直流电机的工作原理原理结构及额定值

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直流电机工作原理、结构、励磁方式、额定值

直流电机的工作原理和结构直流电机是本课程学习的最后一种机种，在前面讲述变压器、异步电机、同步电机的过程中，我们不断地采用了归纳、类比、找出异同点的讲授方法，是希望大家通过这样的学习，能逐步训练自己掌握一种善于不断归纳、总结；善于采用类比、比较、找出异同点的学习方法，这种分析问题、解决问题的方法不但对学习电机、对学习其他课程、甚至对将来参加工作都是十分有用的，这是一种良好的学习、工作、生活方法和习惯。

在学习直流电机过程中，我们继续尝试采用这样的方法。

直流电机分直流发电机和直流电动机，其中：直流发电机是把机械能转变为直流电能、直流电动机是把直流电能转变为机械能。

与前面介绍过的各种电机比较，它们各有异同之处：1.由于发电机都是把机械能转变为电能，因此机械转矩都是驱动转矩、电磁转矩都是制动转矩，因此直流发电机的转矩平衡方程式将与交流（同步）发电机相同，均为：T 1＝T +T 0；所对应的功率平衡方程式也将相同：P 1＝P M ＋P 0；其中：T 1＝119550P P n =Ω；T ＝9550M M P P n =Ω； T 0＝009550p p n=Ω；n 是转子转速，对同步机n ＝n 1。

相异的只是P M 的表达式有所不同。

同理，由于电动机都是把电能转变为机械能，因此电磁转矩都是驱动转矩、机械转矩都是制动转矩，因此直流电动机的转矩平衡方程式应与异步电动机、同步电动机相同，均为：T ＝T 2+T 0；其中：T 2＝229550P P n =Ω；T 0＝009550p p n =Ω；n 是转子转速；T ＝119550M M P P n =Ω，n 1是转子旋转磁场的转速，对直流机和同步机也是转子转速，相异的同样是三种机种的P M 表达式各有区别。

比如：已学过的异步机P M ＝''2223r I s ；隐极同步机P M ＝3 U 1 I 1cos φ＝3；而直流电动机的将为：P M ＝E a I a 。

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。

直流电机的结构和控制原理

直流电机的结构和控制原理参考资料：/s/blog_71facf000100pyy4.html一、直流电机的结构和控制原理1、直流电机的工作原理概述：在电力拖动领域，随着变频器的出现形成交流调速技术的日渐成熟和低成本化，在不断侵蚀着直流调速的“地盘”，但直到今天，直流调速仍固守着日渐缩小的“阵地”。

直流电机具有调速性能好、调速方便平滑，调速装置简单、调范围广等特点，能承受频繁冲击负载、过载能力强（由变频器和交流电机构成的交流调速系统，还有一定差距），能实现频繁速启、制动及逆向旋转，能满足各种机械负载的特性要求。

直流电机的最大缺点，是因碳刷换向器的滑动电接触方式和整体结构交流电动机更为复杂等原因造成的维护工作量较大，需定期更换碳刷等。

二、直流电机的结构比交流电动机复杂得多，主要由：1）主磁极。

由主磁极铁芯及套装在铁芯上的励磁线圈构成，作用是建立主磁场；2）机座。

为主磁路的一部分，同时构成电机的结构框架，由厚钢板或铸钢件构成；3）电枢铁芯。

为电枢绕组的支撑部件，也为主磁路的一部分，由硅钢片叠压而成；4）电枢绕组。

直流电机的电路部分，由绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成；5）换向器。

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。

用作直流发电机时，称整流子，起整流作用；用于直流电动机时，用于（逆变）换向；6）电刷装置。

由电刷、刷盒、刷杆和连线等构成，是电枢电路的引出（或引入）装置。

7）换向极。

由铁芯和绕组构成，起改善换向，气隙磁场匀称等作用。

直流电机是将电源电能转变为轴上输出的机械能的电磁转换装置。

由定子绕组通入直流励磁电流，产生励磁磁场，主电路引入直流电源，经碳刷（电刷）传给换向器，再经换向器将此直流电转化为交流电，引入电枢绕组，产生电枢电流（电枢磁场），电枢磁场与励磁磁场合成气隙磁场，电枢绕组切割合成气隙磁场，产生电磁转矩。

这是直流电机的基本工作原理。

上图为简单的两极直流电机模型，由主磁极（励磁线圈）、电枢（电枢线圈）、电刷和换向片等组成。

电机及拖动基础_(第四版)

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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
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)

直流电机

1.1.1直流电机的主要结构：直流电机由静止的部分定子和旋转的部分转子两大部分构成：1、定子部分：定子包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。

1）主磁极：在大多数直流电机中，主磁极是电磁铁，为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用1～1.2mm厚的低碳钢板叠压而成。

整个磁极用螺钉固定在机座上。

主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕组在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩.2）、换向极：换向极又称附加极或间极,其作用是用以改善换向。

换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成。

3）、机座：一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。

因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚度。

机座通常用铸钢或厚钢板焊成。

4）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。

2、转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。

1）电枢铁心：示电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。

2）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。

2、转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。

2）电枢绕组：电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。

1.1.2 直流电机的工作原理：1、直流发电机的工作原理：如图所示：从以上分析可以看出，线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。

电机拖动总复习

②移动电刷位置：其原理是利用主磁极对换向元件感应的电势来改善换向，这里的关键是电刷移动的方向
发电机：顺转向移动一个小角度；电动机；逆转向移动一个小角度。
1、直流电机的电枢导体里流过的是直流电流还是交流电流?
答；直流电机电枢导体里流过的是交流电流, 其频率f=np/60 Hz，其中P为电机的极对数, n为转子转速, 单位为r／min, 通过换向器和电刷引出来的电流才是直流电.
答：由于电枢电动势和转速成正比，因此，如果把他励发电机转速升高20％，则其电枢电动势就升高20％。而空载端电压等于电枢电动势，因此它也就升高20％。在并励发电机个，空载端电压也随转速的升高而升高，端电压升高引起励磁电流增大，使电枢电动势和空载端电压进一步升高．所以，并励发电机电压升高得比他励发电机的大．
电机的效率公式中，P1泛指输入功率，P2泛指输出功率。 P2 P1 · 电动机轴上输出的额定转矩
T2 N PN PN PN (W ) PN (kW ) 9.55 9.55 2n N N nN nN 60 ( N m)
4. 电枢绕组电枢绕组一般装在直流电机的转子上。有叠绕组(单叠、复叠)、波绕组(单波、复波)和混合绕组。最基本的是单叠绕组、单波绕组。各种绕组的规律常用绕组展开图来表示。 (二) 直流电机的磁场分析 1. 励磁方式直流电机绕组，一般包括定子磁极上的励磁绕组和转子上的电枢绕组。两个绕组的不同连接方式，决定直流电机的励磁方式。励磁方式有两大类四种：他励方式；自励方式—并励、串励、复励。不同励磁方式电机的运行特性也不同。特别是并励电机的电流关系： (1) 对直流电动机 I a I I f (2) 对直流发电机 I a I I f I a、I、I f 分别为电枢电流、负载电流和励磁电流。

直流电机工作原理

2IN
启动转矩：
Rad
UN 2I N
Ra
0.99
Ts't
K
t
I
' st
9.55
Ke
N
I
' st
9.55 U N
I N Ra nN
I
' st
9.55
220
91 0.22 1500
2 IN
231 N
m
注意：
Tst
I st IN
TN
26
3.4 直流他励电动机的启动特性
（4）降压启动时的电源电压：
21
3.4 直流他励电动机的启动特性
1. 降压启动： U＜UN→n↑、E↑→↑U→U=UN、n=nN
2.电枢回路内串接外加电阻启动：满足启动要求：Ist=UN/（Ra+Rst） Rst （3-4级）
T1、T2的数值按照电动机的具体启动条件决定：
T1=（1.6-2）TN T2=（1.1-1.2）TN 22
3.4 直流他励电动机的启动特性
23
3.4 直流他励电动机的启动特性
例题：一台他励直流电动机，其额定数据为： PN=17kW，UN=220V，IN=91A， nN=1500r/min, Ra=0.22Ω。试求：
（1） TN=？（2）直接启动时的Ist=？（3）如果要使启动电流不超过额定电流的两倍，求启动电阻为多少？此时启动转矩为多少？（4）如果采用降压启动，启动电流不超过额定电流的两倍，电源电压应为多少？
13
解：因他励电动机的n=f（T）是一条直线，
故只要求出：（0，n0）、（TN，nN ）两点即可。
n0
UN Ke N

直流电机的用途、原理及结构

f
-
n
+
f
2.直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理
2、直流发电机的基本工作原理
产生磁场：（N 产生磁场：（N、S极）：（运动导线ab、cd切割磁场运动导线ab、cd切割磁场 ab 线圈感应电动势——交变线圈感应电动势——交变 ——
基于电磁感应原理：右手定则基于电磁感应原理：
又增加了维护工作量
直流电动机应用于对起动和调速性能要求较直流电动机应用于对起动和调速性能要求较的生产机械，例如电力机车、轧钢机、高的生产机械，例如电力机车、轧钢机、大型机床、矿井卷扬机、船舶机械、型机床、矿井卷扬机、船舶机械、造纸和纺织机械等都广泛采用直流电动机作为原动机。织机械等都广泛采用直流电动机作为原动机。直流发电机主要用作直流电源，直流发电机主要用作直流电源，为直流电动电解、电镀等提供所需的直流电能。机、电解、电镀等提供所需的直流电能。
3、直流电机的可逆原理一台直流电机，原则上既可以做直流电动一台直流电机，机运行，又可以做直流发电机运行，机运行，又可以做直流发电机运行，这叫做可逆原理。直流电机的可逆原理直流电机的可逆原理。电机的实际运行方式由外施条件决定：电机的实际运行方式由外施条件决定：如果电机转子输入机械能，如果电机转子输入机械能，而电枢绕组输出电能，电机作为发电机运行；组输出电能，电机作为发电机运行；如果在电枢绕组中输入电能，如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。机械能，则电机作为电动机运行。
主极极靴和电枢间的间隙。不均匀。的间隙。不均匀。
4
额定值和主要系列所谓系列电机就是在应用范围、所谓系列电机就是在应用范围、结构形系列电机就是在应用范围

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。
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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。

电机与拖动直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值

电机与拖动直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值主题：直流电机的辅导文章——直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值、直流电机的磁场和电枢反应、直流电机的感应电动势和电磁转矩学习时间：2016年10月10日--10月16日内容：我们这周主要学习课件第2章直流电机的相关内容。

希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电机相关知识的理解。

一、直流电机的工作原理（重点掌握）直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。

1.直流电动机的工作原理：当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流，使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。

图1 直流电动机的工作原理图2.直流发电机的工作原理：当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。

图2 直流发电机的工作原理图二、直流电机的基本组成和额定值（重点掌握）1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成，其基本组成如图3所示。

转子称为电枢，它是能量转换的枢纽。

电枢绕组构成了直流电机的主要电路，它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。

按元件的连接方式和端接形状分类，电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。

电枢绕组是电机的重要部件。

直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。

换向器是直流电机所特有的部件，与电刷配合，实现电枢绕组端部的直流电流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换，即在直流电动机中起到了“逆变器”的作用，在直流发电机中起到了“整流器”的作用。

图3 直流电机的基本组成2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。

1）额定电压N U ：对于直流电动机，N U 是输入电压的额定值；对于直流发电机，N U 是输出电压的额定值。

电机与拖动教案——第二章直流电机

第二章直流电机2.1直流电机的基本工作原理及结构一、基本工作原理（一）直流电机的构成（1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；（2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴（3）气隙**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。

1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；（1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势（2）特点：e=BLV；a、电枢绕组中电动势是交流电动势b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向）2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；（1）原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来（2）特点：f=BiLa、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩的方向不变。

c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n同向）**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。

3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成（二）直流电机的基本结构1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚3.电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）4.电枢绕组——电路。

电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路）换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料）电刷装置a、电刷——石墨或金属石墨b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨）5.换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电枢绕组串联）（三）励磁方式1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；2.分类：以直流发电机为例分为：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）他励：激磁电流较稳定；并励：激磁电流随电枢端电压而变；串励：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复励：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。

直流电机的基本工作原理及结构

0
A
If0 I f I fN F f 0 IN
1.3.2 直流电机负载时的负载磁场
直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。
右图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。
假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况，电枢磁动势为交轴磁动势。
电枢磁场磁通密度分布曲线
主磁场的磁通密度分布曲线
两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁
通密度分布曲线
Bx
B0x
B ax
由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：
1)、使气隙磁场发生畸变
空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削
当电枢旋转到右图所示位置时
原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。
与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
直流电动机的工作原理示意图:
换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。
产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。
1.5.2 换向的电磁理论
换向元件中的电动势：
自感电动势 e和L 互感电动势 eM：换向元件（线圈）在换向过程
二、直流电动机工作原理

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

直流电机原理详解

一、概述1、缺点：与异步电动机比较，直流电动机结构复杂，使用维护不方便，而且要用直流电源。

2、优点：（1）调速性能好，调速范围广，易于平滑调节（2）起动制动转矩大，易于快速起动、停车。

（3）易于控制。

3、应用：（1）轧钢机、电气机车等调速范围大的大型设备。

（2）用蓄电池作电源的地方，如汽车拖拉机等。

二、工作原理1、工作原理注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。

电刷压在换向片上。

由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。

由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。

2、直流电机的构成:定子、转子、机座.1）转子（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。

2）定子：包括永磁式和励磁式。

永磁式由永久磁铁做成；励磁式则是在磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。

三、电枢电动势及电压平衡关系1、电枢中的感应电动势电枢通入电流后产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。

通电线圈在磁场中转动，又会在磁场中产生感应电动势（E）。

根据右手定则，E与原通入的电流方向相反，其大小为：E=KEΦn其中：E（伏）：反电动势；KE：与电机结构有关的常数；Φ（韦伯）：磁通； n（转/分）：电动机的转速2、电枢绕组中电压的平衡关系如右图所示，U=E+IaRa （U：外加电压；Ra：绕组电压）从上面两个式子可知：（1）电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，要改变E，只能改变Φ或n。

（2）若忽略绕组中的电阻Ra，则U≈E=KEΦn。

可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变Φ可调速。

四、电磁转矩1、电磁转矩的概念公式：T=KTΦIa（N/m）：KT：与线圈有关的常数；Φ（韦伯）：线圈所处位置的磁通；Ia（安培）：电枢绕组中的电流由转矩公式可知：（1）产生转矩必须有励磁磁通和电枢电流；（2）改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向均可以改变电机的旋转方向。

直流电机的基本工作原理和结构

直流电机的基本工作原理和结构现在行驶在马路上的电动汽车越来越多了，大家考虑过电动汽车的动力源是什么呢？还有现在逐渐走进大众视野的无人机，无人机是由什么驱动的呢？想必大家心中都已经有了答案：它们都是由直流电机驱动。

其实直流电机的应用非常广泛，小到电动玩具，大到各种加工机床都有直流电机的身影。

直流电机是电机的主要类型之一，它的主要特点是使用直流电。

一、直流电机的基本工作原理直流电机是直流发电机和直流电动机的统称。

直流发电机是由原动机带动转子旋转，将机械能转换成直流电能，进而对负载供电。

直流电动机是外施直流电源在定、转子上，进而转子旋转带动同轴负载运转，将直流电能转化成机械能。

下图1是直流发电机的工作模型。

图1 直流发电机的工作模型图1中N、S是两个在空间固定不动的磁极，可以是永久磁铁，也可以是电磁铁；abcd是一个装在可以转动的铁磁圆柱体（转轴）上的线圈，合称为电枢，也就是电机的转子；线圈的首、末端分别连接到与电枢同轴旋转的两个圆弧形的铜片上，称为换向片，换向片之间及换向片与转轴之间是相互绝缘的；A和B是两个与换向片相接触，但空间上静止不动的铜片，称为电刷。

从电刷A、B引出即可对负载供电。

当原动机拖动电枢，也就是转子，以转速n恒速旋转时，导体ab和cd切割磁力线而感应电动势，其方向可用右手定则确定。

整个线圈的电势方向是e dcba，即从d到a。

此时如果在电刷之间接上负载，就有电流产生，为负载供电。

当电枢转过180°时，线圈abcd中感应电动势的方向为e abcd,即从a到d。

因为电刷的原因，因而流过外部负载的电流方向不变，所以说发电机发出的是直流电。

根据以上两个特定位置的分析，可以得出直流发电机以下几个结论：（1）在电枢线圈内的感应电动势e a及电流i a都是交流电，通过换向片及电刷的整流（交流变直流）作用才变成外部两电刷间的直流电动势，使外部电路得到方向不变的直流电流；（2）发电机电枢线圈中的感应电动势e a与其电流i a的方向始终一致；（3）虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，但从空间上看N极与S极下的电枢电流的方向不变，因此由电枢电流所产生的磁场在空间上是一个恒定不变的磁场；（4）电枢绕组电流与磁场相互作用产生电磁力f。

第二章直流电动机

把电枢外圆展开成直线，为分析气隙的磁动势画出. 如图+x O x 闭合回路。忽略铁心部分所需的磁压降，则消耗在x点处每个气隙上的电枢磁动势为
Nia 1 2x Fa ( x) Nia x Ax 2 πDa πDa
。
Nia 1 2x Fa ( x) Nia x Ax 2 πDa πDa
式中 ——电枢表面单位长度上的安培导体数； ia导体的电流；N电枢总导体数；Da电枢的直径。
Nia A πDa
电枢磁场沿气隙的磁通密度分布为
Ba ( x) 0 H a 0 Fa

0
Ax

Ba ( x) 0
Ax

Fa ( x) Ax
2.3.3 电枢反应
直流电机电枢磁动势对励磁磁场的影响，称为电枢反应 1、使气隙磁场发生畸变，物理中性线偏离。 2、电枢反应有一定的去磁作用。
2. 换向的基本概念直流电机工作作时，电抠绕组各元件不断地从一个支路，换入另一个支路，元件中的电流也不断地改变方向，过程叫做换向。
磁通密度不为为零
磁通密度为零
空载磁场
负载磁场
常用的改善换向方法有两种：加装换向磁极和移动电刷
1、加装换向磁极: 换向极绕组与电枢绕组串联，产生的磁动势与电枢反应磁动势方向相反，
2.1 直流电机的工作原理
2.1.1 直流电动机的工作原理
直流电动机组成： NS磁极、绕有线圈的圆柱体电枢、换向器、电刷
电刷和换向器
把转动的电枢与外部固定的电源连接在一起。产生方向不变的电磁转矩使电机连续转动。将输入的直流电能变换为机械能输出。
2.1 直流电机的工作原理

第一篇直流电机一.直流电机(DCMachines)概述

第一篇直流电机一. 直流电机(DC Machines)概述直流电机是电机的主要类型之一。

直流电机可作为发电机使用，也可作为电动机使用。

用作发电机可以获得直流电源，用作电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。

直流电机的用途:作电源用:发电机；作动力用:电动机；信号的传递:测速发电机,伺服电机作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能信号传递:直流测速发电机将机械信号转换为电信号信号传递-直流伺服电动机将控制电信号转换为机械信号二. 直流电机的优缺点1.直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。

2.直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。

3.直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。

4.由于存在换向器，其制造复杂，成本较高。

第1章直流电机的工作原理和结构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。