直流电机及拖动原理

第一章直流电机
第一节直流电机的基本工作原理与结构
一、直流电机的基本工作原理
1、直流电动势的产生
e Blv 电磁感应定律：满足右手定则BA e 为随时间正负交变的电动势
结论：
1、直流电动势的产生（续）
结论：
BA e 为脉动的直流电动势。

由于旋转电刷和静止换向器的
作用，BA
e
2、平均电磁转矩的产生
f Bli 电磁力定律：满足左手定则
以单线圈简化模型为例，进行分析。

显然，在电刷间接入直流电源后，
在线圈中就有直流电流流过。

2、平均电磁转矩的产生（续）
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。

图中电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边处在N极下，还是S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向的电磁转矩。

二、直流电机的主要结构主磁极换向磁极电刷装置机座端盖电枢绕组电枢铁心换向器
转轴磁极铁心励磁绕组电刷
刷握
绝缘支架
压紧力调整装置定子转子直流电
机
（产生励磁磁场）
（产生电动势，流过
电流，产生电磁转矩）
直流电机的额定值
①额定功率：P N ，kW
②额定电压：U N ，V
③额定电流：I N ，A
④额定转速：n N ，r/min
⑤绕组温升及绝缘等级：T N ，K ；B ，F ，H 等。

直流发电机：310I []N N N
P A U ⨯=直流电动机：
310I []N N N N P A U η⨯=∙
第二节电枢绕组的一般知识
一、基本知识
1、电枢绕组与换向片
结论：
通过换向片，6个元件依次串连构成一个闭合回路。

2、电枢绕组与电刷连接
两个电刷位于换向器内圆对称位置(实际放置在外圆上)。

位于对称位置的电刷将闭合的6个线圈分成两个并联支路。

电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路。

3、电枢绕组的一般知识
①元件数S，换向片数K，槽数Q，虚槽Q
μ几个基本概念
单匝元件元件边
双匝元件
元件边
S K
=
Q S
=
Q S K
μ
==
②第一节距y 1
④合成节距y 和换向片节距y k ③第二节距y 2
1/2y Q p
μτ==11y y y =+y 2 为元件下层边与其相联结
的元件上层边之间的距离。

y 为相串连的两元件对应边的距离。

y 1 指一个元件两个边的距离。

y 1
y 2
y
y k
N
S
123
1
2
y k 一个元件的首尾端在换向器上的距离。

电枢绕组的联结方法
绕组联结方法主要表述绕组联结规律的
节距、绕组展开图、元件联结图、并联支路图。

单波绕组、单叠绕组、复波绕组、复叠绕组、混合绕组等。

二、单叠绕组
讲述单叠绕组联结规律的节距、绕组展开图、元件联结图、并联支路图。

为什么叫单叠绕组？1、单叠绕组的节距
以一台的直流电机为例。

24,p =16Q S K μ===116
(/2)4
4
y Q p με=±==1
k y y ==213
y y y =-=-
2、单叠绕组的展开图
τ
1231516123456789101112131416
154567891012131415
161514τττ
电枢转向
S
N
S
N
S
3、单叠绕组的元件联结次序
4、单叠绕组的并联支路图
2347
8
6
10111214
16
15
5
13
9
1
A 1
A 2
B 1
B 2
1
210
95
6
1314
下层元件边
上层元件边＋y 1
＋y
＋y
＋y
2
1
23456789101112131416
156789101112131416151234
51闭合
单叠绕组并联支路对数等于电机的极对数，即：a p
三、单波绕组
讲述单波绕组联结规律的节距、绕组展开图、
元件联结图、并联支路图。

为什么叫单波绕组？
1、单波绕组的节距
以一台的直流电机为例。

24,p =15Q S K μ===7
k y y ==21743
y y y =-=-=1151
(/2)444
y Q p με=±=+=（长距元件）
11517
2
k K y p ±-===（左行绕组）
τ
1212
131415123456789101113
1234567891011121315
14τττ电枢转向
N S S
N
14
τ
2、单波绕组的展开图
3、单波绕组的元件联结次序
4、单波绕组的并联支路图
2
3
4
7
6
10
11
12
14
15
A 1
A 2
B 1
B 2
115
89
54
13
9
12
8
15
单波叠绕组并联支路对数与电机极对数无关，1
a 下层元件边
上层元件边＋y 1
＋y
＋y
＋y 2
1
234568
9
1011121367
8
9
10111213
1415
12345
1
闭合
15714
第三节直流电机的电枢反应
一、直流电机的空载磁场
直流电机空载时的磁场分布示意图
1极靴；2极身；3元子磁轭；4励磁绕组；5气隙；6电枢齿；7电枢磁轭
二、空载磁场的磁密分布
电刷在几何中性线上时的电枢磁场分布
第四节直流电机的电枢电动势和电磁转矩
B δ
B av
b
δ
x
e b lv δ=/2z a
每一支路串连导体数：/21
2z a
i av
i z
E e e a ===∑'
av av e B lv a B lv
δ==一、直流电机的电枢电动势
单根导体的电动势：
2k
z SN =有效导体数：提问：感应电动势？
右手定则
2/60v p n τ=电枢线速度：'
0av B l a B l δττΦ==每极空载磁通：空载时平均电动势：
负载时的感应电动势：
电枢绕组的电动势（续）0060a e pz E n C n a
=Φ=Φ[V]
60a e pz E n C n a
=Φ=Φ[V]
60e pz C a
=
b δ B av
b δx 0
..............n
i a
T 二、直流电机电枢绕组的电磁转矩2a a I f b li b l a
δδ==122z
a i av av i I D T t zt zB l a ====∑2
D t f =电磁转矩：22a av av I D t B l a =总电磁转矩：提问：电磁力？
左手定则
2a t a pz T I C I a
π=Φ=Φ[ N ]2/D p τπ=将及代入总电磁转矩表达式得
av B l τΦ=电枢绕组的电磁转矩（续）2t pz C a π=且有。