1 第1章直流电机原理

1、第一章第一章 直流电机直流电机 1.1直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理 * 1.2直流电机的主要结构及型号直流电机的主要结构及型号 1.3直流电机的磁路直流电机的磁路 1.4电枢电动势与电磁转矩电枢电动势与电磁转矩 * 1.5直流电动机运行原理直流电动机运行原理 * 直流发电机把直流发电机把机械能机械能转化为转化为直流电能直流电能； 直流电动机把直流电动机把直流电能直流电能转化为转化为机械能机械能。 用途：用途： 优点：优点： 调速范围宽；调速范围宽； 起动性能好；起动性能好； 平滑性好；平滑性好； 缺点：缺点： 容量有限；容量有限； 维护工作量大；维护工作量大； 生产制造成本高；

2、生产制造成本高； 直流发电机直流发电机的工作原理是的工作原理是电磁感应定律电磁感应定律 i - Fe - v 电动机电动机 发电机发电机 v - e - i 直流电动机直流电动机的工作原理是的工作原理是皮皮萨电磁力定律萨电磁力定律 回忆：电动机和发电机的基本原理回忆：电动机和发电机的基本原理 直流发电机直流发电机的工作原理的工作原理 用原动机拖动用原动机拖动 线圈使之线圈使之逆时针逆时针方方 向恒速转动，线圈向恒速转动，线圈 边边 a b 和和 c d 分别分别 切割不同极性磁极切割不同极性磁极 下的磁力线，感应下的磁力线，感应 产生电动势产生电动势 ee e 为随时间正负交变的电动势 直流发

3、电机直流发电机 是把线圈中是把线圈中 感应产生的感应产生的 交变电动势，交变电动势， 为直流电动为直流电动 势输出势输出 结论：结论：直流发电机靠换向器配合电刷把线圈中感应产生的交变直流发电机靠换向器配合电刷把线圈中感应产生的交变 电动势，使之从电刷端引出时变为直流电动势。电动势，使之从电刷端引出时变为直流电动势。 固固 定定 的的 电电 刷刷 因为电刷因为电刷 A 通通 过换向片所引过换向片所引 出的电动势始出的电动势始 终是切割终是切割 N 极极 磁力线的线圈磁力线的线圈 边中的电动，边中的电动， 所以电刷所以电刷 A 始始 终有正极性，终有正极性， 同样道理，电同样道理，电 刷刷 B 始

4、终有负始终有负 极性，极性， 因此电因此电 刷端能引出刷端能引出方方 向不变但大小向不变但大小 变化变化的脉振电的脉振电 动势。动势。 换向片换向片 ee 逆时针逆时针转动转动 直流电动机直流电动机的工作原理的工作原理 要使线圈受到一个要使线圈受到一个方方 向不变向不变的电磁转矩，的电磁转矩， 关键在于：保证每个关键在于：保证每个 极下线圈边中电流始极下线圈边中电流始 终是一个方向，就可终是一个方向，就可 以使电动机能连续的以使电动机能连续的 旋转。当线圈边在不旋转。当线圈边在不 同极性的磁极下，如同极性的磁极下，如 何将流过线圈中的电何将流过线圈中的电 流方向及时地加以变流方向及时地加以变

5、换，换， 换向器换向器 电刷电刷 换向器配合电刷就换向器配合电刷就 可以达到此目的可以达到此目的 强调几点强调几点： 1.电枢：电枢： 在电机实现机械能与电能相互转换过程中，起关键和枢纽作用在电机实现机械能与电能相互转换过程中，起关键和枢纽作用 的部件。的部件。对于发电机来说，它是产生电动势的部件对于发电机来说，它是产生电动势的部件，如直流发，如直流发 电机中的转子，交流发电机中的定子；电机中的转子，交流发电机中的定子；对于电动机来说，它是对于电动机来说，它是 产生电磁力的部件产生电磁力的部件，如直流电动机中的转子。，如直流电动机中的转子。 2.电磁转矩：电磁转矩： 电动机的通电电枢线圈在磁场

6、中受到力的作用，这个电动机的通电电枢线圈在磁场中受到力的作用，这个力乘以转力乘以转 子的半径子的半径，就是电磁转矩。，就是电磁转矩。 3.电机的可逆性：电机的可逆性： 发电状态的原电动势产生电流后，隐含发电状态的原电动势产生电流后，隐含电磁阻力矩电磁阻力矩；电动状态；电动状态 的电磁转矩驱动电枢旋转同时，隐含的电磁转矩驱动电枢旋转同时，隐含反电动势反电动势。因此发电机与。因此发电机与 电动机是一台电机两种不同的运行状态。电动机是一台电机两种不同的运行状态。 4.换向：换向： 电机旋转过程中，转子线圈的电流方向不断改变的过程。电机旋转过程中，转子线圈的电流方向不断改变的过程。 1.请分析请分析直

7、流电动机直流电动机的工作原理。的工作原理。 2.请分析请分析直流发电机直流发电机的工作原理。的工作原理。 3.电机的电机的电枢电路电枢电路是指什么？是指什么？ 4.在直流电机中，为什么要用在直流电机中，为什么要用电刷和换向器电刷和换向器，它们起什么作，它们起什么作 用？用？ 自制小电机：自制小电机： http:/ 直流电机动画：直流电机动画： http:/ 2.1 作业作业 一极对直流电机剖面图一极对直流电机剖面图 1-定子励磁线圈定子励磁线圈 2-主磁极铁芯主磁极铁芯 3-电机机壳电机机壳 4-换向极铁芯换向极铁芯 5-换向极线圈换向极线圈 6-电枢铁芯电枢铁芯 7-电枢绕组电枢绕组 视频学

8、习：视频学习：http:/ 主磁极主磁极 换向磁极换向磁极 电刷装置电刷装置 机座机座 端盖端盖 磁极铁心磁极铁心 励磁绕组励磁绕组 电刷电刷 刷握刷握 绝缘支架绝缘支架 压紧力调整装置压紧力调整装置 定子定子 1.定子作用：定子作用：产生励磁磁场产生励磁磁场和和电机机械的支电机机械的支 撑撑。 励磁励磁：由于磁铁的磁场不能控制大小，同时笨重，多数发电机的磁场不：由于磁铁的磁场不能控制大小，同时笨重，多数发电机的磁场不 是由永磁体提供，而是是由永磁体提供，而是由直流电通过转子线圈提供，把这一过程称为励磁由直流电通过转子线圈提供，把这一过程称为励磁。 电机中电机中专门为产生磁场而设置的线圈组称为

9、励磁绕组专门为产生磁场而设置的线圈组称为励磁绕组。 电枢绕组电枢绕组 电枢铁心电枢铁心 换向器换向器 转轴转轴 转子转子 2.电流电机的转子（电枢）作用：产生电流电机的转子（电枢）作用：产生电电 动势动势和和电磁转矩电磁转矩实现能量转换。实现能量转换。 3.静止部分和转动部分之间留有一定静止部分和转动部分之间留有一定 的间隙：的间隙：气隙。气隙。 1、主磁极：、主磁极： 一种电磁铁一种电磁铁 ，用，用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心；毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心； 2.机座：机座： 机座通常由铸铁或厚铁板焊成机座通常由铸铁或厚铁板焊成 有两个作用：有两个作用：1)固定主磁

10、极、换向极和端盖；固定主磁极、换向极和端盖； 2)作为磁路的一部分。作为磁路的一部分。 机座中有磁通经过的部分称为机座中有磁通经过的部分称为磁轭；磁轭； 1.电枢铁心电枢铁心 电枢铁心装配图如下电枢铁心装配图如下 电枢铁心有两个作用：电枢铁心有两个作用： 1)作为主磁路的主要部分；作为主磁路的主要部分； 2)嵌放电枢绕组：嵌放电枢绕组： 通常用通常用.厚的厚的 硅钢片冲片叠压而成硅钢片冲片叠压而成 直流电机电枢照片 2.电枢绕组电枢绕组 元件及嵌放方法元件及嵌放方法 电枢绕组是直流电机的主要电路部分。电枢绕组是直流电机的主要电路部分。 用以通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换。用以通过电

11、流和感应产生电动势以实现机电能量转换。 电枢绕组由许多按一定规律联接的线圈组成；电枢绕组由许多按一定规律联接的线圈组成； 3.换向器换向器 有许多换向片组成，换向片之间用云母绝缘。有许多换向片组成，换向片之间用云母绝缘。 电枢绕组的每一个线圈两端分别接在两个换向片上。电枢绕组的每一个线圈两端分别接在两个换向片上。 作用作用-将电刷上所通过的将电刷上所通过的直流电流直流电流转换为转换为绕组内的交变电流绕组内的交变电流或或 将绕组内的将绕组内的交变电动势交变电动势转换为电刷端上的转换为电刷端上的直流电动势直流电动势。 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 在实际电机中，在实际电机中， 在电枢表面上

12、均匀分布的在电枢表面上均匀分布的 槽内嵌放着许多线圈，槽内嵌放着许多线圈， 这些这些线圈按一定规线圈按一定规 律联接律联接起来，构成直流电机的起来，构成直流电机的电枢绕组电枢绕组。 它是直流电机的主要电路。它是直流电机的主要电路。 通过换向片，6个元件依次串连构成一个闭合回路。 位于对称位置的电刷将闭合的6个线圈分成两个并联支路。 电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路。 两个电刷位于换向器内圆对称位置(实际放置在外圆上)。 电枢绕组的嵌放方法电枢绕组的嵌放方法 元件元件数数S S，换向片数，换向片数K K，总实槽数，总实槽数Z Z 几个基本概念几个基本概念 单匝元件 元件边 双匝元件

13、元件边 Z=S S=K 一个线圈一个线圈 就是一个就是一个 元件元件 节距节距： 所谓所谓节距节距，是指被联接起来的两个元件边，是指被联接起来的两个元件边 或换向片之间的距离，以或换向片之间的距离，以所跨过的元件边所跨过的元件边 数或虚槽数或换向片数数或虚槽数或换向片数来表示。来表示。 第一节距第一节距 y y1 1 合成节距合成节距y y和和换向片节距换向片节距y yk k 第二节距第二节距 y y2 2 y y2 2 为元件下层边与其相联结 为元件下层边与其相联结 的元件上层边之间的距离。的元件上层边之间的距离。 y y 为相串连的两元件对应边 为相串连的两元件对应边 的距离。的距离。 y

14、 y1 1 指一个元件两个边的距离。 指一个元件两个边的距离。 y1 yk NS 123 12 y yk k 一个元件的首尾端在换向 一个元件的首尾端在换向 器上的距离。器上的距离。 y = y1 - y2 y y2 电枢绕组的联结方法电枢绕组的联结方法 4.电刷装置电刷装置作用作用-把直流电压、直流电流引入或引出把直流电压、直流电流引入或引出 主磁极主磁极 换向磁极换向磁极 电刷装置电刷装置 机座机座 端盖端盖 电枢绕组电枢绕组 电枢铁心电枢铁心 换向器换向器 转轴转轴 磁极铁心磁极铁心 励磁绕组励磁绕组 电刷电刷 刷握刷握 绝缘支架绝缘支架 压紧力调整装置压紧力调整装置 定子定子 转子转子

15、 直直 流流 电电 机机 结结 构构 铭牌数据铭牌数据: :铭牌上标注额定值铭牌上标注额定值，是电机运行的基，是电机运行的基 本依据。本依据。 直流电机的直流电机的铭牌数据铭牌数据 额定工作情况：额定工作情况：电机制造厂对出产的电机工作条件（例如： 温度、负载、电压、电流）加以规定，电机按照这些条件 工作的情况。 额定值：额定值：表征电机额定工作情况的各种数据。是电机制造厂 对电机正常运行时，对有关的电量和机械量所规定的数据。 额定运行：额定运行：当电机运行于额定容量时，即满载满载运行。 电机的过载过载运行、轻载轻载运行都不好。也就是说，电机只有运行 在额定值情况（额定工况）下，才能优质、可靠

16、工作。 直流电机的直流电机的铭牌数据铭牌数据 额定电压：额定电压：额定运行状况下，发电机额定运行状况下，发电机输出输出 电压电压或者电动机的或者电动机的输入电压输入电压。U UN N，V V电枢电压电枢电压 额定电流：额定电流： 指指额定负载额定负载时允许电机长期时允许电机长期输入输入 （电动机）（电动机）或或输出（发电机）输出（发电机）的电流。的电流。ININ，A A电枢电流电枢电流 额定功率：额定功率：电机电机额定运行状态额定运行状态时的时的输出功率输出功率， PNPN，kWkW。因此：。因此：发电机指输出电功率；电动机指输发电机指输出电功率；电动机指输 出机械功率出机械功率。 额定容量额定容量：电机：电机额定运行状态额定运行状态时的时的输出视在功率！输出视在功率！ 思考：直流电机的额定功率和额定容量相等吗？思考：直流电机