直流电机的工作原理

1、科目：科目：电机及拖动电机及拖动定子定子电枢电枢 直流电机的用途直流电机的用途电源电源励磁机励磁机测速测速伺服伺服 Z2系列直流电动机系列直流电动机外形外形 Z4系列直流电动机系列直流电动机外形外形直流电机的结构装配图和结构剖面图直流电机的结构装配图和结构剖面图直流电机的基本结构总结直流电机的基本结构总结主要由定子、转子两部分组成主要由定子、转子两部分组成直流电机直流电机定子定子转子转子机座机座换向极换向极主磁极主磁极电刷装置电刷装置电枢铁心电枢铁心轴承轴承换向器换向器风扇风扇 转轴转轴电枢绕组电枢绕组主要由定子、转子两部分组成主要由定子、转子两部分组成机座机座换向极换向极主磁极主磁极电刷装置

2、电刷装置电枢铁心电枢铁心轴承轴承换向器换向器风扇风扇 转轴转轴电枢绕组电枢绕组对电枢绕组的要求：对电枢绕组的要求： 在通过规定的电流和产生在通过规定的电流和产生足够的电势和电磁转矩足够的电势和电磁转矩前提下，所消耗的有效材料最省，前提下，所消耗的有效材料最省， 强度高（机械、强度高（机械、电气、热），电气、热）， 运转可靠，结构简单等。运转可靠，结构简单等。 电枢绕组电枢绕组: : 直流电机的电磁感应的关键部件之一直流电机的电磁感应的关键部件之一, , 是是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。环形绕组环形绕组鼓形绕组鼓形绕组叠绕组叠绕

3、组波绕组波绕组y=yy=y1 1-y-y2 2元件：元件：第一节距第一节距y1极距：极距：铁心表面，铁心表面， 一个极所占的距离一个极所占的距离第二节距第二节距y2合成节距合成节距y：换向器节距换向器节距yk：极轴线：极轴线：磁极中心线磁极中心线几何中心线：几何中心线：磁极之间的平分线磁极之间的平分线一、一、 单叠绕组：单叠绕组：叠：叠： 两个相邻联接的元件，两个相邻联接的元件， 后一元后一元件的端部紧迭在前一元件的端部。件的端部紧迭在前一元件的端部。单：单： 首末端相联的两换向片相隔首末端相联的两换向片相隔一个换向片的宽度。一个换向片的宽度。特点：特点： 槽数槽数Z、元件数、元件数S和换向片

4、数和换向片数K三者相同三者相同y=yy=yk k=1=11、 数据计算：数据计算：yyk1计算数据计算数据y和和y1画绕组展开图画绕组展开图安放电刷和磁极安放电刷和磁极实例：实例： p2， ZSK164221621 pZy 1123456789101112131416152345678910111213141615槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷NSNS+1123456789101112131416152345678910111213141615NSNS+ 磁极：磁极：磁极宽度约磁极宽度约0.7 , 0.7 , 均匀分布，均匀分布，N N、S S极交替极交替安排。安排。

5、 电刷：电刷：联接内、外电路。为了在正负电刷间获得最联接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大直流电势以及产生最大的电磁转矩，大直流电势以及产生最大的电磁转矩， 电刷放电刷放 在被电在被电刷短路的元件电势为零的位置。刷短路的元件电势为零的位置。 电势为零的元件：电势为零的元件：在一个主极下的元件边电势具有相在一个主极下的元件边电势具有相同的方向。同的方向。 在磁极的几何中心线上电势为零。在磁极的几何中心线上电势为零。绕电枢一周，绕电枢一周， 所有元件互相串联构成一闭合回路。所有元件互相串联构成一闭合回路。结合电刷的放置，结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图得到该瞬时的电路图 每个极下的元件每个极

6、下的元件组成一条支路。组成一条支路。 即单叠绕组的并联即单叠绕组的并联支路数正好等于电支路数正好等于电机的极数。机的极数。 这是单叠绕组的重要特点之一。这是单叠绕组的重要特点之一。 aaaiI2波绕组：波绕组：首末端所接的两换首末端所接的两换向片相隔很远，向片相隔很远， 两个元件紧两个元件紧相串联后形似波浪。相串联后形似波浪。为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加，为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加， 元件边应处元件边应处于相同磁极极性下，于相同磁极极性下， 即合成节距即合成节距 2,2 yy单波绕组：单波绕组： 换向片极距换向片极距yk必须符合必须符合 即即 1 kyPkCPkyk 1为

7、了使绕组从某一换向片出发，为了使绕组从某一换向片出发， 沿电枢铁心一周后回到沿电枢铁心一周后回到原来出发点相邻的一片上，原来出发点相邻的一片上， 则可由此再绕下去。则可由此再绕下去。 计算数据计算数据y和和y1画绕组展开图画绕组展开图安放电刷和磁极安放电刷和磁极1、绕组数据计算、绕组数据计算34341521 pzy721151 pKyyk43712 yyy元件、换向片的放置：元件、换向片的放置： 1 1元件上层边元件上层边1 1槽，槽， 下层边下层边4 4槽；首末槽；首末端所联的换向片相距端所联的换向片相距y yk k7 7； 为了端部对称，为了端部对称， 首末端所联的两换向片之首末端所联的两

8、换向片之间的中心线与间的中心线与1 1元件的轴线重合。元件的轴线重合。 1 1元件上元件上层边所联的换向片定为层边所联的换向片定为1 1。 依次联接依次联接。 磁极放置：磁极放置： N N、S S极磁极均匀交替的排列。极磁极均匀交替的排列。电刷的放置：电刷的放置：放在与主极轴线对准的换向片上。放在与主极轴线对准的换向片上。 3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512NSSN槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷 从绕组展开图可以看出，从绕组展开图可以看出， 全部全部15个元件串联个元件串联而构成一个闭合回路的顺序是：而构成一个

9、闭合回路的顺序是：18 15 7 14 6 13 5 124 11 3 10 291用联接顺序图表示为：用联接顺序图表示为：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上层边上层边下层边下层边 单波绕组把单波绕组把相同极性下相同极性下的全部元件串联起来组成一的全部元件串联起来组成一条支路。条支路。 由于磁极只有由于磁极只有N、S之分，之分， 所以单波绕组的所以单波绕组的支路对数支路对数a与极对数多少无关，与极对数多少无关， 永远为永远为1，即，即a1。 714613151031142512891125415189 同

10、极性下各元件串联起来组成一条支路，同极性下各元件串联起来组成一条支路， 支路对数支路对数a1， 与磁极对数与磁极对数p无关。无关。 当元件的几何尺寸对称时，当元件的几何尺寸对称时， 电刷在换向器电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，表面上的位置对准主磁极中心线， 支路电动势支路电动势最大。最大。 电刷组数应等于极数（采用全额电刷）。电刷组数应等于极数（采用全额电刷）。 电枢电流电枢电流 Ia2ia 。 单叠绕组：单叠绕组：先串联所有上元件边在同一极下的元件，先串联所有上元件边在同一极下的元件， 形成一条支路。形成一条支路。 每增加一对主极就增加一对支路。每增加一对主极就增加一对支路。 2a2p。 叠绕组并联的支路数多，叠绕组并联的支路数多， 每条支路中串联元件数每条支路中串联元件数少，适应于较大电流、较低电压的电机。少，适应于较大电流、较低电压的电机。 单波绕组：单波绕组：把全部上元件边在相同极性下的元件把全部上元件