直流电机原理

转子（电枢） 部分
定子—产生磁场，做电机的机械支撑
①主磁极 ②换向磁极 ③机座 ④电刷
主磁极
作用：建立主磁场。
构成：主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。
换向极:
作用：改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有 害的火花。 构成：由铁心和绕组组成
换向磁极
主磁极
机座
作用：1)作为磁路的一部分； 2)固定主磁极、换向极和端盖。 构成:通常由铸钢或厚钢板焊成
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N
S
N
S
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A1
B1
A2
B2
3、单波绕组的元件联结次序
＋y
上层元件边 下层元件边
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8
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4
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1
闭合
＋y2
4、单波绕组的并联支路图
15 8 7 14 6 13
＋y 1
5
12 ＋y
直流电机特点 直流电机优点 —易于控制，可靠性高 —调速范围广，平滑。 —过载能力强、起动、制动转矩大。

直流电机缺点 —换向困难 —结构复杂 —价格高
一、直流电机的工作原理
直流发电机的工作原理
换向器的作用：直流发电机中，换向器将绕组中的 交变电势变为电刷间的直流电势（整流作用）。
电势波形分析： 设导体有效长度为L，速度为V 恒速，由e BLV 可知，e的波形 由磁密B确定。B在气隙空间分布波形为B f ( )、e f ( wt )。
(4) 额定转速 nN： 额定状态下的电机转子的转速。
※ 额定状态 ：
指 U、I、P、n 均为额定值的状态。
※ 满载状态 ：
指 I = IN 的状态。
※ 欠载状态 ：
指 I < IN 的状态。
※ 过载状态 ：
指 I > IN 的状态。
第二节 直流电机的电枢绕组 对电枢绕组的要求：
(1)产生足够的感应电动势； (2)允许通过一定的电流； (3)节省有色金属和绝缘材料； (4)结构简单，运行可靠。
Zi 1 K 1 =整数 p p K 1 单波右行，y yk p
(3) 第二节距 y 2 y y1
以一台 2 p 4, Zi S K 15 的直流电机为例。 1、单波绕组的节距
15 1 y1 ( Z i / 2 p ) 4 4 4
第一章
• 1.1 • 1.2 • 1.3 • 1.4 • 1.5 • 1.6 • 1.7
直流电机
直流电机的工作原理与结构 直流电机的铭牌数据及主要系列 直流电机的电枢绕组 直流电机的磁场 直流电机的电磁转矩和电枢电动势的计算 直流电机的换向 直流发电机
• 1.8
直流电动机
第一节 直流电机的工作原理及结构
三、 励磁方式
励磁绕组的供电方式称为励磁方式。
他励 直流电机按励磁方式可分： 自励 1、他励式（图a）
其励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不 相连。
2、自励式 并励式(图b) ： 励磁绕组与电枢绕组并联；
串励式(图c) ：
励磁绕组与电枢绕组串联；
复励式(图d) ： 装有两个励磁绕组，一为与电 枢并联的并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。

电枢电动势等于并联支路电动势，电枢电流等于 各支路电流之和。

并联支路数少，每条支路中串联元件数多， 适用 于较高电压，较小电流的电机

直流电机的磁场
一、直流电机的空载磁场
Ia
G
+
+ Ua
Ia
M
If +
E
Ua
Uf
－
－
－
Ia=0,P2=0
Ia=0,P2=0
漏磁通 比主磁通 小得多，大约是主磁通的20%。
交轴：与 主极轴线 正交的轴
· · · · · · + + + ++ +++ ·
Fa 2 xA Fax Ax
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电枢转向
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τ
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S
N
S
N
S
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9 10 11 12 13 14
τ
电枢转向
τ
τ
τ
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1
2
15
16
1
2
3
4
4、单叠绕组的并联支路图
2 8 3 7 4 6 5
B1
5
A1
2
A2
1
6
9
1
10
9
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11 15
12 14 13 13 14
B2
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单叠绕组并联支路对数等于电机的极对数，即： a p
单叠绕组的的特点：
同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极 数与支路数相同。 电刷数等于主磁极数，电刷位置对准磁极轴 线（使正、负电刷之间得到的感应电动势最 大）。 电枢电动势等于并联支路电动势，电枢电流 等于各支路电流之和。 并联支路数多，每条支路中串联元件数少， 适用于较低电压、较大电流的电机。
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S
N
S
N
S
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B2 A1
B1
A2
B2
3、单叠绕组的元件联结次序
＋y
上层元件边 下层元件边
1
＋y 1
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1 闭合
＋y
2
5 6 ＋y
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• 直流电机负载后，电枢绕组有电流通过, 并产生电枢磁场（与电枢电流分布有 关）。 • 负载时气隙磁场由主磁场和电枢磁场共 同作用 • 电枢磁场会对主磁场产生一定的影响， 这一影响称为电枢反应。 • 电枢反应会使气隙磁场发生畸变，从而 影响电机的性能。
1.电枢磁场
直轴：与 主极轴线 重合的轴
N
S
X
定子磁轭 极身
励磁绕组
S
N
气隙
极靴 电枢磁轭
电枢齿
四极直流电机空载时的磁路

空载气隙磁密波形
—空载时，忽略铁心磁 阻时，励磁磁动势主要 消耗在气隙上
—气隙磁密的分布就取 决于气隙的大小和形状 —平顶波（梯形波）

磁化曲线
f (Ff )
气隙线
或
f (I f )
A-膝点
二、直流电机负载时的磁场
y1 y2
为了获得最大感应电动势， y1是等于或接近于一个极距
Zi y1 整数 2p (1) 0，y1 ，整距绕组； y1 ，长距绕组 (2) 0, ； y1 ，短距绕组
（2）合成节距y 相串联的两个元件对应边在电枢表面所跨过的虚槽数，称为合成节 距。单叠绕组y=1，y=+1，右行绕组，y=-1，左行绕组。 y2 y1 y2 y y1
直流电枢绕组的结构
上元件边
后端接
前端接 下元件边
有效边 : 元件边钳放在槽 内，切割磁力线感应出电 动势。
一个元件有两个元件边，同一个换向片上，连有一个元件的 首端和另一个元件的末端。因此，电枢绕组的元件数等于换 向片数，即S=K，其中 K为换向片数，S为元件数。
结论：
直流电机电枢绕组是一个通过换向片连接起来的闭合绕组。 这是直流电机电枢绕组构成的原则。
2p 2p
p-磁极对数；
（2）磁极轴线： 平分主极成左右两部分的直线。 （3）几何中性线： 相邻两主极的几何分界线,该处的气隙磁密为零。

绕组的型式
单叠绕组 •单叠绕组的特点:每个元件 的两个出线端连接在相邻的 两个换向片上。
节距
是指被连接起来的两个元件边或换向片之间的距离，以所跨过的 元件边数或虚槽数或换向片数来表示。 （1）第一节距y1 一个元件的两条有效边在电枢表 面上所跨的虚槽数，称为第一节 距，用y1表示。
机座
电刷
作用：把直流电压、直流电流引入或引出
构成：电刷、刷握、刷杆和连线等。
转子（电枢）
① 电枢铁心 ② 电枢绕组 ③ 换向器 ④ 转轴与风扇
电枢铁心
2、电枢绕组的支撑部件。 作用：1、主磁路的一部分；