；当电枢绕组产生的磁场垂直于主磁场时，形成交轴方向的磁化作用。

直流电机内同时存在主磁通与电枢磁通。主磁通由永久磁铁或励磁线圈产生，电枢绕组通电后产生电枢磁场。电枢磁通对主磁通分布造成的影响统称为电枢反应，其中交轴分量主要表现为主磁场被扭曲以及磁中性轴位置改变。

工作原理

电枢绕组有电流流过时，绕组产生与主磁场垂直的磁场。电枢磁场与主磁场在气隙中叠加，使主磁场不再保持原来的对称分布，并令中性面发生偏移。交轴电枢反应的强弱与电枢线圈中的电流大小成正比，因此负载变化引起电枢电流变化时，其影响也会随之改变。

几何中性轴是相邻磁极中心线夹角的平分线；磁中性轴则是垂直于通过电枢中心之平均磁通方向的轴线。没有电枢电流时，两者重合。电枢电流建立磁场后，主磁场受到扭曲，磁中性轴便会偏离几何中性轴。位于磁中性轴方向的电枢导体不切割磁通，因此不产生感应电动势。

技术构成

这一现象涉及主磁场系统、电枢铁芯、电枢绕组、气隙，以及直流换向电机中的换向器和电刷。电枢通常由铁芯、绕组、换向器和主轴组成；当电枢作为定子时，主轴不属于其构成部分。电枢铁芯一般由多片金属薄板叠成，以降低变化磁场在铁芯中引起的涡流损耗。绕组分布在转子或定子的槽内，其槽数、绕组形式、导线尺寸和气隙长度都会影响电机的磁场与运行状态。

电枢绕组产生的磁动势可表示为 Fa=IaZ/(2A)，其中 Fa为电枢磁动势，Ia为电枢电流，Z为绕组串联匝数，A为并联支路数。该关系反映电枢电流、绕组参数与磁动势之间的联系。

运行影响与控制

在直流发电机中，电刷需要设置在中性面上，并接触与没有感应电动势的电枢线圈相连的换向器部分。交轴电枢反应令中性面沿旋转方向移动后，按空载中性面设置的电刷在负载状态下可能偏离正确位置。电刷若接触中性面以外的换向器部分，可能造成正在换向的线圈短路，产生电弧并带来功率损失。

一种校正方式是移动电刷，使其在正常负载电流下处于新的中性面。这种方式较适合负载稳定的发电机；负载变化较大时，中性面会随之移动，固定电刷位置难以始终对应中性面。另一种方式是在电机中设置中间极，以相反的磁场作用抵消电枢反应对换向区域的影响。

应用场景

交轴电枢反应主要用于分析直流电动机和直流发电机中的气隙磁场分布、磁中性轴偏移及换向状态。在直流电动机中，电枢为转子的一部分，电枢电流与定子主磁通相互作用并产生转矩；在直流发电机中，对交轴电枢反应的判断则直接关系到电刷位置与换向校正方式。