第18章直流电机的基本工作原理和结构

1、电电 机机 学学清华大学出版社清华大学出版社国家国家“十一五十一五”规划教材规划教材主编：孙旭东主编：孙旭东上页上页下页下页目录目录目 录1234上页上页下页下页目录目录 直流电机直流电机 实现机械能和直流电能相互转实现机械能和直流电能相互转换的电磁机械装置。换的电磁机械装置。 把把机械能转换成直流电能机械能转换成直流电能的电机是的电机是直流发电机直流发电机；反之，则为直流电动机。反之，则为直流电动机。 上页上页下页下页目录目录直流电机的用途直流电机的用途p特点特点p调速范围宽，易于平滑调节调速范围宽，易于平滑调节p过载、起动、制动转矩大过载、起动、制动转矩大p易于控制，可靠性高易于控制，可靠

2、性高p调速时能量损失较小调速时能量损失较小p直流电动机直流电动机p应用于对调速要求高的场所：轧钢机、舰船推进、造应用于对调速要求高的场所：轧钢机、舰船推进、造纸、挖掘机等。纸、挖掘机等。p直流发电机直流发电机p给直流电动机、电解、电镀、冶炼、充电、交流发电给直流电动机、电解、电镀、冶炼、充电、交流发电机励磁等的直流电源。机励磁等的直流电源。上页上页下页下页目录目录直流电机的用途直流电机的用途p缺点缺点p换向困难，使容量受到限制。换向困难，使容量受到限制。p有换向器，费工费料、造价昂贵，有换向器，费工费料、造价昂贵，需要经常维护，寿命较短。需要经常维护，寿命较短。p可靠性差。可靠性差。p对环境要

3、求高。对环境要求高。上页上页下页下页目录目录1.1. 电动势的产生电动势的产生eBlv电磁感应定律电磁感应定律：满足右手定则满足右手定则BAe为随时间正负交变的电动势为随时间正负交变的电动势上页上页下页下页目录目录BAe为脉动的直流电动势。为脉动的直流电动势。由于静止电刷和旋转换向器的由于静止电刷和旋转换向器的作用作用，BAe上页上页下页下页目录目录2 2、电磁转矩的产生、电磁转矩的产生fBli 电磁力定律电磁力定律：上页上页下页下页目录目录直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替变化的电流。变化的电流。图中电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边图中

4、电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边处在处在N N极下，还是极下，还是S S极下，线圈电流均产生逆时针极下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁力矩，从而使转子获得了一个固定方方向的电磁力矩，从而使转子获得了一个固定方向的电磁转矩。向的电磁转矩。上页上页下页下页目录目录直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理l旋转电枢式直流发电机的基本工作原理旋转电枢式直流发电机的基本工作原理w 电枢导体与换向片固定连接，换向片之间由绝缘电枢导体与换向片固定连接，换向片之间由绝缘体隔开，换向器随电枢旋转，而电刷是静止不动体隔开，换向器随电枢旋转，而电刷是静止不动的，并与外电路相连，这样电刷接触的换向片是的，并

5、与外电路相连，这样电刷接触的换向片是不断变化的的、电枢每转过一周（不断变化的的、电枢每转过一周（360空间空间电角电角度），线圈中和电刷度），线圈中和电刷A、B间的电动势方向改变间的电动势方向改变一次，电刷极性保持不变，换向器的作用如同全一次，电刷极性保持不变，换向器的作用如同全波整流。波整流。w 从电刷从电刷A、B两端得到的是脉动电动势。两端得到的是脉动电动势。 上页上页下页下页目录目录直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理l直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理换向器将线圈内部的交流电动势转变为电刷外部的换向器将线圈内部的交流电动势转变为电刷外部的直流电动势。直流电动势。上

6、页上页下页下页目录目录u 通过通过换向器换向器和和电刷电刷将交将交流变成直流流变成直流上页上页下页下页目录目录直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理l直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理换向器将电刷外部的直流电流变换为线圈内部的交换向器将电刷外部的直流电流变换为线圈内部的交流电流，产生单方向的电磁转矩。流电流，产生单方向的电磁转矩。TT上页上页下页下页目录目录直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理p为了减小直流电动势和电磁转矩中的脉动，为了减小直流电动势和电磁转矩中的脉动，需要增加线圈数目需要增加线圈数目。上页上页下页下页目录目录主磁极主磁极换向磁极换向磁极电刷装置电刷

7、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转子转子定子定子直直流流电电机机转轴转轴电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组换向器换向器（空气隙）（空气隙）上页上页下页下页目录目录一、直流电机的静止部分一、直流电机的静止部分1 1、主磁极、主磁极2 2、换向极、换向极1主磁极铁心主磁极铁心2励磁绕组励磁绕组3机座机座1换向极铁心换向极铁心2换向极绕组换向极绕组上页上页下页下页目录目录3、机座、机座用来固定主用来固定主磁极、换向极和端盖；另外，磁极、换向极和端盖；另外，又作为磁路的一部分。又作为磁路的一部分。 上页上页下页下页目录目录4

8、、电刷装置、电刷装置1刷握刷握2电刷电刷3压紧弹簧压紧弹簧4 4铜丝辫铜丝辫上页上页下页下页目录目录二、直流电机的转动部分二、直流电机的转动部分1、电枢铁心、电枢铁心a)电枢铁心冲片电枢铁心冲片b)电枢铁心电枢铁心2、电枢绕组、电枢绕组由许由许多按一定规律连接的线圈多按一定规律连接的线圈组成。组成。上页上页下页下页目录目录2、电枢绕组、电枢绕组1槽楔槽楔2线圈绝缘线圈绝缘3导体导体4 4层间绝缘层间绝缘5 5槽绝缘槽绝缘6 6槽底绝缘槽底绝缘电枢槽内的绝缘电枢槽内的绝缘上页上页下页下页目录目录直流电机的主要结构直流电机的主要结构p换向器结构换向器结构p1 1换向片；换向片；2 2垫圈垫圈p3

9、3绝缘层；绝缘层；4 4套筒套筒3、换向器、换向器由许多换由许多换向片组成，换向片之间用云向片组成，换向片之间用云母绝缘。母绝缘。上页上页下页下页目录目录上页上页下页下页目录目录上页上页下页下页目录目录18.2 18.2 直流电机的主要结构直流电机的主要结构p定子定子p机座（磁轭）机座（磁轭）p主极主极p换向极换向极p电刷装置电刷装置p转子转子p电枢铁心电枢铁心p电枢绕组电枢绕组p换向器换向器p转轴转轴上页上页下页下页目录目录直流电机的主要结构直流电机的主要结构p1 1换向极铁心换向极铁心p2 2换向极绕组换向极绕组p3 3主极铁心主极铁心p4 4励磁绕组励磁绕组p5 5电枢齿电枢齿p6 6电

10、枢铁心电枢铁心p7 7换向器换向器p8 8电刷电刷p9 9电枢绕组电枢绕组p1010机座机座p1111底脚底脚上页上页下页下页目录目录18.3 18.3 直流电机的额定值直流电机的额定值p额定功率，额定功率，PN （kW ）p 由温升和换向等条件限制，按规定运行由温升和换向等条件限制，按规定运行方式电机能输出的功率。方式电机能输出的功率。p发电机：输出的电功率。发电机：输出的电功率。p电动机：转轴上输出的机械功率。电动机：转轴上输出的机械功率。p额定电压，额定电压，UN（V）p额定运行时，电机出线端的平均电压。额定运行时，电机出线端的平均电压。p直流电机的额定电压通常不高。直流电机的额定电压通

11、常不高。 上页上页下页下页目录目录直流电机的额定值直流电机的额定值p额定电流，额定电流，IN（A）p电机在额定电压下运行，输出功率为额电机在额定电压下运行，输出功率为额定功率时，通过电机出线端的线路电流定功率时，通过电机出线端的线路电流 。p 发电机：发电机：p 电动机：电动机：NNNNPIUNNNPI上页上页下页下页目录目录直流电机的额定值直流电机的额定值p额定转速，额定转速，nN（r/min）额定功率、额定电压、额定电流时的转速。额定功率、额定电压、额定电流时的转速。p额定励磁电流，额定励磁电流，IfN（A）电机在额定工况下，其励磁绕组中的直流电流电机在额定工况下，其励磁绕组中的直流电流。p额定效率，额定效率，N额定工况下，输出功率与输入功率的百分比额定工况下，输出功率与输入功率的百分比。上页上页下页下页目录目录西门子公司的一台电机的铭牌西门子公司的一台电机的铭牌额定功率额定功率7457W7457W额定