电机学(刘颖慧)课件第2章直流电机基本理论
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《直流电机基础》PPT课件
2
Bxldx
2
Ia 2aai
重要结论： TemCMIa
CM
pZ
2a
〔CM为转矩系数、转矩常数〕
特点： ·增加电机磁极对数p或总导体数 Z可增大电磁转矩。 TemCTIa，CT＝CM＝常数
·对他励DCCM －M60，9不.55考虑电枢反 响影响时、Ce励磁2电流恒定时，有
七、直流电机的换向
1、换向的电磁现象
〔3〕dx区间内导体所建d立 T 的T x(转D Z a矩d：)x B xlai2 Z dx
〔4T 〕主 2 2d 极 T 下Z 2 a 导i 2 2 体B xl产d 生其Z 2 x a 的中i转磁矩通：
T e m 2 p 2 T p 2 Z 2 2 a a a 2 i p a I a Z C M I a
Z 直流 F 发电机 D 电动机 W 卧式 L 立式
直流电机
O 封闭 C 船用 K 高速 Q 牵引 Y 冶金
2、直流电机的额定值：
〔1〕额定功率 PN 指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输
出功率，单位为 “W〞。当功率大于1kW或1MW时, 那么用“kW〞或“MW〞表示。
注意：
对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额 定电压和额定电流的乘积。PN＝UNIN
〔1〕电抗电动势 exeL eM L xd d ai tL x2 T iK a 〔2〕电枢反响电动势 e a ea2NyBalv
2、改善换向的方法
3、补偿绕组
B a x 0H a x 0F a(xT)
Fa xy
1
2iaNy(A),2x2
Faxy 12iaNy(A),2x32
N
N
N
几何
中性线
电机学第2章直流电机课件
2.直流电机的基本结构
图2-5 电枢上装有6个线圈 (11′到66′)的情况
2.直流电机的基本结构
图2-7 直流电机剖面图
2.直流电机的基本结构
图2-8 主磁极
2.直流电机的基本结构
图2-9 电枢铁心
2.直流电机的基本结构
图2-10 电枢线圈
2.直流电机的基本结构
图2-12 换向器
3.励磁方式
2.并励电动机的运行特性
2.并励电动机的运行特性
图2-42 并励电动机的机械特性
2.并励电动机的运行特性
2.并励电动机的运行特性
2.并励电动机的运行特性
3.串励电动机的运行特性
图2-43 串励电动机的接线图
3.串励电动机的运行特性
3.串励电动机的运行特性
图2-44 串励电动机的工作特性
图2-14 直流电机的励磁方式 a)他励式 b)并励式 c)串励式 d)复励式
4.直流电机的额定值
(1)额定功率PN 指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机 的输出功率，用千瓦(kW)表示。 (2)额定电压UN 指额定状态下电枢出线端的电压，以伏(V)表 示。 (3)额定电流IN 指电机在额定电压下运行、输出功率为额定功 率时，电机的线电流，以安(A)表示。 (4)额定转速nN 指额定状态下运行时转子的转速，以转/分(r/mi n)表示。
2.单叠绕组
2.单叠绕组
图2-19 单叠绕组展开图(2p=4,S=K= =16)
2.单叠绕组
图2-20 图2-19所示瞬间电枢绕组的电路图
3.单波绕组
3.单波绕组
图2-21 单波绕组的展开图(2p=4, =S=K=15) a)部分展开图 b)全部展开图
3.单波绕组
直流电动机的原理及特性PPT课件
a)—电枢铁心 冲片
b)—电枢铁心
第8页/共73页
2.1.1 基本机构——2.转子部分
（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—槽楔 2—线圈绝缘 3—导体 4—层间绝缘 5—槽绝缘 6—槽底绝缘
第2章 直流电动机的原理及特性
• 知识点：直流电动机与交流电动机的比较 直流电动机比交流电动机结构复杂、价格高、维修繁
琐；但起动转矩大，起动和制动性能优良、可平滑调速。
第1页/共73页
2.1 直流电动机的基本结构和工作原理
2.1.1 基本结构 组成：定子+转子+气隙
第2页/共73页
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图2.1 小型直流电机的结构图
第25页/共73页
第26页/共73页
2.2 直流电机的电枢绕组
23 . 感. 1应.电1动 势单的叠方 向绕判 断组
4.电刷组数=主磁极的个数 5.电刷的位置
正负电刷之间得到最大的感应电动势，或被电刷短路的元件中感应电动势最小。 电刷的中心线应对准主磁极的中心线（几何中心线位置）。
第27页/共73页
（3）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。
换向极与电枢绕组相串 联，流过电枢电流，绕 组匝数少而导线粗。
第6页/共73页
1—换向极铁心 2—换向极绕组
2.1.1 基本机构——1.定子部分
（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。
从电源输入电能，通过电磁感应转换成机械能从轴上输出 而带动生产机械转动。
第2章 直流电机-电动机
电机学 Electric Machinery
（第2章 直流电机－电动机）
2006.3
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
直流电动机的基本特性和直流电力传动
➢ 直流电动机的基本方程 ➢ 直流电动机的工作特性 ➢ 直流电动机的机械特性 ➢ 直流电动机的启动 ➢ 电力传动系统稳定运行条件 ➢ 直流电动机的调速 ➢ 直流电动机的制动
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
5
二、工作特性
➢ 直流电动机 n、Tem、η＝f（P2）的关系曲线称为工作特性。 ➢ 直流电动机的工作特性因励磁方式而异，可用计算法求得，
但大多用实验方法确定。
1. 并励电动机的工作特性
并励电动机 试验接线图
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
Rj n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
15
2. 改变励磁电流调速
3. 改变端电压调速
If n
U n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
16
四、直流电动机的制动 1. 能耗制动
并励电动 机能耗制 动接线图
U CEΦn Ia Ra Ia RL
Ia
CEΦn Ra RL
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
9
三、机械特性 n=f(Tem)
n
U
Ia (Ra CEΦ
Rj)
U CEΦ
Ra Rj CECTΦ2
Tem
Rj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。 Rj =0时为自然机械特性，Rj≠0为人工机械特性。
1. 并励电动机
n n0 k jTem
（第2章 直流电机－电动机）
2006.3
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
直流电动机的基本特性和直流电力传动
➢ 直流电动机的基本方程 ➢ 直流电动机的工作特性 ➢ 直流电动机的机械特性 ➢ 直流电动机的启动 ➢ 电力传动系统稳定运行条件 ➢ 直流电动机的调速 ➢ 直流电动机的制动
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
5
二、工作特性
➢ 直流电动机 n、Tem、η＝f（P2）的关系曲线称为工作特性。 ➢ 直流电动机的工作特性因励磁方式而异，可用计算法求得，
但大多用实验方法确定。
1. 并励电动机的工作特性
并励电动机 试验接线图
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
Rj n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
15
2. 改变励磁电流调速
3. 改变端电压调速
If n
U n
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
16
四、直流电动机的制动 1. 能耗制动
并励电动 机能耗制 动接线图
U CEΦn Ia Ra Ia RL
Ia
CEΦn Ra RL
《电机学》第2章 直流电机——直流电动机特性与传动
9
三、机械特性 n=f(Tem)
n
U
Ia (Ra CEΦ
Rj)
U CEΦ
Ra Rj CECTΦ2
Tem
Rj为串入电枢回路的调节电阻，用于改变机械特性的形状。 Rj =0时为自然机械特性，Rj≠0为人工机械特性。
1. 并励电动机
n n0 k jTem
电机学(第三版)第二章 直流电机
2 P UI I a Ra UI f em
P EI a em
机械输入功率
P P pmec pFe p来自d P p0 1 em em
P P2 pCua pCuf pmec pFe pad 1 P2 pCu p0 P2 p
I
电压变化率
U U N U 0 100% U0
4.调节特性: n=常数、U=常 数时，If=f(I)
直流电机总体结构
长沙理工大学电气工程学院
主磁极
长沙理工大学电气工程学院
换向极
长沙理工大学电气工程学院
机 座
长沙理工大学电气工程学院
电枢铁芯及绕组
长沙理工大学电气工程学院
电枢绕组在槽中的绝缘情况
长沙理工大学电气工程学院
换向器
长沙理工大学电气工程学院
电刷装臵
长沙理工大学电气工程学院
直流电机的额定值
长沙理工大学电气工程学院
电枢绕组在槽内的放臵
长沙理工大学电气工程学院
单叠绕组的连接
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D a 2 p或 Z i 2 p
Z 整数 y 2p
i 1
y y 叠绕组 y 0
1 2 2
y
波绕组的 y 0
2
长沙理工大学电气工程学院
单叠绕组－展开图
Bavl
（1）
n （ 5） v 2 p 60
故式（2）最终可改写为
（4 ）
E
令
Na / 2 a
k 1
ek lv
Na / 2 a
k 1
B ( x)
（ 2）
pN a E n C E n 60a
P EI a em
机械输入功率
P P pmec pFe p来自d P p0 1 em em
P P2 pCua pCuf pmec pFe pad 1 P2 pCu p0 P2 p
I
电压变化率
U U N U 0 100% U0
4.调节特性: n=常数、U=常 数时，If=f(I)
直流电机总体结构
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主磁极
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换向极
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机 座
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电枢铁芯及绕组
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电枢绕组在槽中的绝缘情况
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换向器
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电刷装臵
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直流电机的额定值
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电枢绕组在槽内的放臵
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单叠绕组的连接
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D a 2 p或 Z i 2 p
Z 整数 y 2p
i 1
y y 叠绕组 y 0
1 2 2
y
波绕组的 y 0
2
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单叠绕组－展开图
Bavl
（1）
n （ 5） v 2 p 60
故式（2）最终可改写为
（4 ）
E
令
Na / 2 a
k 1
ek lv
Na / 2 a
k 1
B ( x)
（ 2）
pN a E n C E n 60a
《电机学》课件 第二章直流电机6
1）此时电动机的转速是多少（磁路不饱和） 2）发电机额定运行时的电磁转矩是多少 3）电动机运行时的电磁转矩是多少
直流电动机的起动、调速和制动
例3：两台完全相同的并励直流电机，同轴相联，并接于230V的 电网上，空载运行，在1000r/min时，空载数据如下： 现已知电机A的励磁电流为1.4A，B的为1.3A。电枢回路总电阻 为0.1Ω,转速为1200r/min，忽略电枢反映的影响，试问：
If/A U0/V
1.3 186.7
1.4 195.9
1）哪台是发电机，哪台是电动机？ 2）两机的总机械损耗和铁耗是多少？ 3）只调节励磁电流是否可改变两机的运行状态（保持转速不变） 4）是否可以在两机在1200r/min时都为发电机或电动机运行？
直流电动机的起动、调速和制动
例4：一台他励直流发电机由一台并励直流电动机拖动发电，它 们的额定数据为：发电机：Pn=19kW,Un=230V,nN=1450r/min, η=85%, Ufn=220V，Ifn=2.0A，ra=0.177Ω,2ΔUb=2V。电动机： Pn=22kW,Un=220V,nN=1450r/min,η=86%, Ifn=3.82A， ra=0.107Ω,2ΔUb=2V。
直流电动机的起动、调速和制动
例1：一台并励直流电动机，Pn=10kW,Un=220V,nN=1000r/min, η=83%,Ra=0.283Ω,2ΔUb=2V,Ifn=1.7A。设负载总转矩Tl恒定， 在电枢回路串入一电阻使转速降低到500r/min，试求：
1）电枢电流
2）电枢回路串入调节电阻的大小
Ia U E Ra
产生很大的与旋转方向相反 的电磁转矩，使电机制动。
反接制动时，会产生很大的冲击电流，因此电枢回路中应串 入适当的电阻，限制电流；当电机转速降低到零时，应把电 源切除，否则电机将反转。
《直流电机》PPT课件 (2)
直流电机的元件嵌放在电枢铁心的槽中，为了便 于嵌线，每个元件的一个元件边放在某一槽的上 层(称为上元件边)，另一个元件边则放在另外一 槽的下层(称为下元件边).
元件数S=换向片数K =电枢槽数Z
绕组的连接方式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、 复波绕组、蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）
极距 ： 一对磁极在电枢表面所跨过的距离。
励磁绕组：各个主极上的励磁线圈组成励磁绕组， 各主极的励磁线圈常用串联方式联接，这样可以保 证各主极线圈的电流一致。主磁极在电机中总是成 对出现，其极性沿圆周是 N, S交替排列，因此串 联时，相邻两主磁极线圈中电流环绕的方向是相反 的。
2.换向 极 容量大于1kw 的直流电机，在 相邻两主磁极之间装设换向极， 它的作用是改善换向。换向极 形状比较简单，因此常用厚钢 板制成。有些电机的换向极也 要求用钢片绝缘后叠装而成。 换向极上装有换向极绕组，一 般由粗的扁铜线绕成，只有几 匝，换向极绕组总是与电枢绕 组串联的。
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。
1.2.2 直流电动机工作原 理
产生力矩的两个必要条件
f Bi l sin( )N
①有磁场存在
励磁绕组通电流
②导体中有电流
电枢绕组加电压
作用在线圈上的电磁转矩为
T f D N.m
2
电磁转矩就是直流电动机 的驱动转矩。
直流电动机工作原理
N
＋
U
－
S
N
＋
U
－
S
线圈边切割磁力线会产生什么？
电磁关系
直流电
交流电
流
换向 流
直流电机的基础知识ppt课件
组平行于固有机械特性的直线。
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减弱磁通的人为机械特性 返回
电枢电压为额定值，电枢回路不串电阻，励磁回路串入调节电阻使磁通Φ减 弱。减弱磁通Φ的人为机械特性方程为
n
UN Ce
Ra CeCT 2
T
其特点是理想空载转速随磁通的减弱而上升，机械特性斜率β则与励磁磁通
的平方成反比。随着磁通Φ的减弱β增大，机械特性变软。不同励磁磁通
电压平衡方程式
转距平衡方程式
功率平衡方程式
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电压平衡方程式
返回
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
U E Ia Ra
+
Ra
Ia
U
U：外加电压
Ra:绕组电阻
–
+ ME
–
以上公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变E，只能改变 或 n。 (2)若忽略绕组中的电阻Ra，则可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反
转子
磁极
励磁 绕组
淮安信息职业技术学院 8
直流电机的铭牌数据
返回
凡表征电机额定运行情况的各种数据，称为额定值。额定值一般都标
注在电机的铭牌上，所以也称为铭牌数据，它是正确合理使用电机的依 据。
额定电压 UN（ V） 在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机） 的电压。
额定电流IN （A） 在额定情况下，允许电机长期流出或流入的电流。 额定功率（额定容量）PN （kW） 电机在额定情况下允许输出的功率。 额定转速nN（r／min） 在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。 额定效率ηN 输出功率与输入功率之比，称为电机的额定效率
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减弱磁通的人为机械特性 返回
电枢电压为额定值，电枢回路不串电阻，励磁回路串入调节电阻使磁通Φ减 弱。减弱磁通Φ的人为机械特性方程为
n
UN Ce
Ra CeCT 2
T
其特点是理想空载转速随磁通的减弱而上升，机械特性斜率β则与励磁磁通
的平方成反比。随着磁通Φ的减弱β增大，机械特性变软。不同励磁磁通
电压平衡方程式
转距平衡方程式
功率平衡方程式
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电压平衡方程式
返回
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
U E Ia Ra
+
Ra
Ia
U
U：外加电压
Ra:绕组电阻
–
+ ME
–
以上公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变E，只能改变 或 n。 (2)若忽略绕组中的电阻Ra，则可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反
转子
磁极
励磁 绕组
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直流电机的铭牌数据
返回
凡表征电机额定运行情况的各种数据，称为额定值。额定值一般都标
注在电机的铭牌上，所以也称为铭牌数据，它是正确合理使用电机的依 据。
额定电压 UN（ V） 在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机） 的电压。
额定电流IN （A） 在额定情况下，允许电机长期流出或流入的电流。 额定功率（额定容量）PN （kW） 电机在额定情况下允许输出的功率。 额定转速nN（r／min） 在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。 额定效率ηN 输出功率与输入功率之比，称为电机的额定效率
电机学第二章PPT课件
功用： 是磁路的一部分；转
子槽中放置绕组
特点： 电枢旋转时被交变磁化，所以转子铁心中有铁耗。
（2）电枢绕组
功用： 感应电势，流过电流，产生电
磁力和电磁转矩，是电机能 够实现能量转换的核心部件。
构成： 由绝缘导线绕成线圈，各线圈以一定的规律焊接
在换向片上而连成一个整体。
（3）换向器
功用： 把电枢绕组内部的交流电势用
导 体 中 感 应 电 势 的 方 向： ab导 体 ：b a cd导 体 ：d c
e Blv
式中：B —导体所在处的气隙密磁度通 l — 导体的有效长度 v — 导体的线速度
v 2Rn
60
e B
2.当电枢旋转e时 随， 时间的变化规 B沿 律与 气隙的分布规律相同
规定： 从电枢进入磁极的磁
机械换接的方法转换为直流 电势。
构成： 换向器由多片彼此绝缘的换向
片组成。
§2.1.3 直流电机的额定值
一、什么是额定值？
电机生产厂家根据设计和试验数据，确定的电机 在额定运行工况时的物理量，如电压、电流、 功率、转速等等。
二、有哪些额定值？
1.额定电UN压 ，单位V） （
2.额 定 电IN， 流单 位 为 A）（
三、元件的形状与放置
1.直流电枢绕组的构成 电枢绕组是由结构形状相同的绕组元件（简称元 件）构成。
2.什么是元件？ 指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。
元件边: 每个元件两个放在槽中切割磁力线感应电动势 的有效边
端接:组元件在 电枢表面槽中的嵌 放，每个元件的一 个元件边放在某一 槽的上层另一个元 件边则放在另一个 槽的下层。
3.额定功 PN，率 单位 W或k为 W (指输出功率） 4.额 定 转 nN，速 单 位 r m为 in
子槽中放置绕组
特点： 电枢旋转时被交变磁化，所以转子铁心中有铁耗。
（2）电枢绕组
功用： 感应电势，流过电流，产生电
磁力和电磁转矩，是电机能 够实现能量转换的核心部件。
构成： 由绝缘导线绕成线圈，各线圈以一定的规律焊接
在换向片上而连成一个整体。
（3）换向器
功用： 把电枢绕组内部的交流电势用
导 体 中 感 应 电 势 的 方 向： ab导 体 ：b a cd导 体 ：d c
e Blv
式中：B —导体所在处的气隙密磁度通 l — 导体的有效长度 v — 导体的线速度
v 2Rn
60
e B
2.当电枢旋转e时 随， 时间的变化规 B沿 律与 气隙的分布规律相同
规定： 从电枢进入磁极的磁
机械换接的方法转换为直流 电势。
构成： 换向器由多片彼此绝缘的换向
片组成。
§2.1.3 直流电机的额定值
一、什么是额定值？
电机生产厂家根据设计和试验数据，确定的电机 在额定运行工况时的物理量，如电压、电流、 功率、转速等等。
二、有哪些额定值？
1.额定电UN压 ，单位V） （
2.额 定 电IN， 流单 位 为 A）（
三、元件的形状与放置
1.直流电枢绕组的构成 电枢绕组是由结构形状相同的绕组元件（简称元 件）构成。
2.什么是元件？ 指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。
元件边: 每个元件两个放在槽中切割磁力线感应电动势 的有效边
端接:组元件在 电枢表面槽中的嵌 放，每个元件的一 个元件边放在某一 槽的上层另一个元 件边则放在另一个 槽的下层。
3.额定功 PN，率 单位 W或k为 W (指输出功率） 4.额 定 转 nN，速 单 位 r m为 in
第二章直流电机ppt课件
当励磁绕组中有励磁电流， 电机带上负载后，气隙中的磁场 是励磁磁动势与电枢磁动势共同 作用的结果。电枢磁场对气隙磁 场的影响称为电枢反应。电枢反 应与电刷的位置有关。
1、当电刷在几何中性线上时， 将主磁场分布和电枢磁场分布 叠加，可得到负载后电机的磁 场分布情况，如图〔a〕所示。
淮北职业技术学院机电工程系
磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因 此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的 膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻 增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电 刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。
2、当电刷不在几何中性线上时
电刷从几何中性线偏
淮北职业技术学院机电工程系
2.1 直流电机的基本工作原理和结构
2.1.1直流电机的主要结构
主磁极
换向磁极
定子
电刷装置 机座
端盖
电枢铁心
电枢绕组
转子
换向器
转轴
轴承
2.1.2 直流电机的工作原理
一、直流发电机工作原理
右图为直流发电机的物理模型， N、S为定子磁极，abcd是固定在 可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈 连同导磁圆柱体称为电机的转子或 电枢。线圈的首末端a、d连接到两 个相互绝缘并可随线圈一同旋转的 换向片上。转子线圈与外电路的连 接是通过放置在换向片上固定不动 的电刷进行的。（动画）
单叠绕组
yy1y2
单波绕组
yy1y2
yk
换向节距 ：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。 （动画）
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2.2.2 单叠绕组
单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节
1、当电刷在几何中性线上时， 将主磁场分布和电枢磁场分布 叠加，可得到负载后电机的磁 场分布情况，如图〔a〕所示。
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磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因 此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的 膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻 增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电 刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。
2、当电刷不在几何中性线上时
电刷从几何中性线偏
淮北职业技术学院机电工程系
2.1 直流电机的基本工作原理和结构
2.1.1直流电机的主要结构
主磁极
换向磁极
定子
电刷装置 机座
端盖
电枢铁心
电枢绕组
转子
换向器
转轴
轴承
2.1.2 直流电机的工作原理
一、直流发电机工作原理
右图为直流发电机的物理模型， N、S为定子磁极，abcd是固定在 可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈 连同导磁圆柱体称为电机的转子或 电枢。线圈的首末端a、d连接到两 个相互绝缘并可随线圈一同旋转的 换向片上。转子线圈与外电路的连 接是通过放置在换向片上固定不动 的电刷进行的。（动画）
单叠绕组
yy1y2
单波绕组
yy1y2
yk
换向节距 ：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。 （动画）
淮北职业技术学院机电工程系
2.2.2 单叠绕组
单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节
第2章直流电机(一)[1]PPT课件
![第2章直流电机(一)[1]PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/fc67e2deddccda38366baf06.png)
2、额定电压U N 额定状态下电枢出线端的电压( V )。
3、额定电流 I N 在 PN、UN下,电机出线的电流( A )。
54、、额额定定励转磁速电n N流在I f
PN、UN、IN下转子的转速(
N
r
m in
)。
6、额定励磁电压 U
除此之外，还有
(仅对他励直流电机)
f N N
、T N
、 N 励磁方式等。
作用：磁路的一部分，嵌放电枢绕组。
2、电枢绕组 将许多由绝缘导线绕制成的线圈按一定 规律联结而成。
作用：产生感应电动势和通过电流，实现机电能 量转换。
3、换向器(整流子)
内蒙古工业大学
由许多换向片之间彼此绝缘 做在一个圆柱上同转子一起 转动。
发电机：将绕组中的交变电动势转换为电刷上的直流 电动势。
右行(不交叉绕组)
14 15 1 左行(交叉绕组)
可见，后一个元件紧迭在前一个元件上，取名为迭 绕组；两个大学
①极距 相邻两个磁极的中心线在电枢表面之间的距离。
弧长表示 D
2P D 是电枢直径，P 是极对数(N，S)。
槽数表示 Q
②节距
SK16 。
y1 4
y yC 1 y2 y1y3
电动机 PNUNINN 发电机 PN UNIN
内蒙古工业大学
例：一台 Z 2 型直流电动机 P N 1 6 0 k W ,U N 2 2 0 V , N 90% ,nN1500rmin， 求该电动机的输入
功率及额定电流是多少？
解： P 1 P N N 1 6 00 .9 1 7 7 .9 k W
2P
a）第一节距 y 1
同一元件的两个有效边在电枢表面上跨过的槽数。
电机学第二章直流电机(完美解析)(借鉴教学)
2.3.2 直流电机的空载磁场
➢ 磁通：空载是电机中的磁场是对称分布的，分为两部分
✓ 主磁通：经气隙、电枢、相邻主极下的气隙、主极铁芯、定 子磁轭闭合。
主磁通同时交链与励磁绕组和电枢绕组； 在电枢绕组中产生感应电动势，实现机电能量交换；
用0表示。
✓ 漏磁通：经主极间的空气或定子磁轭闭合。 不穿过气隙； 不参与机电能量交换；
直流电机主磁极与换向极
2.1.2 直流电机的主要结构部件
直流电机机座
2.1.2 直流电机的主要结构部件
直流电机电枢冲片和电枢绕组
2.1.2 直流电机的主要结构部件
直流电机换向器
2.1.2 直流电机的主要结构部件
直流电机电刷装置
2.1.3 直流电机的额定值
➢ 额定功率：PN，单位 W或kW ➢ 额定电压：UN，单位 V ➢ 额定电流：IN，单位 A ➢ 额定励磁电压：UfN，单位 V ➢ 额定励磁电流：IfN，单位 A ➢ 额定转速：nN，单位 r/min
间的距离，用弧长或虚槽数表示。
✓ y1应接近一个极距 ，且为整数。 ✓ 整距： y1= ✓ 短距： y1< ✓ 长距： y1>
2.2.1 电枢绕组基本特点
➢ 基本概念
✓ 第二节距y2：与同一换向器相连的两个元件，第一个元件的 下元件边到第二个元件的上元件边在电枢表面的跨距，也常 用虚槽数表示。叠绕组， y2 <0；波绕组， y2 >0;
电流方程 Ia I If
2.4.1 基本方程
2、功率平衡方程
电磁功率：电枢绕组感应电动势E与电枢电流Ia的乘积
Pem EIa
Pem
pNa 60a
ΦnIa
pNa 2πa
直流电机基本知识--ppt课件
3
直流电机的优缺点
优点：
直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。 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，起动和制动转矩较大。
缺点：
由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。
4
主要内容
1 直流电机的工作原理、主要结构、 额定值 2直流电机的电枢绕组 3直流电机的电枢反应 4电枢绕组感应电动势和电磁转矩 5直流电机换向
11
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
左 手 定 则
12
n逆时针转向
n逆时针转向
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
电动机运行关键：要使电枢受到一个方向不变的电磁转 矩，即当线圈边在不同极性的磁极下时受到的电磁转矩 方向不变。
若电机实槽数为Q，虚槽数为Qu，
41
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
3. 元件数、换向片数与虚槽数 每一元件有两个圈边， 每一换向片上接有两个圈边， 每一虚槽内放置有两个圈边， 元件数S等于换向片数K，也等于虚槽数
42
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
4. 元件、极距与节距 (1) 元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多 匝两种。元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换 向片相 连，其中一根称为首端，另一根称为末端。 (2) 极距：是指相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距 离，用τ表示，
39
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
现代直流电机为双层绕组，元件一个边放在某一 槽的上层，称为上层边，另一个边则放在另一槽的下 层，称为下层边。
直流电机的优缺点
优点：
直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。 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，起动和制动转矩较大。
缺点：
由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。
4
主要内容
1 直流电机的工作原理、主要结构、 额定值 2直流电机的电枢绕组 3直流电机的电枢反应 4电枢绕组感应电动势和电磁转矩 5直流电机换向
11
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
左 手 定 则
12
n逆时针转向
n逆时针转向
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
电动机运行关键：要使电枢受到一个方向不变的电磁转 矩，即当线圈边在不同极性的磁极下时受到的电磁转矩 方向不变。
若电机实槽数为Q，虚槽数为Qu，
41
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
3. 元件数、换向片数与虚槽数 每一元件有两个圈边， 每一换向片上接有两个圈边， 每一虚槽内放置有两个圈边， 元件数S等于换向片数K，也等于虚槽数
42
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
4. 元件、极距与节距 (1) 元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多 匝两种。元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换 向片相 连，其中一根称为首端，另一根称为末端。 (2) 极距：是指相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距 离，用τ表示，
39
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
现代直流电机为双层绕组，元件一个边放在某一 槽的上层，称为上层边，另一个边则放在另一槽的下 层，称为下层边。
第2章 直流电机原理PPT课件
5 6 7 8 910 1112131415 16 1 2 3 4 下边槽号
上一张
25
结束下一张
电机与拖动
3、画绕组展开图
先对槽编号；1号元件上边放1号槽，用实线；
下边放在+Y1（5）号槽，用虚线表示；其余元 件依此放置
线圈V
B
B
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
电机与拖动
1、额定功率PN：电机额定工作状况下的输出功率KW 发电机是出线端输出的电功率。 PN= UN IN 电动机是轴上输出的机械功率。 PN= UN IN N
2、额定电压UN （V） 3、额定电流IN （A） 4、额定转速nN （rpm） 5、励磁方式和额定励磁电流IfN （A）
上一张
P32例题3－1，3－2
结束 1下5 一张
3.3.2 磁化曲线
电机与拖动
电机主磁通与励磁电流的关系；可以计 算或实验测定；
气隙线
abc
If小时铁心不饱和， F主要作用在气隙上
If
上一张
结束 1下6 一张
3.3.3 直流电机的励磁方式
电机与拖动
1、他励直流电机
2、并励直流电机
U
U
Ia
IL
Uf
Ia
IL
If
Uf
上一张
结束 1下7 一张
✓直流电机的额定值
电机与拖动
额定值 是制造厂对各种电气设备在指定工作条 件下运行时所规定的一些量值。
在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长 期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值也是制 造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通 常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。
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Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
2.1.5 直流电机的结构
❖ 直流电机由定子和转子两大部分构成，两者之间存在气隙。 ❖ 定子主要用来建立主磁场，并作为电机的机械支撑，包括主
磁极、换向极、机座、电刷装置和端盖等部件。 ❖ 转子又称为电枢，主要包括电枢铁心、电枢绕组和换向器等
❖ 换向器
❖ 对于发电机，换向器的作用是将电枢绕组中的交变电动势转 变为直流电动势向外部输出直流电压；
❖ 对于电动机，它是将外界供给的直流电流转变为绕组中的交 变电流以使电机旋转。
（a) 换向片
图2.1.7 换向器结构
（b) 换向器
Department of Electrical Engineering, HUT
第2章 直流电机基本理论
直流电机是指能输出直流电流的发电机或通入直 流电流而产生机械运动的电动机。
直流电动机具有良好的启动性能和宽广平滑的调 速特性。
直流发电机主要做直流电源。
电机学 Electric machinery
2.1 直流电机的基本原理与结构
❖ 电机的分类： ❖ 应用电磁原理实现电能与机械能互换的旋转机械，统称为电
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
电枢绕组设计的基本要求：
1.电动势大，波形好； 2.电流大，产生并承受的电磁力和电磁转矩大； 3.结构简单，连接可靠； 4.便于维修； 5.换向性能好；
电枢绕组的类型：
1.叠绕组：单叠绕组和复叠绕组； 2.波绕组：单波绕组和复波绕组； 3.蛙绕组：叠绕组和波绕组的组合；
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
元件连接顺序图
绕电枢一周， 所 有元件互相串联构 成一闭合回路。
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
电机学 Electric machinery
❖ 2.转子
❖ 转子电机的转动部分，主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换 向器、电机转轴和轴承等部分。
图2.1.6 电枢冲片与电枢铁心装配图
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
， 绕组内部无换流； ❖ 每条支路由不相同的电刷引出， 电刷不能少， 电刷数
等于磁极数; ❖ 正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势， 电枢
电压等于支路电压; ❖ 由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和， 即
Ia 2aia
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
2.1.4 电机的可逆性
❖ 电机既可以作发电机运行，把机械能转换成电能，又可 以作电动机运行，把电能转换成机械能。只是由于外部条件 不同——电枢由原动机带动或是向电枢输入电功率，得到相 反的能量转换。所以电机是一种双向的机电能量转换装置， 这一特性称为电机的可逆性。
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单叠绕组的并联支路数 正好等于电机的极数。 这是单叠绕组的重要特点之一。
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
单叠绕组的特点
❖ 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
电机学 Electric machinery
单波绕组 波绕组：首末端所接的两换向片相隔很远， 两个元
件紧相串联后形似波浪。
为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加， 元件边 应处于相同磁极极性下， 即合成节距
yectrical Engineering, HUT
➢ 额定效率：N
➢ 额定转矩：TN，单位 N·m
➢ 额定温升：，单位 C
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
额定转速 额定功率7457W 1180r/min
额定电压500V
额定电流17A
工作制：连续 最高环境温度：40度
❖ 定子包括主磁极、换向磁极、机座和电刷装置等。
图2.1.4 直流电机主磁极结构
Department of Electrical Engineering, HUT
换向极绕组
换向极铁心
图2.1.5 换向极结构
电机学 Electric machinery
❖ 直流电机机座和机壳
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电机学 Electric machinery
2.2.1 直流电枢绕组简介
❖ 7.第一节距 y1 ，同一元件两有效边跨过的距离。
y1
Z 2p
❖ 8.第二节距 y2
❖ 9.合成节距 ❖ 10.换向节距
(a) 单叠绕组
(b) 单波绕组
图2.2.2 绕组节距示意图
Department of Electrical Engineering, HUT
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电机学 Electric machinery
单波绕组元件连接顺序图
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
2.2.1 直流电枢绕组简介
❖ 1.元件 ❖ 2.元件的首、末两端 ❖ 3.元件数S、换向片数K
Department of Electrical Engineering, HUT
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电机学 Electric machinery
单波绕组
实例：P＝2， Z=S＝K＝15 左单波绕组
1、绕组数据计算
y1
z 2p
15 4
3 4
3
y
yk
K 1 p
15 1 2
7
y2 y y1 7 3 4
计算数据y和y1 画绕组展开图 安放电刷和磁极
－
电机学 Electric machinery
某一瞬间电刷、磁极放置
磁极：磁极宽度约0.7τ , 均匀分布，N、S极交替安排 ❖ 电刷：连接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大直
流电势以及产生最大的电磁转矩， 电刷放在被电刷短 路的元件电势为零的位置。
电势为零的元件：在磁极的几何中心线上电势为零。 （在一个主极下的元件边电势具有相同的方向。） ❖ 电刷放置：电刷放置在使电刷的中心线与主磁极轴线对 准的换向片上。
电机学 Electric machinery
单叠绕组分析实例 实例： P＝2， Z＝S＝K＝16
1、 数据计算：
计算数据y和y1
y＝yk＝1
y1
Z 2p
16 22
4
画绕组展开图
安放电刷和磁极
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电机学 Electric machinery
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2.2.1 直流电枢绕组简介
❖ 4.极距 D 2 p
❖ 5.叠绕组 ❖ 6.波绕组
单匝单叠绕组
多匝单叠绕组
单匝单波绕组
图2.2.1 直流电机的绕组
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多匝单波绕组
电机学 Electric machinery Department of Electrical Engineering, HUT
机。 ❖ 把机械能转换为电能的电机，称为发电机； ❖ 把电能转换为机械能的电机，称为电动机。
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2.1.2 直流发电机的工作原理
（a）
图2.1.1 直流发电机的模型
（b）
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单波绕组节距特点：
y1 等于或约等于 τ （常采用短距）；
y 约等于 2 τ 。 为了使绕组从某一换向片出发， 沿电枢铁心一周后 回到原来出发点相邻的一片上， 则可由此再绕下去。 换向片极距yk必须符合
即
k 1 yk P C
P yk k 1
y2 = y –y1 （-1，左行绕组；+1，右行绕组，因端接 部分交叉，少用。）
部件，
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图2.1.3 小型直流电机结构
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❖ 1.定子
单叠绕组展开图
槽1.槽展展开开
τ
绕2.绕组组放放置置
τ
3安.安放放磁磁极极电电刷刷
τ
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2.1.5 直流电机的结构
❖ 直流电机由定子和转子两大部分构成，两者之间存在气隙。 ❖ 定子主要用来建立主磁场，并作为电机的机械支撑，包括主
磁极、换向极、机座、电刷装置和端盖等部件。 ❖ 转子又称为电枢，主要包括电枢铁心、电枢绕组和换向器等
❖ 换向器
❖ 对于发电机，换向器的作用是将电枢绕组中的交变电动势转 变为直流电动势向外部输出直流电压；
❖ 对于电动机，它是将外界供给的直流电流转变为绕组中的交 变电流以使电机旋转。
（a) 换向片
图2.1.7 换向器结构
（b) 换向器
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第2章 直流电机基本理论
直流电机是指能输出直流电流的发电机或通入直 流电流而产生机械运动的电动机。
直流电动机具有良好的启动性能和宽广平滑的调 速特性。
直流发电机主要做直流电源。
电机学 Electric machinery
2.1 直流电机的基本原理与结构
❖ 电机的分类： ❖ 应用电磁原理实现电能与机械能互换的旋转机械，统称为电
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电枢绕组设计的基本要求：
1.电动势大，波形好； 2.电流大，产生并承受的电磁力和电磁转矩大； 3.结构简单，连接可靠； 4.便于维修； 5.换向性能好；
电枢绕组的类型：
1.叠绕组：单叠绕组和复叠绕组； 2.波绕组：单波绕组和复波绕组； 3.蛙绕组：叠绕组和波绕组的组合；
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元件连接顺序图
绕电枢一周， 所 有元件互相串联构 成一闭合回路。
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❖ 2.转子
❖ 转子电机的转动部分，主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换 向器、电机转轴和轴承等部分。
图2.1.6 电枢冲片与电枢铁心装配图
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， 绕组内部无换流； ❖ 每条支路由不相同的电刷引出， 电刷不能少， 电刷数
等于磁极数; ❖ 正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势， 电枢
电压等于支路电压; ❖ 由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和， 即
Ia 2aia
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2.1.4 电机的可逆性
❖ 电机既可以作发电机运行，把机械能转换成电能，又可 以作电动机运行，把电能转换成机械能。只是由于外部条件 不同——电枢由原动机带动或是向电枢输入电功率，得到相 反的能量转换。所以电机是一种双向的机电能量转换装置， 这一特性称为电机的可逆性。
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单叠绕组的并联支路数 正好等于电机的极数。 这是单叠绕组的重要特点之一。
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单叠绕组的特点
❖ 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
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单波绕组 波绕组：首末端所接的两换向片相隔很远， 两个元
件紧相串联后形似波浪。
为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加， 元件边 应处于相同磁极极性下， 即合成节距
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➢ 额定效率：N
➢ 额定转矩：TN，单位 N·m
➢ 额定温升：，单位 C
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额定转速 额定功率7457W 1180r/min
额定电压500V
额定电流17A
工作制：连续 最高环境温度：40度
❖ 定子包括主磁极、换向磁极、机座和电刷装置等。
图2.1.4 直流电机主磁极结构
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换向极绕组
换向极铁心
图2.1.5 换向极结构
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❖ 直流电机机座和机壳
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2.2.1 直流电枢绕组简介
❖ 7.第一节距 y1 ，同一元件两有效边跨过的距离。
y1
Z 2p
❖ 8.第二节距 y2
❖ 9.合成节距 ❖ 10.换向节距
(a) 单叠绕组
(b) 单波绕组
图2.2.2 绕组节距示意图
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单波绕组元件连接顺序图
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2.2.1 直流电枢绕组简介
❖ 1.元件 ❖ 2.元件的首、末两端 ❖ 3.元件数S、换向片数K
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单波绕组
实例：P＝2， Z=S＝K＝15 左单波绕组
1、绕组数据计算
y1
z 2p
15 4
3 4
3
y
yk
K 1 p
15 1 2
7
y2 y y1 7 3 4
计算数据y和y1 画绕组展开图 安放电刷和磁极
－
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某一瞬间电刷、磁极放置
磁极：磁极宽度约0.7τ , 均匀分布，N、S极交替安排 ❖ 电刷：连接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大直
流电势以及产生最大的电磁转矩， 电刷放在被电刷短 路的元件电势为零的位置。
电势为零的元件：在磁极的几何中心线上电势为零。 （在一个主极下的元件边电势具有相同的方向。） ❖ 电刷放置：电刷放置在使电刷的中心线与主磁极轴线对 准的换向片上。
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单叠绕组分析实例 实例： P＝2， Z＝S＝K＝16
1、 数据计算：
计算数据y和y1
y＝yk＝1
y1
Z 2p
16 22
4
画绕组展开图
安放电刷和磁极
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2.2.1 直流电枢绕组简介
❖ 4.极距 D 2 p
❖ 5.叠绕组 ❖ 6.波绕组
单匝单叠绕组
多匝单叠绕组
单匝单波绕组
图2.2.1 直流电机的绕组
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多匝单波绕组
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机。 ❖ 把机械能转换为电能的电机，称为发电机； ❖ 把电能转换为机械能的电机，称为电动机。
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2.1.2 直流发电机的工作原理
（a）
图2.1.1 直流发电机的模型
（b）
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单波绕组节距特点：
y1 等于或约等于 τ （常采用短距）；
y 约等于 2 τ 。 为了使绕组从某一换向片出发， 沿电枢铁心一周后 回到原来出发点相邻的一片上， 则可由此再绕下去。 换向片极距yk必须符合
即
k 1 yk P C
P yk k 1
y2 = y –y1 （-1，左行绕组；+1，右行绕组，因端接 部分交叉，少用。）
部件，
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电机学 Electric machinery
图2.1.3 小型直流电机结构
Department of Electrical Engineering, HUT
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❖ 1.定子
单叠绕组展开图
槽1.槽展展开开
τ
绕2.绕组组放放置置
τ
3安.安放放磁磁极极电电刷刷
τ