第一章直流电机基本原理

1、u直流电机是根据电磁感应定律和电磁力定律实现直流电机是根据电磁感应定律和电磁力定律实现 机械能与直流电能转换的机器机械能与直流电能转换的机器u用途：直流发电机：电源 励磁机 信号传递测速发电机 直流电机的用途直流电机的用途l直流电动机直流电动机w 特点特点 调速范围宽，易于平滑调节调速范围宽，易于平滑调节 过载、起动、制动转矩大过载、起动、制动转矩大 易于控制，可靠性高易于控制，可靠性高 调速时能量损失较小调速时能量损失较小w 应用于对调速要求高的场所：轧钢机、舰船推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。进、造纸、挖掘机等。l直流发电机直流发电机w 给直流电动机、电解、电

2、镀、冶炼、充电、交给直流电动机、电解、电镀、冶炼、充电、交流发电机励磁等的直流电源。流发电机励磁等的直流电源。直流电机的用途w主要缺点主要缺点 换向困难，使容量受到限制。换向困难，使容量受到限制。 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。 可靠性差。可靠性差。 对环境要求高。对环境要求高。第2节 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理一、直流发电机的工作原理通过换向片，电刷A总与位于N极下的导体相连，极性为正。电刷B总与位于S极下的

3、导体相连，极性为负直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理l线圈中的电动势和电流均为交流xxeB lvBl通过换向片，电刷固定接于某一磁极下的导体l换向器将电枢绕组中的交流电转化为电刷两端的直流电w 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。直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理增加导体可减小感应电动势的脉动。增加导体可减小感应电动势的脉动。当有足够多的线圈和换向片时，可当有足够多的线圈和换向片时，可获得稳定直流电势。当每极下导体获得稳定直流电势。

4、当每极下导体数大于数大于8时，脉动可小于时，脉动可小于1%。直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理一、直流发电机的工作原理n结论：结论：1）电枢绕组内电势、电流为交流电；）电枢绕组内电势、电流为交流电；2）电刷间为直流电势。绕组中感应电势与电流方向一致；）电刷间为直流电势。绕组中感应电势与电流方向一致；3）电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场；）电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场；4）产生的电磁转矩与转子转向相反，）产生的电磁转矩与转子转向相反， 为制动性质；为制动性质；5）原动机克服电磁制动转矩作功，将机械能转换为电能。）原动机克服电磁制动转矩作功，将机械能转

5、换为电能。直流电机的基本工作原理和基本结构二、直流电动机的工作原理二、直流电动机的工作原理在直流电动机中，虽然外加电源为直流，但通过换向器的作用，导体中的电流将随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终保持不变。即线圈中的电流是交变的，但产生的电磁转矩方向是恒定的。 xfB li直流电机的基本工作原理和基本结构二、直流电动机的工作原理二、直流电动机的工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构n结论：结论：1）外施电压、电流是直流，）外施电压、电流是直流， 电枢绕组内电流是交流；电枢绕组内电流是交流；2）电枢绕组中感应电势与电流方向相反；）电枢绕组中感应电势与电流方向相反；3

6、）线圈是旋转的，电枢电流是交变的。）线圈是旋转的，电枢电流是交变的。 电枢电流产生的磁电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；场在空间上是恒定不变的；4）产生的电磁转矩与转子转向相同，）产生的电磁转矩与转子转向相同， 为驱动性质；为驱动性质；5）电磁转矩克服负载转矩作功，将电能转换为机械能。）电磁转矩克服负载转矩作功，将电能转换为机械能。二、直流电动机的工作原理二、直流电动机的工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构三、直流电机的可逆原理三、直流电机的可逆原理n同一台直流电机， 通过改变外界条件，既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行。在电机理论中称为可逆原理。 n如果用原动机拖动电枢旋转

7、，可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电，此为发电机运行。n如果在电刷端外加直流电压，则可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能，此为电动机运行。第第2 2节节 直流电机的基本结构直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构主要由定子、转子两部分组成直流电机定子转子电枢铁心轴承换向器风扇转轴电枢绕组机座换向极主磁极电刷装置端盖主极铁心励磁绕组刷杆 电刷 刷握刷杆座(产生励磁磁场)(产生电动势，流过电流，产生电磁转矩)w 定子定子 机座（磁轭）机座（磁轭） 主极主极 换向极换向极 电刷装置电刷装置w 转子转子 电枢铁心电枢铁心 电枢绕组电枢绕组 换向器换向器 转轴转轴

8、第第2 2节节 直流电机的基本结构直流电机的基本结构直流电机的主要结构1换向极铁心换向极铁心2换向极绕组换向极绕组3主极铁心主极铁心4励磁绕组励磁绕组5电枢齿电枢齿6电枢铁心电枢铁心7换向器换向器8电刷电刷9电枢绕组电枢绕组10机座机座11底脚底脚直流电机的基本结构直流电机的基本结构直流电机的主要结构直流电机的主要结构w 换向器结构换向器结构w 1换向片；换向片；2垫圈垫圈w 3绝缘层；绝缘层；4套筒套筒安装在机座上的主极安装在机座上的主极 1极身；极身；2极靴；极靴；3励磁绕组；励磁绕组；4绝缘板；绝缘板；5机座机座 直流电机的基本结构直流电机的基本结构直流电机的基本结构 一、主磁极l作用：

9、产生主磁场 l构成：主极铁心：11.5mm厚的钢板 励磁绕组：用绝缘铜线构成 主磁极钢板冲片（1-1.5mm厚）主磁极由钢板冲片叠压而成励磁绕组套在主磁极极身上直流电机的基本工作原理和基本结构一、主磁极一、主磁极直流电机的基本工作原理和基本结构23 二、换向极（附加极）二、换向极（附加极）l作用：改善换向l构成：铁心：整块钢或钢板 绕组：和电枢绕组串联l位置：两个主磁极的中心线上几何中心线l个数：一般和主极个数一样。也有是主极个数的一半。直流电机的基本工作原理和基本结构 三、机座三、机座l作用：固定主磁极、换向极和端盖等 主磁路的一部分（磁轭） l构成：铸钢或厚钢板焊接四、电枢铁心l作用：主磁

10、路 安放电枢绕组 l构成：硅钢片迭成 电枢铁心冲片 (0.35-0.5mm厚) （硅钢片）涂绝缘漆冲片叠压而成均匀开槽直流电机的基本工作原理和基本结构25 五、电枢绕组六、换向器l作用：将线圈里的交流电势变为电刷端的直流电势。或把外加的直流电流变为线圈中的交流电流。 l构成：铜片组成，用云母绝缘l作用：感应电动势和通过电流，实现能量转换l构成：按一定规律连接的绝缘铜线构成直流电机的基本工作原理和基本结构26 换向器换向器第3节 直流电机的额定值w 额定功率，额定功率，PN （kW ） 由温升和换向等条件限制，按规定运行方式电机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。能输出的功率

11、。 发电机：输出的发电机：输出的电功率电功率。 电动机：转轴上输出的电动机：转轴上输出的机械功率机械功率。w 额定电压，额定电压，UN（V）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。直流电机的额定电压通常不高。直流电机的额定电压通常不高。 直流电机的基本工作原理和基本结构28 七、电刷装置七、电刷装置l作用：保持和换向器的滑动接触，与换向器配合，将线圈中的交流电势变为电刷上的直流电势l构成：电刷、刷握、刷杆、刷杆座l个数：与磁极个数相同。 第3节 直流电机的型号和额定值直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流电机的型号（Z）型号表明电机的系列及主要特点。知道了电机的型号，便可从相关手册及资料中查出该电机的有关技术数据。 直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流电机的型号（一、直流电机的型号（Z）直流电机的额定值w 额定电流，额定电流，IN（A）电机在额定电压下运行，输出功率为额定功率时，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通过电机出线端的线路电流 。 发电机：发电机： 电动机：电动机：NNNNPIUNNNPI二、直流电机的额定值二、直流电机的额定值直流电机的额定值w 额定转速，额定转速，nN