直流电机的感应电动势与电机结构
直流电动机构成及工作原理
直流电动机构成及⼯作原理⼀、直流电动机构成直流电动机由定⼦和转⼦两⼤部分组成。
（⼀）、定⼦部分：1) 机座机座⼀般⽤导磁性能较好的铸钢件或钢板焊接⽽成。
机座有两⽅⾯的作⽤：⼀⽅⾯起导磁作⽤，作为电机磁路的⼀部分。
另⼀⽅⾯起安装、⽀撑作⽤。
2) 主磁极主磁极通⼊直流励磁电流，产⽣电机⼯作的主磁场，它由主磁极铁⼼和励磁绕组组成。
主磁极铁⼼为电机磁路的⼀部分，主磁极绕组的作⽤是通⼊直流电产⽣励磁磁场。
3) 换向磁极换向磁极是位于两个主磁极之间的⼩磁极，⼜称为附加磁极，其作⽤是产⽣换向磁场，改善电机的换向。
它由换向磁极铁⼼和换向磁极绕组组成。
4) 电刷装置电刷装置的作⽤是通过电刷与换向器的滑动接触，把电枢绕组中的电动势（或电流）引到外电路，或把外电路的电压、电流引⼊电枢绕组。
（⼆）、转⼦(电枢)：直流电动机的转⼦⼜称电枢，它是产⽣感应电动势、电流、电磁转矩⽽实现能量转换的部件。
1) 电枢铁⼼电枢铁⼼是直流电动机主磁路的⼀部分，在铁⼼槽中嵌放电枢绕组。
电枢铁⼼⼀般采⽤硅钢⽚叠压⽽成。
2) 电枢绕组电枢绕组的作⽤是通过电流产⽣感应电动势和电磁转矩实现能量转换。
3) 换向器换向器的作⽤是将电枢中的交流电动势和电流转换成电刷间的直流电动势和电流，从⽽保证所有导体上产⽣的转矩⽅向⼀致。
4) 转轴转轴作⽤是⽤来传递转矩。
为了使电机能可靠地运⾏，转轴⼀般⽤合⾦钢锻压加⼯⽽成。
5) 风扇风扇⽤来降低运⾏中电机的温升。
⼆、直流电动机的⼯作原理直流电动机的⼯作原理如下：如下上图所⽰为最简单的直流电动机的原理图。
其换向器是由⼆⽚互相绝缘的半圆铜环（换向⽚）构成的，每⼀换向⽚都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷A、B相接触。
若电刷A是正电位，B是负电位，那么在N极范围内的转⼦绕组ab中的电流从a流向b，在S极范围内的转⼦绕组cd中的电流从c流向d。
转⼦载流导体在磁埸中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，如图中ab边受⼒⽅向是向左，⽽cd则向右。
直流电机的感应电动势与电机结构
1.8 直流发电机
他励发电机的运行特性
一、空载特性
定义:当n C1 、 I 0 时， U f(I f )
空载时 U Ea 空载特性实质上就是 Ea f ( I f ) 。 所以空载特性曲线的形状与空载磁 化特性曲线相同。 直流发电机的空载特性是非线 性的的，上升与下降的过程是不相 同的。实际中通常取平均特性曲线 作为空载特性曲线。
T T2 T0
式中，T为电磁转矩，T2为轴上所带生产机械的转矩，T0为电动机空载 损耗转矩。
（3）功率平衡方程式
直流电动机稳态运行的基本关系式
将电压平衡方程两边同乘以电枢电流Ia，得到：
UIa=EaIa+ Ia2Ra
可以写成：
P 1 P em pcua
——电磁功率； ——电枢回路的铜损耗。
0
Ia
并励直流电动机的工作特性
3、效率特性
定义：当
f (I a ) U UN 、 I I fN 时，
由方程式可得
p Fe pmec pCuf pCua P2 p 100% (1 ) 100% (1 ) 100% P P U (I a I f ) 1 1
额定负载时的转速降 nN 对额定转速 n N 的比值用百 分数表示时称为额定转速变化率：
n N n0 n N n N % 100% 100% nN nN
中小型他励直流电动机的 n N % 为5%~10%。
2.人为机械特性
使用直流电动机时，其固有机械特性往往不能满足要 求，这时可改变电源电压U、每极磁通Φ和电枢回路串接 的附加电阻Rsa三个量中的某个量，从而改变电动机的机 械特性，如此得到的机械特性称为人为机械特性。 注意：只讨论改变其中一个量，其他值在额定条件下的人 为机械特性。
第1章 直流电动机基本理论及结构
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1.1 直流电动机的原理与结构
电动机铭牌上所标的数据为额定数据.具体含义有以下几点。 电动机铭牌上所标的数据为额定数据 具体含义有以下几点。 具体含义有以下几点 1.型号 型号 电动机的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯 数字表示。 数字表示。 2.直流电动机的额定值 直流电动机的额定值 (1)额定功率 N是指电动机在额定状态下运行时轴上输出的 额定功率P 额定功率 机械功率.又称为额定容量 又称为额定容量(W) 机械功率.又称为额定容量(W) 。它等于额定电压和电流的 乘积再乘上电动机的效率. 乘积再乘上电动机的效率 (2)额定电压 N是指电动机寿命期内安全工作的最高电压 额定电压U 额定电压 (V). (3)额定电流 N是指电动机轴上带有额定机械负载时的输人 额定电流I 额定电流 电流(A). 电流 (4)额定转速 N是指在额定电压、额定电流和额定输出功率 额定转速n 额定转速 是指在额定电压、 的情况下电动机运行时的旋转速度(r/min) . 的情况下电动机运行时的旋转速度
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1. 2 直流电动机电枢绕组
1.2.2 电枢绕组的基本要求及绕制规则
对电枢绕组的基本要求是:一方面能够产生足够大的电动势 对电枢绕组的基本要求是 一方面能够产生足够大的电动势. 一方面能够产生足够大的电动势 通过一定大小的电流.产生足够的转矩 产生足够的转矩;另一方面要尽可能节 通过一定大小的电流 产生足够的转矩 另一方面要尽可能节 约材料.结构简单 结构简单。 约材料 结构简单。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 元件边放在槽内.能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘ 能切割磁力线产生感应电动势.称为“‘有 元件边放在槽内 能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘有 效边” 端接线放在槽外 不切割磁力线.仅作为连接线使用 端接线放在槽外.不切割磁力线 仅作为连接线使用。 效边”;端接线放在槽外 不切割磁力线 仅作为连接线使用。 为了便于嵌线.每个元件的一个边放在某一个槽的上层 每个元件的一个边放在某一个槽的上层.称为 为了便于嵌线 每个元件的一个边放在某一个槽的上层 称为 上层边.另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。 另一个边则放在另一个槽的下层.称为下层边 上层边 另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。绘图 为了表达清晰.将上层边用实线表示 时.为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。
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。
1.1直流电机的工作原理和结构
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。
电机电动势公式
电机电动势公式
1. 电机感应电动势的基本公式。
- 对于直流电机，感应电动势公式为E = C_evarPhi n。
- 其中E为感应电动势，C_e是电动势常数，它与电机的结构有关（对于已经制造好的电机，C_e是一个定值），varPhi是每极磁通，n是电机的转速。
- 对于交流电机（以同步电机为例），感应电动势的有效值公式为E =
4.44fNk_wvarPhi。
- 这里E是感应电动势有效值，f是电源频率，N是定子绕组每相串联匝数，k_w是绕组系数（它考虑了电机绕组分布和短距对感应电动势的影响），varPhi 是每极磁通。
- 对于异步电机，感应电动势公式与同步电机类似，
E_1=4.44f_1N_1k_w1varPhi_m。
- 其中E_1是定子绕组感应电动势，f_1是定子电源频率，N_1是定子绕组每相串联匝数，k_w1是定子绕组系数，varPhi_m是气隙主磁通幅值。
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
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。
高中物理-直流电机的基本原理与结构课件
5.额定转速nN：指电动机在额定电压和额定负载时的旋转速度。 6.电动机额定效率ηN：指直流电动机额定输出功率PN与电动机额定输人 功率P1＝UNIN比值的百分数。
第十三页，编辑于星期五：十一点 十五分。
第十四页，编辑于星期五：十一点 十五分。
P2=Pem-PFe-Pm-PS=Pem-P0=P1-∑P
〔3-8〕
第二十一页，编辑于星期五：十一点 十五分。
4．直流电动机的效率为
一般中小型直流电动机的效率在75％－85％之间，大 型直流电动机的效率在85％－94％之间。
第二十二页，编辑于星期五：十一点 十五分。
5．他励直流电动机的功率平衡关系可用功率流程图来表示， 如图3-1l所示。
空载损耗P0
P0=Pm+PFe
(3－5)
直流电动机总损耗∑P为
∑P=Pm+PFe+Pcu+Ps
2．直流电动机输人的电功率为
P1=UI=UIa=〔Ea+IaRa〕Ia=EaIa+Ia2Ra=Pem+ Pcua
上式说明：输入的电功率一局部被电枢绕组消耗〔电枢铜损〕一局部
转换成机械功率。
3．直流电动机输出的机械功率为
第二页，编辑于星期五：十一点 十五分。
工作原理：电枢由原动机拖动，以恒定 转速按逆时针方向旋转，当线圈有效边ab和 cd切割磁力线时，便在其中产生感应电动势， 通过换向器和电刷的作用，使线圈产生的交 变电动势变为电刷两端方向恒定的电动势， 保持外电路的电流按一定方向流动。
第三页，编辑于星期五：十一点 十五分。
第十九页，编辑于星期五：十一点 十五分。
电机与电气控制技术 第2版 第1章教学检测及答案
第1章教学检测及答案一、填空题1. 直流发电机的工作原理是基于（电磁感应）原理，直流电动机的工作原理是基于（电磁力）定律。
2. 电磁力与转子半径之积即为（电磁转矩）3. 直流电机主磁极的作用是产生恒定、有一定空间分布形状的气隙磁通密度。
主磁极由（主磁极铁心和放置在铁心上的励磁绕组）构成。
4. 主磁极上的线圈是用来产生主磁通的，称为（励磁绕组）。
5. （电刷装置与换向片）一起完成机械整流，把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变换为电枢中的交流。
6. 在电机中每一个线圈称为一个（元件），多个元件有规律地连接起来形成（电枢绕组）。
7. 电刷位于几何中性线上时的电枢反应特点为（电枢反应使气隙磁场发生畸变）和（对主磁场起去磁作用）。
8. 直流电机的感应电动势与（电机结构、每极气隙磁通和电机转速）有关。
9. 制造好的直流电机其电磁转矩仅与（电枢电流和每极气隙磁通成正比）。
10. 他励直流电动机的制动有（能耗制动、反接制动和回馈制动）三种方式。
11.反接制动分为（电压反接制动和倒拉反转反接制动）两种。
二、判断题（对的画√，错的画×）1. 直流发机的电枢线圈内部的感应电动势是交变的。
（√）2. 直流电动机获得反转的方法是改变磁场极性同时改变电源电压的极性使流过导体的电流方向改变。
（×）3. 电磁转矩阻碍发电机旋转，是制动转矩。
原动机必须用足够大的拖动转矩来克服电磁转矩的制动作用，以维持发电机的稳定运行。
此时发电机从原动机吸取机械能，转换成电能向负载输出。
（√）4. 电动机的电枢电动势是一反电动势，它阻碍电流流入电动机。
直流电动机要正常工作，就必须施加直流电源以克服反电动势的阻碍作用，把电流送入电动机。
此时电动机从直流电源吸取电能，转换成机械能输出。
（√）5. 无论发电机还是电动机，由于电磁的相互作用，电枢电动势和电磁转矩是同时存在的, 电动机的电枢电动势是一正向电动势。
（×）6. 换向极用来改善直流电机的换向，电机均应安装换向极。
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
直流电机的运行特性
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 性曲线饱和与未饱和的转折点,又称 为膝点。
0
I fN
If0 If F f 0 IN
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。
I Ia
U
G
I Ia
If
Uf
2、并励： 电机的励磁绕组与电枢 绕组并联。且满足
3、串励： 励磁绕组与电枢绕组串联。 满足
Ia = I+ I f
Ia = I f = I
I
U
Ea
I
U
If
If
Ia
Ea Ia
4、复励：
并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕 组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。
T1 Tem T0
功率平衡方程
励磁铜损 耗
铁损,包括 磁滞和涡 流损耗 机械损耗
电枢的 铜损耗
附加损耗
3、他励直流电发电机的运行特性
3个主要物理量： 电枢端电压U 励磁电流If 负载电流I=Ia
运行特性即：3个量，保持其中1个不变，其余2 个物理量之间的关系。
(1) 空载特性
3 改善换向的主要方法：
装置换向磁极 安装换向磁极是目前改 善换向的有效方法。其 基 本 原理 是利 用 换向 磁 极产生的磁动势方向与 电枢反应磁动势的方向 相反，大小略大于电枢 反 应 磁动 势 。 这 就使 换 向磁动势可以抵消电枢 反应磁动势，剩余的换 向磁动势产生的磁通会 在换向元中产生感应动 势，其方向正好与电抗 电势相反，迭加的结果 可抵消。从而消除火花， 改善换向。
直流电动机的构造及工作原理
直流电动机的构造及工作原理一、直流电动机的构造1. 定子（Stator）：定子是直流电动机的固定部分，通常由一组电磁线圈、铁芯和前后两个端盖组成。
它的主要任务是产生磁场，使转子能够旋转。
2. 转子（Rotor）：转子是直流电动机的旋转部分，通常由导体线圈和铁芯组成。
它的主要任务是受到磁场的作用旋转，并将机械能输出。
转子通常由一个或多个定子通电线圈组成，其中每个线圈都有一个导电部分和一个绝缘部分。
导电部分通常由电刷和电刷支架连接到外部电源。
3.磁极：磁极是电动机中产生磁场的部分，由定子和转子中的磁场磁极组成。
定子磁极通常由磁铁或电磁线圈组成，它提供了一个恒定的磁场。
4.电刷和电刷支架：电刷是转子中导电部分的接触点，用于与电刷支架上的电源连接。
电刷支架固定在电机机壳上，起到支撑电刷和导电部分的作用。
5.机壳：机壳是直流电动机的外壳，通常由金属材料制成，用于保护电机的内部组件。
机壳也起到散热和接地保护的作用。
二、直流电动机的工作原理1.洛伦兹力：当一根导体通过有电流的磁场时，它会受到一个叫做洛伦兹力的力，其大小和方向由右手螺旋定则确定。
根据洛伦兹力原理，当导体（转子）通电并置于一个磁场中时，会受到洛伦兹力的作用，导致导体（转子）开始旋转。
2.法拉第电磁感应定律：根据法拉第电磁感应定律，当一条导体（转子）以一定速度旋转于一个磁场中时，导体两端会产生感应电动势。
这个感应电动势的方向与导体的运动方向以及磁场的方向有关。
根据斯托克斯定律，感应电动势会产生一个与导体运动方向相反的电流，这也被称为倒发电。
在直流电动机中，当电流通过定子线圈时，由电流生成的磁场产生磁力，作用于转子导体上，使其旋转。
同时，当转子旋转时，导体与磁场之间的相对运动会导致感应电动势的产生，反过来又产生一个反向的电流，这个电流又会与磁场相互作用，增强或减弱转子的旋转，从而实现了电能到机械能的转换。
总之，直流电动机通过电磁力和感应电动势的相互作用实现电能到机械能的转换。
电机的原理与结构
电机的原理与结构一、电机的基本原理电机是将电能转化为机械能的装置，其基本原理是根据洛伦兹力和法拉第电磁感应定律。
当通电导体在磁场中运动时，会受到一个垂直于导体和磁场方向的力，这就是洛伦兹力。
而法拉第电磁感应定律则说明了当导体在磁场中运动时，会在导体两端产生感应电动势。
利用这两个原理，可以设计出各种类型的电机。
二、直流电机的结构与工作原理直流电机由定子和转子组成。
定子上有若干个线圈，称为励磁线圈或者绕组。
转子上有若干个通电导体，称为绕组或者换向器。
当励磁线圈通以直流电流时，在定子内产生一个恒定的磁场。
当转子中的绕组通以直流电流时，在绕组内也会产生一个磁场。
由于转子中的绕组与定子内的磁场相互作用，因此会受到洛伦兹力而旋转。
同时，在绕组内也会产生感应电动势，这样就形成了自激励的闭环，使得电机能够持续运转。
三、交流电机的结构与工作原理交流电机由定子和转子组成。
定子上有若干个线圈，称为励磁线圈或者绕组。
转子上有若干个通电导体，称为绕组或者换向器。
当交流电源接通时，定子中的线圈就会在交变磁场中产生感应电动势，并且产生一个旋转磁场。
由于转子中的绕组与旋转磁场相互作用，因此会受到洛伦兹力而旋转。
同时，在绕组内也会产生感应电动势，这样就形成了自激励的闭环，使得电机能够持续运转。
四、步进电机的结构与工作原理步进电机是一种特殊类型的电机，其结构比较简单，只有两个部分：定子和转子。
定子上有若干个线圈，称为相（phase），每个相之间呈90度相位差。
而转子则是由多个磁极组成。
当交替通以脉冲信号时，在每个相上都会依次产生一个磁场，这样就可以控制转子按照一定角度逐步旋转。
由于步进电机的结构简单，而且可以精确控制旋转角度，因此被广泛应用于各种自动化设备中。
五、总结电机是现代工业中不可或缺的一部分，其原理和结构非常复杂。
不同类型的电机有着不同的特点和应用场景，需要根据具体情况进行选择。
在未来的发展中，随着科技的不断进步和创新，电机将会变得更加高效、智能化。
直流电机（12）直流电机的共同问题（二）直流电机的电枢反应感应电动势电..
1. 理解直流电机的磁动势和磁场2.掌握直流电机的电枢反应3.掌握直流电机电枢绕组的感应电动势4.掌握直流电机的电磁转矩本章基本要求直流电机的共同问题（二）直流电机的电枢磁动势和磁场 直流电机的电枢反应直流电机电枢绕组的感应电动势 直流电机的电磁转矩主要内容直流电机的共同问题（二）内容回顾直流电机绕组小结◆直流电机的电枢绕组总是自成闭路,为闭合绕组;◆电刷放置的一般原则是空载时正、负电刷间的电动势最大,或者说,被电刷短路的元件中的电动势为零;◆对于端接对称的元件,电刷放置在主极轴线下的换向片上,且总是与位于几何中性线上的导体相接触;内容回顾直流电机绕组小结◆电枢绕组的支路数(2a )永远是成对出现,因为磁极数(2p )是一个偶数;且至少有2条并联支路; 单叠绕组: a = p (并联支路对数恒等于电机极对数)单波绕组:a = 1(并联支路对数恒等于1)◆单叠绕组适应于较大电流、较低电压的电机;单波绕组适用于较高电压、较小电流的电机。
23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场1.主磁通和漏磁通◆磁场是电机实现机电能量转换的媒介;◆主极磁场由永久磁铁或励磁绕组通入直流电流产生;◆空载时电机中的磁场分布是对称的。
0f f I F s ìF -ïï F íïF -ïïî主磁通，经气隙进入电枢。
主极漏磁通(15-25%)φ0不进入电枢,只增加磁极的饱和程度。
内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场主磁通路径：气隙→电枢齿→电枢轭→电枢齿→气隙→主磁极→定子轭→主磁极→气隙。
内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场直流电机空载时的磁场分布内容回顾23.4 直流电机的磁动势和磁场一、空载时的主磁场2.气隙主极磁场的分布◆磁动势: 磁极范围内,励磁磁势大小相同。
◆磁密波形: 空载时的气隙磁通密度为平顶波。
《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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直流电动机稳态运行的基本关系式
他励直流电动机的功率流程图
并励直流电动机的功率平衡方程式
P 1 P 2 pcuf pcua p Fe pmec P 2 p
p pcuf pcua pFe pmec ——并励直流电动机 式中， 的总损耗。
直流电动机
并励直流电动机的工作特性
将转矩平衡方程两边乘以机械角速度Ω，得
T T2 T0
可写成
Pem P2 p0 P2 pmec pFe
式中， 耗 p Fe
Pem T ——轴上输出的机械功率； P2 T2
p0 T0
——电磁功率；
——空载损耗，包括机械损耗
pmec
和铁损
由前述功率方程可以作出并励直流电动机的功率流 程图：
2）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的平 均转矩：
电枢绕组的感应电动势与电磁转矩
3）电机总的电磁转矩则为：
Ia D I a 2 p T Bav l N l N 2 a 2 l 2 a 2 pN I a CT I a 2a
pN 式中： CT 2a
是一个常数，称为转矩常数，
式中，
P 1 UI a ——电动机从电源输入的功率；
Pem Ea I a
2 pcua I a Ra
又，
Pem E a I a
pN pN 2a nI a I a T 60 a 2a 60
式中，
2n 60
——电动机的机械角速度，单位为弧度/秒。
直流电动机稳态运行的基本关系式
空载损耗为不变损耗，不随负载电流 变化，当负载电流较小时效率较低，输入 功率大部分消耗在空载损耗上；负载电流 增大，效率也增大，输入的功率大部分消 耗在机械负载上；但当负载电流增大到一 定程度时铜损快速增大此时效率又变小。 如图所示。
1.6.1 直流电动机稳态运行的基本关系式
如图，并励直流电动机的示意图。接通直流电源时，励磁 绕组中流过励磁电流If，建立主磁场，电枢绕组流过电枢电流 Ia，电枢旋转时，电枢导体又切割气隙磁场，产生电枢电动势 Ea，其方向与Ia相反，称反电动势。
直流电动机稳态运行的基本关系式
图1.25 并励直流电动机
第 1 章 直流电机
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
直流电机的工作原理 直流电机的结构和额定值 直流电机的电枢绕组 直流电机的电磁场 直流电机的感应电动势和电磁转矩 直流电动机 他励直流电动机的机械特性 直流发电机
电枢绕组的感应电动势
电枢绕组的感应电动势是指直流电机正负电刷 之间的感应电动势，也就是电枢绕组一条并联支 路的电动势。 我们可以先求一根导体的在一个极距范围内所 产生的平均电动势，再求一条支路的。 一个磁极极距范围内，平均磁密用 Bav 表示， 极距为 电枢的轴向有效长度为L ，每极磁通为 Ф，则
直流电动机稳态运行的基本关系式
当电动机稳态运行时，有几个平衡关系，分别用方 程式表示。 U=Ea+ IaRa （1）电压平衡方程式 I=Ia+If
式中，Ra为电枢回路电阻，其中包括电刷和换向器之间的接触电阻。 显然，直流电动机在电动机运行状态下的电枢电动势Ea总小于端电 压 U。
（2）转矩平衡方程式
磁转矩的大小正比与每极磁通和电枢电流。
I a 2aia 是电枢总电流，从表达式可以看出，电
电枢绕组电磁转矩
Ce ，CT 对于一个具体的电机而言，是一个常数，
并且通过换算，两者之间有一固定的关系，
CT 9.55Ce
或
CT 60 9.55 Ce 2
直流电动机 直流电动机平衡方程式
一般情况下，若额定励磁电压与电枢电压相等，他励和 并励直流电动机就无实质性区别。本章以分析并励直流电动 机为重点。
Bav
l
电枢绕组的感应电动势
一根导体的平均电动势为：
eav Bav lv
又因为：
n v 2 p 60
e av n 2 p 60
所以：
电枢绕组的感应电动势
因为一条支路里的串联总导体数 为 电枢总导体数），于是，电枢电动势为： N N n Ea eav 2 p 2a 2a 60 pN n C e n 60a
并励直流电动机的工作特性是指当电动机的端电压U=UN、励磁电流 If=IfN、电枢回路不串外加电阻时，转速n、电磁转矩T、效率η分别与电枢电流 I a之间的关系。 1、转速特性
定义：当
U UN
I 、
I fN
时， n
f (I a )
n n
由方程式可得
n
UN Ra Ia Ce Ce
pN （电动势常数） 其中 Ce 为电机的结构常数 60 a
N 2 a （N
可见，直流电机的感应电动势与电机结构、气隙 磁通及转速有关。
电枢绕组的电磁转矩
如果电动势和发电机相关，那么，电磁转矩和电动机 可以联系在一起，求解电磁转矩的过程和求解电动势是 一样的： 1）先求一根导体的平均电磁力：
f av Bav l ia
T T2 T0
式中，T为电磁转矩，T2为轴上所带生产机械的转矩，T0为电动机空载 损耗转矩。
（3）功率平衡方程式
直流电动机稳态运行的基本关系式
将电压平衡方程两边同乘以电枢电流Ia，得到：
UIa=EaIa+ Ia2Ra
可以写成：
P 1 P em pcua
——电磁功率； ——电枢回路的铜损耗。
忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性 关系变化。如图所示。
ห้องสมุดไป่ตู้
0
Ia
并励直流电动机的工作特性
2、转矩特性
定义：当
U UN
、I
I fN
时， T
em
f (I a )
转矩表达式
T CT N I a
考虑电枢反应的作用，转矩上升的速 n T 度比电流上升的慢。如图所示。
Tem
n
T2
T0
0
Ia
并励直流电动机的工作特性
3、效率特性
定义：当
f (I a ) U UN 、 I I fN 时，
由方程式可得
p Fe pmec pCuf pCua P2 p 100% (1 ) 100% (1 ) 100% P P U (I a I f ) 1 1