01直流电机2010

1-5
2.单叠绕组
直流电机的电枢绕组
根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图(下图)。 单叠绕组的的特点： 1）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。 2）电刷数等于主磁极数， 电刷间电动势等于并联支 路电动势。 3）电枢电流等于各支路 电流之和。
1-5
直流电机的电枢绕组
右行
左行
y
单叠绕组元件
单叠绕组
y y1 y2 yk y
1-5
直流电机的电枢绕组
1.电枢绕组术语
左 行 y yK
K 1 p 单波绕组元件
右 行 y yK
右行
K 1 p
单波绕组
y y1 y2
yk y
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2.单叠绕组
直流电机的电枢绕组
单叠绕组特点是相邻元件相互叠压,合成节距与换向节距均为 1，即：y yk 1 。2 p 4, u 1, Zu Z S K 16
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1.空载时
A、气隙磁场
直流电机的气隙磁场
则通过每个主极铁心中的总磁通为 Φm=Φ0＋Φσ=Φ0(1＋Φσ/Φ0)=kσΦ0 式中， kσ= (1＋Φσ/Φ0)。称为主极漏磁系数，其大小与 磁路结构即磁场分布情况有关，通常kσ=1.15～1.25。
1-7
1.空载时
A、气隙磁场

直流电机的气隙磁场
2
2
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2.负载时
A、电枢磁场
直流电机的气隙磁场
假定电机的磁路不饱和，铁磁材料的磁 阻比空气小得多，电枢铁心和磁极内的磁压 降均可忽略不计。则电枢磁势产生磁场的磁 通密度为： Ba ( x) 0 Fa / ( x) 由于主磁极下气隙长度 ( x ) 基本不变， 则此时磁通密度 Ba ( x) 与磁势成正比变化； 而两个主磁极之间，由于气隙较大，虽然电 枢电势继续增加，磁通密度反而减小，为对 称的马鞍型，如图中所示。
Zu 或 2p 2p
D
1-5
直流电机的电枢绕组
1.电枢绕组术语
第一节距 y1 ：同一元件的两个元 件边在电枢表面跨过的距离。 y1 Zu (2 p) 第二节距 y2 ：连至同一换向 片上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间 的距离。 合成节距 ：相串联的两个 元件的对应边之间的距离。 换向节距 yk ：连接同一换向片 上的两个元件对应边之间的距离。
发电机：是指输出额定电压； 电动机：是指输入额定电压。
1-4
直流电机的额定值
励磁方式 指直流电机的励磁线圈 与电枢线圈的连接方式
额定励磁电流 I fN
对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流
此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、 出厂编号等。 电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状 态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运行电流大于额 定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载 运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态 附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。
例 2：已知一台直流电动机的部分额定数据：PN 100kw, U N 220V ,
N 89%, 求额定入功率P1N 和定流I N。
解：额定输入功率 P1N =PN / N =100/0.89kw=112.36kw 额定电流 或 I N P1N / U N 112.36 103 / 220 A 510.73 A I N PN （ / N U N） 100 103 （ / 0.89 220）A 510.73 A
定子结构图
1-3
直流电机的工作原理
1.直流发电机的工作原理
右图为直流发电机的物理模型， N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋 转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导 磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线 圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘 并可随线圈一同旋转的换向片上。转 子线圈与外电路的连接是通过放置在 换向片上固定不动的电刷进行的。
1-7
2.负载时
B、电枢反应
直流电机的气隙磁场
当励磁绕组中有励磁电流，电 机带上负载后，气隙中的磁场是励 磁磁动势与电枢磁动势共同作用的 结果。电枢磁场对气隙磁场的影响 称为电枢反应。电枢反应与电刷的 位置有关。
1-7
2.负载时
A、电枢磁场
直流电机的气隙磁场
右图为一台电刷放在几何中性线 （交轴）的两极直流电机的电枢磁场 分布情况。 与主极轴线重合的轴线称为直轴。 与主极轴线正交的轴线称为交轴。 假设励磁电流为零，只有电枢电 流。由图可见电枢磁动势产生的气隙 磁场在空间的分布情况。电枢磁场以 电刷的轴线为中线，对称地分布在两 侧。 n n
应用：
（1）轧钢机、电力机车、无轨电车、中大型龙门刨 床等调速范围大的大型设备； （2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等； （3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具。
1-2
直流电机的基本结构
主磁极 换向极 电刷装臵 机座 端盖 电枢铁心 电枢绕组
定子 直 流 电 机 转子
换向器 转轴 轴承
n
1
2
直流发电机的物理模型
1-3
直流电机的工作原理
1.直流发电机的工作原理
当原动机驱动电机转子逆时针旋 转1800后，如右图。 电刷A接触的导体总是位于N极下， 和电刷B接触的导体总是位于S极 下。线圈中的感应电势的方向在 不断变化，由于换向器的作用， 2 有两个电刷引出的电势的方向不 变，这就构成了一台直流发电机。
作业： P22 1-3、1-4、1-6
第二讲
直流电机的基本理论
1-6 直流电机的励磁方式 1-7 直流电机的气隙磁场 1-8 直流电机的电枢电势、电磁转矩及 电磁功率的表达式
1-9 直流电机的电势及功率平衡方程
第三讲
1-6
直流电机的励磁方式
励磁方式：直流电机励磁绕组的接线方式。实际是励磁绕组和 电枢绕组如何连接。 Ia I I f
件边和端接线组成。 元件边：在槽内能切割磁场、感应电动势的边，也称为 有效边。 端接线：元件在槽外的部分，又叫元件的端部。
端部
S K Zu uZ
1-5
直流电机的电枢绕组
1.电枢绕组术语
叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分
紧叠在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。 波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应 元件串联起来，象波浪式的前进。 极距：指沿电机定子铁芯内圆每个磁极所占的范围 。 节距：被连接的两个元件边或换向片之间的距离。
第一篇 直流电机
一台直流电机既可作发电机使用，以得到直 流电源；也可作电动机使用，以拖动负载转 动。——可逆性
第一篇 直流电机
主要内容：
1.直流电机的基本结构和工作原理
2.直流电机的基本理论
3.直流电动机的运行特性
4.直流电动机工作特性和机械特性
5.直流电动机的启动、调速和制动
第一讲
直流电机的工作原理和结构
1-1 直流电机概述 1-2 直流电机的基本结构 1-3 直流电机的工作原理 1-4 直流电机的额定值 1-5 直流电机的电枢绕组
第二讲
1-1
直流电机概述
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护 不如异步机方便，而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节； （2）启动、制动转矩大，易于快速启动、停车。

B
极距

R
Bav
平均磁密： Bav = Φ l
l
空载时极面下磁场分布
1-7
2.负载时
A、电枢磁场
直流电机的气隙磁场
直流电机空载时的气隙磁场仅由主极的励磁磁动势所建立 。当电机有负载时，电枢绕组中有电流通过，产生的磁动 势称为电枢磁动势。此时，气隙磁场就由主极磁动势与电 枢磁动势两者的合成磁动势所建立。正是由于这两个磁动 势的互相作用，直流电机才能进行机电能量转换。
定功率PN
PN U N I N
PN TN U N I NN
指轴上输出 电动机 指电刷间输出的 发电机 额定条件下电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率
额定电流I N
额定电压U N
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
在额定电压下，运行于 额定功率时对应的电流
额定转速 nN
在额定电压、额定电流下，运 行于额定功率时对应的转速
2.直流电动机的工作原理
① 将直流电源通过电刷和换向 器接入电枢绕组，使电枢导 体有电流ia流过； ② 电机内部有磁场存在； ③ 载流的转子（即电枢）导体 将受到电磁力的作用f=Blia （左手定则），所有导体产 生的电磁力作用于转子产生 电磁转矩，以拖动机械负载 以n r/min旋转。
1-4
直流电机的额定值
去掉原动机，把电刷A、B接到 直流电源上，电刷A接正极，电刷B 接负极。此时电枢线圈中将电流流 过，如右图。 在磁场作用下，N极性下导体 ab受力方向向左，S 极下导体cd受 力方向向右。该电磁力形成逆时针 方向的电磁转矩。当电磁转矩大于 阻转矩时，电机转子逆时针方向旋 转。
1-3
直流电机的工作原理
2F f H k Lk 2 H 2 H m Lm H j Lj 2 H z Lz H a La
l
n
1-7
1.空载时
B、磁通密度
直流电机的气隙磁场
空载时电枢电流为零，气隙磁 场由励磁电流单独决定。 极面下气隙较小且均匀，磁密 较强且均匀。B ( x) 0 F / ( x) 极面外，气隙迅速增大，磁密 也迅速减弱，磁极之间的几何中 性线处磁密为零。 空载气隙磁密沿电枢外圆的分 布为平波形。