直流电机的结构、工作原理及铭牌
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直流电动机(原理)
额定电压UN 对于电动机，UN是指电枢上的输入额定电压；对于发电机， UN是指电枢输出的额定电压。 额定电流IN IN是指电机在额定电压下，运行于额定功率时对应的输入（电 动机）或输出（发电机）的电流值。 额定效率ηN
电动机 PN U N I N N 103 kW 发电机 PN UNIN 103 kW
2、直流电动机工作原理
2、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。 此时电枢线圈中将有电流流过。 在磁场作用下，有导体产生F=BIL。该电磁力形成电磁转矩,使 电机转子旋转。
思考：电磁力的方向怎么判断？大小与哪些因素有关？分析转动过程？
换向极绕组与电枢绕组串联, 换向磁极的作用是消弱电枢磁场。
（3）电刷装置 与换向器配合,完成交直流的互换。数目与主磁极相同。
电刷座
电刷
3.转子 又称为电枢
（1）电枢铁心
既是主磁路的一部分， 又可以放置电枢绕组。 （2）电枢绕组 电枢绕组与换向器联结。 主要作用产生感应电动势和电 磁转矩，实现机电能量的转换。 （3）换向器 换向器由许多彼此绝缘的钢 质换向片组成一个圆柱体，装在 转子转轴的一端，与电刷装置配 合,完成直流与交流的互换。
二、直流电动机的种类和铭牌
1. 直流电机绕组端子标号： 电枢绕组：始端A1－末端A2 ；换向绕组：始端B1－末端B2 ； 补偿绕组：始端C1－末端C2 ；串励绕组：始端D1末端D2 ； 并励绕组：始端E1－末端E2 ；他励绕组：始端F1－末端F2 2.直流电动机的分类 直流电动机按产生磁场的方式来进行区分，分为两大类：他励和自励。 他励是指通入电动机定子中，产生磁场的电 流If与通入电动机转子，产生转矩的电流 Ia分 别由两个电源提供。 他励的特点是,励磁电流If的大小与 电枢电压U及负载等参数无关。
电动机 PN U N I N N 103 kW 发电机 PN UNIN 103 kW
2、直流电动机工作原理
2、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。 此时电枢线圈中将有电流流过。 在磁场作用下，有导体产生F=BIL。该电磁力形成电磁转矩,使 电机转子旋转。
思考：电磁力的方向怎么判断？大小与哪些因素有关？分析转动过程？
换向极绕组与电枢绕组串联, 换向磁极的作用是消弱电枢磁场。
（3）电刷装置 与换向器配合,完成交直流的互换。数目与主磁极相同。
电刷座
电刷
3.转子 又称为电枢
（1）电枢铁心
既是主磁路的一部分， 又可以放置电枢绕组。 （2）电枢绕组 电枢绕组与换向器联结。 主要作用产生感应电动势和电 磁转矩，实现机电能量的转换。 （3）换向器 换向器由许多彼此绝缘的钢 质换向片组成一个圆柱体，装在 转子转轴的一端，与电刷装置配 合,完成直流与交流的互换。
二、直流电动机的种类和铭牌
1. 直流电机绕组端子标号： 电枢绕组：始端A1－末端A2 ；换向绕组：始端B1－末端B2 ； 补偿绕组：始端C1－末端C2 ；串励绕组：始端D1末端D2 ； 并励绕组：始端E1－末端E2 ；他励绕组：始端F1－末端F2 2.直流电动机的分类 直流电动机按产生磁场的方式来进行区分，分为两大类：他励和自励。 他励是指通入电动机定子中，产生磁场的电 流If与通入电动机转子，产生转矩的电流 Ia分 别由两个电源提供。 他励的特点是,励磁电流If的大小与 电枢电压U及负载等参数无关。
第1章 直流电机的结构与工作原理
1．直流电机的型号 其格式为：第一个字符用大写的汉语拼音表示产品系列代 号，第二个字符用阿拉伯数字表示设计序号，第三个阿拉伯数
字是机座中心高，第四个阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号，
第五个阿拉伯数字表示端盖的代号。 例如型号是Z4—200—21的直流电机，Z是系列（即一般用 途直流电动机）代号，200是电机中心高（mm），21中的2是电 枢铁芯长度代号，1是端盖的代号。
2.第一节距 y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距， 以槽数表示，如图1—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应 是整数。而为了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于 极距。
Zu y1 2p
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。
1.2 直流电机的电枢绕组
（4）正负电刷间电动势最大。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
1.3.1 直流电机的铭牌数据
铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、
额定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工
作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编 号、出厂日期等。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
新世纪高职高专 电气自动化技术类课程规划教材
新世纪高职高专教材编审委员会 组编 主编 郑立平 张 晶 王文一 主审 孙建忠
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.1直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构 主磁极 换向磁极 电刷装置
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
1.1 直流电机的结构与工作原理
字是机座中心高，第四个阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号，
第五个阿拉伯数字表示端盖的代号。 例如型号是Z4—200—21的直流电机，Z是系列（即一般用 途直流电动机）代号，200是电机中心高（mm），21中的2是电 枢铁芯长度代号，1是端盖的代号。
2.第一节距 y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距， 以槽数表示，如图1—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应 是整数。而为了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于 极距。
Zu y1 2p
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。
1.2 直流电机的电枢绕组
（4）正负电刷间电动势最大。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
1.3.1 直流电机的铭牌数据
铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、
额定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工
作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编 号、出厂日期等。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
新世纪高职高专 电气自动化技术类课程规划教材
新世纪高职高专教材编审委员会 组编 主编 郑立平 张 晶 王文一 主审 孙建忠
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.1直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构 主磁极 换向磁极 电刷装置
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
1.1 直流电机的结构与工作原理
直流电机结构、工作原理与铭牌
一类是采用主磁极绕组通入直流电的方式产生主磁场
励磁绕
他励
并励
第十一页，共38页。
串励 复励
他励：其他的电源 给励磁绕组供电 。
I=Ia IL=UL/RP
他励式 第十二页，共38页。
并励式
第十三页，共38页。
并励：励磁绕 组及电枢绕组 并联
发动机：
构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。
第二十九页，共38页。
7、换向极
作用：改善换向。 构成：由铁心和绕组组成。换向磁极绕组应及电枢
绕组串联，并且极性不得反接。
第三十页，共38页。
第三十一页，共38页。
铭牌数据及主要系列
每台直流电机的机座外表面上都钉有一块所谓铭牌，上面标 注着一些叫做额定值的铭牌数据，它是正确选择和合理使 用电机的依据。
直流电机结构、工作 原理与铭牌
第一页，共38页。
定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能 量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数场合 下，亦有用作发电机的。
第二页，共38页。
电机是一种机电能量转换或信号转换 的电磁机械装置。
包括机械能→电能；电能→机械能；电能→电能。
特点：（1）它依赖于电磁感应定律和电磁力定律。
第五页，共38页。
根据应用场合的要求和电源的不同，电动机 有直流电动机、交流同步电动机、交流感应电 动机，以及满足不同需求的特种电动机。20世 纪70年代以后，由于大功率电力电子器件、微 电子器件、变频技术以及计算机技术取得的一 系列进展，还研制出多种调速性能优良、效率 较高、能满足不同要求的交流电动机调速系统
右手平展，使大拇指及其余四指垂直 ，并且都跟手掌在一个平面内。把右 手放入磁场中，若磁感线垂直进入手 心（当磁感线为直线时，相当于手心 面向N极），大拇指指向导线运动方 向，则四指所指方向为导线中感应电 流（动生电动势）的方向。
励磁绕
他励
并励
第十一页，共38页。
串励 复励
他励：其他的电源 给励磁绕组供电 。
I=Ia IL=UL/RP
他励式 第十二页，共38页。
并励式
第十三页，共38页。
并励：励磁绕 组及电枢绕组 并联
发动机：
构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。
第二十九页，共38页。
7、换向极
作用：改善换向。 构成：由铁心和绕组组成。换向磁极绕组应及电枢
绕组串联，并且极性不得反接。
第三十页，共38页。
第三十一页，共38页。
铭牌数据及主要系列
每台直流电机的机座外表面上都钉有一块所谓铭牌，上面标 注着一些叫做额定值的铭牌数据，它是正确选择和合理使 用电机的依据。
直流电机结构、工作 原理与铭牌
第一页，共38页。
定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能 量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数场合 下，亦有用作发电机的。
第二页，共38页。
电机是一种机电能量转换或信号转换 的电磁机械装置。
包括机械能→电能；电能→机械能；电能→电能。
特点：（1）它依赖于电磁感应定律和电磁力定律。
第五页，共38页。
根据应用场合的要求和电源的不同，电动机 有直流电动机、交流同步电动机、交流感应电 动机，以及满足不同需求的特种电动机。20世 纪70年代以后，由于大功率电力电子器件、微 电子器件、变频技术以及计算机技术取得的一 系列进展，还研制出多种调速性能优良、效率 较高、能满足不同要求的交流电动机调速系统
右手平展，使大拇指及其余四指垂直 ，并且都跟手掌在一个平面内。把右 手放入磁场中，若磁感线垂直进入手 心（当磁感线为直线时，相当于手心 面向N极），大拇指指向导线运动方 向，则四指所指方向为导线中感应电 流（动生电动势）的方向。
直流电机的结构、工作原理及铭牌
就信号转换功能的控制电机而言，大体上有 测速电机、伺服电机、旋转变压器和自整角机等 几种，这些电机主要用于自动控制系统中作为检 测、执行、随动和解算元件，例如机床加工的自 动控制，舰船方向舵的自动控制，大炮和雷达的 自动定位，飞机的飞行控制，生物医学工程（多 种医疗设备）、计算机、自动记录仪表运行的控 制等。这类电机通常为微型电机，对精度和快速 响应的要求较高。
2、直流电动机的工作原理
左手定则：判断安培力： 伸开左手，使拇指与其余 四个手指垂直，并且都与 手掌在同一平面内；让磁 感线从掌心进入，并使四 指指向电流的方向，这时 拇指所指的方向就是通电 导线在磁场中所受安培力 的方向。
图1.3 直流电动机的原理模型
图1.4 直流电动机原理模型
因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向 作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于 N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。 这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形 成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流 电动机的工作原理。 用符号“”表示电流流入，“”表示电流流出。
这时电刷 A呈正极性,电刷B 呈负极性。
图1.1 直流发电机原理模型
1.1.2 直流电机的工作原理
电磁学中，右手定则判断的主要是与 力无关的方向。如果是和力有关的则 全依靠左手定则。即，关于力的用左 手，其他的（一般用于判断感应电流 方向）用右手定则。（这一点常常有 人记混，可以发现“力”字向左撇， 就用左手；而“电”字向右撇，就用 右手）记忆口诀：左通力右生电。
直流电动机的运用
直流电动机作用：将电能转化为机械能。
直流电动机的分类：
直流电动机的工作原理及铭牌数值
直流电动机的工作原理及铭牌数值
直流电动机由定子和电枢两大部分组成。
定子包括主磁极、换向磁极、机座、电刷装置等；电枢包括电枢铁心、电枢绕组、换向器及转轴、风扇等。
工作原理为通电导体受磁场的作用力而使电枢旋转，通过换向器，使直流电动机获得单方向的电磁转矩。
按照励磁绕组与电枢绕组的连接关系，直流电动机可分为他励、并励、串励、复励等四种类型。
他励直流电动机适用于调速范围较宽、负载变化时转速变化不大的场合，如精密机床等。
并励直流电动机适用场合与他励电动机相同。
串励直流电动机适用于启动较频繁、有冲击性负载的场合，如起重机械、电力牵引装置等。
复励直流电动机广泛应用于起重设备、牵引装置、轧钢机及冶金辅助机械中。
直流电动机铭牌数值：
(1)型号。
表示直流电动机系列号、设计序号、规格代号等。
(2)额定功率。
指额定运行时转轴上允许输出的机械功率。
(3)额定电压。
指额定运行时施加的电源电压。
(4)额定电流。
指额定运行时取用的电流。
(5)额定转速。
指额定运行时的转速。
(6)定额。
指电动机允许的运行方式，分为连续、短时、断续3种。
(7)温升。
指电动机发热部分允许超出周围环境温度的数值。
直流电动机。
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)
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
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。
1.1直流电机的工作原理和结构
直流发电机可作为各种直流电源。 直流电动机具有宽广的调速范围，较强的过载能 力和较大的起动转矩等特点，广泛应用于对起动和 调速要求较高的生产机械，如电力机车、内燃机车、 工矿机车、城市电车、电梯、轧钢机等的拖动电机。
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。
14
§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。
12
（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。
16
§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。
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。
16
§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。
任务二认识直流电机的铭牌
⑶断续定额〔S 3 表示电动机运行一段时间后，就要停顿一段时间，只能周期性的 重复运行，每一周期10min，我国规定的负载持续率有15％，25％，40％及60％四 种。例如，持续率为40％时，4min为工作时间，6min为停车时间
⒐额定温升 它是指电动机在额定运行时，电动机所允许的摄氏温度，即电动机允许的工作 温度减去环境温度的数值，单位为℃。 ⒑绝缘等级 它是指电动机所承受的绝缘材料的耐热等级。
对于电动机，它是指长期连续运行时，允许从 电刷输入电枢绕组中的电流，单位为“A”。
⒌额定电流〔
当电动机处于额定状态下运行时，电动机转子的转速为额定转 速，单位为r/min。
⒍励磁方式
它是指电动机励磁绕组连接和供电方式。通常有他励、自励， 自励又包括并励、串励、复励等。
⒎额定励磁电压〔U L 额定励磁电流〔 I L
它是指施加在励磁绕组上的额定电压和在此额定电压下产生的 额定电流。
⒏定额 它是指电动机在额定值允许的持续运行时间。电动机定额一般 分为连续、短时和断续三种工作方式，分别用s1.s2.s3表示。 ⑴连续定额〔 〕。表示电动机在额定工作状态可以长期连续运行。
⑵短时定额〔〕。表示电动机在额定工作状态时，只能在规定时间内短期运行， 我国规定的短时运行时间有10 min、30 min、60 min、90 min四 种。
任务二 直流电机的铭牌 在直流电动机的外壳上都有一块铭牌，如图4-1 所示。它供给了电动机在正常运行时的额定数据， 指出电动机使用条件和要求，如电动机型号、额 定功率、额定电压、额定电流、额定转速、励磁 方式、励磁电压、励磁电流、定额、绝缘等级、 额定温升以及制造日期和制造单位等，以便用户
能正确使用直流电动机。源自⒈ 电动机的型号 电动机型号代表电动机的类型、系列和产品代号
直流电动机
Ea=CeΦn
Ce= pN/60a
Te=CtΦIa
Ct=9.55Ce
二、直流电动机的种类和铭牌
1、直流电动机的分类 直流电动机按产生磁场的方式来进行区分，分为 两大类：他励和自励。 他励是指通入电动机定子中，产生磁场的电流If 与通入电动机转子，产生转矩的电流Ia分别由两个电 源提供。 他励的特点是,励磁电流If 的大小与电枢电压U及负载等 参数无关。若U=Uf，则他励 电动机与并励电动机性能相 同。
Ia = IN－If =155－1.765 = 153.235 A
Rf ＝
UN If
＝
220 1 . 765
= 124 . 6 W
Ea=UN－IaRa=220－153.235×0.1=204.68 V
一台并励直流电动机， 电源电压UN=230 V时， 电枢电流IN=60 A， 电枢电组Ra=0.1 Ω， Φ=0.08 Wb， Ce=2.5， 求电枢反电势Ea及此时的转速n。
Ec
a Eab b
Ea Eb
C
x
y
(a)接线图
图4-25 Yy0联结组别的接线图和相量图
直流电动机
直流电动机
直流电机可分为直流发电机和直流电动机两大类。 将机械能转化为电能的直流电机是直流发电机，将电 能转化为机械能的直流电机是直流电动机。直流电机 具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力， 一般应用于对起动和调速要求较高的场合。另外，结 构复杂、成本较高、维护较困难是直流电机的不足之 处。
反转方法 1.改变电枢电流方向，励磁电流方向不变； 2.改变励磁电流方向，电枢电流方向不变。 即：单独改变电枢绕组或单独改变励磁绕组的接线。 注意：反转瞬间，电枢电流很大，应该采取措施限流。 同时改变电枢和励磁绕组的接线，则电枢电流和励磁电流的 方向将同时改变，电动机的电磁转矩的方向不变，电动机的转 速也不变。交、直流两用电动机的工作原理就是以此为依据的。 交、直流两用电动机实际上是一台直流电动机，使用时若电源 为交流电，则转向仍然不会发生变化。
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。
《电机与拖动(第2版)》项目二
工作制是指电机所承受的一系列负载状况的说明，包括启动、电制动、空载、停机、
断能及其持续时间和先后顺序等。
直流电机工作制:有连续工作制、短时工作制和断续周期工作制三种，分别用S1、S2、S3表示。
直流电机的定额:分为连续工作制定额、短时工作制定额、周期工作制定额等类别。
连续工作制（S1）：
•表示电机在额定工作状态可以长期连续运行。
导体中感应电动势的方向可用右手定则来判定。
2．直流电动机的工作原理
直流电动机的简化模型如图2-2所示。
（a）
图2-2
（b）
直流电动机的简化模型
设线圈的ab边位于N极下，线圈的cd边位于S极下，则导体每边所受电磁力的大小为
=
（2-2）
式中，f ——电磁力，单位为N；
——导体中流过的电流，单位为A。
25%、40%、60%四种。
9）绝缘等级
绝缘等级表示电机各绝缘部分所用绝缘材料的耐热等级。
➢ 根据不同绝缘材料耐温能力的大小，绝缘等级可分为：Y、A、E、B、F、H、C级。
➢ 它们允许的最高工作温度分别为：90℃、105℃、120℃、130℃、155℃、180℃、
180℃以上。
任务实施——拆装直流电动机
直闲置着。某日他准备去公司办公，便提前将电动自行车充满电，并检查电动自行车的状况，
结果发现它在行驶时的噪声很大，速度也比平时变慢了许多，由于当时维修店都没有开门营业，
小张决定自己动手进行修理。通过查阅资料，小张发现该电动自行车采用的是永磁有刷直流电
动机，并初步判断噪声是由于电动自行车长时间闲置，使电动机内润滑脂硬化所致，通过拆卸
位置做上标记。
（2）抽出转子时，必须注意不要碰伤定子绕组。重量不大的转子，可以用手抽出；重
《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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右手平展，使大拇指与其余四指垂 直，并且都跟手掌在一个平面内。 把右手放入磁场中，若磁感线垂直 进入手心（当磁感线为直线时，相 当于手心面向N极），大拇指指向 导线运动方向，则四指所指方向为 导线中感应电流（动生电动势）的 方向。
图1.1 直流发电机原理模型
当线圈逆时针方向旋转180°时， 这时导体c d 位于N 极下，导体a b 位于S 极下，各导体中电动势都分 别改变了方向。
2、直流电动机的工作原理
左手定则：判断安培力： 伸开左手，使拇指与其余 四个手指垂直，并且都与 手掌在同一平面内；让磁 感线从掌心进入，并使四 指指向电流的方向，这时 拇指所指的方向就是通电 导线在磁场中所受安培力 的方向。
图1.3 直流电动机的原理模型
图1.4 直流电动机原理模型
因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向 作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于 N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。
组件就是 换向器和电刷了） 2、（1）交流 （2）直流
讨论
1、为什么定/转子的铁芯冲片材料用的是硅钢 片?
2、为什么定/转硅子钢的片铁导芯磁性是能有好很多片冲片叠成 的叠片式铁芯软, 而磁材不料是（块磁状滞损金耗属小体）?
讨论
1、为什么定/转子的铁芯冲片材料用的是硅钢 片?
2、为什么定/转子的铁芯是有很多片冲片制成 的叠片式铁芯, 而不是块状金属体?
1、(3)答：在电动机刷间电压是直流，根据电 磁力定律在旋转的电枢元件中，只有不断改变 电流方向才能保证每根导体在任意时刻受到相 同方向的电磁力，因此需要电刷和换向器将刷 间的直流电转换成旋转元件中的交变电流，电 枢才能连续旋转，保证电机正常运行。（直流
电产生的磁场是不变的，所以转子处在一个衡定 不变的磁场中是不会转动的。要想转子转动必需 有一对或几对不停改变方向的磁场。 我们直流电电流方向是不变的，所以只能不停地 改变电机的接线方向，用来改变接线方向的一组
1、主磁极 作用：建立主磁场。 构成：主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组，
2、机座 作用：1、主磁路的一部分；
2、电机的结构框架。 构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。
3、电枢铁心 作用：1、主磁路的一部分；
2、电枢绕组的支撑部件。
构成：一般用厚0.5㎜厚的表面有绝缘层的硅钢片
叠压而成，为了减少铁损耗。 4、电枢绕组 作用：直流电机的电路部分。
就信号转换功能的控制电机而言，大体上有 测速电机、伺服电机、旋转变压器和自整角机等 几种，这些电机主要用于自动控制系统中作为检 测、执行、随动和解算元件，例如机床加工的自 动控制，舰船方向舵的自动控制，大炮和雷达的 自动定位，飞机的飞行控制，生物医学工程（多 种医疗设备）、计算机、自动记录仪表运行的控 制等。这类电机通常为微型电机，对精度和快速 响应的要求较高。
这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形 成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流 电动机的工作原理。
用符号“”表示电流流入，“”表示电流流出。
3、直流电机的结构
图1.6 小型直流电机的结构剖面图 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
项目1 电动机的认识与维护
• 任务1 认识直流电动机 • 1.1 直流电动机的结构及工作原理
1直流电机结构及各部分功能.MP4
优点： 1.直流电动机以其良好的起动性和调速性能著称。 2.直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源。 缺点： 需直流电源、成本高、结构复杂、维护困难
应用: (1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井 提升机以及起重设备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
直流电动机的运用
直流电动机作用：将电能转化为机械能。
直流电动机的分类： 根据主磁场的不同，一般可分为两大类： 一类是由永久磁铁作为主磁极 一类是采用主磁极绕组通入直流电的方式产生主磁场
励磁绕组的供电方式称为励磁方式。 他励
直流电机按励磁方式可分： 并励 串励 复励
他励：其他的电 源给励磁绕组 供电。
定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电 能量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数 场合下，亦有用作发电机的。
电机是一种机电能量转换或信号转换 的电磁机械装置。
包括机械能→电能；电能→机械能；电能→电能。 特点：（1）它依赖于电磁感应定律和电磁力定律。
e Blv
d
or e N dt
or f Bli
（2）导磁材料构成磁路；导电材料构成 Nhomakorabea路功能分类：发电机-----机械能→电能
电动机-----电→机
电→电-------变压器、变流机、变频机、移相器
传递与转换。
控制电机--------自动控制系统中的被控元件或进行信号
导磁材料：亦称铁磁材料，它是指电机专用的高磁导率材料-----硅 钢片，亦称电工钢片。
I=Ia IL=UL/RP
他励式
并励式
并励：励磁 绕组与电枢 绕组并联
发动机：
Ia=I+IL
电动机：
I=Ia+IL
串励式
串励：励磁绕组与 电枢绕组串联
I=IL=Ia
复励：两个 励磁绕组， 一个与电枢 串联，一个 与电枢并联
复励式
1.1.2 直流电机的工作原理
1、发电机的工作原理
在图1.1所示瞬间，导体a b 、c d 的感应电动势方向 分别由
图1.2 直流发电机原理模型
从图看出，和电刷 A接触的导体永远位 于 N极下，同样，和电刷 B接触的导体永远 位于S 极下。
因此，电刷 A始终有正极性，电刷 B始终有 负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大 小变化的脉振电动势。
如果电枢上线圈数增多，并按照一定的 规律把它们连接起来，可使脉振程度减小， 就可获得直流电动势。这就是直流发电机的 工作原理。
构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下 层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用 槽楔压紧。
5、换向器 作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。 构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间
用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而
构成。
6、电刷装置 作用：电枢电路的引出（或引入）装置。 构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。
导电材料：采用电阻率小的紫铜线（棒）
电机
发电机 (机械能 电动机 (电能
电能 ) 机械能 )
直流
电动机 交流
异步机 同步机
按输入 电能 形式
按内部磁场 与
轴转速的关系
单相 三相
按相数
鼠笼式 绕线式 按转子
结构
电动机作为动力设备，已广泛应用于机械行 业的工作母机，冶金行业的高炉、转炉、平炉和 轧钢机，交通运输行业中的电车、电力机车，各 类企业中的鼓风、起吊、运输传送，农业中的电 力排灌、农副产品加工，以及医疗器械、家用电 器等各行各业，大至冶金企业使用的高达上万千 瓦的电动机，小至小功率电动机、乃至几瓦的微 电动机。在各类动力机械中，电动机的容量已超 过总容量的60%
（2）额定电压 （3）额定电流
UN
（4）额定转速 I N
（5）励磁方式和 额定励磁电流
nN
I fN
有些物理量虽然不标在铭牌上，但它们也是额定值， 例如在额定运行状态的转矩、效率分别称为额定转矩、 额定效率等。
1、 (1)答：直流电机的电刷是连接内电路和 外电路的装置，换向器可以实现交、直 流电动势电流的转换。 (2)答：在直流发电机中，换向器连接的 电枢元件在不同磁极下产生不同方向的 交变电动势，而电刷位置是固定的，每 个旋转到该位置的换向片输出电动势极 性是一致的，通过静止的电刷可以得到 极性固定的电枢电动势。
一、定子部分
直流电机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装 置等组成。
图1.7 直流电机的主磁极 1—主极铁心；2—励磁绕组；3—机座；4—电枢
二、转子部分
直流电机转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组、换向 器、转轴和风扇等组成。
图1.9 直流电机的电枢 1—转轴；2—轴承；3—换向器； 4—电枢铁心；5—电枢绕组；6—风扇；7—轴承
7、换向极 作用：改善换向。
构成：由铁心和绕组组成。换向磁极绕组应与电枢 绕组串联，并且极性不得反接。
铭牌数据及主要系列
每台直流电机的机座外表面上都钉有一块所谓铭牌，上 面标注着一些叫做额定值的铭牌数据，它是正确选择 和合理使用电机的依据。
(1)额定功率
PN U N I N
PN U N I NN
ab
cd
这时电刷 A呈正极性,电刷B 呈负极性。
图1.1 直流发电机原理模型
1.1.2 直流电机的工作原理
电磁学中，右手定则判断的主要是与 力无关的方向。如果是和力有关的则 全依靠左手定则。即，关于力的用左 手，其他的（一般用于判断感应电流 方向）用右手定则。（这一点常常有 人记混，可以发现“力”字向左撇， 就用左手；而“电”字向右撇，就用 右手）记忆口诀：左通力右生电。
根据应用场合的要求和电源的不同，电 动机有直流电动机、交流同步电动机、交流 感应电动机，以及满足不同需求的特种电动 机。20世纪70年代以后，由于大功率电力电 子器件、微电子器件、变频技术以及计算机 技术取得的一系列进展，还研制出多种调速 性能优良、效率较高、能满足不同要求的交 流电动机调速系统，和由变频器供电的一体
减少涡流损耗
图1.1 直流发电机原理模型
当线圈逆时针方向旋转180°时， 这时导体c d 位于N 极下，导体a b 位于S 极下，各导体中电动势都分 别改变了方向。
2、直流电动机的工作原理
左手定则：判断安培力： 伸开左手，使拇指与其余 四个手指垂直，并且都与 手掌在同一平面内；让磁 感线从掌心进入，并使四 指指向电流的方向，这时 拇指所指的方向就是通电 导线在磁场中所受安培力 的方向。
图1.3 直流电动机的原理模型
图1.4 直流电动机原理模型
因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向 作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于 N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。
组件就是 换向器和电刷了） 2、（1）交流 （2）直流
讨论
1、为什么定/转子的铁芯冲片材料用的是硅钢 片?
2、为什么定/转硅子钢的片铁导芯磁性是能有好很多片冲片叠成 的叠片式铁芯软, 而磁材不料是（块磁状滞损金耗属小体）?
讨论
1、为什么定/转子的铁芯冲片材料用的是硅钢 片?
2、为什么定/转子的铁芯是有很多片冲片制成 的叠片式铁芯, 而不是块状金属体?
1、(3)答：在电动机刷间电压是直流，根据电 磁力定律在旋转的电枢元件中，只有不断改变 电流方向才能保证每根导体在任意时刻受到相 同方向的电磁力，因此需要电刷和换向器将刷 间的直流电转换成旋转元件中的交变电流，电 枢才能连续旋转，保证电机正常运行。（直流
电产生的磁场是不变的，所以转子处在一个衡定 不变的磁场中是不会转动的。要想转子转动必需 有一对或几对不停改变方向的磁场。 我们直流电电流方向是不变的，所以只能不停地 改变电机的接线方向，用来改变接线方向的一组
1、主磁极 作用：建立主磁场。 构成：主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组，
2、机座 作用：1、主磁路的一部分；
2、电机的结构框架。 构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。
3、电枢铁心 作用：1、主磁路的一部分；
2、电枢绕组的支撑部件。
构成：一般用厚0.5㎜厚的表面有绝缘层的硅钢片
叠压而成，为了减少铁损耗。 4、电枢绕组 作用：直流电机的电路部分。
就信号转换功能的控制电机而言，大体上有 测速电机、伺服电机、旋转变压器和自整角机等 几种，这些电机主要用于自动控制系统中作为检 测、执行、随动和解算元件，例如机床加工的自 动控制，舰船方向舵的自动控制，大炮和雷达的 自动定位，飞机的飞行控制，生物医学工程（多 种医疗设备）、计算机、自动记录仪表运行的控 制等。这类电机通常为微型电机，对精度和快速 响应的要求较高。
这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形 成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流 电动机的工作原理。
用符号“”表示电流流入，“”表示电流流出。
3、直流电机的结构
图1.6 小型直流电机的结构剖面图 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
项目1 电动机的认识与维护
• 任务1 认识直流电动机 • 1.1 直流电动机的结构及工作原理
1直流电机结构及各部分功能.MP4
优点： 1.直流电动机以其良好的起动性和调速性能著称。 2.直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源。 缺点： 需直流电源、成本高、结构复杂、维护困难
应用: (1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井 提升机以及起重设备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
直流电动机的运用
直流电动机作用：将电能转化为机械能。
直流电动机的分类： 根据主磁场的不同，一般可分为两大类： 一类是由永久磁铁作为主磁极 一类是采用主磁极绕组通入直流电的方式产生主磁场
励磁绕组的供电方式称为励磁方式。 他励
直流电机按励磁方式可分： 并励 串励 复励
他励：其他的电 源给励磁绕组 供电。
定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电 能量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数 场合下，亦有用作发电机的。
电机是一种机电能量转换或信号转换 的电磁机械装置。
包括机械能→电能；电能→机械能；电能→电能。 特点：（1）它依赖于电磁感应定律和电磁力定律。
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（2）导磁材料构成磁路；导电材料构成 Nhomakorabea路功能分类：发电机-----机械能→电能
电动机-----电→机
电→电-------变压器、变流机、变频机、移相器
传递与转换。
控制电机--------自动控制系统中的被控元件或进行信号
导磁材料：亦称铁磁材料，它是指电机专用的高磁导率材料-----硅 钢片，亦称电工钢片。
I=Ia IL=UL/RP
他励式
并励式
并励：励磁 绕组与电枢 绕组并联
发动机：
Ia=I+IL
电动机：
I=Ia+IL
串励式
串励：励磁绕组与 电枢绕组串联
I=IL=Ia
复励：两个 励磁绕组， 一个与电枢 串联，一个 与电枢并联
复励式
1.1.2 直流电机的工作原理
1、发电机的工作原理
在图1.1所示瞬间，导体a b 、c d 的感应电动势方向 分别由
图1.2 直流发电机原理模型
从图看出，和电刷 A接触的导体永远位 于 N极下，同样，和电刷 B接触的导体永远 位于S 极下。
因此，电刷 A始终有正极性，电刷 B始终有 负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大 小变化的脉振电动势。
如果电枢上线圈数增多，并按照一定的 规律把它们连接起来，可使脉振程度减小， 就可获得直流电动势。这就是直流发电机的 工作原理。
构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下 层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用 槽楔压紧。
5、换向器 作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。 构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间
用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而
构成。
6、电刷装置 作用：电枢电路的引出（或引入）装置。 构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。
导电材料：采用电阻率小的紫铜线（棒）
电机
发电机 (机械能 电动机 (电能
电能 ) 机械能 )
直流
电动机 交流
异步机 同步机
按输入 电能 形式
按内部磁场 与
轴转速的关系
单相 三相
按相数
鼠笼式 绕线式 按转子
结构
电动机作为动力设备，已广泛应用于机械行 业的工作母机，冶金行业的高炉、转炉、平炉和 轧钢机，交通运输行业中的电车、电力机车，各 类企业中的鼓风、起吊、运输传送，农业中的电 力排灌、农副产品加工，以及医疗器械、家用电 器等各行各业，大至冶金企业使用的高达上万千 瓦的电动机，小至小功率电动机、乃至几瓦的微 电动机。在各类动力机械中，电动机的容量已超 过总容量的60%
（2）额定电压 （3）额定电流
UN
（4）额定转速 I N
（5）励磁方式和 额定励磁电流
nN
I fN
有些物理量虽然不标在铭牌上，但它们也是额定值， 例如在额定运行状态的转矩、效率分别称为额定转矩、 额定效率等。
1、 (1)答：直流电机的电刷是连接内电路和 外电路的装置，换向器可以实现交、直 流电动势电流的转换。 (2)答：在直流发电机中，换向器连接的 电枢元件在不同磁极下产生不同方向的 交变电动势，而电刷位置是固定的，每 个旋转到该位置的换向片输出电动势极 性是一致的，通过静止的电刷可以得到 极性固定的电枢电动势。
一、定子部分
直流电机定子部分主要由主磁极、换向极、机座和电刷装 置等组成。
图1.7 直流电机的主磁极 1—主极铁心；2—励磁绕组；3—机座；4—电枢
二、转子部分
直流电机转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组、换向 器、转轴和风扇等组成。
图1.9 直流电机的电枢 1—转轴；2—轴承；3—换向器； 4—电枢铁心；5—电枢绕组；6—风扇；7—轴承
7、换向极 作用：改善换向。
构成：由铁心和绕组组成。换向磁极绕组应与电枢 绕组串联，并且极性不得反接。
铭牌数据及主要系列
每台直流电机的机座外表面上都钉有一块所谓铭牌，上 面标注着一些叫做额定值的铭牌数据，它是正确选择 和合理使用电机的依据。
(1)额定功率
PN U N I N
PN U N I NN
ab
cd
这时电刷 A呈正极性,电刷B 呈负极性。
图1.1 直流发电机原理模型
1.1.2 直流电机的工作原理
电磁学中，右手定则判断的主要是与 力无关的方向。如果是和力有关的则 全依靠左手定则。即，关于力的用左 手，其他的（一般用于判断感应电流 方向）用右手定则。（这一点常常有 人记混，可以发现“力”字向左撇， 就用左手；而“电”字向右撇，就用 右手）记忆口诀：左通力右生电。
根据应用场合的要求和电源的不同，电 动机有直流电动机、交流同步电动机、交流 感应电动机，以及满足不同需求的特种电动 机。20世纪70年代以后，由于大功率电力电 子器件、微电子器件、变频技术以及计算机 技术取得的一系列进展，还研制出多种调速 性能优良、效率较高、能满足不同要求的交 流电动机调速系统，和由变频器供电的一体
减少涡流损耗