直流电机(13)直流发电机
第二章 直流电机
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
结构: 1-2、3-4、5-6、7-8分别构成4个线圈.
(均匀分布，每两个相邻线圈隔45°)
缺点: 随着电枢的转动, 始终只有一个线圈有电流. 材料没有充分利用, 产生的总转矩或电势均 很小。
的交变电流； ②直流发电机中, 将绕组内的交变电动势转换为电
枢端上的直流电动势。 ◆ 换向器由许多换向片组成; 换向片间用云母绝缘
20
1—换向片 2—连接片
换向器
21
第二节 直流电机的铭牌数据 ◆额定值: 铭牌上的数据是额定值
额定值是电机制造厂按国家标准要求, 对电机的一 些电量或机械量规定的数值. ◆额定工况: 电机运行时, 电量和机械量符合额定值, 则电机运行情况为额定工况; 在额定工况下, 可以 保证电机可靠地正常工作,并具有优良的性能。
◆组成：
直流电 机结构
定子: 主磁极, 换向极, 机座, 电刷(产生磁场) 转子: 电枢铁心和绕组, 换向器, 轴, 风扇
(产生电磁转矩和感应电动势)
12
1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心
直流电机的剖面图
13
直流电机横向剖面图
6
电动机的电磁关系
7
(二) 直流发电机的工作原理
直流发电机的工作原理
8
直流发电机工作原理：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。 在直流发电机中, 换向器和电刷的共同作用： ①将线圈中的交流电动势整流成刷间的直流电动势 ②把转动的电路与外面不转的电路联接。
第十七章 直流电动机和发电机
U 空载转速 n0 = CeΦ0 点略有下倾直线， 过n0点略有下倾直线，
斜率为
∑r −
a
CeΦ
Page: 22 Date:2011-6-11
n0 − nN ×100% 定义转速变化率 ∆n = nN
优点：转速特性硬 转速变化率小， 优点：转速特性硬，转速变化率小，并励电动机 的转速变化率为3%~8%。 的转速变化率为 。 注意！并励电动机的励磁回路一定不能断路！ 注意！并励电动机的励磁回路一定不能断路！ 断路的后果： 断路的后果： 反电势减小，电枢电流剧增。 反电势减小，电枢电流剧增。 转速迅速上升，造成“飞车” 或转速下降， 转速迅速上升，造成“飞车”，或转速下降， 最终停车。 最终停车。
Page: 14 Date:2011-6-11
四、复励发电机的特性 平复励 积复励 超复励 复励发电机 欠复励 差复励
Page: 15
DHale Waihona Puke te:2011-6-11例：一台并励发电机，转速为1450r/min，电枢绕组电阻 一台并励发电机，转速为 ， 电刷接触压降∆U=1V，满载时的电枢电流 为ra=0. 516 ，电刷接触压降 ， 为40.5A，满载时电枢反应的去磁作用相当于并励绕组励 ， 磁电流0.05A，当转速为 磁电流 ，当转速为1000r/min时测得的空载特性的数 时测得的空载特性的数 据见下表，试求： 据见下表，试求： （1）若满载端电压为 ）若满载端电压为230V，问并励回路的电阻为多少？ ，问并励回路的电阻为多少？ 电压变化率为多少？（ ？（2） 电压变化率为多少？（ ）若在每一磁极上加绕串励绕组 5匝，则可将满载电压提升到 匝 则可将满载电压提升到240V，且场阻保持不变，问 ，且场阻保持不变， 每一磁极上并励绕组有几匝？（ 如串励绕组增至10匝 ？（3） 每一磁极上并励绕组有几匝？（ ）如串励绕组增至 匝， 问满载端电压为多少？ 问满载端电压为多少？
直流发电机的工作原理及结构
直流发电机的工作原理及结构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、导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符号物理量单位B磁场的磁感应强度Wb/m2 v导体运动速度米/秒I导体有效长度me感应电势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 • i单位符号物理量Ai导体中的电流mI导体有效长度Nf电磁力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图1 1 B 直猱友电机工作炽理2•发电机工作原理團直猱我电机工作原建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。
所以电刷A始终有正极性，同样道理，电刷B始终有负极性。
所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势b、结论线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷AB端的电动势却是直流电动势。
直流发电机［浏览次数：约145次］*直流发电机是一种把机械能转换为直流电输岀的电机，流电动机具有良好的起动性能和调速性能，因此广泛应用于要求调速平滑，调速范围广等对调速要求较高的电气传动系统中，如电力机车、无轨电车、轧钢机起重设备等。
目录*直流发电机的结构*直流发电机的部件功能・直流发电机的工作原理*直流发电机的额定值直流发电机的结构直流电机I區I的结构可分为静止和转动两部分，静止部分称为定子，旋转部分称为转子（也称电枢）图1与图2分别为直流电机的纵剖面示意图和横剖面示意图。
直流电动机的分类
直流电动机的分类直流电动机是一种常见的电动机类型，根据其不同的特性和用途，可以进行多种分类。
本文将从不同的角度对直流电动机进行分类介绍，以帮助读者更好地了解和理解直流电动机的特点和应用。
一、按照励磁方式分类1. 永磁直流电动机：永磁直流电动机是利用永磁材料产生磁场，用于产生转矩的一种直流电动机。
永磁直流电动机具有结构简单、体积小、效率高等优点，广泛应用于家用电器、机械设备等领域。
2. 电磁励磁直流电动机：电磁励磁直流电动机是通过外部电源提供电流，产生磁场，用于产生转矩的一种直流电动机。
电磁励磁直流电动机可根据不同的励磁方式进一步分为串激直流电动机、并激直流电动机和复合励磁直流电动机等。
二、按照转子结构分类1. 锚定转子直流电动机：锚定转子直流电动机是指转子上的绕组通过集电环与外部电源相连接的一种直流电动机。
锚定转子直流电动机具有结构简单、启动扭矩大等特点，广泛应用于起动和变速控制等场合。
2. 无刷直流电动机：无刷直流电动机是指转子上的绕组通过电子换向器与外部电源相连接的一种直流电动机。
无刷直流电动机不需要使用集电环和刷子，具有无摩擦、无火花、寿命长等优点，被广泛应用于航空航天、机器人等高精度领域。
三、按照工作原理分类1. 制动型直流电动机：制动型直流电动机又称为发电制动电动机，是指在发电状态下产生电能，用于制动负载的一种直流电动机。
制动型直流电动机通常用于电动车辆、电梯等需要制动的场合。
2. 发电型直流电动机：发电型直流电动机是指在机械转动的过程中产生电能的一种直流电动机。
发电型直流电动机通常用于风力发电、水力发电等领域。
四、按照用途分类1. 直流电机：直流电机是指用于将电能转换为机械能的一种电动机，广泛应用于各种机械设备和家用电器中。
2. 直流发电机：直流发电机是指将机械能转换为电能的一种电动机，常用于独立发电系统和特殊的工业用途。
以上是对直流电动机的分类介绍，希望能够帮助读者更好地理解直流电动机的不同类型和应用场景。
直流电机工作原理和结构
一、直流电机的基本工作原理直流电机可分为直流电动机和直流发电机两大类，其工作原理可通过模型加以说明。
(一)直流发电机的工作原理图1—1所示为直流发电机的物理模型。
在图1—1中N、S为磁场，磁极固定不动，称为直流电机的定子。
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是直流电机可转动部分，称为电机转子(又称电枢)。
线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可以随线圈一同转动的导电片上，该导电片称为换向片。
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。
在定子与转子间有间隙存在，称为空气隙，简称气隙。
在直流发电机的模型中，当有原动机拖动转子以一定的转速逆时针旋转时，根据电磁感应定律可知，在线圈abcd中将产生感应电动势。
设每边导体中的感应电势为e，则线圈电势为2e，电势e的瞬时值为：式中，e为导体感应电动势，单位为V;BX为导体所在处的磁通密度，单位为Wb/m ;l为导体ab或cd的有效长度，单位为m;v为导体ab或cd与BX间的相对线速度，单位为m/s。
导体中感应电动势的方向可用右手定则确定。
在逆时针旋转情况下，如图1—1(a)所示导体ab在N 极下，感应电动势的极性为a点高电位，b点低电位;导体cd在S 极下，感应电动势的极性为c点高电位，d点低电位，在此状态下电刷A的极性为正，电刷B的极性为负。
当线圈旋转1800后，如图1—1(b)，导体ab在S极下，导体ab则在N极下，此时导体中的感应电动势方向已改变，但由于原来与电刷A接触的换向片已经与电刷B接触，而与电刷B接触的换向片时换到与电刷A接触，因此电刷A的极性仍为正，电刷B的极性仍为负。
从图1—1中可以看出，和电刷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，因此电刷A的极性总为正，而电刷B的极性总为负，在电刷两端可获得直流电动势。
实际直流发电机的电枢是根据实际应用情况需要有多个线圈。
线圈分布于电枢铁心表面的不同位置上，并按照一定的规定连接起来，构成电机的电枢绕组。
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
第一章直流电机直流电机是一种通过磁场的耦合作用实现机械能与直流电能相互转换的旋转式机械，包括直流发电机和直流电动机。
将机械能转换为电能的是直流发电机，将电能转换为机械能的是直流电动机。
与交流电机相比，直流电机结构复杂，成本高，运行维护较困难。
但直流电动机调速性能好，启动转矩大，过载能力强，在启动和调速要求较高的场合，仍获得广泛应用。
作为直流电源的直流发电机虽已逐步被晶闸管整流装置所取代，但在电镀、电解行业中仍被继续使用。
第一节直流电机的基本原理与基本结构直流电机是根据导体切割磁感线产生感应电动势和载流导体在磁场中受到电磁力的作用这两条基本原理制造的。
因此，从结构上看，任何电机都包括磁路和电路两部分；从原理上讲，任何电机都体现了电和磁的相互作用。
一、直流电机的工作原理（一）直流发电机工作原理图 1-1 所示两极直流发电机模型，可说明直流发电机的基本工作原理。
图中，N 、S 是一对固定不动的磁极。
磁极可以由永久磁铁制成，但通常是在磁极铁心上绕制励磁绕组，在励磁绕组中通入直流电流，即可产生N 、S 极。
在N 、S 磁极之间装有由铁磁性物质构成的圆柱体，在圆柱体外表面的槽中嵌放了线圈abcd ，整个圆柱体可在磁极内部旋转。
整个转动部分称为转子或电枢。
电枢线圈abcd 的两端分别与固定在轴上相互绝缘的两个半圆铜环相连接，这两个半圆铜环称为换向片，即构成了简单的换向器。
换向器通过静止不动的电刷 A 和 B ，将电枢线圈与外电路接通。
电枢由原动机拖动，以恒定转速按逆时针方向旋转，转速为n （r/min ）。
若导体的有效长度为 l ，线速度为v ，导体所在位置的磁感应强度为B ，根据电磁感应定律，则每根导体的感应电动势为e Blv =，其方向可用右手定则确定。
当线圈有效边ab 和cd 切割磁感线时，便在其中产生感应电动势。
如图1-1所示瞬间，导体ab 中的电动势方向由b 指向a ，导体cd 中的电动势则由d 指向 c ，从整个线圈来看，电动势的方向为d 指向a ，故外电路中的电流自换向片1流至电刷A ，经过负载，流至电刷B 和换向片2，进入线圈。
直流电机知识
作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能直流测速发电机将机械信号转换为电信信号传递-直流伺服电动机将控制电信号转换为机械信号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。
以前曾使用环形绕组.6.问题1-4：环形绕组的缺点是什么？三. 直流电动机的原理 ( Principies of DC Motor)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i a通过。
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 f 的作用 f = B l i a（左手定则）4.所有导体产生的电磁力作用于转子可产生电磁转矩，以便拖动机械负载以n(r/min)旋转。
5.结论：直流电机的可逆性原理：同一台电机，结构上不作任何改变，可以作发电机运行，也可以作电动机运行。
直流发电机直流电动机的工作原理和结构
直流发电机直流电动机的工作原理和结构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、导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符号物理量单位B磁场的磁感应强度 Wb/m2v导体运动速度米/秒l导体有效长度me感应电势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·l·i符号物理量单位i导体中的电流Al导体有效长度mf电磁力N力的方向用左手定则（一）直流发电机的工作原理直流发电机的原理模型1.2.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分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动d c 和b a 速转动，线圈边．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。
所以电刷 A始终有正极性，同样道理，电刷 B 始终有负极性。
所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势 b、结论线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷 A B 端的电动势却是直流电动势。
（二）直流电动机的工作原理 1.直流电动机的原理模型（图1.1.5）直流电动机的工作原理要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。
为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转,这就是直流电动机的工作原理（三）电机的可逆运行原理从上述基本电磁情况来看：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理二、直流电机的结构旋转电机结构形式 , 必须有满足电磁和机械两方面要求的结构．旋转电机必须具备静止和转动两大部分1.直流电机静止部分称作定子作用 -- 产生磁场由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成2.直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)作用 -- 产生电磁转矩和感应电动势由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成直流电机电枢照片(一) 直流电机的静止部分1.主磁极是一种电磁铁，用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心2.换向极（又称附加极或间极）作用 -- 改善换向换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联．图1.1.11 主磁极和换向极示意图3.机座机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个作用：固定主磁极、换向极和端盖；作为磁路的一部分。
第一章.直流电机
直流电机的基本结构总结
主要由定子、转子两部分组成
直流电机
定子
转子
机座 主磁极
电枢铁心
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
1－3 直流电机分类－励磁方式
他励
串励
I Ia I Ia I f
并励
I Ia I f
注： I ：电源输入电流； I a ：电枢电流； I f ：励磁电流
复励
4
5
6 S7
8
9
10 N11
12 13 14 S 15 16
15 16 1 2 3 4
+
5 67
－
8 9 10 11 12 13 14
+
－
+
－
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， 绕组内部无环流；
电刷位置对电枢反应的影响
1. 交轴磁势
与主极轴线正交的轴线通常称为交轴 与主极轴线重合的轴线称为直轴；
2 交轴电枢反应
N
S
主极产生磁场的磁密波形
电枢绕组产生磁场的磁密波形
Fax
1 2
( Nia
Da
2x)
Bax
0
Fax
合成磁场的磁密波形
3 直轴磁势
电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量
n
N：总导体数 Ce：电势常数
电枢电势的认识
Ea
pN 60aLeabharlann nCe n
对电枢电势的认识：
一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于每极 磁通φ（韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分布无关。
直流发电机
I f I f N 时，发电机从额定负载过渡到空载时的电压变化率，即
U0 U N uN 100% UN
图25-5 他励发电机的外特性
他励发电机的调节特性
调节特性是指 n n N 常值时，随着负载电流 I 的变化， U U I f 。 f I 保持 常值时励磁电流的调节规律 N
图25-3 空载实验接线图
图25-4空载特性
他励发电机的外特性
外特性是当 n nN 常值、励磁电流I 出电流之间的关系U f I，如图 25-5所示。
f
常值时，发电机的端电压与输
外特性是一条随负载电流增大而下降的曲线。发电机端电压随负载电流 变化而变化的程度可用额定电压调整率 u N来衡量，定义为：当 n nN、
调节特性表征负载变化时如何调节励磁电流才能维持发 电机端电压不变。如图25-6所示，调节特性随负载电流 增大而上翘。
图25-6 他励发电机的调节特性
他励发电机的效率特性
效率特性是指在 n n
关系 f P2，如图 25-7所示。
N
常值， U U N 常值时，效率与输出功率之间的
r
励磁回路的电压方程为
U I f rf rj I f R f
式中， R r
f
电流方程为
f
rj 为励磁回路总电阻。
Ia I I f
直流发电机的功率平衡方程
定义直流电机的电磁功率 Pe 为电枢绕组感应电动势 E a与电枢电流 I a 的 乘积，即
pZ a pZ a Pe Ea I a nI a I a n Te 60 a 2a 30
P1 Pe p 0
即
T1 Te T0
第三章 直流电机
（1）用原动机拖动电枢逆时 针方向恒速转动（原动机输入 机械力【机械功率】） （2）线圈边ab和cd以相同转 速顺次切割不同极性磁极下的 磁场，线圈中产生了交变的电 动势；（机械能转换为电能） （3）换向器配合电刷对电流 的换向作用，电刷A、B端的 电动势为直流电动势。（交流 转换为直流）
Flash：电刷上的电动势
一台直流电机作为
电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋 转，拖动生产机械旋转 ，输出机械能；
电能转换为机械能
发电机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流 电动势，作为直流电源，输出电能。
机械能转为电能
注意：不要孤立的看待发电机和电动机问题
视频：直流发电机－直流电动机系统
换向器节距:yc=(K-1)/p=7
元件数S＝槽数Q＝换向片数K＝15；
yc =8-1=7
y1＝4-1=3
电流流向： A1—5号换向片－5上－8下－12上－15下－4上－7下－11上－14下 －3上－6下－10上－13下－2上－5下－12号换向片－B1 A2—12号换向片4上－7下－11上－14下－3上－－6下－10上－3下 －15上－15号换向片－B2
N
N － U ＋
＋ U －
S
S
由电磁力产生转矩的过程：
（1）线圈ax中通入直流电流时,电流从 a端流入，从x端流出；
B
A（2）线圈边a和x上均受到电磁力，根
据左手定则确定力的方向。 （3）这一对电磁力形成了作用于电枢 的一个电磁转矩，将产生逆时针旋转。
把这个装有线圈的铁质 圆柱体称为电枢。 （1）按照这种模式下，电枢将如何运动？
P 1
额定电流
N
PN
12 13.45(kw) 0.892
直流发电机和直流电动机的基本工作原理
直流发电机和直流电动机的基本工作原理
直流发电机和直流电动机的基本工作原理如下：
直流发电机的基本工作原理是利用截断磁力线的方式发电。
在直流发电机中，通过一个旋转的励磁铁和一个静止的绕组产生磁场。
当励磁铁旋转时，磁场也会随之旋转。
然后在这个磁场中放置一个由导体组成的转子，转子会被磁场所感应，导致电流在导体中流动。
这个流动的电流会被导出，形成电机输出的直流电。
直流电动机的基本工作原理是利用电荷在磁场中受力转动的方法来产生转矩。
在直流电动机中，有一个定子和一个转子。
定子上有一组固定的绕组，而转子上有一组连接到电源的导线。
当电流通过定子绕组时，会产生一个恒定的磁场。
这个磁场会与转子上的导线相互作用，导致导线受力并开始旋转。
这样就产生了转子上的转矩，从而驱动机器或设备进行工作。
直流电机的工作原理与基本结构
2）在电刷AB两端接上直流电源。
-
S
2.直流电动机的工作原理分析
电刷AB接直流电源： A接正极，B接负极。
图a 导体ab处于N极下时，电枢逆时针旋转
当导体ab处于N极下、cd处于S极下时，ab中的电流由a流向 b，cd中的电流由c流向d，整个线圈中的电流顺时针流动。 用左手定则判定：导体ab受力方向从右向左；导体cd受力方 向从左向右，形成逆时针方向的电磁转矩，带动电枢逆时针 旋转。
直流电机的工作原理与基本结构
一、直流电机简介
1.直流电机的定义
直流电机是通以直流电流的旋转电机，是电能和机械 能相互转换的设备。
将机械能转换为电能的是直流发电机； 将电能转换为机械能的是直流电动机。
与交流电机一样，直流电机的工作也遵循“导体切割 磁力线产生感应电动势”“载流导体在磁场中会受到 电磁力的作用”，这两条基本物理原理。
2.直流电机的特点（与交流电机相比）
●直流电动机的优点
调速性能好，启动转矩大，过载能力强。
●直流发电机的优点
性能好，能提供无脉动的大功率直流电源，输出电压还可 以精确调节和控制。
●直流电机的缺点
1）制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高。 2）运行时电刷和换向器之间容易产生火花，工作可靠性较 差，维护比较困难。
2.直流电动机的工作原理分析
图a
图b
图c
图d
直流电动机工作过程分解图
直流电动机电刷两端接入的是直流电源，经过换向片和电刷 流到电枢线圈中的电流，却是交变的。
在恒定的励磁磁场作用下，位于N极下的电枢导体受力方向 始终不变，位于S极下的电枢导体受力方向也始终不变。
实际电机有多个位于不同角度的电枢线圈，它们产生的电磁 转矩方向始终不变，能够带动电枢朝某个方向连续旋转。
直流发电机与直流电动机的异同性
Ua=Ea+IaRa
T2=T-T0 (T2为输出转矩)
直流电机之所以能够实现这种转换， 主要是由它们内部 的电磁规律所决定的。 电、磁作用是电机中最基本的规律， 表现在电枢绕组的载流导体在磁场中受到电磁转矩和导体在 磁场中运动产生感应电势这两个方面。
直流电机和运行条件的联系也有两个方面： 一方面和输 入能量的信号源相联系； 另一方面和所供给的负载（信号） 相联系。对于发电机，其输入能量为转轴上的机械能（输入 机械转速信号），输出为负载上消耗的电能（输出电信号）； 对于电动机，其输入能量为电枢电源供给的电能（输入电信 号），输出为转轴上机械负载消耗的机械能（输出机械转速 信号）。这些联系表现在电压平衡方程式和转矩平衡方程式 上。
（1） 直流发电机和直流电动机是直流电机在不同的外 界条件下的两种不同的运行状态， 即发电机状态和电动机 状态， 它们的输入量和输出量是相互倒置的。 如表3－1所 示。
表3－1 直流发电机、电动机对照表
输入量 输出量 能量转换关系速信号n 电能或电压信号Ua
机械能→电能
电能或电压信号Ua 机械能或转速信号n
电能→机械能
转速n→电压Ua
电压Ua→转速n
（2） 发电机和电动机中都存在感应电势和电磁转矩， 而且感应电势和电磁转矩的表达式相同，即Ea=CeΦn， T=CTΦIa ，但Ea和T在两种运行状态中的作用却相反。比较
发电机运行状态 T——制动转矩 Ea和Ia方向相同 Ea为正电势
直流发电机与直流电动机的异同性
1 直流电机的运行条件及内部电磁规律 到目前为止， 我们已经分析了直流发电机和直流电动机
的运行条件及内部电磁规律， 为揭示其中的普遍性和特殊性， 在此作一对比分析。
直流发电机是将机械能(或转速信号)转换成电能(或电信 号)的旋转机械， 而直流电动机是将电能(或电信号)转换成机 械能(或转速信号)的旋转机械。
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I Ia
特点：
G
①励磁电压Uf与电枢电压U无关。
②励磁电流 If = Uf /Rf Rf = rf+rfj ③电枢电流(Ia)=负载电流(I ) 即Ia = I
I
f
F Uf
直流发电机 24.1 直流发电机的用途及分类
二、分类：
2、自励直流发电机 励磁由本身发出的电能供给，据励磁绕
U
组与电枢绕组的连接方式进行分类。
l外特性下降的原因:
①U =Ea-IaRa , Ia=I↑→ IaRa↑→U↓
U
②Ea =Cen Φ, Ia↑→电枢反应附加去 磁作用↑→ Φ↓→Ea ↓→ U↓ l电压调整率: U U0 U N 100%
I
⑴并励直流发电机:励磁绕组与电枢绕组
Ia G
并联 特点:
F
①Uf=U ②If =Uf /Rf ③Ia=If+I
If
直流发电机
24.1 直流发电机的用途及分类
二、分类：
2、自励直流发电机
⑵串励直流发电机:励磁绕组与电
U
枢绕组串联
I
特点: Ia=I=If ⑶复励直流发电机:既有并励绕组 又有串励绕组
直流发电机 24.3 他励发电机的运行特性
l直流发电机的四个基本物理量：U、I、If、n（n由原动机拖
动，保持不变）
l运行特性：在U、I、If 之间，保证其中一个量不变，另外两
个物理量之间的函数关系。 l主要特性：
（1）空载特性：n＝常数， I＝0， U0＝f（If）；
（2）外特性：n＝常数， If＝常数（或rj＝常数），U＝f（I）；
l 直流发电机的空载特性为非线性，上升与下降的过程不 同。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。
直流发电机
24.3 他励发电机的运行特性
一、空载特性 l空载特性可以通过实验得到。 l结论： ① 空载曲线反映了磁化曲线的关 系。
②不同的转速有不同的空载曲线， 而磁化曲线反映了电机的磁路，只 有一条。
电枢电动势：E a C e n
电动势平衡方程为：E a I a Ra I a ra 2U b
U I I a (ra
a Ra 2U
Ia
b
Ia
)
Ra为电枢回路总电阻，2Ub 为正负电
刷与换向器表面的接触压降。
•适用于其他励磁方式的直流发电机
•直流发电机: Ea U
U
T1
T0
n G TM
I f Ea
直流发电机
24.2 直流发电机稳态运行时的基本方程式
二、功率平衡方程式
3、效率
P2 100 % P1 p 100 % (1
p ) 100 %
P1
P1
P2 p
不变损耗=可变损耗时，效率最大（适用于所有电机）
三、转矩平衡方程式
P1 PM pm pfe pad
T1 TM T0
直流发电机
24.1 直流发电机的用途及分类
一、用途： 1、直流电动机的电源； 2、同步电机的励磁机； 3、电镀、电解等的低压大电流直流电源； 4、飞机、火车、轮船等运输工具的电源。
二、分类：按励磁方式分 1．励磁方式：直流电机的励磁绕组的供电方式。 2．分类： （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。
直流发电机 24.2 直流发电机稳态运行时的基本方程式
二、功率平衡方程式 2、负载：
并励：
Ia I I f PM U(I I f ) Ia2Ra UI UIf Ia2Ra P2 pf pCua P1 PM p0 pad
P2 pf pCua pm pfe pad P2 p
第四篇 直流电机
第二十四章 直流发电机
直流发电机
本章基本要求
1.了解直流发电机的励磁方式 2.掌握直流发电机的基本方程式（电压、功 率和转矩） 3.掌握直流发电机的运行特性 4.掌握并励直流发电机的自励条件
直流发电机 主要内容
Ø直流发电机的用途及分类 Ø直流发电机稳态运行时的基本方程式 Ø他励直流发电机的运行特性 Ø并励直流发电机的自励条件和特性 Ø复励直流发电机的特性
Uf
直流发电机
24.2 直流发电机稳态运行时的基本方程式
二、功率平衡方程式
1、空载： P1 P0 p m p fe
2、负载： PM
EaIa
(U
IaRa )Ia
UI
a
I
2 a
R
a
他励： Ia I PM UI Ia2Ra P2 pCua P1 PM p0 pad
P2 pCua pm pfe pad P2 p
TM
ห้องสมุดไป่ตู้
PM
EaIa
pN 60a
nIa
2 n
pN
2a
Ia
CMIa
60
直流发电机 24.2 直流发电机稳态运行时的基本方程式
直流发电机的方程式
Ea U IaRa Ea Cen P1 PM pm pfe pad PM EaIa P2 pCua p（f 并励） TM CMIa T1 TM T0
直流发电机 24.1 直流发电机的用途及分类
二、分类：
直流电机的励磁方式
他励式
自励式
1 .串 励 式 2 .并 励 式 3 .复 励 式
积复励
差复励
直流发电机 24.1 直流发电机的用途及分类
二、分类：
直流发电机 24.1 直流发电机的用途及分类
二、分类：
1、他励直流发电机
U
励磁电流由其他电源单独供给。
③电机通常运行于膝点。
④有剩磁电压Ur= (2~ 4) % UN ⑤其他方式发电机由他励方式测得
空载特性曲线上升分支
U
平均空载特性曲线
If
空载特性曲线下降分支
直流发电机
24.3 他励发电机的运行特性
二、外特性（电压调整特性）
l定义：n＝const ＝nN ， If＝ const ＝ IfN ，U＝f（I）。
（3）调节特性：n＝常数， U＝常数，If＝f（I）。
直流发电机
24.3 他励发电机的运行特性
一、空载特性
l定义：n＝const＝nN， I＝0， U0＝f（If）。
l分析：U0 Ea
Ea Cen
n 等于常数
U0 f (I f ) f (I f )
Ea
l空载特性实质即为磁化曲线
确定磁路和运行点的 饱和程度
Ia G
差复励:磁场相减
积复励:磁场相加
If F
直流发电机
24.1 直流发电机的用途及分类
二、分类：
2、自励直流发电机
⑶复励直流发电机
U
U
I
Ia G
If1
I Ia G
If1 F
If2 F
If2 F
直流发电机
24.2 直流发电机稳态运行时的基本方程式
一、电动势平衡方程式 l各物理量的正方向采用发电机惯例