电机第二章直流电机1

2.1.2直流电机的主要结构

普通直流电机由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成，定子和转子之间有一定大小的间隙（称气隙）。2.1.2直流电机的主要结构2.1.2直流电机的主要结构1）定子部分

包括主磁极、换向极、机座和电刷装置等。

（1）主磁极

主磁极包括主磁极铁心和套在铁心上的励磁绕组两部分。

主磁极铁心用1～1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成。2.1.2直流电机的主要结构1）定子部分（2）换向极:又称附加极或间极，其作用

是用以改善换向。

换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成。

换向极的铁心一般用整块钢或钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串联，由于需要通过较大电流而用截面大、匝数少的矩形截面导线绕制。（3）机座

机座有两个作用：一是作为电机磁路系统中的一部分，这部分称磁轭；二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。

要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚度。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。2.1.2直流电机的主要结构（4）电刷装置

电刷装置由电刷、刷握、压紧弹簧和铜丝辫组成。2）转子部分

直流电机的转子称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴等。（1）电枢铁心

电枢铁心也有两个用处，一个是电机主磁路的一部分；另一个是用来嵌放电枢绕组。

为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。2）转子部分（2）电枢绕组

电枢绕组是由许多按一定规律联接的元件组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。2）转子部分（3）换向器

换向器由许多换向片组成，每片之间相互绝缘。常见的换向器型式的换向片下部为燕尾形。2）转子部分2.2直流电机的铭牌与励磁方式2.2.1直流电机的铭牌电机厂家根据国家标准及电机的设计数据，对每台电机在运行中的电压、电流、功率、转速等规定了保证值，这些保证值称为电机的额定值。若电机运行时，各数据符合额定值，这样的运行情况称为额定工况。（1）额定功率PN（kW）：指电机在铭牌规定的额定状态

下运行时，电机的输出功率。

对电动机：额定功率是指输出的机械功率；

对发电机：额定功率是指输出的电功率。（2）额定电压UN（V）：指额定状态下电枢出线

端的电压。（3）额定电流IN（A）：指电机运行在U=UN、P=PN电机的电流。（4）额定转速nN（r/min）：指额定状态下运行时转子的转速。（5）额定励磁电压UfN（V）（仅对他励电机）。（6）额定励磁电流IfN（A）。2.2直流电机的铭牌与励磁方式例2-1：已知某直流电动机铭牌数据如下：PN

=75kW，UN=220V，nN=1500r/min，ηN=88.5%，试求：该电机的输入功率及额定电流各是多少？

解：对于直流电动机：

故额定运行时输入的电功率：

故该电机的额定电流:

2.2直流电机的铭牌与励磁方式励磁方式：指给直流电机励磁绕组的供电方式。

分为他励和自励式两大类。自励式又分为并励、串励、复励三种电机。图中：I为电源电流，If为励磁电流，Ia为电枢电流。

（a）他励

（b）并励

（c）串励

（d）复励2.2.2直流电机励磁方式1）他励式

他励式是指励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连。永磁直流电机也属于他励直流电机，因励磁磁场与电枢电流无关。2.2.2直流电机励磁方式2）自励式

（1）并励式：励磁绕组与电枢绕组并联，励磁电压等于电枢绕组端电压。

对于直流电动机：

对于直流发电机：

（此时I

称为负载电流）

2.2.2直流电机励磁方式2.2.2直流电机励磁方式2）自励式

（2）串励式：励磁绕组与电枢绕组串联；励磁电流等于电枢电流，所以励磁绕组的导线粗而匝数较少。

2）自励式（3）复励式：每个主磁极上套两个励磁绕组，一为与电枢并联的并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。两个绕组产生的磁动势方向相同称为积复励，两个绕组产生的磁动势方向相反称为差复励。通常采用积复励方式。

2.2.2直流电机励磁方式2.3直流电机电枢绕组

电枢绕组就是直流电机转子绕组，是直流电机的电路部分，也是直流电机的核心部分，是实现机电能量转换的枢纽。。

电枢绕组的构成应能产生足够的感应电势，并允许通过一定的电枢电流，此外还要节省有色金属和绝缘材料，结构简单，运行可靠。

电枢绕组组成原则:2.3.1电枢绕组的基本概念

按其绕组元件和换向器的联接方式不同，可以分为叠绕组（单叠和复叠）、波绕组（单波和复波）和混合绕组。

元件:

首尾两端分别与两个换向片相连接的线圈，称为元件，是组成绕组的基本单元。直流电机电枢绕组的型式：

元件可为单匝，也可为多匝，一个元件由两条导体边和端接线组成，元件的两个出线端分别接到两片换向片上，并与其它元件相连。单叠绕组元件：单匝元件两匝元件元件相连2.3.1电枢绕组的基本概念

波绕组元件：单匝元件两匝元件思考:叠绕组元件和波绕组元件的特点？单匝元件2.3.1电枢绕组的基本概念2.3.1电枢绕组的基本概念

元件嵌入槽内的规律：

置于槽内称为有效边，端接线置于铁心外，不切割磁场，仅起连接线作用。

一个槽里总有上下层两个线圈边，称为双层绕组。2.3.1电枢绕组的基本概念

虚槽：大型电机为了避免开过多槽，往往电枢每槽上、下层有多个元件边，

说明元件的空间安排时，就一律以虚槽来编号，用虚槽数为计算单位，u=2即表明一个实槽Q包含2个虚槽Qu，则：

由于一个换向片与不同元件的两个出线端相连接，换向片数K。则有：

假如电机中每槽上、下层分别包含u个元件，u为槽内一层嵌放的元件边数，图u=2。2.3.1电枢绕组的基本概念

4极（）直流电机结构示意图：

几何中性线：磁极之间的平分线

极距

：在电枢铁心表面上，一个极所占的距离。用虚槽数表示为：

主极轴线：磁极的中心线2.3.2直流电枢绕组的节距

电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征。

一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离称为第一节距。如以虚槽数计，总是整数。即：

整距绕组

；短距绕组

；长距绕组

。

（1）第一节距y12.3.2直流电枢绕组的节距

（2）第二节距y2

相串连的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，称为第二节距。也用虚槽数计算。

（3）合成节距y

相串连（相邻）的两个元件对应边在电枢合成节距y。对于叠绕组：对于波绕组：2.3.2直流电枢绕组的节距

（4）换向器节距yk

一个元件的两个出线端所连接的两个换向片之间所跨的距离，称换向器节距yk。

其大小用换向片数计算，则有yk=y。2.3.3单叠绕组和单波绕组

叠绕组：

叠绕组是指各极下元件依次连接，后一个元件总是叠在前一个元件上

单叠元件在电枢上的联接

取正号则绕行换向片一周后，比出发时的换向片前进一片，称为右行绕组；取负号则后退一片，称为左行绕组。一般采用右行绕组。2.3.3单叠绕组和单波绕组

波绕组：

波绕组是指把相隔约为一对极下的同极性磁场下的相应元件串连起来，像波浪一样向前延伸。主要内容：（用实例说明）绕组联结规律及节距；绕组展开图；元件联结图；并联支路图。1）单叠绕组单叠绕组分析实例解：节距计算：y＝yk＝1计算节距y、y1和y2画绕组展开图安放电刷和磁极例2-3：

2p＝4，Qu＝S＝K＝16，试绘制单叠右行绕组展开图。1）单叠绕组1单叠绕组展开图1.槽展开2.绕组放置3.安放磁极电刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展开绕组放置安放磁极、电刷NSNSττττ+－++－－1）单叠绕组绕组放置元件1：上元件边在1槽上层，下元件边放在相距y1=4即5槽下层。元件2：上元件边在2槽上层，下元件边放在相距y1=4即6槽下层。以此类推放置其他元件。

虚槽中的上层元件边用实线表示，下层元件边用虚线表示，元件边上下的斜线表示端接。1）单叠绕组某一瞬间磁极、电刷放置磁极：磁极宽度约0.7τ，均匀分布，N、S极交替安排。电刷：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，电刷放在被电刷短路的元件电势为零的位置。在磁极的几何中性线上的元件电势为零，在同一极性主极下的元件边电势具有相同的方向。电刷放置：电刷放置在使电刷的中心线与主极轴线对准的换向片上。

1）单叠绕组单叠绕组元件联结图

绕电枢一周，所有元件互相串联构成一闭合回路。

5′6′7′8′9′10′11′

12′13′14′15′16′1′2′3′4′123456789101112

131415161

y2yy1

两元件之间的虚线，表示通过换向器上的同一片换向片把两元件串联起来。

元件、上元件边及其所在的虚槽，与其联结的换向片都具有相同的号码，下元件边用它所在的虚槽的号码上标加一撇表示。1）单叠绕组单叠绕组某一瞬间并联支路图每个极下的元件组成一条支路，即单叠绕组的并联支路数正好等于电机的极数。

23478610111214161551391A1A2B1B2121095613141）单叠绕组单叠绕组的特点元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。并联支路数等于磁极数，2a=2p；整个电枢绕组的闭合回路中，感应电动势的总和为零，绕组内部无环流；每条支路由不相同的电刷引出，电刷不能少，电刷数等于磁极数;正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势，电枢电压等于支路电压;由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和，即1）单叠绕组单叠绕组的联结示意图：位于对称位置的电刷将闭合的6个线圈分成两条并联支路。两个电刷位于换向器内圆对称位置(实际放置在外圆上)。1）单叠绕组思考题？答：取掉B1，A2，四条支路变为两条。1、直流电机电枢绕组取掉相邻一个或两个电刷，直流电机会怎样运行？2、取掉相对（B1，B2）电刷会怎样？答：整个回路被A1和A2短接，电机不能工作。3、电枢绕组闭合回路是否有环流？答：各支路电势数值相等，电枢绕组回路总电势为零。不出现环流。1）单叠绕组思考题？答：主极数越多，电枢电流越大，故选用8磁极。4、大电流直流电机，选用2磁极还是8磁极？

为了增大电枢电流Ia，应增加并联支路数，即增加主极数。但主极数受电机结构的限制，不能任意增加。可以采用复叠绕组，使支路数成倍增加。1）单叠绕组主要内容：绕组联结规律及节距绕组展开图元件联结图并联支路图2）单波绕组

yk

N

Sy1y2对照单叠绕组y=y1+y2≈2τyk=

y

把相隔约一对极距的同极性的元件串联。

N

S

N

S11515yk左行绕组单波绕组的联结规律及节距2）单波绕组单波绕组的联结规律及节距首末端所接的两换向片相隔很远，两个元件紧相串联后形似波浪。为了使紧相串联的元件所产生的电势同向相加，这两个元件边应处于相同磁极极性下，即合成节距

。2）单波绕组单波绕组的联结规律及节距沿电枢铁心一周后，必须回到原来起始换向片相邻的一换向片上，这样绕组才能继续往下绕。

因此，换向片节距yk应满足，即：

。

yk为一整数，取正号时，绕组联结成右行绕组，取负号时，可得左行绕组。一般取负号，这时端接稍短。2）单波绕组单波绕组分析实例例2-4：2p＝4，Qu=S＝K＝15，试绕左行单波绕组。节距计算:计算节距y、y1和y2画绕组展开图安放电刷和磁极2）单波绕组元件、磁极、电刷放置原则元件、换向片的放置：

1号元件上层边放1号槽，下层边放4号槽；首末端所连的换向片相距yk＝7；为了端部对称，首末端所连的两换向片之间的中心线与1号元件的轴线重合。1号元件上层边所连的换向片定为1号，依此依次联接。

磁极放置：

N、S极磁极均匀交替的排列。电刷的放置：放在与主极轴线对准的换向片上。

2）单波绕组单波绕组展开图334567891110121314152145678910111213141512NSSNττττ槽展开绕组放置安放磁极、电刷2）单波绕组单波绕组元件联结图

从绕组展开图可以看出，全部15个元件串联而构成一个闭合回路的顺序是：1815714613512411310291联结图如下：

4′11′3′10′2′9′1′

8′15′7′14′6′13′5′12′18157146135124113

10291y2yy12）单波绕组单波绕组某一瞬间并联支路图单波绕组把相同极性下的全部元件串联起来组成一条支路。由于磁极只有N、S之分，所以单波绕组的支路对数a与极对数多少无关，永远为1，即a＝1。

234761011121415A1A2B1B21158954139128