1第一节直流电机解析
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直流电机ppt
电刷
换向器
直流电源(-)电刷换向器线圈工作原理
电刷
由左手定则，通电线
+
F N
I
圈在磁场的作用下， U
将受到力的作用，使
F I
线圈逆时针旋转。
–
S
换向片
图1-2 电枢线圈旋转方向示意图
电刷与电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电 流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。
基本结构
图1-3 直流电机剖面图
作用：整流或逆变的作用 构成：由许多具有鸽尾形的换向片叠成
直流电机的额定值
PN ：电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机输出功率。 对电动机而言，指轴上的输出机械功率。
U N ：额定状态下，电枢出线端电压。 IN ：电机在额定电压下运行，输出功率为额定功率时，电机
的线电流。 nN ：额定状态下运行时转子转速。
a) 电枢反应增磁
b) 电枢反应去磁
图2-3 电刷不在几何中性线上时，电枢磁动势的直轴分量
三、直流电动机基本方程
电压平衡方程
U E Ia Ra
E Cen
U ：外加电压 Ra: 绕组电阻
Ra
+
+
Ia
U
ME
–
–
图3-1 稳态运行时直流电机电路图
以上两公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变 E， 只能改变 或 n。
工作特性
转矩特性：Te f (P2 )
Te
T0
T2
T0
P2
：转子机械角速度
转矩特性基本呈线性关系；实
际上，P2 增大时，转速略有下 降，故曲线将略微向上弯曲。
直流电机的工作原理 ppt课件
换向片直接相互绝缘，换向片构成的
整体叫换向器。换向器固定在转轴上， ❖ 电且刷与202—0转/11— 轴/29 相与互换绝向缘器。滑（动转接子触），使旋转的电路与外界静止的电7
路相连接。 （定子）
（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）
1 1
2
2020/11/29
8
（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）
通电直导线的磁场
通电螺旋管的磁场
2.磁通Φ：垂直穿过某一截面s的磁感应强度B的通量。
2020/11/29
Φ=B•S
2
3.磁场强度H：描述磁场强度和方向的辅助物理量。 B=μ•H
4.磁势F：电流产生磁势，磁势建立磁场。
F=N• I
5.磁链
ψ=N• Φ
2020/11/29
3
（二）常用的基本电磁定律 1.全电流定律
2020/11/29
电压： A+ B-
11
（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）
2020/11/29
b v aA负2载源自1 Bnd
v c
无e
4
12
（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）
1
2
2
1
1 感应电流方向：
b →a , c →d 电202压0/11：/29 A+ B-
要维持电动机状态，外部输入 电动势必须大于电枢内部切割运动 产生的感应电动势。
Te
1 2
e v
i
i e
v
2020/11/29
任意一个闭合回线上的总磁压，等于被这个 闭合回线所包围的面内穿过的全部电流的代数和， 这个规律称为全电流定律。
整体叫换向器。换向器固定在转轴上， ❖ 电且刷与202—0转/11— 轴/29 相与互换绝向缘器。滑（动转接子触），使旋转的电路与外界静止的电7
路相连接。 （定子）
（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）
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2
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8
（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）
通电直导线的磁场
通电螺旋管的磁场
2.磁通Φ：垂直穿过某一截面s的磁感应强度B的通量。
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Φ=B•S
2
3.磁场强度H：描述磁场强度和方向的辅助物理量。 B=μ•H
4.磁势F：电流产生磁势，磁势建立磁场。
F=N• I
5.磁链
ψ=N• Φ
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（二）常用的基本电磁定律 1.全电流定律
2020/11/29
电压： A+ B-
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（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）
2020/11/29
b v aA负2载源自1 Bnd
v c
无e
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（二）直流发电机工作原理（e=Blv,方向：右手定则）
1
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1
1 感应电流方向：
b →a , c →d 电202压0/11：/29 A+ B-
要维持电动机状态，外部输入 电动势必须大于电枢内部切割运动 产生的感应电动势。
Te
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e v
i
i e
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任意一个闭合回线上的总磁压，等于被这个 闭合回线所包围的面内穿过的全部电流的代数和， 这个规律称为全电流定律。
《电机原理》直流电机PPT课件
绕组端部
图1-4 直流电机横剖面示意图
一、结构
1、定子
（1）主磁极 作用：产生直流磁场。 分类：永磁式、电磁式 电磁式的构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板冲压而成。 ②励磁绕组，通入的是直流电。
（2）换向极 作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。 组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组 串联。
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2
15 7 14 6 13
15
1
8
5
5
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1 9
12
12 2 10 3 11 4
4
9
瞬时电路图
单波绕组的特点：
•同名磁极下各元件串联起来组成一条支路， 支 路对数a＝1，与磁极对数p无关。 •电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线， 支路电动势最大。 •电刷数量等于主磁极数（采用全额电刷）; •电枢电流 Ia＝2ia 。
二、直流电机的额定数据
1、额定容量PN：输出功率，单位kW。 直流发电机：PN＝UN· IN
直流电动机：PN＝UN· IN ·
2、额定电压UN：额定状态下出线端电压，单位V 3、额定电流IN：额定状态下出线端电流，单位A 4、额定转速nN： 额定状态下的电机转速，单位r/min 5、额定励磁电流
6、励磁方式
第一章 直流电机
1-1 直流电机的结构与工作原理
一、结构 1、定子 （1）主磁极： 作用：产生直流磁场。 分类：永磁、电磁 电磁铁构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板叠压而成。 ②励磁绕组，励磁绕组中通入的是直流电。 （2）换向极 作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。 组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组 串联。
电机及拖动基础_(第四版)
11
第三节 直流电机的绕组
对绕组的要求：在能够通过规定的 电流和产生足够的电动势的前提下， 尽可能节省铜和绝缘材料，并且结构 简单、运行可靠。
一、简单的绕组
右图只是说明原理的示意图。它的缺 点是：随着电枢的转动，始终只有一个 线圈有电流。这样的话，材料没有充分 利用，产生的总转矩或电势均很小。 解决办法：用4个换向片将4个线圈都连接 起来，成为一个闭合绕组，两个不同的元 件边连接一个换向片。每个元件的两个元 件边连接2个不同的换向片。共用了4个换 向片，节省了材料，提高了输出转矩。
电枢反应后磁动势波形
1、有负载时气隙磁场发生了畸变 2、电枢反应呈现去磁作用
27
第五节 感应电动势和电磁转矩的计算
一、感应电动势的计算
直流电机无论作电动机运行，还是发 电机运行，电枢内部都感应产生电动势。
t 60 2 pn 2 pn 60
式中，n—电枢的转速；p—极对数。 根据电磁感应定律，一个匝数为 N y 的元件 中感应电动势的平均值为：
励磁方式
指直流电机的励磁线圈与电枢线 圈的连接方式 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。
6—槽底绝缘
电枢槽内的绝缘
1—换向片
2—连接片
8
第二节 直、额定功率PN(kW)
2、额定电压UN(V) 3、额定电流IN(A) 4、额定转速nN(r/min) 5、额定励磁电压UfN(V)
第三节 直流电机的绕组
对绕组的要求：在能够通过规定的 电流和产生足够的电动势的前提下， 尽可能节省铜和绝缘材料，并且结构 简单、运行可靠。
一、简单的绕组
右图只是说明原理的示意图。它的缺 点是：随着电枢的转动，始终只有一个 线圈有电流。这样的话，材料没有充分 利用，产生的总转矩或电势均很小。 解决办法：用4个换向片将4个线圈都连接 起来，成为一个闭合绕组，两个不同的元 件边连接一个换向片。每个元件的两个元 件边连接2个不同的换向片。共用了4个换 向片，节省了材料，提高了输出转矩。
电枢反应后磁动势波形
1、有负载时气隙磁场发生了畸变 2、电枢反应呈现去磁作用
27
第五节 感应电动势和电磁转矩的计算
一、感应电动势的计算
直流电机无论作电动机运行，还是发 电机运行，电枢内部都感应产生电动势。
t 60 2 pn 2 pn 60
式中，n—电枢的转速；p—极对数。 根据电磁感应定律，一个匝数为 N y 的元件 中感应电动势的平均值为：
励磁方式
指直流电机的励磁线圈与电枢线 圈的连接方式 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。
6—槽底绝缘
电枢槽内的绝缘
1—换向片
2—连接片
8
第二节 直、额定功率PN(kW)
2、额定电压UN(V) 3、额定电流IN(A) 4、额定转速nN(r/min) 5、额定励磁电压UfN(V)
01第1章直流电机-课件
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电动机的工作原理
二、直流电动机工作原理
当电枢旋转到右图所示位置时 原N极性下导体ab转到S极下，受力 方向从左向右，原S 极下导体cd转 到N极下，受力方向从右向左。该 电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。 线圈在该电磁力形成的电磁转矩作 用下继续逆时针方向旋转。
在额定电压下，运行于
出线端的平均电压 额定转速nN 额定功率时对应的电流
发电机：是指输出额定电压；
在额定电压、额定电流下，运
电动机：是指输入额定电压。 行于额定功率时对应的转速
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.3 直流电机的铭牌数据
额定励磁电流 I fN
励磁方式
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
指直流电机的励磁线圈 与电枢线圈的连接方式
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。
同直流发电机相同，实际的 直流电动机的电枢并非单一线圈， 磁极也并非一对。
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.3 直流电机的铭牌数据
指轴上输出 的机械功率
电动机
额定功率PN
额定条件下电机
发电机
指电刷间输出的 额定电功率
所能提供的功率
第1章 直流电机的基础知识
C m = 9.55C e
直流电动机额定转矩：
TN
PN = 9 . 55 nN
TN:额定转矩(N.m) PN:额定功率(W) nN:额定转速(r/min)
补充：直流电动机中，转子旋转起来会切割磁力线，产生感 补充 应电动势，这被称为电枢电动势Ea，判断它的方向与电源输 入的电流方向相反，称为反电动势 直流发电机中，电枢绕组中有了感应电流，在磁场中又 会受到电磁力的作用，电磁力所形成的电磁转矩T与转子的 运动方向相反，阻碍运动，被称为制动转矩（或阻转矩） 在工作原理中重要的两个参数的不同作用 ： 直流电动机 直流发电机 T 驱动转矩 阻转矩 Ea 反电动势 相当于直流电源
1.2 直流电机的励磁方式和铭牌
一、直流电机的励磁方式 1．励磁方式：直流电机的励磁绕组的供电方式。 2．直流电机种类：按励磁方式分为有（1）他励直流电机； （2）并励直流电机；（3）串励直流电机；（4）复励直流 电机等四种。
二、直流电机的铭牌 每台直流电机的机座上都有一个铭牌，其上标有电机型 号和各项额定值，用以表示电机的主要性能和使用条件。
2．直流电动机输入的电功率为： P1=UIa=（Ea+IaRa）Ia=EaIa+Ia2Ra=Pm+ Pcu 上式说明：输入的电功率一部分被电枢绕组消耗 （电枢铜损）一部分转换成机械功率（电磁功率）。 3．直流电动机输出的机械功率为： P2=Pm-PFe-Pem-PS=Pm-P0-PS=P1-∑P 4．直流电动机的效率为：
3、电机的特点： 可逆性——看外部条件 ，发电机一般接负载；电 动机一般接电源。
4、直流电机转子电动势 1）概念 转子电动势：转子绕组切割磁力线而产生的感应电动势。 2）表达式 每根导体的感应电动势： e = BLv e:感应电动势(V) B:电磁感应强度(T) L:每根导体的有效长度(m) v:转子转动线速度(m/s)
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理
直流电机是一种将直流电能转化为机械能的装置。
它的工作原理基于洛伦兹力和电动行为的相互作用。
直流电机的核心部件是电枢，由大量线圈组成。
当直流电源施加在电枢上时，电流流经线圈，产生一圈圈的磁场。
在电枢旁边，有一个磁体称为永磁体或者磁场极，它产生恒定的磁场。
当电流通过电枢的线圈时，根据右手定则，线圈内的磁场与永磁体的磁场产生相互作用，产生力矩。
由于电流的方向是可逆的，所以直流电机的转向也是可逆的。
当电流改变方向时，电枢产生的磁场方向也会改变，进而改变了与永磁体的相互作用，实现了转向。
为了实现连续的旋转运动，直流电机需要一个机械装置来改变电枢线圈的方向。
这个装置通常由一个可调整的组件（如换向器和刷子）组成，它能够使电流从一个线圈转移到下一个线圈，从而保持电枢的旋转方向。
总之，直流电机工作的基本原理就是利用洛伦兹力和电动行为，通过电磁感应和相互作用实现电能到机械能的转换。
直流电机讲解
电动机：T与n方向相同，为拖动转矩。
第23页/共69页
直流电机
(2) 感应电动势
1) 产生
电枢旋转 n
磁 场Φ 2) 大小
e →∑e →E
每个导体：e=Blv
导体切割磁场线的线速度： 电动势：E=2Ne=2NBlv
v=
2R 60
n=
2p
60
n
= 2N·Φl
·l ·26p0
n
=
4pN 60
Φn
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直流电机
电磁关系
直流电
交流电
流 换向 流 Φ
克服
电磁转矩 (拖动转矩)
机械负
旋转
载
反电动 势
做功
在直流电动机中，换向器和电刷的共同作用： ①将刷间的直 流 电 逆 变 成 线圈 中 的 交 流第电2页；/共69页
直流电机
直流发电机的工作原理
N － E ＋
S
N
－ E ＋
S
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直流电机
电磁关系
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直流电机
第20页/共69页
直流电机
4. 电磁转矩和感应电动势
(1)电磁转矩
1)产生
电枢电流 i
磁
场Φ
2) 大小 电磁力：F = B l i
F →T
平均磁密：
每根导线上电磁力所形成的
电磁转矩：FR
Φ
B= l
B
极距
R
l
第21页/共69页
直流电机
电枢绕组串联总匝数：N 电枢绕组并联支路数：2a 总导体数：2N· 2a = 4aN 电枢的周长：2R = 2p 电磁转矩：T = 4aN ·FR
第01讲直流电机的原理和结构
4
13
12
11
5
6
10
7
9 8
S
N
S
电枢的位置问题
N
+
16
14 15 16 1
2
3
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4
4
13
5
15
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1
2 2
15
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11
16 1
3 3
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4 4
13
12
11
12 11 10
9
8
7
6
5
5
10 9 8 8
5
7
6 6 7
10
9
S
直轴：磁极中线 交轴或中轴：几何中性线 电刷与连接几何中性线上 的线圈的换向片相接触时， 可引出最大电势。
第 01 讲 直流电机的原理和结构
1. 直流电机的原理 2. 直流电机的结构 3. 直流电机的铭牌值
1. 直流电机的原理
直流电机概述
实现直流电能与机械能相互转换的设备。
直流电动机具有良好的起动、调速和制动性能。广
泛应用于国民经济的各个领域。
直流发电机能产生高质量的直流电源，在许多特殊
场合使用。 直流电机的缺点是结构复杂、体积大、成本高。
电刷两端施加的直流电。 电枢线圈或导体中流通的是交流电。 换向器的作用是逆变。
直流发电机电势波形的改善
原理发电机产生的电势波形不如人意。 可以通过增加电枢线圈数目和使电枢线圈分布来 改善波形。
e1
e1 +e2
t
e1 +e2
t
e2
t
t
早期的环形直流电机
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S
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电枢的位置问题
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S
直轴：磁极中线 交轴或中轴：几何中性线 电刷与连接几何中性线上 的线圈的换向片相接触时， 可引出最大电势。
第 01 讲 直流电机的原理和结构
1. 直流电机的原理 2. 直流电机的结构 3. 直流电机的铭牌值
1. 直流电机的原理
直流电机概述
实现直流电能与机械能相互转换的设备。
直流电动机具有良好的起动、调速和制动性能。广
泛应用于国民经济的各个领域。
直流发电机能产生高质量的直流电源，在许多特殊
场合使用。 直流电机的缺点是结构复杂、体积大、成本高。
电刷两端施加的直流电。 电枢线圈或导体中流通的是交流电。 换向器的作用是逆变。
直流发电机电势波形的改善
原理发电机产生的电势波形不如人意。 可以通过增加电枢线圈数目和使电枢线圈分布来 改善波形。
e1
e1 +e2
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e1 +e2
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早期的环形直流电机
电机与拖动基础第1章-直流电机
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。
当原动机驱动电机转 子逆时针旋转时同，线 圈abcd将感应电动势。 如 右 图 ， 导 体 ab 在 N 极 下，a点高电位，b点低 电 位 ； 导 体 cd 在 S 极 下 ， c点高电位，d点低电位； 电刷A极性为正，电刷B 极性为负。
图1-15 单叠绕组连接顺序表 图1-16 图1-14所示瞬间绕组的并联支路图
即 a=p (5)单叠绕组的特点 1)位于同一磁极下的各元件串联起来组成一条支
路，并联支路对数等于极对数，即a=p。 2)当元件形状左右对称、电刷在换向器表面的位
置对准磁极中心线时，正、负电刷间的感应电动 势最大，被电刷短路元件中的感应电动势最小。 3)电刷刷杆数等于极数。
4、S，SZ，SY系列 此系列是直流伺服电动机，S系列为老产品，SY系列为
图1.10 普通换向器 1-套筒；2-压圈；3-V形云母环；4-换向
片；5-云母片；6-压圈
1.2.2 直流电机的电枢绕组
1.电枢绕组元件 每一个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一个元件
的上层边和另一个元件的下层边，所以元件数S总等于换 向片数K，即 S=K
每个元件有两个元件边，而每个电枢槽分上下两层嵌放两 个元件边，所以元件数S又等于槽数Z，即S=K=Z
图1-13单叠电枢绕组的节距
合成节距y，如图1.13所示。
4)换向器节距 每个元件的首、末两端所接的两片
换向片在换向器圆周上所跨的距离，用换向片数
当原动机驱动电机转 子逆时针旋转时同，线 圈abcd将感应电动势。 如 右 图 ， 导 体 ab 在 N 极 下，a点高电位，b点低 电 位 ； 导 体 cd 在 S 极 下 ， c点高电位，d点低电位； 电刷A极性为正，电刷B 极性为负。
图1-15 单叠绕组连接顺序表 图1-16 图1-14所示瞬间绕组的并联支路图
即 a=p (5)单叠绕组的特点 1)位于同一磁极下的各元件串联起来组成一条支
路，并联支路对数等于极对数，即a=p。 2)当元件形状左右对称、电刷在换向器表面的位
置对准磁极中心线时，正、负电刷间的感应电动 势最大，被电刷短路元件中的感应电动势最小。 3)电刷刷杆数等于极数。
4、S，SZ，SY系列 此系列是直流伺服电动机，S系列为老产品，SY系列为
图1.10 普通换向器 1-套筒；2-压圈；3-V形云母环；4-换向
片；5-云母片；6-压圈
1.2.2 直流电机的电枢绕组
1.电枢绕组元件 每一个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一个元件
的上层边和另一个元件的下层边，所以元件数S总等于换 向片数K，即 S=K
每个元件有两个元件边，而每个电枢槽分上下两层嵌放两 个元件边，所以元件数S又等于槽数Z，即S=K=Z
图1-13单叠电枢绕组的节距
合成节距y，如图1.13所示。
4)换向器节距 每个元件的首、末两端所接的两片
换向片在换向器圆周上所跨的距离，用换向片数
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置。
它采用的是电磁感应的原理，通过电流在磁场中产生力矩，使得电机运转。
下面将详细介绍直流电机的工作原理。
一、电枢和磁极直流电机的关键部件是电枢和磁极。
电枢由绕组和电刷组成，绕组通常采用导电性能较好的铜线绕制，而电刷则由导电材料制成。
磁极由磁场产生器、磁铁等组成，其作用是产生均匀的磁场。
二、电磁感应在直流电机中，电枢通常由一对相互独立的绕组组成，分别称为电枢绕组和励磁绕组。
当外加电源将电流引入电枢绕组时，电枢绕组中产生的磁场与励磁绕组产生的磁场叠加，形成一个整体的磁场。
三、力矩产生当直流电机接通电源后，电枢中的电流开始流动。
根据洛伦兹力的原理，当导体在磁场中运动时，会受到一个力的作用。
在直流电机中，这个力会产生一个力矩，使电枢开始旋转。
电枢的旋转会改变磁通量的大小和方向，从而产生电感应电动势。
根据霍尔定律，电感应电动势的方向与电流变化方向相反。
这个电感应电动势会阻碍电枢继续增大电流，形成一个反作用力。
当力矩与反作用力达到平衡时，电枢将保持旋转。
四、换向器的作用为了使电枢继续旋转，需要不断改变电枢绕组的电流方向。
这就需要通过一个特殊的装置——换向器来实现。
换向器可以使电流方向周期性地变换，从而改变磁场方向，使得电枢继续运转。
五、直流电机的应用直流电机广泛应用于工业、交通、家电等领域。
在工业领域，直流电机被用于驱动各种机械设备，如风机、水泵、制造机械等。
在交通领域，直流电机被应用于电动汽车、电动自行车等。
在家电领域，直流电机被用于冰箱、洗衣机、吸尘器等家电产品。
总结起来，直流电机的工作原理是通过电磁感应的方式，利用洛伦兹力产生力矩，使得电机转动。
电枢和磁极是直流电机的关键部件。
通过换向器的作用，改变电枢绕组的电流方向，实现电机的连续运转。
直流电机在各个领域都有广泛的应用，促进了社会的发展和进步。
第一篇直流电机一.直流电机(DCMachines)概述
第一篇 直流电机一. 直流电机(DC Machines)概述直流电机是电机的主要类型之一。
直流电机可作为发电机使用，也可作为电动机使用。
用作发电机可以获得直流电源，用作电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。
直流电机的用途:作电源用:发电机；作动力用:电动机；信号的传递:测速发电机,伺服电机作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能信号传递:直流测速发电机将机械信号转换为电信号信号传递-直流伺服电动机将控制电信号转换为机械信号二. 直流电机的优缺点1.直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。
2.直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。
3.直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。
4.由于存在换向器，其制造复杂，成本较高。
第1章 直流电机的工作原理和结构1-1 直流电机工作原理一、原理图(物理模型图)磁极对N、S不动, 线圈（绕组）abcd 旋转, 换向片1、2旋转, 电刷及出线A、B不动二、直流发电机原理（机械能--->直流电能）( Principles of DC Generator)1.原动机拖动电枢以转速n(r/min)旋转；2.电机内部有磁场存在；或定子（不动部件）上的励磁绕组通过直流电流(称为励磁电流I f)时产生恒定磁场（励磁磁场，主磁场） (magnetic field, field pole)3.电枢线圈的导体中将产生感应电势 e = B l v ，但导体电势为交流电，而经过换向器与电刷的作用可以引出直流电势E AB，以便输出直流电能。
（看原理图1，看原理图2）(commutator and brush)1.问题1-1：直流电机电枢单个导体中感应电势的性质？2.问题1-2：直流电机通过电刷引出的感应电势的性质？3.看直流发电机原理动画4.问题1-3：直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势？5.为了得到稳定的直流电势，直流电机的电枢圆周上一般有多个线圈分布在不同的位置，并通过多个换向片联接成电枢绕组。
电机学直流电机完美解析讲课文档
U
✓ 外特性随负载电流增大呈
U0
下降趋势，是由电枢回路电阻 压降和电枢反应去磁效应引起
UN
的；
✓ 机端电压随负载变化的
程度用电压调整率衡量
O
IN I
他励发电机外特性曲线
UU0 UN100% UN
第四十八页，共84页。
他励发电机的运行特性
4、调节特性 当n=常值、U=常值时， If =f (I)的关系曲线。
第二十八页，共84页。
直流电机的空载磁场
➢ 磁通间的关系
ΦmΦ0ΦσΦ01Φ Φσ 0kσΦ0
k—主极漏磁系数，一般取值1.15~1.25
第二十九页，共84页。
直流电机的空载磁场
➢ 磁动势
F0 Hdl2NfIf
F0 — 每对极励磁磁动势
Nf — 每极主极上的励磁绕组匝数 ➢ 主磁路结构 —五段式
➢ 直轴电枢反应
第三十八页，共84页。
➢直轴电枢反应对气隙磁场的影响 ✓直轴电枢磁场轴线与主机轴线重合；
✓直轴电枢磁场对励磁磁场起去磁或助磁的作用；
第三十九页，共84页。
感应电动势和电磁转矩
➢ 感应电动势E：支路中各串联元件感应电动势的代数和。
➢ 电磁转矩 Tem：所有导体产生的电磁转矩的代数和。
✓ 主磁通：经气隙、电枢、相邻主极下的气隙、主极铁芯、定子磁轭闭合 。
主磁通同时交链与励磁绕组和电枢绕组；
在电枢绕组中产生感应电动势，实现机电能量交换； 用0表示。
✓ 漏磁通：经主极间的空气或定子磁轭闭合。
不穿过气隙；
不参与机电能量交换；
用表示。
✓ 总磁通：为主磁通与漏磁通之和，用m表示。
✓ 并联支路数等于2，并联支路对数a=1 ✓ 电刷放置位置
直流电机教学ppt
所以电刷A为正极性，电刷Ｂ为负极性。电枢旋转180°时，导 体cd转至Ｎ极下，感应电动势的方向由c指向d，电刷A与d所连
换向片接触，仍为正极性；导体ab转至S极下，感应电动势的 方向变为a指向b，电刷B与a所连换向片接触，仍为负极性。可 见，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向是交变的，而
通过换向器和电刷的作用，在电刷Ａ、Ｂ两端输出的电动势是 方向不变的直流电动势。若在电刷Ａ、Ｂ之间接上负载，发电
第一章 直 流 电 机 图1.2.3 主磁极
第一章 直 流 电 机 图1.2.4 换向极
第一章 直 流 电 机
2) 换向极（commutating pole）
两相邻主磁极之间的小磁极叫换向极，也叫附加极或间极。 换向极的作用是改善电机换向，减小电机运行时电刷与换向器 之间可能产生的火花。换向极由换向极铁心和换向极绕组构成， 如图1.2.4所示。换向极铁心一般用整块钢制成。对换向性能 要求较高的直流电机，换向极铁心可用1～1.5 mm厚的钢板冲 制叠压而成。 换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极 铁心上。整个换向极用螺钉固定于机座上。换向极的数目一般 与主磁极相等。
由c流向d。载流导体ab和cd均处于N、S极之间的磁场当中，受
到电磁力的作用，其方向由左手定则确定，可知这一对电磁力 形成一个转矩，称为电磁转矩，电磁转矩的方向为逆时针方向， 使整个电枢逆时针方向旋转。当电枢旋转180°，导体cd转到N 极下，ab转到S极，如图⒈⒈１所示，由于电流仍从电刷A流人， 使cd中的电流方向变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从 电刷B流出，用左手定则可判别，电磁转矩的方向仍是逆时针方 向。
(3)额定电流IN：是指电机按照规定的工作方式运行时电 枢绕组允许流过的最大电流，单位为A(安)。
换向片接触，仍为正极性；导体ab转至S极下，感应电动势的 方向变为a指向b，电刷B与a所连换向片接触，仍为负极性。可 见，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向是交变的，而
通过换向器和电刷的作用，在电刷Ａ、Ｂ两端输出的电动势是 方向不变的直流电动势。若在电刷Ａ、Ｂ之间接上负载，发电
第一章 直 流 电 机 图1.2.3 主磁极
第一章 直 流 电 机 图1.2.4 换向极
第一章 直 流 电 机
2) 换向极（commutating pole）
两相邻主磁极之间的小磁极叫换向极，也叫附加极或间极。 换向极的作用是改善电机换向，减小电机运行时电刷与换向器 之间可能产生的火花。换向极由换向极铁心和换向极绕组构成， 如图1.2.4所示。换向极铁心一般用整块钢制成。对换向性能 要求较高的直流电机，换向极铁心可用1～1.5 mm厚的钢板冲 制叠压而成。 换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极 铁心上。整个换向极用螺钉固定于机座上。换向极的数目一般 与主磁极相等。
由c流向d。载流导体ab和cd均处于N、S极之间的磁场当中，受
到电磁力的作用，其方向由左手定则确定，可知这一对电磁力 形成一个转矩，称为电磁转矩，电磁转矩的方向为逆时针方向， 使整个电枢逆时针方向旋转。当电枢旋转180°，导体cd转到N 极下，ab转到S极，如图⒈⒈１所示，由于电流仍从电刷A流人， 使cd中的电流方向变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从 电刷B流出，用左手定则可判别，电磁转矩的方向仍是逆时针方 向。
(3)额定电流IN：是指电机按照规定的工作方式运行时电 枢绕组允许流过的最大电流，单位为A(安)。
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结构图
等效电路
2、并励电机：励磁绕组电路与电枢电路并联。
等效电路
I：并励电动机总电流
Ia:电枢电流 Ra：电枢绕组电阻
Rf：励磁电流调节电阻
3、串励电机
4、复励电机
主磁极上有两组绕组：一个与电枢 并联，一个与电枢串。14、15、17
两个绕组产生的磁通方向相同为积复励电机 两个绕组产生的磁通方向相反为差复励电机
电枢转子
换向器
电枢绕组
电刷、换向器作用： 起机械整流器作用 。 电刷放置的原则： 为了感应最大电势或产生最大电磁转矩， 电刷所短接的（换向）元件的两个边应处于磁通最弱（几何 中性线）的位置上。 电刷
二、直流电机的励磁方式：他励、并励、串励、复励 1、他励电机：励磁绕组的励磁电流由独立的直流电 源提供。16
第五章 船舶电机
第一节 直流电机
教学要求：
1. 了解直流电动机的基本构造和工作原理。 2. 掌握他励（并励）和串励直流电动机的电 压与电流的关系式，接线图、机械特性。 3.掌握直流电动机的起动、反转和调速、制动 的基本原理和基本方法。
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂 ，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩 较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较 大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。 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) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。
1、工作原理：
①定子绕组通电 产生固定磁场； ②电枢在外力作 用下转动（逆时 针），上、下边 分别感应电势； b
N a B
A
e e
n
d
c S
– U +
③上边连的换向片与电刷B相接，下边连的换向片与电 刷A相接，A、B分别为电势的正、负 ④上、下边换位，感应电势变向，但A、B电刷的正、 负不变。13
b N B - a
+
i i
n
d
F
–U +
c S
c S
直流发电机产生的直流 电动势的大小： E=KEΦn KE：电机常数 Φ：总磁通量 n: 电枢转速
电枢电流产生的电磁转矩： T=KTΦIa KT ：电机常数 Ia：电枢电流 方向：与电枢旋转方向相 反－阻转矩
2、特性:（以并励发电机为例) ①空载特性：E = f(If)
直流电机是实现机械能与直流电能互相转换的电器
直流电机电动与发电原理
一、直流电机的基本结构
转子 定子
⑴定子： 主磁极 ( 极心、极掌和励磁绕组)
用来在电机中产生磁场。 永磁式: 由永久磁铁做成 励磁式: 磁极上绕线圈， 励磁绕组 线圈中通过直流电形成电 磁铁。 励磁: 磁极上的线圈通以直 流电产生磁通，称为励磁。
ΔU％电压 下降率
他励：下降不多， ΔU＝(5-10)％.可作恒压源 并励：下降相对较大， ΔU＝(10-30)％.
复励：分几种情况
根据串联绕组对端电压的 补偿程度分为： a、平复励Δ U％＝0（船舶 主电源直流发电机） b、欠复励Δ U％＞0 c、过复励Δ U％ 0（供电 线路较长时采用） d、差复励：串励磁场与并 励磁场方向相反（船舶 电动舵机、起货机） 21、22、23
磁轭 极掌
⑵转子(电枢) ：能量转换部分
由转子轴、铁心、绕组、 子 换向器组成。 轴 电枢铁心：由硅钢片叠装而成。 电枢绕组：由结构、形状相同 电枢转子 的线圈组成 电枢绕组和电枢铁芯， 产生感应电势或产生 电磁力。
转子轴 转
电刷
换向器
电枢绕组
换向片
电刷
换向器：换向器与 电刷滑动接触，把 线圈内的交变电动 势变换为方向不变 的电动势。 13
②外特性：有载端电压随负载电流的变化关系：U＝f(I)
ΔU％电压 下降率
并励（他励）：由电压平衡方程 U=E-IaRa Ia=I+If≈I 负载R增加，则 I↑→Ia↑→IaRa↑→U↓→If↓→E↓→U↓
ΔU％电压 下降率
所以：外特性曲线微微向下倾斜。 Uo UN U % 100% 曲线下降程度与励磁方式有关 UN
三、主要铭牌参数－额定值 29
1、额定功率PN (kw) :指额定状态下 • 发电机：电枢绕组输出的电功率； • 电动机：转子轴上输出的机械功率。 2、额定电压（v）： 发电机是指两端输出的允许电压（一般为115v-230v） 电动机是指输入到电动机两端允许电压（110v-220v ） 3、额定电流（A）: 发电机长期运行时输出给负载的允许电流。IN 电动机 是由电源输入到电动机的允许电流。 额定效率η N: η N=额定功率PN/输入功率P1
b
换向片
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里, N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。
• • • •
作业： 阅读考点1～４ P250 1 、2 、3 、4 、5 题库： P250 1 ～23
直流电机的基本工作原理
五、直流电动机的工作原理和特性
换向器作用： 将外部直流电 转换成内部的 交流电，以保 持转矩方向不 变。 电刷
N a c S
I F I
直 F n 流 d T 电 动 机
四、直流发电机的工作原理和特性
电刷 换向器作用： 将内部的交流 电通过电刷转 换成外部直流 电。 b
N a c S
e e
换向片
n
d
直 流 发 电 机
– U + 转子旋转，线圈切割磁力线产生的交流电动势， 方向如图所示。由于换向片和电刷固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极下的电刷为电动势正极， N极下的电刷为电动势负极。
绕组：按一定规律连接 的线圈。 电枢
磁极
电刷
主磁极
磁轭 极掌
换向磁极
磁极
电刷
换向磁极：铁芯绕组与电枢 电路串联（8、9、12）
作用：减少电枢电流换向 时产生的火花，改善换向 励磁绕组 性能。 电刷装置：与旋转的换向器 之间滑动接触，使转动的电 枢与外部电路连接起来。 （10、11）
电枢 换向磁极
主磁极
空载特性与空载电压的建立过程 a. 空载特性E=f（If）:为磁化曲线， b. 空载电压的建立过程： 剩磁→Er→Ia→If→E↑→Ia↑→If↑(饱和)→E↑为定值 0787
空载电压建立的条件
1、发电机要有剩磁；（若剩磁消失，可用外 电源充磁。） 2、剩磁方向与励磁电流的磁场方向要相同； 否则要对换励磁或电枢的接线 3、励磁电路的电阻Rf要适当。否则不能建立 正常额定电压。 18、19、20