第二章直流电机

2.2直流电机的铭牌数据（额定值）
直流电机的额定值 是指电机生产厂按国家标准的要求，对电机的一 些电量或机械量所规定的保证值或限定值。 直流电机的额定值有 1、额定功率：指在规定的额定运行状态下，电机的输出 功率。对电动机指转轴上输出的机械功率； 而对发电机指电机出线端输出的电功率。 2、额定电压：指在额定状态下，电机出线端的电压值。 对发电机是保证值；对电动机是限定值。 3、额定电流：指在额定状态下，电机出线端的电流值。 4、额定转速：指在额定状态时，电机的转子转速。 5、额定励磁电压、励磁电流和励磁方式
则第二节距为 y 2 y y1 7 3 4 2）绕组元件连接顺序表（表2-2）
3）画出绕组展开图
τ
1
τ
8
τ
τ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
2
绕组展开图（图2-19）
4）绕组电路图（图2-20）
5）单波绕组的连接规律 单波绕组是将上层边处于相同极性磁极下的元件 串联起来组成一条并联支路。 单波绕组电刷间的并联支路数恒等于2。

额定励磁电压和电流指励磁绕组在额定时应加的电压和通 过的电流。励磁方式指励磁绕组的通电方式。 6、额定效率：指额定运行时，电机输出功率与输入功率 的比值。 这些额定数据通常用规定的符号表示，分别为：
PN，U N，I N，n N，U fN，I fN 和 N

对直流电动机，额定功率、额定电压和额定电流之间的关 系为：
PN U N I N N
而对直流发电机，三者之间的关系则为：
PN U N I N
2.3直流电机的电枢绕组
直流电机的电枢绕组在实现机电能量转换过程中起着 重要的作用。 对电枢绕组的基本要求： 在能够通过一定的电流或产生一定电动势的前提下， 尽可能节省材料； 在线圈数目一定时，应尽可能产生较大的电磁转矩或 产生较大的感应电动势； 结构简单、运行可靠。 一、电枢绕组的基本形式 直流电机的电枢绕组通常为双层绕组，基本形式主要有： 单叠绕组和单波绕组两种
（5）合成节距y：指接在同一个换向片上相串联的两个元 件对应边之间的距离。即第一个元件上层边到第二个元 件的上层边之间的距离。用槽数表示。 （6）换向节距yc：指一个元件的上层边与下层边件所连接的 两个换向片，在换向器表面之间的距离。用换向片数表 示。 1 2 考虑方向，第一节距、
第二节距与合成节距 之间有：
y1 y2 y
y y1 y 2
1 2
2、单叠绕组 单叠绕组是指合成节距为 y 1 的绕组形式。其特 点是整个绕组相串联的元件在电枢表面相隔一个槽的距离。 下面以一个极数为2极，电枢有12槽的单叠绕组为例，来 看单叠绕组的连接规律。 1）计算绕组的技术数据 元件数及换向片数： Q S K 12 极距： 第一节距取整距：
3、机座：由钢板焊接而成。 作用：一是起机械支撑、固定作用；二是作为主磁路的 一部分。（该部分通常称为磁轭。） 4、电刷装置： 作用：将电流引入 或引出电机。
转子部分 1、电枢铁心 作用：作为主磁路的一部分，同时用于嵌放电枢绕组。 组成：由0.35~0.5mm厚的硅钢冲片叠装组成。采用冲片
叠装的目的是为了减小铁心损耗。
电枢 电刷及换向片 （换向器） 直流电源



当直流电压加在电刷时，通过换向器配合电 刷对直流电流的换向作用，使在同一磁极下 线圈边中的电流方向始终相同，以产生恒定 方向的电磁转矩，拖动电枢连续旋转。 在直流电动机工作时，电机外电路中的电压、 和电流为直流性质，而电枢线圈中的电流和 电动势却是交流性质。 在电动机运行时，换向器与电刷的作用是将 流入电机的直流电流进行“换向”，变换为 电枢线圈中的交变电流。
7`
8` 9` 10` 11` 12`
1` 2` 3` 4` 5` 6`
从绕组元件的连接顺序可以看出：从1号元件开始，到 第12号元件的出线端，通过换向片又与1号元件的进线端相 连，所以直流电机的电枢绕组是闭合绕组。
3）画出绕组展开图
τ
τ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2a 2

电刷的数目为电机的极数。
2.4直流电机的励磁方式及磁场
一、直流电机的励磁方式 励磁方式是指直流电机主磁极上励磁绕组的供 电方式。 按照励磁绕组供电方式的不同，直流电机的励 磁方式分为 1、他励方式（他励直流电机） 2、并励方式（并励直流电机） 3、串励方式（串励直流电机） 4、复励方式（复励直流电机） 各种励磁方式的电路符号为（以电动机为例）
y yC
K 1 p
例：一台4极直流电动机，电枢为15槽，电枢绕组为左行单波 绕组。画出绕组展开图及电路图。 1）计算绕组的技术数据 元件数及换向片数 S K Q 15
极距
3 Q 2 p 15 4 3 4
第一节距取为短距 合成节距
y1 3
K 1 15 1 y yC 7 p 2
y1 6 ，合成节距： y 1 第二节距为： y 2 y y1 1 6 5
Q 2 p 12 2 6 （槽）
2）画出绕组元件连接顺序表 将槽、元件进行编号（元件的编号为上层元件边所在槽的 槽号）
上元件边
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
1
下元件边
y 2 y y1 1 4 3
2）画出绕组元件连接顺序表（表2-1）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 上元件边
下元件边
5` 6` 7` 8` 9` 10` 11` 12` 13` 14` 15` 16` 1` 2` 3` 4`
2）画出绕组展开图（图2-16）

4个元件产生的电枢磁动势分布
S N
合成磁动势
旋转方向
x0

2
3）如果元件导体沿电枢表面连续分布，则产生的电 枢磁动势沿气隙圆周的分布为三角形分布。其幅 值大小一定，空间位置固定。
S N
x
x
Fa ( x)
x0
Ba ( x )

2
旋转方向
电枢磁动势沿气隙圆周的分布表达式 设电枢绕组的总导体数为 N ，导体中通过的电流 为 i a ，取主磁极轴线处为原点，则电枢磁动势为
2、电枢绕组 作用：构成电机的主要电路部分，是实现机电能量转换 的关键结构部件。 组成：由许多按一定规律连接的单匝或多匝线圈组成。 每一个线圈是用带绝缘的圆形或矩形截面铜导线 绕成。 3、换向器 作用：在电动机中，将电刷上通过的直流电流转换为绕 组内的交变电流；而在发电机中，将绕组内的交 流电动势转变为电刷上的直流电动势。 组成：由许多一定形状的换向片组成，换向片与换向片 之间用云母绝缘。每一个线圈的两个出线端分别 焊接在两个换向片上。
第二章
直 流 电 机
本章提纲

2.1直流电机的工作原理及结构 2.2 直流电机的铭牌数据 2.3 直流电机的电枢绕组 2.4直流电机的励磁方式及磁场 2.5感应电动势和电磁转矩的计算 2.6直流电机的运行原理


2.1直流电机的工作原理及结构
一、直流电机的工作原理 1、直流电动机的工作原理 主磁极
10
A
B
3）画出绕组展开图
τ
τ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
10 11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
B
电刷放置的原则： 应使被电刷短路的元件感应电动势尽可能为零； 使正、负电刷之间的感应电动势尽可能为最大。 电刷放置的位置： 放置在换向器表面，与主磁极轴线对齐的位置。 4）绕组的电路图

2 A 2 1
直流电机电枢磁场的分布
1）一个元件产生的电枢磁动势的分布 如元件的匝数为 N y ，通过的电流为 i a ，取几何 中心线与电枢表面相交处为坐标原点。则元件产生 的磁动势的空间分布关系为
一个元件产生的电枢磁动势沿气隙圆周的分布为 矩形波分布。其幅值大小一定，空间位置固定。 2）如每个磁极下有四个元件边，则应产生四个矩形 分布的磁动势波，这四个矩形波在空间上相互之 间相隔一个槽的距离。将这四个矩形波进行叠加， 合成的磁动势分布波形为阶梯形分布波。阶梯数 为2，幅值位于几何中性线处。图2-27。
U
U
I
U
I
U
If
I
Ia
M
Ia
M
Ia
I
Ia
IC
M
If
Uf
If
M 串励
If
他励
并励
复励
其中线路电流、电枢电流和励磁电流的关系为 他励方式： I I a 并励方式： I Ia I f 串励方式： I Ia I f 复励方式： I IaIf IC
二、直流电机的空载磁场 直流电机的空载是指电枢电流为零或很小可以忽 略不计。对于他励发电机指电枢回路处于开路； 而对于电动机，则指轴上不接机械负载，输出机 械功率为零。 直流电机空载时，电机内部的磁场是由主磁极励 磁绕组通过直流励磁电流，产生的励磁磁动势单 独建立。 空载磁场中，穿过气隙同时与励磁绕组和电枢绕 组相交链的磁通称为主磁通；而仅与励磁绕组相 交链的磁通称为漏磁通。