直流电动机
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。
直流电机介绍
一、直流电机的磁路
图1.16 直流电机空载时的磁场分布示意图 1— 极靴；2—极身；3—元子磁轭；
4—励磁绕组；5—气隙；6—电枢齿；7—电枢磁轭
0
考虑到电机的运行性能 和经济性，直流电机额定运 行的磁通额定值的大小取在 磁化曲线开始弯曲的地方图 中的a点（称为膝部）。
N
A
If0 If
0
I fN F f 0 IN
图1.18 电机的磁化曲线
§1.3.2 直流电机负载时的磁场
负载时的气隙磁场将由励磁磁通势和电枢磁通势共同作 用所建立。
一、电枢磁通势和电枢磁场
图1.2 直流发电机原理模型
Hale Waihona Puke 从图看出，和电刷 A接触的导体永远位于 N极 下，同样，和电刷 B接触的导体永远位于S 极下。因 此，电刷 A始终有正极性，电刷 B始终有负极性， 所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电 动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律 把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直 流电动势。这就是直流发电机的工作原理。
长期过载或欠载运行都不好。为此选择电机时 ，应根据负载的要求，尽量让电机工作在额定状 态。
直流电动机的铭牌举例
§1.2
§1.2.1 直流电枢绕组基本知识 §1.2.2 单迭绕组 §1.2.3 单波绕组简介
§1.2.1 直流电枢绕组基本知识
电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机中机电能量的转换就是通 过电枢绕组而实现的，所以直流电机的转子也称为电枢。
第五节直流电动机
第五节直流电动机一、直流电动机的结构直流电动机主要由定子（固定部分）和电枢（旋转部分）两大部分组成。
图4-28直流电动机的结构图。
下面就一些主要的部件分别予以介绍。
1、定子定子主要部件包括主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等。
1）主磁极主磁极的作用是产生主磁场。
主磁极结构如图4-29所示。
绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。
主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。
一般主磁极铁心采用低碳钢板冲成一定形状叠装固定而成。
主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按N，S极交替出现。
套在主磁极铁心上的励磁绕组根据其不同的使用情况分为两种：一种是并励绕组；一种是串励绕组；并励绕组的匝数多、导线细，串励绕组的匝数少、导线粗。
整个主磁极再用螺杆固定在机座上。
2）换向极在相邻的主磁极之间装有换向磁极，它也是由铁心和绕组构成。
其作用是改善换向，使电机运行时，在电刷与换向器的接触面上不致产生有害的火花。
3）机座直流电机的机座有两个作用：一是构成主磁路的一部分，机座中作为磁路通路的部分称为磁轭，二是对电动机起到支撑作用，主磁极和换向极固定于磁轭上。
4）电刷装置电刷装置的作用是将转动的电枢(转子)中的电压和电流引出来，或将外加电源的电流输入到转动的电枢中去。
电刷是主要由石墨做成的导电块，放在刷握中，由弹簧机构施以一定的压力使其压在换向器表面上，电机运行时与换向器表面形成滑动接触，电刷上焊的铜丝辫引出或引入电流。
如图4-30所示。
电刷的组数即电刷杆数一般与主磁极的极数相等，各刷杆装在一圆形的可以转动的刷杆座上，刷杆座固定在一端的端盖上。
2、转子（电枢）直流电机的转子，它是电机实现机电能量转换的枢纽，所以常称之为电枢。
电枢部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。
1）电枢铁心电枢铁心既是主磁路的一部分，又要嵌放电枢绕组。
为了减小铁心损耗，电枢铁心一般由涂有绝缘漆的0.5mm厚的硅钢片冲压后叠压而成，硅钢片边缘冲有槽口，叠成圆柱体后外表面形成许多均匀分布的槽，槽内嵌放着电枢绕组。
什么是直流电动机？
什么是直流电动机？一、直流电动机的概念及原理直流电动机是一种将电能转化为机械能的装置。
它利用直流电流通过绕组时产生的磁场与永磁场之间的力作用，使电动机转动。
直流电动机的原理是通过将电流经过电刷和电枢绕组，产生磁场并将磁场作用于转子，从而实现电能到机械能的转换。
直流电动机的结构主要由电枢、磁极、电刷和转子等部件组成。
其中，电枢是通过电流在绕组中产生的磁场将转动力传递给其他部件，磁极则是提供永久磁场的构件，电刷起到连接电源和电枢的作用，而转子则是通过受力扭转，驱动整个电动机运转。
二、直流电动机的应用领域直流电动机具有结构简单、运行可靠、输出扭矩大等优点，广泛应用于各个领域。
下面将详细介绍直流电动机在工业、交通和家用电器等领域的应用。
1. 工业领域直流电动机被广泛应用于工业生产中的各个环节。
例如，在制造业中，直流电动机可用来驱动各种机械设备，如卷绕机、切割机和立式锯等。
此外，在输送带、风机和泵等设备中，直流电动机也是关键的动力源。
通过使用直流电动机，工业生产可以实现自动化、高效化和精确控制。
2. 交通领域直流电动机在交通工具中的应用也非常广泛。
其中，最典型的就是电动汽车。
以电动汽车为例，直流电动机是其驱动装置之一，可以将电能转化为机械能，从而驱动车辆行驶。
与传统内燃机相比，电动汽车具有零排放、低噪音和高效能等优势，成为了未来交通发展的热门选择。
3. 家用电器直流电动机也在家用电器中发挥着重要的作用。
例如，直流电动机可以嵌入到各类家电产品中，如洗衣机、热水器和空调等。
通过使用直流电动机，家用电器可以实现更精确的能量控制，提高用户体验。
三、直流电动机的发展趋势随着科技的不断进步，直流电动机在各行各业中的应用也在不断创新和发展。
下面将介绍几个直流电动机未来发展的趋势。
1. 高效能直流电动机的高效能是其发展的一大趋势。
通过减少能量的损耗，提高电动机的效率，可以实现更为可持续和环保的电动机应用。
2. 智能化直流电动机在智能化方面的发展也是一个突出的趋势。
什么是直流电动机-直流电动机是如何工作的-
什么是直流电动机?直流电动机是如何工作
的?
什么是直流电动机？
直流电动机是将直流电能转换为机械能的设备。
它的优点是具有良好的调速性能和较大的起动转矩，因而广泛地应用于要求调速性能较高和较大起动转矩的生产机械。
但直流电动机的制造工艺简单，生产成本较高，维护较困难，牢靠性较差。
直流电动机是如何工作的?
直流电动机由定子和转子组成。
定子的作用是在励磁绕组中通入直流电流励磁而产生磁场；转子的作用是通电后产生电磁转矩。
直流电源通电导线在磁场中会受到电磁力作用，其方向由左手定则确定。
直流电动机的构造
直流电动机主要由静止的定子和旋转的转子组成。
定子由主磁极、换向极、电刷装置和机座等组成。
转子由转子铁芯、转子绕组、换向器、轴和风扇等组成。
（一）定子
1.主磁极。
主磁极的作用是产生主磁场。
2.机座。
机座是各磁极间磁的通路，同时也是电机的机械支架。
3.换向极。
两个相邻磁极间的小磁极叫做换向极，它的作用是用来产
生附加磁场，用以减弱换向片与电刷之间的火花，避开烧蚀。
（二）转子
1.转子铁芯。
转子铁芯有两个作用：一是用来安放转子绕组；二是作为电动机磁路的一部分。
2.转子绕组。
转子绕组的主要作用是产生感应电动势并通过点流，使电动机实现机、电能量转换。
3.换向器。
在转子轴的一端装有换向器，换向器由很多铜片组成，片与片之间用云母绝缘。
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。
直流电动机的特点与应用
直流电动机的特点与应用直流电动机是一种常见的电动机类型，具有许多独特的特点和广泛的应用。
本文将介绍直流电动机的特点和应用，并探讨其在不同领域中的具体应用案例。
一、直流电动机的特点直流电动机具有以下几个独特的特点：1. 可调速性：直流电动机可以通过调整电源电压或外部电阻来实现调速。
这种可调速性使得直流电动机在需要频繁启动、停止以及调整转速的应用场景中非常常见。
2. 良好的起动和启动特性：直流电动机具有良好的起动和启动特性，能够在瞬间产生较大的起动转矩。
这使得直流电动机广泛用于需要短时高转矩的应用中，如起重机、电梯等。
3. 适应性强：直流电动机能够适应不同的负载特性，无论是恒力负载还是恒功率负载，都能够稳定工作。
这种适应性使得直流电动机在工业自动化控制系统中得到广泛应用。
4. 可逆性：直流电动机可以同时作为电动机和发电机使用。
当外部负载对电动机进行制动时，直流电动机可以将动能转化为电能并反馈到电源中，实现能量回收和再利用。
二、直流电动机的应用直流电动机在各个领域中都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：1. 工业自动化：直流电动机是工业自动化系统中最常用的驱动设备之一。
它们被广泛应用于生产线输送带、机器人、纺织设备、印刷机械等自动化设备中，可提供可靠的驱动力和精确的控制。
2. 交通运输：直流电动机在交通运输领域中扮演着重要的角色。
它们被应用于电动车辆、电动自行车、电动船舶等交通工具中，为这些车辆提供动力，并带来更高的能源利用效率和环保性。
3. 家用电器：直流电动机也广泛应用于各种家用电器中，如洗衣机、吸尘器、空调等。
直流电动机通过其可调速性和高效率的特点，提供了更好的用户体验和能源利用效率。
4. 新能源领域：直流电动机在新能源领域中具有重要地位。
它们被应用于风力发电机组、太阳能跟踪器、电动车充电桩等设备中，带来高效的能源转换和利用效率。
综上所述，直流电动机是一种具有独特特点和广泛应用的电动机类型。
直流电动机分类
直流电动机分类直流电动机是一种将直流电能转换为机械能的电机，广泛应用于各种领域。
根据不同的分类标准，直流电动机可以分为多种类型，本文将从不同的角度对直流电动机进行分类。
一、按照电源类型分类直流电动机根据其供电方式的不同，可以分为独立励磁直流电动机和串励直流电动机。
1. 独立励磁直流电动机独立励磁直流电动机是指通过外部电源为其励磁，使其产生磁场，进而工作的电动机。
该类型的电动机具有磁场稳定性好、调速范围宽等特点，适用于对调速性能要求较高的场合。
2. 串励直流电动机串励直流电动机是指其励磁线圈与电动机的电枢线圈串联在一起，共用同一电源的电动机。
该类型的电动机具有起动扭矩大、转速调节范围广等特点，适用于对起动性能要求较高的场合。
二、按照结构形式分类直流电动机根据其结构形式的不同，可以分为分别励磁直流电动机、复励磁直流电动机和永磁直流电动机。
1. 分别励磁直流电动机分别励磁直流电动机是指其励磁线圈与电动机的电枢线圈分别供电的电动机。
该类型的电动机结构简单、制造成本低、容易实现调速等特点，广泛应用于家用电器、办公设备等领域。
2. 复励磁直流电动机复励磁直流电动机是指其励磁线圈既可以与电动机的电枢线圈并联，也可以与电动机的电枢线圈串联的电动机。
该类型的电动机具有起动性能好、调速范围广等特点，适用于起动和调速性能要求较高的场合。
3. 永磁直流电动机永磁直流电动机是指其励磁采用永磁体，不需要外部励磁的电动机。
该类型的电动机具有结构简单、体积小、效率高等特点，广泛应用于电动车、家用电器等领域。
三、按照转子结构分类直流电动机根据其转子结构的不同，可以分为鼠笼式直流电动机和绕线式直流电动机。
1. 鼠笼式直流电动机鼠笼式直流电动机是指其转子由绕组和铁芯构成，绕组上的导线形状类似于老鼠的笼子，因此得名。
该类型的电动机结构简单、制造成本低、运行可靠等特点，广泛应用于电动工具、家用电器等领域。
2. 绕线式直流电动机绕线式直流电动机是指其转子由绕组构成，绕组上的导线形状为螺旋状。
直流电动机的作用原理
直流电动机的作用原理一、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，它通过电磁感应原理完成能量转换。
二、直流电动机的组成直流电动机主要由定子、转子、电刷、磁极等部分组成。
2.1 定子定子是直流电动机的静铁部分，通常由铁芯和绕组构成。
定子的绕组被接上直流电源，通过电刷与转子连接。
2.2 转子转子是直流电动机的动铁部分，通常由铁芯和绕组构成。
转子的绕组被接上电刷，通过电刷与定子连接。
2.3 电刷电刷是连接定子与转子的接触装置，通常由碳块或碳刷构成。
它可以实现电流的进出，驱动转子旋转。
2.4 磁极磁极是直流电动机的磁场产生部分，通常由永磁体或电磁体构成。
磁极的磁场与电流及铁芯的配置关系密切，利用磁场与电流之间的相互作用产生力矩，驱动转子旋转。
三、直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理基于电磁感应和洛伦兹力的相互作用。
3.1 电场的形成当直流电源施加在定子绕组上时，形成一个稳定的电场，其中正极与负极分别集中在不同的磁极上。
3.2 磁场的形成当电流通过定子绕组时，由于右手定则的作用，形成由南极到北极的径向磁场。
3.3 力矩的作用由于直流电流通过转子绕组，根据洛伦兹力的作用，电流与磁场之间会产生力矩。
这个力矩作用在转子上，引起转子旋转。
3.4 换向器的作用直流电动机的换向器可以改变电流的方向，使得转子在力矩作用下不断旋转。
四、直流电动机的应用4.1 工业应用直流电动机广泛应用于工业生产中的机床、起重机械等设备中。
由于其转速范围广、起动力矩大等特点，能够满足不同环境下的工艺要求。
4.2 交通运输应用直流电动机在交通工具中的应用也很广泛，如电动汽车、电动自行车等。
直流电动机能够提供持续的动力输出，为交通工具的驱动提供了便利。
4.3 家用电器应用一些家用电器中也采用直流电动机，如电动扫地机器人、电动工具等。
直流电动机的小巧、高效特点使得家用电器更加智能、方便。
五、直流电动机的优缺点5.1 优点•转速范围广：直流电动机的转速范围从静止到高速均可调节。
直流电动机
直流电枢绕组
2 1 3 4
1
A
2
3
4
B
A
8 7
B
5
8
7
6
5
6
结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。
２、分类
转子电枢
M — (a) 他励式
M — (b) 并励式
励磁线圈
M — (c) 串励式
(
M — (b) 并励式
M — (c) 串励式
M — (d) 复励式
+
他
励
Ia
M
If
+ Uf
+ U
直流电动机的用途
8.1 直流电动机的构造
定子、转子
直流电动机的结构
1、定子（磁极）：产生磁场
主磁极：由铁心和励磁线圈组成，用于产生一个恒定 的主磁场； 换向磁极：安装在两个相邻的主磁极之间，它的作用 是改善电机的换向； 电刷：是通过与换向器之间的 滑动接触，把直流电压、直流 电流引入或引出电枢绕组。 机座：固定主磁极等部件，同 时也是磁路的一部分。
永磁直流电机
做电源用的直流发电机
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂， 维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较 大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大 起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。
应用： 轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨 床等调速范围大的大型设备；用蓄电池做电源的地 方，如汽车、拖拉机等；家庭：电动缝纫机、电动 自行车、电动玩具；
定子铁心和绕组
（2）转子 又称电枢，包括电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴、 风扇等。 电枢铁心上冲有槽孔，槽内放电枢绕组，电枢铁心也 是直流电动机磁路的组成部分；
直流电动机
Ea=CeΦn
Ce= pN/60a
Te=CtΦIa
Ct=9.55Ce
二、直流电动机的种类和铭牌
1、直流电动机的分类 直流电动机按产生磁场的方式来进行区分，分为 两大类：他励和自励。 他励是指通入电动机定子中，产生磁场的电流If 与通入电动机转子，产生转矩的电流Ia分别由两个电 源提供。 他励的特点是,励磁电流If 的大小与电枢电压U及负载等 参数无关。若U=Uf，则他励 电动机与并励电动机性能相 同。
Ia = IN－If =155－1.765 = 153.235 A
Rf ＝
UN If
＝
220 1 . 765
= 124 . 6 W
Ea=UN－IaRa=220－153.235×0.1=204.68 V
一台并励直流电动机， 电源电压UN=230 V时， 电枢电流IN=60 A， 电枢电组Ra=0.1 Ω， Φ=0.08 Wb， Ce=2.5， 求电枢反电势Ea及此时的转速n。
Ec
a Eab b
Ea Eb
C
x
y
(a)接线图
图4-25 Yy0联结组别的接线图和相量图
直流电动机
直流电动机
直流电机可分为直流发电机和直流电动机两大类。 将机械能转化为电能的直流电机是直流发电机，将电 能转化为机械能的直流电机是直流电动机。直流电机 具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力， 一般应用于对起动和调速要求较高的场合。另外，结 构复杂、成本较高、维护较困难是直流电机的不足之 处。
反转方法 1.改变电枢电流方向，励磁电流方向不变； 2.改变励磁电流方向，电枢电流方向不变。 即：单独改变电枢绕组或单独改变励磁绕组的接线。 注意：反转瞬间，电枢电流很大，应该采取措施限流。 同时改变电枢和励磁绕组的接线，则电枢电流和励磁电流的 方向将同时改变，电动机的电磁转矩的方向不变，电动机的转 速也不变。交、直流两用电动机的工作原理就是以此为依据的。 交、直流两用电动机实际上是一台直流电动机，使用时若电源 为交流电，则转向仍然不会发生变化。
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。
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。
直流电动机分类
直流电动机分类直流电动机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业生产和家庭用电等领域。
根据不同的分类标准，直流电动机可以分为多种类型，包括励磁方式、结构形式和应用场景等方面。
本文将以这些分类为主线，介绍直流电动机的相关知识。
一、按励磁方式分类直流电动机根据励磁方式的不同可以分为自励直流电动机和非自励直流电动机两种类型。
1. 自励直流电动机自励直流电动机是指通过自身产生磁场来实现励磁的电动机。
根据励磁回路的不同，自励直流电动机可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。
（1）串激直流电动机串激直流电动机的励磁线圈串接在电动机的电枢回路中。
它的特点是励磁电流与电动机负载电流一样，随着负载的变化而变化。
串激直流电动机在启动和低速运行时具有较高的起动扭矩，适用于需要大起动转矩的场合。
（2）并激直流电动机并激直流电动机的励磁线圈与电动机的电枢回路并联。
它的特点是励磁电流独立于负载电流，可以通过外部电源单独调节。
并激直流电动机在运行过程中可以实现励磁电流的调节，具有较好的调速性能。
（3）复合励磁直流电动机复合励磁直流电动机是串激直流电动机和并激直流电动机的结合体，既可以通过电枢回路提供励磁磁场，也可以通过外部电源提供励磁电流。
复合励磁直流电动机综合了串激电动机和并激电动机的优点，具有较好的起动性能和调速性能。
2. 非自励直流电动机非自励直流电动机是指励磁磁场通过外部电源提供的电动机。
根据外部电源的不同，非自励直流电动机可分为恒流励磁直流电动机和恒压励磁直流电动机。
（1）恒流励磁直流电动机恒流励磁直流电动机通过控制励磁电流的大小来实现恒定的励磁磁场。
它的励磁电流不随负载电流的变化而变化，适用于对励磁磁场要求较高的场合。
（2）恒压励磁直流电动机恒压励磁直流电动机通过控制励磁电压的大小来实现恒定的励磁磁场。
它的励磁电压不随负载电流的变化而变化，适用于对励磁电流要求较高的场合。
二、按结构形式分类直流电动机根据结构形式的不同可以分为平差铁心直流电动机、内转子直流电动机和外转子直流电动机三种类型。
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。
直流电动机
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行
2．直流电动机的反转
永磁式直流电动机，把电变励磁绕组或者 电枢绕组接线方式来改变转向。
并励电动机，采用电枢绕组反接的方法来实现 反转。将电枢反接的同时必须连同换向磁极绕 组一起反接，以达到改善换向的目的。
3．直流电动机的调速 （1） 调压调速 （2） 调磁调速 （3） 调节电枢电阻调速
4．直流电动机的制动 直流电动机的制动方法可分为机械制动和 电气制动，其中电气制动又可以分为三种： 能耗制动、反接制动和回馈制动。
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行
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3. 直流电动机的机械特性
1、他励（并励）式直流电动机的机械 特性曲线接近于水平线，称之为硬机械 特性。
2、串励式电动机的工作磁通随负载变化， 称之为软机械特性。
3、复励式直流电动机的机械特性介于 两者之间。
•1.2直流电动机的运行
1．直流电动机的起动
直流电动机的起动电流很大，可达额定电流 的10～20倍。直流电动机不允许直接起动。 （1）电枢串电阻起动 （2）降压起动
直流电动机
•1.1直流电动机的工作原理
1．直流电动机的用途、结构和分类
直流电动机一般按励磁方式（即励磁绕组的供电方式）进行分 类，可分为他励直流动机、并励直流电动机、串励直流电动机 和复励直流电动机纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行
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2. 直流电动机的运行原理
直流电动机借助电刷和换向器的作用，把电源的直流电 转变为电枢绕组中的交流电，保持电磁转矩的方向不变， 确保直流电动机朝一定的方向连续旋转。
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直流电动机直流电动机是利用电磁感应原理实现直流电能与机械能的相互转换。
如果将电能转换为机械能则为电动机，反之就是发电机。
直流电动机具有调速范围广且平滑，起动和制动转矩大，过载能力强，且易于控制，常用于对调速有较高要求的场合。
本章主要介绍直流电机的基本结构、工作原理和机械特性。
并以他励电动机为例，讨论了直流电动机的启动、反转与调速等运行问题。
8.1 直流电机的构造常用的中小型直流电动机的结构如图8.1.1所示。
它由定子、转子、电刷装置，端盖，轴承、通风系统等部件组成。
图8.1.1 直流电动机的结构1.定子定子有机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成，其剖面结构示意图见8.1.2所示。
它的作用就是产生主磁场和附加磁场，作电机的机械支架。
图8.1.2 直流电动机定子结构机座用作电机的外壳，并固定主磁极和换向极，并且也是磁路的一部分。
机座常用铸钢或厚钢板制成，保证良好的导磁性能和机械支撑作用。
主磁极由磁极铁心、励磁线圈组成，它能产生一定形状分布的气隙磁密。
主磁通铁心，由1~1.5mm厚的硅钢片冲压叠制而成，用铆钉与电动机壳体相连，铁心外套上预先绕制的线圈，以产生主磁场。
主极掌面呈孤型，以保证主磁极掌面与电枢表面之间的气隙均匀，磁场分布合理。
换向极结构与主磁极相似，只是几何尺寸小主磁极小。
其作用是产生附加磁场，以改善电机的换向。
电刷装置通过固定的电刷与转动的换向片之间的滑动接触，使旋转的转子与静止的外电路相连接，是电机结构中的薄弱之处。
石墨制成的电刷放在刷握内，用压紧弹簧将其压在换向器表面。
刷握固定在刷杆上，通过电刷的刷辩，将电流从电刷引入或引出。
2.转子转子（又称电枢）由电枢铁心，电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成，如图8.1.3所示。
它是产生电磁转矩或感应电动势，实现机电能量转换的关键。
图8.1.3 直流电动机的转子结构电枢铁心也是电机主磁路的一部分。
为了减少涡流和磁滞损耗，铁心采用0.5mm 厚的两面涂绝缘漆的硅钢片选压而成。
在电枢铁心的表面有均匀分布的槽用以嵌放电枢绕组。
电枢线圈用包有绝缘的导线制成一定的形状，按要求嵌入电枢铁心，线圈的出线端都与换向器的换向片相连，按一定规律构成电枢绕组。
8.2 直流电机的基本工作原理任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力的基础上，直流电机也不例外 为方便讨论，把复杂的直流电机结构简化为8.2.1所示的直流电动机的工作原理图。
在模型中，电机具有一对磁极，电枢绕组也只有一个线圈，线圈两端联在两个换向片上，而换向片上压着电刷A 和B 。
图8.2.1 直流电动机的工作原理图当直流电源接在电刷之间而使电流流入电枢线圈。
电流方向应该是这样的：N 极下的有效边上的电流总是一个方向，而S 极下的有效边中的电流总是另一个方向，这样才能使两个边上受到的电磁力的方向一致，电枢因而转动。
因此，当线圈的有效边从N （S ）极下转到S （N ）极下时，其中电流的方向必须同时改变，以使电磁力的方向不变，而这也必须通过换向器就可以实现。
电枢线圈通电后在磁场中受力而转动，与此同时，当电枢绕组在磁场中转动时，线圈中也要产生感应电动势e ，由右手定则判断可知，该电动势的方向与电流或外加电压的方向总是相反的，所以称为反电动势，它与发电机中的电动势的作用是完全不同的。
直流电机电刷间的电动势常用下式表示：E=μφe k （8.2.1） 式中，E —电动势（V ）；φ—一对磁极的磁通（wb ）； n —电枢转速（minr）；k e —与电机结构有关的常数。
直流电枢电枢绕组中产生的电流与磁通φ相互作用，产生电磁力和电磁转矩。
直流电机电磁转矩常用下式表示：T=φT k I a （8.2.2） 式中，T —电磁转矩（N 、m ）； φ—一对磁极的磁通（wb ）； I a —电枢电流(A)；k t —与电机结构有关的常数，k t =9.55 k e 。
电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。
当电动机匀速转动时，电动机的电磁转矩T 就必须与机械负载转矩T 2及空载损耗转矩T 0相平衡。
当轴上的机械负载发生变化时，则电动机的转速，电动势、电流及电磁转矩都作相应调整，以适当负载的变化，保持新的平衡。
8.3 直流电动机的机械特性直流电动机按励磁方式分为他励，并励，串励和复励四种，其中前二种较为常用。
它们的接线图如图8.3.1所示。
他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由励磁电源fU和电枢电源U 供电；而在并励电动机中两者是并联的，由同一电源U 供电。
下面以他励电动机为例，讨论直流电动机的机械特性。
并励电动机的并联电压不改变时，可认为与他励电动机相同。
图8.3.1 直流电动机的接线图当励磁绕组电源电压为f U ，励磁回路的电阻为f R ，则励磁电流为f I 为f I =ff RU （8.3.1）当电枢回路电源电压为V ，电枢绕组的电阻为R a ，则电枢回路方程 U=E+a a I R （8.3.2）其中电源电压U 大部分与反电势平衡，而电枢绕组压降a a I R 较小。
将式（8.2.1）和（8.2.2）代入式（8.3.2），可得直流电动机机械特性的一般表达式 n =2φφt e a e k k R k U -=n n ∆-0 (8.3.3)式中，0n —直流电动机的理想空载转速n ∆—输出电磁转矩为T 时，电动机的转速下降。
图8.3.2 他励电动机的机械特性曲线他励电动机的机械特性曲线如图8.3.2所示。
原先电动机的机械特性与恒转矩负载T 2平衡，工作点是a 点。
突然负载转矩变成'2T ，这时电动机的电磁转矩T 便小于'2T ，电机转矩下降。
随着转矩下降，在励磁不改变的情况下，反电动势E 就成小，而电枢电流I a 将增大，于是电磁转矩也随之上升。
直到电磁转矩与阻转矩达到新的平衡后，转速不再下降，而电动机也较原先为低的转速稳定运行（工作点是b 点）。
【例8.3.3】有一台Z 322-型他励电动机，其额定数据如下：P 2=2.2kw,U= U f =110V ， n =1500minr，η=0.8；并已知R a =0.4Ω，f e =82.7Ω。
试求：（1）额定电枢电流；（2）额定励磁电流；（3）励磁功率；（4）额定转矩；（5）额定电流时的反电动势。
【解】 直流电动机的有些关系式类似于异步电动机 （1）aUI P P P 212==μ所以A A UP I a 251108.0102.232=⨯⨯==η（2）A A R UI fff 33.17.82110===（3）W W IU P ff f 3.14633.1110=⨯==（4）m N m N nP T ⋅=⋅==0.1415002.2955095502（5）V A I R U E a a 100)254.0110(=⨯-=-=8.4 他励电动机的启动与反转所谓启动，就当直流电源接入后，转速从零逐渐上升到稳定值的过程，它与电路的过渡过程相类似，有些关系式（式8.3.2）与稳态运行时不一致。
直流电动机启动时，必须先加励磁电流建立磁场，然后再将电枢电源接入。
他励电动机正常情况下，电枢电流I a 为aa R e U I -=而电源刚接入时，电动机的转速n =0，反电动势E=0，电枢回路只有电枢绕组电阻 R a ，这时电枢电流为起动电流I ast ，对应的电磁转矩为起动转矩T ast ,并且 aa s t R U I =（8.4.1）φt a s t k T =I ast （8.4.2）由于电枢绕组R a 很小，因此起动电流I ast 》I a ，约为（10~20）I a 。
这么大的起 动电流使电动机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火；同时电枢绕 组也会因过热而损坏；另外，过大的起动转矩，将损坏拖动系统的传动机构，这都是不 允许的。
因此，必须限制起动电流。
限制起动电流的方法之一就是在电枢回路中串接起动电 阻R st 。
这时电枢中起动电流的初始值 sta ast R R U I +=（8.4.3）而起动电阻则由上式确定，则 a a s tst R I U R -=（8.4.4）一般规定起动电流不应超过额定电流的1.5~2.5倍。
随着转速的上升，就可以逐段 切除电阻，但通常起动电阻不超过三段。
如果要改变直流电动机的转动方向，就必须改变电磁转矩的方向。
可将式（8.2.2） 中的φ或I a 的方向。
当励磁电流不改变方向时，改变电枢电流（即电枢电压）的方向； 当励磁电流（励磁电压）改变方向时，电枢电流不改变方向。
通常改变电枢电流方向， 而不改变励磁电流方向。
8.5 他励电动机的调速直流电动机的优点之一就是良好的调速性能。
因此，对调速性能要求高的生产机械， 还常采用直流电动机。
由于并励电动机能无级调速，可以减化机械变速齿轮箱。
电动机的调速就是在同一负载时人为改变电机的转速，以满足生产要求。
由他励电动机的转速公式 φe aa k I R U n -=可知，改变转速常用下式两种方法： 8.5.1 改变磁通Φ（调磁）在保持励磁电压和电枢电压为额定值时，调节电阻'f R （图8.3.1），改变励磁电流 I f 以改变磁通。
由式 T k k R k U n T e a e 2φφ-=当磁通φ减小（弱磁）时，0n 上升，同时转速降n ∆也增大；前者与φ成反比，而后 者与φ成反比。
所以弱磁后的机械特性和固有机械特性会有交点。
当负载转矩（即电磁转 矩）较小时，0n 的上升大于n ∆的上升，所以弱磁后的转速上升。
但是随着负载转矩的上 升，0n 的上升会等于或小于n ∆的上升，两机械特性就会相交。
然后弱磁后的机械特性就 会低于固有机械特性，即转矩下降。
调速的过程是这样的：当电枢电压不变时，减小磁通φ。
由于机械惯性，转速来不即 发生变化，于是E=n e k φ就减小，I a 随之增加。
由于I a 的增加的影响超过φ减小的影响， 所以转矩T=φt k I a 也增加，如果负载转矩T 未变，则T>T c ，转速n 上升。
随着n 的升高，反电动势E 增大，I a 和T 也随之，直到T= T c 为止。
但这时的转速已经较原先升高 了。
即图8.5.1中的a 点→b 点→c 点的过程。
图8.5.1 改变Φ时的机械特性曲线上述调速过程是设负载转矩保持不变。
结束由于φ的减小而使I a 增大。
如果调速前电动机已在额定电流下运行，那么调速后的电流过会超过额定电流，这是不允许的。
从发热角度考虑，调速后的电流仍应保持额定值，则电动机在高速运转时负载必须减小。
因此，这种调速方式仅适用于转矩和转速成反比而输出功率基本上不变（恒功率调速）的场合，例如用于切削机床中。
这种调速方法有下列优点：（1） 调速平滑，可得无级调速；（2） 调速经济，控制方便；（3） 机械特性较硬，稳定性较好；（4） 对于专门生产的调磁电动机，其调速幅度可达3~4，例如530~2120minr及310~1240minr。