一、直流電機空載時磁場：
如圖為一臺四極直流電機空載時的磁場分布圖。電機空載時的氣隙磁場是由主極繞組通以直流電流建立的。電樞電流很小或等于零，電機無負載，即沒有功率輸出。
1、磁場分布情況：
主磁通
：絕大部分磁通經(jīng)主極、氣隙、電樞鐵芯、同時與勵磁繞組和電樞繞組相交鏈。
漏磁通
：勵磁繞組電流還產(chǎn)生一部分不經(jīng)過電樞而只通過主極之間的空氣隙而閉合的磁通，它在電樞繞組中不感應(yīng)電勢。
2、磁場特點：
a、主磁通回路中氣隙小，磁導(dǎo)較大;漏磁通回路中氣隙較大，磁導(dǎo)較小。這樣，漏磁通數(shù)量比主磁通數(shù)量小很多。主磁通遠大于漏磁通 。
若不計鐵磁材料中的磁壓降，則在氣隙中各處所消耗的磁勢均為勵磁磁勢，這樣，氣隙小處，磁密B大;氣隙大處，磁密B小;在兩極間的幾何中心線處，磁密B=0，于是，當(dāng)不計齒槽影響，直流電機空載時的氣隙磁場的磁密波分布波形為：一個空間位置固定不變的平頂波。
3、電機磁化曲線：
電機運行需要一定量的 ，即要有一定大小的勵磁磁勢，而F=WI，當(dāng)W一定時，就需要有一定大小的勵磁電流。電機磁化曲線是指主磁通 與勵磁磁勢或勵磁電流的關(guān)系曲線。即
或 
或 是非線性的。如圖：
曲線分析：
a、起始部分幾乎是一直線。因電機未飽和，磁動勢主要降落在氣隙中，而氣隙的磁導(dǎo)率為常數(shù)。延長這一直線部分得到氣隙磁化曲線，即氣隙線
。
b、當(dāng)增大，鐵心所需磁動勢增大很快，而鐵磁材料的磁導(dǎo)率是非線性變化的，所以磁化曲線將偏離氣隙線而彎曲，與鐵磁材料的B-H曲線相似。
c、電機飽和時，曲線進入飽和區(qū)。
二、直流電機的電樞反應(yīng)及負載時的磁場：
1、電樞反應(yīng)：
電機負載時，電樞繞組中有電流流過，產(chǎn)生一磁動勢，稱為電樞磁動勢。此時，氣隙磁場有主極磁勢和電樞磁勢二者合成磁勢建立，電樞磁勢的出現(xiàn)必然對空載時的主極磁場有影響，使氣隙磁密的分布發(fā)生變化，這種電樞磁勢對主極所建立氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。
由于這兩個磁動勢的互相作用，直流電機才能進行機電能量的轉(zhuǎn)換。
電樞反應(yīng)對電機運行特性影響很大：
對電動機：影響轉(zhuǎn)速。2、電樞磁場的分布：
同極性下電流方向相同，異極性下電流方向相反。電刷是電樞表面電流分布的分界線。特點：電樞磁場與主極磁場分布是相對靜止的。
3、電樞磁動勢沿電樞表面分布：
a、以一個元件為例：線圈匝數(shù)
，電流 
安。元件邊產(chǎn)生磁動勢 安匝。每根磁力線僅與一個元件邊相交鏈，磁場對稱于電刷軸線，反向?qū)ΨQ于磁極軸線。將電樞從幾何中性線處切開。每個磁回路的磁勢均為 安匝。
規(guī)定磁動勢方向與磁力線的方向一致，不計鐵磁材料的磁壓降，則全部降落在兩氣隙上，于是，每通過一次氣隙消耗磁動勢為 
，可得一個元件所耗于氣隙的磁動勢的空間分布關(guān)系為： 一矩形波。
每極下有一個元件邊的磁動勢波形
b、若每極下有四個元件邊均勻分布：
據(jù)上分析，應(yīng)有四個矩形波，它們相互之間位移一個槽距，將它們迭加起來可得一階梯數(shù)為2的階梯波。
c、若每極下元件邊的數(shù)目很多，且均勻分布在電樞表面，則經(jīng)上述方法迭加后總的電樞磁動勢會接近于三角波形。
4、電樞磁場的磁密沿電樞表面分布：(推導(dǎo)B與F的關(guān)系)
設(shè)電樞繞組的總匝數(shù)為N，元件數(shù)為S，極對數(shù)為p，極距為
，電樞直徑為
，每元件匝數(shù)為Wy，則N=2SWy，階梯數(shù)為S/2p ，階梯波幅值為：
上式表明：
與
成正比，與
成反比。即：極靴下，氣隙變化小，變化小;極尖處，氣隙大，大大削弱，曲線呈馬鞍形。
5、 直流電機負載時磁場的電樞反應(yīng)
6、直流電機負載時磁場特點(呈去磁作用)：
a、磁場發(fā)生了畸變。
b、磁路不飽和時，主磁場中削弱的數(shù)量與加強的數(shù)量相等。當(dāng)磁路飽和時，增磁使飽和程度提高，使鐵心的磁阻增大，使曲線與不計飽和時降低;另一方面，去磁使磁密減小，飽和程度降低，使鐵心磁阻減小，曲線比不計飽和時高。
總之，由于鐵心磁阻變化的非線性，磁阻增大的量比減小的量要大，所以，磁密增大的量比減小的量要小，使磁場的磁密比不計飽和時的要小，呈去磁作用。