项目11 直流电机的工作原理及结构
直流电动机工作原理
直流电动机工作原理1. 概述直流电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种电动设备中。
它的工作原理是利用直流电流在电磁场中的相互作用，使得电动机产生旋转运动。
直流电动机通常由定子、转子和电刷组成。
2. 定子定子是直流电动机的固定部分，通常由铁芯和绕组组成。
绕组由导线缠绕在铁芯上，形成多个线圈，每个线圈都经过一段定子绕组。
当电流通过绕组时，会在定子中产生一个磁场。
3. 转子转子是直流电动机的旋转部分，通常由铁芯、电枢和电刷组成。
电枢由导线缠绕在铁芯上，形成多个线圈，每个线圈都经过一段转子绕组。
当电通入电枢时，电枢会在转子上产生一个磁场。
4. 电刷电刷是直流电动机中非常重要的组件，它通常由碳材料制成。
电刷与定子和转子的绕组相连，用于供应电流到转子的绕组上。
电刷通过与转子绕组接触，将电流传递到转子上，同时也负责转子绕组中电流的引导。
5. 工作原理直流电动机的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：•步骤 1: 电流通过定子绕组，产生一个磁场。
•步骤 2: 电流通过电刷传递到转子绕组上，形成转子的磁场。
•步骤 3: 转子的磁场和定子的磁场相互作用，使得转子受到一个力的作用。
•步骤 4: 受到的力使得转子旋转。
•步骤 5: 转子旋转带动机械负载运动。
6. 工作原理详解在直流电动机中，电流在定子和转子的绕组之间形成一个相互作用的环路。
当电通入定子的绕组时，会在定子中产生一个磁场。
这个磁场通过定子的铁芯传导到外部。
同时，电刷将电流传递到转子的绕组上，形成了一个磁场。
由于转子上的磁场受到定子磁场的影响，两者之间形成了相互作用的力。
这个力被称为洛伦兹力，是由电流在磁场中的相互作用引起的。
洛伦兹力使得转子受到一个力的作用，从而产生旋转运动。
转子旋转的动力来自外部施加在转子上的机械负载。
通过调整电流的大小和方向，可以控制直流电动机的转速和转向。
电刷的设计和布局也对电机性能有一定影响。
7. 应用领域直流电动机由于其简单、可靠且易于控制的特点，在工业和家庭中得到广泛应用。
直流电机工作原理及调速
直流电机的基本工作原理直流励磁的磁路在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。
在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。
此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。
直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。
在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。
虽然直流发电机和直流电动机的用途各不同，但是它们的结构基本上一样，都是利用电和磁的相互作用来实现机械能与电能的相互转换。
直流电机的最大弱点就是有电流的换向问题，消耗有色金属较多，成本高，运行中的维护检修也比较麻烦。
因此，电机制造业中正在努力改善交流电动机的调速性能，并且大量代替直流电动机。
不过，近年来在利用可控硅整流装置代替直流发电机方面，已经取得了很大进展。
包括直流电机在内的一切旋转电机，实际上都是依据我们所知道的两条基本原则制造的。
一条是：导线切割磁通产生感应电动势；另一条是：载流导体在磁场中受到电磁力的作用。
因此，从结构上来看，任何电机都包括磁场部分和电路部分。
从上述原理可见，任何电机都体现着电和磁的相互作用，是电、磁这两个矛盾着的对立面的统一。
我们在这一章里讨论直流电机的结构和工作原理，就是讨论直流电机中的“磁”和“电”如何相互作用，相互制约，以及体现两者之间相互关系的物理量和现象（电枢电动势、电磁转矩、电磁功率、电枢反应等）。
一、直流发电机的基本工作原理直流发电机和直流电动机具有相同的结构，只是直流发电机是由原动机（一般是交流电动机）拖动旋转而发电。
可见，它是把机械能变为电能的设备。
直流电动机则接在直流电源上，拖动各种工作机械（机床、泵、电车、电缆设备等）工作，它是把电能变为机械能的设备。
无刷直流电机的结构及工作原理
无刷直流电机的结构及工作原理无刷直流电机，这个名字听起来就有点科技范儿，没错，它就是那种让我们的生活更加智能的“小帮手”。
你知道吗？在这个快节奏的时代，谁还愿意跟那些笨重的刷子电机打交道呢？无刷电机一出，大家都爱不释手。
嘿，想想看，电动牙刷、无人机、甚至电动车，里面都有它的身影，简直是家家户户的“隐形英雄”。
那什么是无刷直流电机呢？它的名字就给了我们不少提示。
无刷，顾名思义，就是没有刷子。
刷子在电机里是干嘛的呢？它们负责导电，把电流传递到转子上去。
但这玩意儿可麻烦了，时间久了就容易磨损、发热，甚至还会产生噪音。
可无刷电机可不怕这个，干干净净，省心又省力。
就像那些不喜欢打扫卫生的人，简直就是一大福音。
再来看看它的结构。
简单来说，无刷直流电机主要由定子、转子和控制器三部分组成。
定子是静止的部分，转子是转动的部分，而控制器则是它们之间的桥梁。
定子上绕着电线圈，转子上则是永磁体，嘿，这磁力可厉害了，让转子在电流的作用下不停地旋转。
想象一下，转子就像个在舞池里旋转的小舞者，随着音乐的节拍嗨起来，真是个灵动的小家伙。
再聊聊它的工作原理。
无刷电机的工作就像是高科技的魔法。
通过控制器，电流被精确地送到定子上的线圈，这样就产生了旋转的磁场。
这个磁场就像是一个看不见的推手，把转子推得飞快。
没错，推手可得用得巧，控制器就像是个DJ，调配着电流的节奏，让电机转得又快又稳，毫不费力。
这时候，有些朋友可能会问，为什么要选无刷电机呢？嘿，这就得说说它的优势了。
效率高，能量损耗小，简直是节能环保的先锋。
噪音低，运行安静得就像小猫咪在打盹，不会打扰到你安静的生活。
维护简单，毕竟没有刷子，少了很多麻烦，保养起来轻松得很。
可以说，无刷直流电机真是现代科技的宠儿。
不过，咱也不能光说好话。
无刷电机虽然好，但它的控制器可得花点钱。
技术要求高，对电路设计和编程的知识都有点要求。
就像玩游戏，有时候得先升级装备，才能挑战更高级别的敌人。
不过，有些东西就是这样，越是高端，越要精细，这也是值得的，对吧？咱们也聊聊无刷电机的应用场景。
电机及拖动基础_(第四版)
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
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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
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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)
直流电机的基本工作原理及结构
直流电 动机的 工作原 理示意 图:
1.1.3 直流电机的铭牌数据 额定功率 PN
指轴上输出 指电刷间输出的 电动机 额定条件下电机 发电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率 额 定 电U 压 N
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
额定电流 IN
额定功率时对应的电流 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. 电机铭牌上还标有其它数 额定励磁电流 I fN 据，如励磁电压、出厂日 对应于额定电压、额定电流、额 期、出厂编号等。 定转速及额定功率时的励磁电流
电刷从几何中性线偏移 角，电枢磁动势轴线也随 之移动 角，如图(a)(b) 所示。 电枢磁动势可以分解 为两个垂直分量：交轴电 F aq 枢磁动势 和直轴电枢磁 动势 。 F ad
电刷顺转向偏移
发电机 电动机 交轴和直轴去磁 交轴和直轴助磁
电刷逆转向偏移
交轴和直轴助磁 交轴和直轴去磁
1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩
漏磁通
磁力线不进入电枢铁心， 直接经过气隙、相邻磁极 或定子铁轭形成闭合回路
漏磁路
主磁通
磁力线由N极出来，经气隙、 电枢齿部、电枢铁心的铁轭、 电枢齿部、气隙进入S极，再 经定子铁轭回到N极
主磁路
直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应 电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增 加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得 多，大约是主磁通的20%。
0
N
A
为了经济、合理地利用材料， 一般直流电机额定运行时，额定磁 通 N 设定在图中 A点，即在磁化特 性曲线开始进入饱和区的位置。
0
I fN
I f0 I f F f 0 IN
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PPT精品课件
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕 组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
• 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，
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
二、直流电机的工作原理
磁场定义
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
（1）、换流过程
b
Aa
c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向：电势正方向： dcba
B+,A-
c
Ad
b
a
B
（2）直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
2-2 柴油发电机型号和规格的选择
三、容量计算的原则：
1.柴油发电机的额定容量所供负荷的计算容量
2.柴油发电机的允许起动容量电动机有效起动容
量
柴油发电机额定容量(Sfe) ------主力发电功率(铭牌数据)
所供负荷的计算容量(SJ) ------发电机可能提供负荷的计算容量
柴油发电机允许起动容量(Sfq) ------发电机出口压降达20%时的允许起动容量(铭
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
（2）直流电动机运行时的几点结论
1.1直流电机的工作原理和结构
2
§1-1 直流电机的工作原理和结构
一、直流电机的工作原理
直流电机是直流发电机和直流 电动机的总称。直流电机具有可 逆性，既可作直流发电机使用， 也可作直流电动机使用。
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§1-1 直流电机的工作原理和结构
（2）电枢绕组
电枢绕组的作用是产生 感应电势和通过电流产生 电磁转矩，实现机电能量 转换。它是直流电机的主 要电路部分。
电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成，再按一定 规律嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要 妥善地绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外，槽口处需用槽楔 将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部分用玻璃丝带绑紧。绕组端 头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升高片槽内，并用锡焊或氩 弧焊焊牢。
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（3）换向极
§1-1 直流电机的工作原理和结构
换向极又称附加极，安装在相邻两主磁极的几何 中心线上。 Why？在1.7讲
换向极的作用是改善直流电机换向。在小容量电 机（1kw以下）中，有时换向极只有主磁极的一半， 或不安装换向极。 （4）电刷装置
电刷与换向器相配合，在电动机中起到逆变（将 直流变为交流）作用；而在发电机中则起到整流 （将交流变为直流和结构
（3）换向器 换向器的作用是
在电刷间得到直流电 动势，并保证每个磁 极下电枢导体电流方 向不变，以产生恒定 方向的电磁转矩。
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§1-1 直流电机的工作原理和结构
3、气隙
气隙是定子和转子（电枢）之间自然形成的间 隙。它是电机主磁路的一部分,是电机能量转换的 媒介。气隙的大小对电机运行的影响很大。小容 量电机约为1-3mm，大容量电机可为几毫米。
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理
直流电机是一种常见的电动机，它通过直流电源提供电能，将电能转换为机械能，驱动机械装置运转。
直流电机的工作原理主要包括磁场产生、电流通路和力矩产生三个方面。
首先，直流电机的工作原理与磁场产生密切相关。
在直流电机中，通常会有一个磁场产生装置，它可以是永磁体或者电磁铁。
当电流通过磁场产生装置时，会在装置周围产生磁场，形成磁极。
这个磁场是直流电机工作的基础，因为它与电流之间会产生相互作用，从而产生力矩，驱动电机运转。
其次，直流电机的工作原理还与电流通路有关。
在直流电机中，电流通路是通过电刷和换向器来实现的。
电刷是连接电源和电机的导电装置，它与换向器配合工作，使得电流可以按照一定的规律在电机的绕组中流动。
这样，电流在磁场中产生作用，产生力矩，从而驱动电机转动。
最后，直流电机的工作原理还涉及到力矩的产生。
在直流电机中，当电流通过绕组时，会在绕组中产生磁场，这个磁场与磁场产生装置的磁场相互作用，产生力矩。
这个力矩会驱动电机转动，实现能量转换。
综上所述，直流电机的工作原理是通过磁场产生、电流通路和力矩产生三个方面相互作用，实现电能到机械能的转换。
通过对这些原理的深入理解，可以更好地掌握直流电机的工作特点，为实际应用提供理论支持。
1直流电机的工作原理和基本结构
未标注时，即为定额工作方式。 • （8）绕组温升或绝缘等级 • （9）电机的型号：开启式，防护式，封闭式，防爆
式。 • （10）其他：制造厂家，出厂年月，出厂序号。
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小结
• 常用的直流电机是换向器式电机，其电枢导 体感应的电势是交变的，经过换向器和电刷 的作用才得到直流电压。为了得到平稳的直 流电压，电枢绕组由许多分布于电枢表面的 线圈（元件）组成。
• 而且由于有换向器，使它比交流电机费工费料，造价昂贵。 运行时换向器需要经常维修，寿命也较短。
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三、直流电机的发展状况
• 大功率半导体元件发展很快，它的可靠性、价格、 控制方便等指标日益改进，在某些场合，已经可以 成功地用可控整流电源代替直流发电机了。不过， 有些性能(如波形平滑等)仍不及直流发电机。
部分，又是电枢绕组的支撑 部件；电枢绕组就嵌放在电 枢铁心的槽内。为减少电枢 铁心内的涡流损耗，铁心一 般用厚0.5mm且冲有齿、槽 的型号为DR530或DR510的 硅钢片叠压夹紧而成，如图 所示。小型电机的电枢铁心 冲片直按压装在轴上，大型 电机的电枢铁心冲片先压装 在转子支架上，然后再将支 架固定在轴上。为改善通风， 冲片可沿轴向分成几段，以 构成径向通风道。
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• 2．电刷装置
直流电动机工作原理
7.2.2直流电动机工作原理与结构图7-4直流电动机模型图7-4是一个最简单的直流电动机模型。
在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕Z-Z'轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。
这个转动的部分通常叫做电枢。
线圈的两端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环1和2上。
换向片1和2之间是彼此绝缘的，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。
A和B是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间是滑动接触的。
来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。
图7-5换向器在直流电机中的作用当电刷A和B分别与直流电源的正极和负极接通时，电流从电刷人流入，而从电刷B流出。
这时线圈中的电流方向是从a流向b,再从c流向d。
我们知道，载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则来决定。
当电枢在图7-5(a)所示的位置时，线圈ab 边的电流从a流向b,用于表示，cd边的电流从c流向d,用。
表示。
根据左手定则可以判断出，ab边受力的方向是从右向左，而cd边受力的方向是从左向右。
这样，在电枢上就产生了反时针方向的转矩，因此电枢就将沿着反时针方向转动起来。
当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入$极，而cd边从S极下面进入N极时，与线圈a端联接的换向片1跟电刷B接触，而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触，如图7-5 (b)所示。
这样，线圈内的电流方向变为从d流向c,再从b流向a,从而保持在N极下面的导体中的电流方向不变。
因此转矩的方向也不改变，电枢仍然按照原来的反时针方向继续旋转。
由此可以看出，换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。
直流电机工作原理和结构一、直流电机工作原理直流发电机的工作原理直流电动机的工作原理电机的可逆运行原理两个定理与两个定则1、电磁感应定理在磁场中运动的导体将会感应电势，若磁场、体和导体的运动方向三者互相垂直，则作用导体中感应的电势大小为： e = B・l・v电势的方向用右手定则2.电磁力定律载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直（见下图），作用在导体上的电磁力大小为：f = B」・i力的方向用左手定则（一）直流发电机的工作原理1.直流发电机的原理模型time01.1. A亘樵发电机工作原理电刷引击电势无书感题也势如LE 直流发电机工作原理2.发电机工作原理a、直流电势产生用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边a b和c d分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势因为电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势。
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1章 直流电机的结构与工作原理
讲稿No 1讲稿No 2讲稿No 3讲稿No 4技术课将起到很大的帮助。
本课程的主要内容是结合电机的基本结构，介绍电机的基本工作原理，分析电机内部的电磁关系和规律，在定性分析的基础上，根据电磁定律导出电机各电、磁量的关系，对电机进行定量分析。
最后，应用基本理论，分析一些运行中遇到的问题，从而找出处理方法。
5. 学习本课程应注意的几点根据本课程的性质和特点，学习时应注意以下几点：(1) 要注意理论联系实际。
在理论学习时，要联系电机的结构和所发生的电磁或机械运动现象进行分析，把理论知识应用于实际问题的分析中，不能只满足于表面的理解。
(2) 应抓住重点，深刻理解基本概念和基本理论，注意区别各类电机的同、异点。
善于掌握规律，学会综合分析，解决各种问题。
(3)教案用纸No 5讲 稿No 61、定子定子由主磁极、换向极、电刷装置、机座等组成。
（1）主磁极白银矿冶职业技术学院讲稿No 7）电刷装置白银矿冶职业技术学院讲稿No 8电刷的作用是：与换向器配合引入、引出电流。
（4）机座和端盖机座的作用是固定主磁极等部件，同时也是磁路的一部分。
白银矿冶职业技术学院讲稿No 9量电机中，气隙为0.5～3mm。
其大小对电机性能有很讲稿No10当原动机驱动电机转子逆时针旋转180°后，导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。
白银矿冶职业技术学院讲稿No 11左向右。
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。
当电枢旋转到下图所示位置时，原N极性下导体ab极下，受力方向极下导极下，受力方向从右向左。
该电白银矿冶职业技术学院教案用纸No12讲稿No 13白银矿冶职业技术学院讲稿No 14电枢实际槽数。
叠绕组是指相串联的后一个元件端接部分紧叠在前一个元件端接部分的上面，整个绕组1.2.2 电枢绕组的节距．极距极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离πZD白银矿冶职业技术学院讲稿No 15白银矿冶职业技术学院讲稿No 16讲稿No 17、单叠绕组的并联支路图画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成了绕组的并联支路图。
2直流电机的结构与工作原理
定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了电 枢绕组线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧 形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相 绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固 定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换 向片上放置着一对固定不动的电刷A和B。当电枢旋 转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 电机内部的固定部分要有磁场。这个磁场可以是如 下图示的磁铁，也可以是磁极铁心上绕套线圈，再 通过直流电产生磁场。
e Bδlv Bδ
但此电势在零和最大值之间脉动，波动太大，不能做直 流电源。
两线圈串联后的合成电势
与原有线圈相距90电角度再设置一个线圈，其两端 各接有换向片，并与原有换向片A、B相距90电角度， 换向器包含4片换向片，相邻换向片间各相距90电角 度。
当电枢旋转时，两个线圈的感应电势在时间相位上相 距90电角度
如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和 换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从 电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方 向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使 得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。 外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用， 在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方 向却是不变的。
（一）主磁极
主磁极的作用是建立主磁场。主磁极由主磁极铁心 和套装在铁心上的励磁绕组构成，如图18-11。
励磁绕组和串换向 极后的电枢绕组出 线
定子机座 换向极铁心 换向极绕组
主磁极铁 心
主磁极绕组 （励磁绕组） 换向极绕组与 励磁的串联接 线 图18-10直流电机定子
《电机与拖动》第1章 直流电机的结构和工作原理
直 流 电 机 的 组 成
作
用：产生感应电动势和电磁转 矩，实现能量的转换
12
1.2
直流电机的结构和工作原理
图1-3 直流电机的结构图 a）直流电机的结构 b）轴端剖面图 1-风扇 2-机座 3-电枢 4-主磁极 5-刷架 6-换向器 7-接线板 8-出线盒 9-换向极 10-端盖
13
1.2
1、定子
30
1.2
3．励磁方式
直流电机的结构和工作原理
励磁绕组获得励磁电流的方式称为励磁方式，如图1-14所示。
图1-14 直流电机的励磁方式 a）他励 b）并励 c）串励 d）复励
31
1.2
直流电机的结构和工作原理
三、直流电机的工作原理
1．直流发电机的基本工作原理
当原动机拖着电枢以一定的转速在磁场中逆时针旋转时，根据 电磁感应原理，线圈边ab和cd以线速度v切割磁力线产生感应电动势， 其方向用右手定则确定。在图中所示的位置，线圈的边ab处于N极下， 产生的电动势从b指向a；线圈的cd边处于S极下，产生的感应电动势 从d指向c。从整个线圈来看，电动势的方向为d c b a。反之， 当ab边转到S极下，边cd转到N极下时，每个边的感应电动势
图1-8 线圈在槽内的放置示意图 1-上层有效边 2、5-端接部分 3-下层有 效边 4-线圈尾端 6-线圈首端
20
1.2
直流电机的结构和工作原理
绕组联接如图1-9所示。
y1
--极距，就是一个磁极在电枢表面的空间距离，其计算是： --第一节距
yk
--换向器节距
y2
Z 2p
--第二节距
y
--合成节距
冒烟（是否冒烟）
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直流电机的工作原理及结构
（三）电动机的启动与调速 1．并励电动机的串电阻起动与反转 （1）按图11-5并励电动机启动原理图分析电路， 按图11-6所示接线，或按实验室提供的设备接线图接 11-6 线。 （2）直流电动机启动前应将励磁变阻器Rf置于阻 值最小位置以保证起动时主磁场最强。将起动器手柄 置于零位，使启动变阻器Rst置于阻值最大位置，以限 制电动机启动时的启动电流。
直流电机的工作原理及结构
直流电机的工作原理及结构
（2）他励电动机 励磁绕组与电枢绕组分别用两 个独立的直流电源供电，如图11-4(a)所示。适用于调 速范围宽、负载变化时转速变化不大的场合如某些精 密机床。 （3）并励电动机 励磁绕组与电枢绕组并联，由 同一直流电源供电，如图11-4(b)所示。适用场合与他 励直流电动机相同。 （4）串励电动机 励磁绕组与电枢绕组串联，如 图11-4(c)所示。适用于启动较频繁、有冲击性负载的 场合，如其重机械、电力牵引装置等。
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（二）直流电动机的工作原理 直流电动机是根据通电导体在磁场内受力而运动的原理制成的。 图11-9所示为直流电动机工作原理图，其基本结构与发电机完全相同， 只是将直流电源接至电刷两端。当电刷A接至电源的正极，电刷B接 至负极，电流将从电源正极流出，经过电刷A、换向片1、线圈abed A 1 abed 到换向片2和电刷B，最后回到负极。根据电磁力定律，载流导体在 磁场中受电磁力的作用，其方向由左手定则确定。由于换向器的逆变 作用，使得在固定磁极下导体中的电流方向保持不变，从而保证了电 磁转矩的方向不变，在转矩的作用下，使电动机能连续旋转。当电枢 从图1-9所示的位置转过90º时，线圈磁感应强度为零，因而使电枢旋 转的转矩消失，但由于机械惯性，电枢仍能转过一个角度，使电刷A、 B分别与换向片2、1接触，于是线圈中又有电流流过。因此，在转矩 的作用下，电枢便一直旋转下去，把直流电能转换成机械能输出。
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（5）复励电动机 励磁绕组有两组，一组与电枢 绕组串联，另一组与电枢绕组并联，如图11-4(d)所示。 若复励电动机的两组励磁绕组产生的磁通方向一致时， 称为积复励电动机，若产生的磁通方向相反时，则称 为差复励电动机。复励电动机广泛应用与其重设备、 牵引设备、轧钢机及冶金辅助机械中。
直流电机的工作原理及结构
在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电 动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机 的关键部件之一。换向器由许多特殊形状的梯形铜片 和起绝缘作用的云母片一片隔一片地叠成圆筒形，凸 起的一端称为升高片，用来与电枢绕组端头相连；下 面有燕尾槽，利用换向器套筒、V形压圈及螺旋压圈 将换向片及云母片紧固成一个整体；在换向片与套筒、 压圈之间用V形云母环绝缘，最后将换向器压在转轴 上，这种属于装配式。在中、小型直流电动机中常用 的一种是整体式，它把铜片热压在塑料基体上，成为 一个整体。
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2．直流电动机的名称、种类和用途 按照直流电动机的主磁场励磁方式的不同，一般 可分为两大类，一类是由永久磁铁作为主磁极；另一 类是利用给主磁极绕组通人直流电产生主磁场。后一 类根据主磁极绕组与电枢绕组连接方式的不同，可分 为他励、并励、串励、复励电动机。分别简介如下： （1）永磁式电动机 永磁电动机过去常用于所需 功率小、机械精度要求高的场合，由于其具有体积小、 结构简单、重量轻；损耗低、效率高、节约能源；温 升低、可靠性高、使用寿命长；适应性强等突出优点 而使用越来越广泛。
直流电机的工作原理及结构
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1）电枢铁心 电枢铁心是电机主磁路的一部分， 在铁心槽中嵌放电枢绕组。电枢转动时，铁心中的磁 通方向不断变化，会产生涡流和磁滞损耗。为了减少 损耗，电枢铁心一般采用0.5mm厚、两边涂有绝缘漆 的硅钢片冲片叠压而成，如图11-2所示。 2）换向器 换向器的作用是将电枢中的交流电动 势和电流，转换成电刷间的直流电动势和电流，从而 保证所有导体上产生的转矩方向一致。换向器结构如 图11-3所示。
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一、能力目标 二、仪器与设备 三、项目要求 （一）熟悉直流电机的结构、掌握直流电机各组 成部分的作用 1．直流电机的基本结构 直流电机的基本结构如图11-1所示，由定子和转 子两大部分组成，定子与转子之间的空隙称为空气隙。
直流电机的工作原理及结构
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（1）定子部分 定子部分的主要作用是产生主磁场和作为转子部 分的支撑。定子部分包括机座、主磁极、换向磁极、 端盖和轴承等，电刷装置也固定在定子上。 1）机座 机座有两方面的作用；一方面起导磁作 用，作为电机磁路的一部分（称为磁轭）；另一方面 起支撑作用，用来安装主磁极、换向极、端盖等。机 座一般用铸钢件或钢板焊接而成，也可直接用无缝钢 管加工制成，具有良好的导磁性能和机械性能。
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4）电刷装置 电刷装置的作用是通过电刷与换向 器的滑动接触，把电枢绕组中的电动势（或电流）引 到外电路，或把外电路的电压、电流引入电枢绕组。 （2）转子部分（电枢） 直流电机的转子又称为电枢，它是产生感应电动势、 电流、电磁转矩，实现能量转换的部件。主要由电枢 铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。如图 11-2所示。
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3）电枢绕组 电枢绕组是直流电机的主要组成部 分，其作用是通过电流产生感应电动势和电磁转矩实 现能量转换的。电枢绕组通常用绝缘导线绕成的线圈 ( (或称元件)，按一定规律连接而成。 ) 4）转轴 转轴作用是用来传递转矩，为了使电机 能可靠地运行，转轴一般用合金钢锻压加工而成。 5）风扇 风扇用来降低运行中电机的温升。
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2）主磁极 主磁极的作用是产生气隙磁场，由主 磁极铁心和主磁极绕组(励磁绕组)构成，为了减少涡 流损耗，主磁极铁心一般由1～1.5mm厚的低碳钢板 冲片叠压而成，用铆钉铆紧成为一个整体。主磁极绕 组中通入直流电流产生励磁磁场。 3）换向磁极 换向磁极的作用是用来产生换向磁 场，改善电机的换向。它由换向磁极铁心和套在铁心 上的绕组构成。换向极位于相邻两主磁极之间，用螺 钉固定在机座上。在小功率的直流电机中也有不装换 向磁极的。
直流电机的工作原理及结构
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2．并励电动机的调速 （1）改变电枢回路电阻调速 ①起动并励电动机， 在电枢回路所串的电阻为零时，调节磁场电阻器Rf， 使电动机转速n=nN。②调节起动器手柄，逐步增加电 枢回路电阻Rst的数值，使转速n下降，分别测量转速n、 电枢电压U。和电枢电流Ia。的数值5～8组，记录于 表11-3中。③根据实验所得的数据，在图11-7中画出 并励电动机转速特性曲线。④将启动器手柄仍然转到 最后位，使电枢回路所串电阻为零，并保持电动机转 速n=nN。
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（3）合上电源开关Q。缓慢减小启动变阻器Rst 阻值，直至启动变阻器阻值为零，直流电动机启动完 毕；观察并记下直流电动机的转向。 （4）用转速表正确测量直流电动机的转速。适 当调节励磁变阻器Rf的大小，观察电动机转速变化情 况，但应注意电动机转速不能过高。 （5）停机时，断开电源开关Q，待电动机完全停 车后，分别改变直流电动机励磁绕组和电枢绕组的接 法，再启动电动机，观察直流电动机的转向变化并记 录于表11-2中。
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n
0
图11-7 并励电动机转速特性
Ia
（2）改变主磁通调速（弱磁调速） ①在对电动 机转速为额定转速时进行下列实验操作。②缓慢增加励 磁回路电阻Rf，观察并测量电动机的转速，此时电动机 转速应逐步升高，到n=1.2nN时为止。
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四、直流电机的工作原理 （一）直流发电机的工作原理 两极直流发电机原理如图11-8所示。直流发电机 在原动机的拖动下旋转，电枢上的导体切割磁力线产 生交变电动势，再通过换向器的整流作用，在电刷间 获得直流电压输出，从而实现了将机械能转换成直流 电能的目的。