几种直流电动机原理和特点的比较
常见电动机分类及原理
常见电动机分类及原理电动机是一种将电能转化为机械能的装置，使用广泛，常见的电动机有直流电动机、交流电动机和步进电动机。
下面将对这三种电动机分类及其工作原理进行详细介绍。
一、直流电动机直流电动机是一种利用直流电源供电的电动机。
根据励磁方式和电动机转子结构的不同，可以将直流电动机分为直流电动机、复励磁直流电动机和永磁直流电动机。
1.直流电动机直流电动机的励磁方式分为串激励式和并激励式两种。
串激励式直流电动机的励磁线圈和电动机转子的线圈连在一起，并与直流电源串联，转子上的永磁场和励磁线圈的磁场相互叠加，产生电磁转矩。
并激励式直流电动机的励磁线圈是单独连接的，励磁线圈通过外部电源提供电流，产生磁场，使转子产生电磁转矩。
直流电动机具有转矩大、转速可变范围广等特点，广泛应用于各个领域。
2.复励磁直流电动机复励磁直流电动机是在直流电动机的基础上增加了副磁场线圈，使电动机具有系列励磁特性。
复励磁直流电动机的转速与负载密切相关，负载越大，转速越慢。
复励磁直流电动机主要用于负载变化较大的机械设备，如起重机、卷板机等。
3.永磁直流电动机永磁直流电动机是使用永磁体作为励磁源的电动机。
永磁直流电动机具有结构简单、负载能力强、转速稳定等优点，被广泛应用于家用电器、办公设备、自动门控制等领域。
二、交流电动机交流电动机是一种利用交流电源供电的电动机，根据转子结构和励磁方式的不同，可以将交流电动机分为异步电动机、同步电动机和感应电动机。
1.异步电动机异步电动机是最常见的交流电动机，也称为感应电动机。
其转子鼠笼型结构，由引线圈和铜等导体材料构成。
当三相交流电通过定子线圈时，产生旋转磁场，使转子中感应出电动势，在旋转磁场的作用下产生转矩。
异步电动机具有结构简单、可靠性高等优点，被广泛应用于工业领域。
2.同步电动机同步电动机的转子与旋转磁场保持同步运动，因而称为同步电动机。
同步电动机的转子采用电磁励磁方式，通过定子产生的旋转磁场将转子驱动转动。
直流电动机的概述
直流电动机的概述一、引言直流电动机(DC motor)是一种将电能转换为机械能的设备，它广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。
直流电动机具有结构简单、转速范围广、启动和调速性能优良等特点，因此在各个行业中都有着重要的地位。
二、直流电动机的分类1.永磁直流电动机(PMDC motor)永磁直流电动机是利用永磁体产生磁场，与线圈之间的交互作用来实现转动。
它具有结构简单、体积小巧、响应快速等特点，广泛应用于家用电器和办公设备中。
2.分别励磁直流电动机(SEDC motor)分别励磁直流电动机是通过外部励磁源提供励磁电流来产生旋转力矩。
它具有高效率、高功率密度等优点，被广泛应用于工业生产领域。
3.串联励磁直流电动机(SERDC motor)串联励磁直流电动机是将线圈和外部励磁源串联在一起，通过线圈和外部励磁源的电流之和来产生旋转力矩。
它具有启动扭矩大、转速范围广等特点，被广泛应用于电动车、电动工具等领域。
4.并联励磁直流电动机(PERDC motor)并联励磁直流电动机是将线圈和外部励磁源并联在一起，通过线圈和外部励磁源的电流之差来产生旋转力矩。
它具有高效率、高功率密度等优点，被广泛应用于工业生产领域。
三、直流电动机的结构直流电动机由定子和转子两部分组成。
定子包括铁芯、线圈和端盖等组件，它们固定在外壳内。
转子由铁芯、线圈和轴等组件构成，可以在定子内自由旋转。
四、直流电动机的工作原理1.运行时当直流电源施加到线圈上时，线圈内会产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场与永久磁体(永磁直流电动机)或者外部励磁源(分别励磁/串联励磁/并联励磁直流电动机)之间会发生相互作用，从而产生一个旋转力矩，使转子开始旋转。
2.启动时在启动时，由于线圈内没有电流，因此没有旋转磁场。
为了使电机启动，需要通过外部的助力器(如起动电阻)来产生一个初始的旋转磁场。
当转子开始旋转后，助力器逐渐减小或消失。
五、直流电动机的应用1.家用电器：吸尘器、搅拌机、风扇等。
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。
直流电动机的原理及特性
直流电机
定子
机座 换向极 主磁极 电刷装置 电枢铁心 换向器
转子
电枢绕组 轴承
风扇 转轴
2.1.2 直流电动机的励磁方式 定义：直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式。 实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接，就决定了它是什么 样的励磁方式。
1.他励式
若励磁绕组不与电枢 绕组联接，励磁绕组单独 由其他电源供电的直流电 机称为他励式直流电机。
2.1.2 直流电动机的励磁方式
并励式
励磁绕组与电枢绕组并联，称为并励式直流电机。 并励式直流电机的电枢电流Ia。励磁绕组流过的 电流为If ，经过负载或电源供给电机的总电流 为 I，三者须满足以下关系： 直流发电机：Ia ＝I＋If 直流电动机：Ia ＝I－If
2.1.2 直流电动机的励磁方式
第2章 直流电动机的原理及特性
直流电机的用途
测速
伺服
励磁机
电源
直流电机的特点
• 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 • 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动性能良好。
• 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高
2.1直流电动机的基本结构和工作原理
端盖 —— 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支 撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还 起防护作用。
定子部分
电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入） 装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右 图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在 刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋 转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在 刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同 极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆 装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。
直流电动机的概述
直流电动机的概述1. 什么是直流电动机直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的装置。
它通过直流电源提供的电流产生旋转力，驱动机械运动。
直流电动机广泛应用于工业、交通和家庭设备中，具有高效率、精确控制和稳定性等优势。
2. 直流电动机的工作原理直流电动机主要由电流产生装置、旋转部分和定位部分组成。
电流产生装置通常是采用直流电源或电池，通过接通电路提供电流。
电流经过旋转部分（由电枢和永磁体组成）和定位部分（由电枢和永磁体之间的磁场相互作用产生转矩）后，产生旋转力。
3. 直流电动机的类型直流电动机根据其结构和工作原理的不同，可以分为多种类型。
常见的直流电动机包括：3.1 刷型直流电动机刷型直流电动机是最为常见的一种直流电动机。
它由电枢、磁极和刷子组成。
电流通过电枢产生磁场，与电磁铁的磁场相互作用产生转矩，从而驱动电机旋转。
3.2 无刷直流电动机无刷直流电动机是近年来发展起来的一种新型直流电动机。
它消除了传统电刷和电枢之间的摩擦，并通过电子元器件实现对电流和转矩的精确控制。
3.3 混合型直流电动机混合型直流电动机是刷型直流电动机和步进电动机的结合体。
它集两者的优势于一身，具有较高的转矩密度和精确的位置控制能力。
4. 直流电动机的优点与交流电动机相比，直流电动机具有以下优势：4.1 高效率直流电动机在能量转换过程中损耗较少，具有较高的能量利用率。
这使得直流电动机在能源消耗和成本控制方面更具优势。
4.2 精确控制直流电动机可以通过改变电流大小和方向来实现精确的转矩和速度控制。
这对于需要高精度位置控制的应用非常重要，例如机器人、自动化设备等。
4.3 起动扭矩大直流电动机具有较高的起动扭矩，适用于需要瞬时大功率输出的场合，如电动汽车、起重机等。
4.4 可逆性直流电动机的旋转方向可以通过改变电流的方向来调节。
这使得直流电动机在需要频繁反向运动的应用中非常有用，如卷筒机、搅拌机等。
5. 直流电动机的应用直流电动机由于其优异的性能，在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于：5.1 工业自动化直流电动机在工业自动化设备中广泛应用，如机床、输送机、风机等。
AC电动机与DC电动机对比
AC电动机与DC电动机对比一、引言电动机是一种将电能转换成机械能的装置，广泛应用于各个领域中。
其中，交流电动机（AC电动机）和直流电动机（DC电动机）是两种最常见的电动机类型。
本文将对AC电动机和DC电动机进行详细的对比，并探讨它们在不同应用场景中的优缺点。
二、工作原理AC电动机和DC电动机的工作原理不同。
AC电动机是利用交流电产生的回转磁场来驱动的，而DC电动机则是通过直流电向电枢提供恒定的磁场来驱动的。
三、结构和特点1. AC电动机：AC电动机通常由定子和转子两部分组成。
定子上绕有线圈，通过交流电激励产生磁场。
转子通过与定子磁场的相互作用而运动。
AC电动机具有结构简单、制造成本低、功率范围广等特点。
此外，AC电动机的维修和维护相对方便。
2. DC电动机：DC电动机通常由电枢、永磁体和换向器等部分组成。
电枢受到直流电的激励，在磁场的作用下产生力矩，驱动电机运转。
DC电动机具有起动转矩大、工作效率高、调速性能好等特点。
然而，DC电动机的制造成本相对较高，并且需要定期更换碳刷和换向器。
四、应用领域AC电动机和DC电动机在不同的应用领域有着各自的优势。
1. AC电动机的应用领域：（1）家庭电器：如洗衣机、冰箱、空调等常用家电中通常采用AC 电动机。
（2）工业设备：AC电动机在工业设备中应用广泛，例如风机、水泵等。
（3）交通工具：AC电动机广泛应用于轨道交通领域，如地铁、电车等。
2. DC电动机的应用领域：（1）电动汽车：DC电动机在电动汽车领域拥有较大的市场份额，主要由于其高效率和调速性能。
（2）机械工程：直流电动机在一些需要精确控制转速和转矩的机械设备中使用较多，如机床等。
五、能效比较AC电动机和DC电动机在能效方面有着不同的表现。
1. AC电动机的能效：AC电动机的能效一般较低，尤其在低负载时更为明显。
但通过应用高效率的变频器，可以显著提高其工作效率。
2. DC电动机的能效：DC电动机的能效较高，尤其在宽功率范围内具有较好的效果。
《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性
T = TL +T0
转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时， 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化， 动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 一定， (平衡 此时， 平衡)， 例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL (平衡)，此时， 突然增加， 若TL突然增加，则调整过程为 E = KEΦn E↓ ↓ TL ↑ n↓ ↓ T↑
（3）求理想空载转速
根据（0，n0）和（TN，nN）两点，就可以作出他励电动 机的机械特性曲线。
正反转时的机械特性
2 、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加 电压、励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电 阻所得到的机械特性。直流他励电动机有三种人 为机械特性。
Ra U n= − T = n0 − ∆n 2 KeΦ Ke Kt Φ
n
d T
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组， 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， 如图所示。 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 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动，总是 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 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。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
转子
转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、 电枢铁心、 转子部分 电枢铁心 电枢绕组、换向器、风扇、 电枢绕组、换向器、风扇、轴等
直流电机的工作原理及特性
直流电机的工作原理及特性直流电机是一种电动机，以其结构简单、控制精度高、效率高、输出功率大等优点而受到广泛应用。
本文将从工作原理、特性两个方面对直流电机进行详细介绍。
一、工作原理直流电机的工作原理是靠用直流电产生的磁场作用在转子上，使转子旋转。
直流电机实际上是一个能把电动机和发电机互相转换的机器，因为直流电是双向运动的，所以他可以既做发电机又可以做电动机。
（一）机械结构直流电机机械结构分为定子和转子两部分。
定子包括机座、磁极、绕组等。
转子是电动机旋转的部分，包括转子铁心、绕组和电刷等。
当电机接入电源并加上磁通，就会在转子上产生一个磁场。
由于转子上产生的磁队是与磁通方向相反的，因此磁力会推动旋转电机，从而使转子开始转动。
（二）电磁学原理直流电机的转速与线圈导体上通过电流的方向、大小，磁极和线圈位置等因素有关。
当直流电通过定子绕组时，就会产生磁极磁通，因此在转子上的绕组中就会感应出电磁力和转矩。
电机转子的移动速度主要取决于该转矩。
转矩越大，电机就能承受更多的外力，提供更高的机械输出；反之，转矩越小，电机就需要承受更小的外力。
二、特性（一）功率和效率直流电机的输出功率和效率都很高。
在电机运行时，电梯将能量输出到外部驱动机器，其能量转化效率约为88%~96%，具有一定的经济性和高性价比的特点。
（二）输出特性直流电机存在强大的输出特性，这意味着它可以在不同的工作负载下产生不同的扭矩和速度。
直流电机的特性也非常稳定，当负载发生变化时，电机的输出也能及时发生相应地变化，从而实现更高的精度。
（三）寿命和维护直流电机的寿命较长，使用寿命通常可达到15000小时。
它还具备一定的可靠性和稳定性，使用稳态电源能有效促进电机使用寿命。
通常情况下，直流电机不需要经常维护，只需要清洗和润滑，更换磨损和损坏的部件即可。
（四）控制精度直流电机的速度控制精度非常高，控制范围广，在高低转速下都能实现同样高的控制精度。
这也让它在工业控制领域中得到了广泛应用，如分步马达、电动升降平台、电动梯等等。
直流电动机的原理与应用
直流电动机的原理与应用直流电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域。
本文将介绍直流电动机的工作原理以及在不同领域的应用。
一、直流电动机的工作原理直流电动机是利用电流在导线中产生的磁场与磁场间相互作用产生的驱动力来实现机械能转化的装置。
它由电枢和磁极构成。
电枢是直流电动机的主要部件，由若干个绕制在铁芯上的线圈组成。
当电枢通电时，产生的电流在线圈中形成磁场，这个磁场与定子磁极的磁场相互作用，产生力矩，使电枢开始旋转。
磁极是直流电动机中的固定部件，它由一组由铁芯制成的磁极构成。
定子磁极在通电时产生恒定的磁场，与电枢的磁场相互作用，使电枢得以旋转。
二、直流电动机的应用领域1. 工业领域：直流电动机广泛应用于工业自动化设备中，如机床、冶金设备、印刷设备等。
由于其转速范围广、扭矩大、调速性能好等特点，能够满足不同工业设备的运行需求。
2. 交通领域：直流电动机应用于交通工具中，如电动车辆、轻轨、电动船等。
直流电动机在交通领域的应用主要是因为它具有启动扭矩大、低速转矩平稳、调速性能好等特点。
3. 动力工程领域：直流电动机在动力工程中的应用主要是用于发电机组的励磁控制。
直流发电机组通过直流电动机的励磁控制，可以实现电网的稳定运行。
4. 家用电器领域：直流电动机在家用电器中的应用日益增多，如家用洗衣机、热水器等。
直流电动机在家电领域的应用主要是因为它的低噪音、高效率、体积小等优点。
5. 农业领域：直流电动机也广泛应用于农业领域，如水泵、喷灌设备等。
直流电动机在农业领域的应用主要是因为它能够满足农民的用电需求，并且具有调速性能好、启动扭矩大等特点。
三、总结直流电动机是一种常见的电动机类型，通过电流在导线中产生的磁场与磁场间相互作用产生的驱动力来实现机械能转化。
它广泛应用于工业、交通、动力工程、家用电器以及农业领域等各个领域。
直流电动机的应用具有调速性能好、启动扭矩大、效率高等优点，为各个领域的设备和系统的正常运行提供了稳定可靠的动力来源。
直流电机的工作原理及特性
电刷盒
转子结构图
电枢绕组
电枢铁心
换向器 转轴
（二） 转子(电枢)部分
1、电枢铁心 作为主磁通磁路的主要部分 嵌放电枢绕组 2、电枢绕组 能量转换的关键部件，
产生电磁转矩和感应电动势以实现能量转换 3、换向器 ：与电刷配合使用 直流电动机中：将外加直流电源转换为电枢线圈中的
交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变； 直流发电机中：将电枢线圈中感应产生的交变电动势
KeN U N I N Ra / nN
3.16
（3）求理想空载转速 n0 U N /KeN
（4）求额定转矩
TN
PN
9.55 PN nN
3.17
TN KtN I N 9.55KeN I N
2、人为机械特性
n
U
Ke
Ra
KeKt 2
T
n0
n
人为机械特性就是指供电电压U或磁通Φ不 是额定值、电枢电路内接有外加电阻Rad时 的机械特性，亦称人为特性。
机械特性是分析研究电机启动、调速和制动的 重要依据。
机械特性分固有机械特性和人为机械特性。
一、他励电动机的机械特性
机械特性方程的推导
U E Ia Ra
3.11
E Ken
n
U
K e
Ra
K e
Ia
3.12
T KtIa Ia T /Kt
n
U
K e
Ra
KeKt 2
T
n0
KT
n0 n
n0---理想空载转速（T=0）
具有一段启动电阻的他励电动机 Ist U N /Ra Rst 1.5～2I N
具有三段启动电阻的他励电动机
原则 1. T1(I1)≤2TN 2. T2(I2)基本相
直流电机的工作原理及特性
Ia
3.12
T KtIa Ia T /Kt
n
U
K e
Ra
KeKt 2
3.7
Ia I f I I
3.10
并励发电机工作的条件：
1.要有剩磁（起始电流）； 2.励磁电流产生的磁场方向 和剩磁方向相同；
3.Rf’不能太大。
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.2.2 并励发电机
并励发电机自励和外特性 U f I
U0
tg
U0 If
Rf
If
U
U0
n=nN,调节If以获得所需的 空载电压U0 ,然后接上负载
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.3 直流电动机的机械特性
3.3.1 他励电动机的机械特性
电压平衡方程
U E Ia Ra
3.11
Ia
U E Ra
Ia IN I f
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.3.1 他励电动机的机械特性
U E Ia Ra
3.11
E Ken
n
U
K e
Ra
K e
定子 换向器
转子
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和 工作原理
3.1.1 直流电机的基本结构 (定子剖面图)
换向 极
主磁极
磁极数－主 磁极的个数
磁极对数= 磁极数/2
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和 工作原理
3.1.1 直流电机的基本结构 (转子结构图）
第三章 直流电机的 工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和工作原理 3.2 直流发电机 3.3 直流电动机的机械特性 3.4 直流他励电动机的启动特性 3.5 直流他励电动机的调速特性 3.6 直流他励电动机的制动特性
直流电动机的工作原理结构及分类
直流电动机的工作原理结构及分类直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的设备。
其工作原理基于电磁感应和洛伦兹力。
当电流通过电动机的定子（电枢）绕组时，产生的磁场与永磁体（或励磁绕组）的磁场相互作用，产生一个力矩。
这个力矩使得转子开始旋转，将电能转化为机械能。
下面将分别介绍直流电动机的工作原理、结构和分类。
工作原理：直流电动机的工作原理基于两个物理规律：电磁感应和洛伦兹力。
在直流电动机中，电流经过电动机的定子绕组时产生一个磁场。
这个磁场与转子上的永磁体或励磁绕组的磁场相互作用，产生一个力矩。
根据洛伦兹力定律，电流在磁场中受到一个力的作用。
力的方向使得转子开始旋转，并将电能转化为机械能。
结构：直流电动机主要由定子、转子和端盖组成。
定子是装有绕组的铁芯，其绕组通常是平行于转轴方向的螺线管。
绕组上连接有电源，通过电源提供电流。
转子由永磁体或励磁绕组构成。
永磁体提供一个恒定的磁场，而励磁绕组通过外部电源提供磁场。
端盖用来保护电机内部的部件，并提供安装和轴承支撑。
分类：1.按照励磁方式分类：永磁直流电动机：转子上的永磁体产生磁场，不需要额外的励磁绕组。
电枢磁场直流电动机：通过外部提供稳定的励磁磁场。
自励直流电动机：电动机的励磁由自身电机的电源提供。
2.按照电枢绕组和永磁体的连接方式分类：并励直流电动机：电枢线圈和永磁体在电路中并联，即二者共用一个电源。
串励直流电动机：电枢线圈和永磁体在电路中串联，即电枢和永磁体分别接受不同的电源。
3.按照换向器绕组的类型分类：喷刷式直流电动机：使用机械的换向器和电刷。
无刷式直流电动机：采用电子换向器和定子通电来实现换向。
此外，直流电动机还可以根据转子类型、转子连接方式和功率等因素进行分类。
总结：直流电动机是一种将电力转化为机械能的装置，其工作原理基于电磁感应和洛伦兹力。
直流电动机的结构包括定子、转子和端盖。
根据不同的励磁方式、电枢绕组和永磁体的连接方式以及换向器绕组的类型，直流电动机可以分为不同的类型。
直流电动机工作原理
直流电动机工作原理直流电动机是一种非常常见的电动机，其工作原理是基于电磁感应与电动力学原理，可以将电能转化为机械能，广泛应用于各种场合。
本文将详细介绍直流电动机的工作原理，包括直流电动机的组成、工作原理、特点、应用等方面。
一、直流电动机的组成直流电动机由定子、转子、电刷、电枢、电磁铁、电容器等组成。
其中，定子和电极部分是静部分，转子和电刷部分是动部分。
下面将分别介绍各部分的结构和作用。
1. 定子：定子是电机的静部分，通常由铜线绕成的线圈与磁芯组成。
定子的作用是产生磁场，使得转子可以在其内部旋转。
磁场的强度与电流的大小成正比，通过控制电流的大小可以控制电机的输出功率。
2. 转子：转子是电机的动部分，通常由铜线绕成的线圈与铁芯组成。
转子的作用是接受来自电极的电流，同时旋转并产生机械功。
通常情况下，转子和定子之间存在一定的距离，称为气隙。
3. 电刷：电刷是直流电动机的重要组成部分之一，可以将直流电源的电能转换为机械能。
电刷由碳材料制成，通过不断地滑动在旋转的电极表面，将电流导入定子线圈并产生磁场。
4. 电枢：电枢是直流电动机的另一个重要组成部分，由铜线绕成的线圈和铁芯组成，是转子的一部分。
电枢中流经电流的大小和方向决定了磁场的方向和大小，使得电机可以产生旋转力矩。
5. 电磁铁：电磁铁也是直流电动机的组成部分之一，通常由螺线管组成。
当通过电磁铁的电流大小改变时，可以控制定子产生的磁场大小，从而调节电机的输出功率。
6. 电容器：电容器是直流电动机的辅助部分，通常用于存储电能。
当电动机启动时，电容器中的电能可以提供额外的起动电流，使得电动机可以更容易地启动。
二、直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理是基于电磁感应与电动力学原理的。
当直流电源通过电极和转子的电极时，会在电极上产生电流。
随着电流的流动，电极周围产生磁场，通过电极的旋转，磁场也会随之旋转。
在电磁感应的作用下，磁场会引起转子上的电流，使得转子产生旋转力矩。
几种不同电动机运行原理及特点
电动机原理和特点的比较本文主要介绍了三种直流电机：普通直流电机、无刷电机、步进电机，两种交流电机：三相异步电动机、伺服电机的原理、特点及调速方法。
1、普通直流电机普通直流电机便是我们最熟悉的一种电动机，它的转子在内部，由线圈组成,定子则在外部，由永磁体组成。
在工作时，而把它的电刷A、B接在电压为U的直流电源上，电刷A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b,在S极范围内的导体Cd中的电流是从C流向d。
载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此,ab和Cd两导体都要受到电磁力的作用。
根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，ab 边受力的方向是向左，而Cd边则是向右。
由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以，ab边和Cd边所受电磁力的大小相等。
这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。
当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。
线圈转过半周之后，虽然ab与Cd的位置调换了，ab边转到S极范围内，Cd边转到N极范围内，但是，由于换向片和电刷的作用，转到N极下的Cd边中电流方向也变了，是从d流向c,在S极下的ab边中的电流则是从b流向a.因此，电磁力FdC的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。
可见，分别处在N、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的，因此，线圈两个边的受力方向也不变，这样，线圈就可以按照受力方向不停的旋转了。
从以上的分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一个异性磁极范围内时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变。
换向器和电刷就是完成这个任务的装置。
当然,在实际的直流电动机中，也不只有一个线圈，而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转。
直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°,这就要藉由碳刷及整流子。
简述直流电动机的特点和工作原理
简述直流电动机的特点和工作原理一、引言直流电动机是一种广泛应用的电动机，其特点是转速范围大、转矩平稳、调速性能好等。
本文将详细介绍直流电动机的特点和工作原理。
二、直流电动机的特点1. 转速范围大直流电动机的转速范围非常广泛，从几千转/分到几万转/分不等。
这使得它们适用于许多不同的应用场合，如工业生产线上的传送带、风扇和水泵等。
2. 转矩平稳直流电动机具有非常平稳的转矩输出，这意味着它们可以在不同负载下保持相对恒定的转速。
这使得它们非常适合需要精确控制和调节的应用，例如自动化生产线上的传送带和机械臂。
3. 调速性能好由于直流电动机可以通过改变输入电压或改变励磁电流来实现调速，因此它们具有非常出色的调速性能。
这使得它们适用于需要频繁调整输出功率和速度的应用场合。
4. 结构简单与其他类型的电动机相比，直流电动机的结构相对简单。
它们通常由一个旋转部件（转子）和一个静止部件（定子）组成，这使得它们易于维护和修理。
三、直流电动机的工作原理1. 基本结构直流电动机由定子和转子两部分组成。
定子是由一组线圈绕在铁芯上而成的，这些线圈被连接到外部电源上。
转子则是由一组永磁体或电磁铁芯绕制的线圈组成，被安装在轴上并与定子相互作用。
2. 工作原理当外部电源施加在定子线圈上时，它会产生一个磁场。
这个磁场会与转子中的永磁体或电磁铁芯产生相互作用，导致转子开始旋转。
为了保持旋转运动，必须不断改变定子中的电流方向。
这可以通过使用换向器（也称为刷）来实现。
换向器是一个由碳刷和金属环组成的装置，它充当了通路开关的角色，并将外部电源引入不同的线圈。
当换向器将外部电源引入下一个线圈时，磁场方向也会相应地改变，这将导致转子继续旋转。
这个过程将不断重复，直到电动机停止工作或外部电源被切断。
3. 调速原理调速可以通过改变输入电压或改变励磁电流来实现。
当输入电压增加时，定子中的电流也会增加，这将导致磁场的强度增加，从而使转子旋转更快。
同样地，如果减小输入电压，则转速也会降低。
电动机控制原理
电动机控制原理电动机是一种将电能转化为机械能的设备，广泛应用于各个领域中。
电动机的控制原理是指如何通过电信号对电动机进行启停、调速和转向控制的方法和技术。
本文将围绕电动机控制原理展开讨论，介绍几种常见的电动机控制原理以及其工作原理和应用。
一、直流电动机的控制原理直流电动机是一种具有简单结构和可靠性较高的电动机，其控制原理主要有以下几种。
1. 直接启动控制直接启动控制是最简单的电动机控制方法之一。
通过开关将电源直接连接到电动机，使电动机达到额定转速。
该方法适用于较小功率的直流电动机。
2. 初级电阻控制初级电阻控制是一种通过串联电阻来降低直流电动机起动电流的控制方法。
通过改变串联电阻的值，可以调节起动过程中电动机的转矩和速度。
该方法适用于较大功率的直流电动机。
3. 双绕组控制双绕组控制是一种通过切换电动机绕组的方式来实现调速的控制方法。
通过切换电阻或电路来改变电动机的绕组，可以实现不同的转速和转矩输出。
该方法适用于需要频繁调速的应用场景。
4. 脉宽调制控制脉宽调制控制是一种通过改变开关管的导通比例来调节电动机转速的控制方法。
通过调节导通比例，可以改变电动机供电电压的有效值，从而实现调速控制。
该方法适用于需要精确控制转速的应用场景。
二、交流电动机的控制原理交流电动机是一种应用广泛的电动机类型，其控制原理主要有以下几种。
1. 定频启动控制定频启动控制是一种将交流电源直接连接到电动机进行启动的控制方法。
通过直接改变电动机绕组的供电频率来改变转速和转矩输出。
该方法适用于负载较轻的应用场景。
2. 变频调速控制变频调速控制是一种通过改变电源频率和电压来调节交流电动机转速的控制方法。
通过改变供电频率和电压的大小，可以实现对电动机转速和转矩的精确调节。
该方法适用于负载较重、需要精确控制的应用场景。
3. 矢量控制矢量控制是一种通过改变交流电动机的电流、电压和频率来实现对转速的精确调节的控制方法。
通过电流和电压的矢量合成，可以实现电动机的转矩和转速控制。
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。
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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。
简述直流电动机的特点和工作原理
简述直流电动机的特点和工作原理1. 引言直流电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、家用电器等。
本文将从特点和工作原理两个方面对直流电动机进行全面、详细、完整且深入地探讨。
2. 直流电动机的特点直流电动机具有以下几个特点：2.1 高效率直流电动机具有较高的效率，通常在80%以上。
这是由于直流电动机的结构简单，机械转换效率高，并且可以通过控制电流和电压来调整转速和负载。
2.2 起动扭矩大直流电动机在起动时能够提供较大的扭矩，适用于需要瞬时大扭矩的场合，如电动车辆的起步、起重机械等。
2.3 调速范围广通过调节电源电压和电枢电流，可以实现直流电动机的调速。
调速范围广，通常可以达到额定转速的数倍。
2.4 可逆性直流电动机的特点之一是可逆性，即可以通过改变电流的方向来改变电动机的旋转方向。
这使得直流电动机在需要反向运动的场合具有优势。
3. 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理是基于电磁感应和洛伦兹力的相互作用。
3.1 电磁感应当直流电动机的电枢绕组通电时，会产生一个磁场。
根据右手定则，电流方向与磁场方向垂直时，会产生一个力，称为洛伦兹力。
洛伦兹力的方向与电流方向、磁场方向以及导线的位置有关。
3.2 动作原理直流电动机的动作原理是利用洛伦兹力使得电枢绕组旋转。
当电枢绕组通电后，洛伦兹力会使得电枢绕组中的导线在磁场的作用下受到一个力矩，从而使电枢绕组旋转。
为了使电枢绕组持续旋转，需要不断改变电流的方向，这可以通过电刷和换向器来实现。
3.3 电刷和换向器直流电动机中的电刷和换向器起到了关键作用。
电刷是与电枢绕组接触的导电碳块，通过与电枢绕组的接触，将电流引入电枢绕组。
换向器则用于改变电流的方向，使得电枢绕组中的导线在不同磁场中受到的力矩方向相同，从而使电枢绕组持续旋转。
4. 直流电动机的工作过程直流电动机的工作过程可以分为以下几个阶段：4.1 起动阶段在起动阶段，电源施加一个较大的电压，使得电动机能够提供足够的起动扭矩。
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几种直流电动机原理和特点的比较
王新宇20070173
（北京理工大学信息科学技术学院01220701班）
摘要本文通过介绍三种直流电机：普通直流电机、无刷电机、步进电机的原理和特点，使用学过的物理知识分析比较了三种电机的优缺点。
以便在完成不同工作时正确地选
取并使用三种电机。
关键字直流电机；无刷电机；步进电机
1 引言
1821年英国科学家法拉第证明可以把电力转变为旋转运动。
而德国的雅可比则是最先制成直流电动机的人。
他于1834年前后成了一种简单的装置：在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。
通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。
直流电机的发明对各个行业都产生了极大的影响，而不同行业对电机性能的要求越来越高，且不尽相同，于是便产生了很多种直流电机。
这些电机原理和性能有着很大的区别，以应用于不同领域。
2 普通直流电机
普通直流电机便是我们最熟悉的一种电动机，它的转子在内部,由线圈组成，定子则在外部，由永磁体组成。
图1
在工作时，而把它的电刷A、B接在电压为U 的直流电源上（如图1所示），电刷A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b，在S极范围内的导体cd 中的电流是从c流向d。
载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此，ab和cd两导体都要受到电磁力F de的作用。
根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，ab边受力的方向是向左，而cd边则是向右。
由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以，ab边和cd边所受电磁力的大小相等。
这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。
当线圈转到磁极
的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。
线圈转过半周之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab边转到S极范围内，cd边转到N极范围内，但是，由于换向片和电刷的作用，转到N极下的cd边中电流方向也变了，是从d流向c，在S极下的ab边中的电流则是从b流向a。
因此，电磁力F dc的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。
可见，分别处在N、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的，因此，线圈两个边的受力方向也不变，这样，线圈就可以按照受力方向不停的旋转了。
从以上的分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一个异性磁极范围内时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变。
换向器和电刷就是完成这个任务的装置。
当然，在实际的直流电动机中，也不只有一个线圈，而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转。
直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。
碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。
3 直流无刷电机
直流无刷电机是指无电刷和换向器的电机，又称无换向器电机。
与有刷电机不同，无刷电机的定子由线圈组成，动子为永磁体。
图2
在工作时，电流首先从a流向b，在动子周围产生从a线圈指向b线圈的磁场，在磁场中的永磁体动子的N极转到b线圈附近；此时将电流变为从b流向c，动子周围的磁场就变成了从b线圈指向c线圈，动子的N极又转到c线圈附近；此时再把电流变为从c流向a，类似的，动子的N极又会转到a线圈附近。
随着不断变换电流，转子便连续不断地顺时针旋转。
图3
从以上分析我们看到，无刷电机的转动需要始终在变化的电流，而判断何时变换电流就需要依靠霍尔元件（Hall sensors）或线圈两端电压来检测转子的位置。
（如图3）当转子经过霍尔器件附近时，永磁转子的磁场令已通电的霍尔器件输出一个电压，当到下一位置，前一位置的霍尔器件停止工作，下位的霍尔器件导通，从而检测出转子的位置。
使用DSP或单片机接受霍尔元件返回的信号并产生控制电机三相接头的电压信号（如图4），控制驱动电路驱动电机旋转。
而电机转动速率则要靠通电时间来控制，速度不够则开长，速度过头则减短。
图4
为了减少转动惯量，无刷直流电机通常采用“细长”的结构。
无刷直流电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多，相应的转动惯量可以减少40％—50％左右。
因为没有点刷，无刷电机避免了打火，电刷磨损等由电刷引起的问题。
但由于永磁材料的加工问题，致使无刷直流电机一般的容量都在100kW以下。
4 步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
其转子上均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）图5是定转子的展开图
图5
A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。
B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C
偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。
C相通电，A，B相不通电，齿3应与C 对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。
A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A......通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。
如按A，C，B，A......通电，电机就反转。
由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。
而方向由导电顺序决定。
不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。
往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。
甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。
不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移
1/m,2/m......(m-1)/m,1。
并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制
电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力F 与（dФ/dθ）成正比
其磁通量Ф=Br*S
Br为磁密，S为导磁面积
F与L*D*Br成正比
L为铁芯有效长度D为转子直径Br="N"·I/R
N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）
R为磁阻。
M=F*R
力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态）
因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。
在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
5 总结
通过以上介绍，我们了解了普通直流电机、直流无刷电机、步进电机的原理和特点，以及三种电机各自的优缺点。
取合适的电机，不仅会节省成本，还能大大简化设计，更好的完成各种项目。
参考文献
[1] 胡虔生电机学《电气电子教学学报》-2002
年24卷6期-50-52页
[2] 李威震无刷直流电机及其应用《电机技术》
-2000年3期-24-26页
[3] 陈理壁步进电机及其应用上海科学技术出
版社, 1985。