电机学第3章直流电机

• 直流电机的用途：视频 • 1基本工作原理
• 定子上有磁铁（主磁极）和电刷。
• 转子有环形铁心和铁心上的绕组。
• 左图表示一台最简单的两极直流电 机模型，
• 定子上，装设了一对直流励磁的静 止的主磁极N和S，
• 转子上装设电枢铁心。定子与转子 之间有一气隙。在电枢铁心上放置 电枢线圈，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。
为第二节矩y2，用槽数表示。
✓ 合成节矩y：相串连的两个元件的对
应边在电枢表面所跨的距离，称为合
成节矩y。用槽数表示。
✓ 换 连向接器的节两矩片y换k向:每片个在元换件向的器首表末面两上端的所 距离，用换向片数表示。注：换向器 的节距总是等于合成节矩。y=yk
单波绕组
y y1 y2
单叠绕组
y y1 y2
额定电流I N
出线端的平均电压
额定转速nN
发电机：是指输出额定电压；
在额定电压下，运行于 额定功率时对应的电流
在额定电压、额定电流下，运
电动机：是指输入额定电压。
行于额定功率时对应的转速.
额定励磁电流I fN
对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流
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。
2.单叠绕组
• 单叠绕组：相邻联接的两 个元件互相交错地重叠。 多个相邻元件依次串联， 同时每个元件的引线端依 次焊接到相邻的换向片上 最后形成闭合回路。整个 绕组成折叠式前进
（2）从空间上看，电枢电流产生的磁场是一个恒定磁场。 （3）电枢旋转时，电枢导体切割磁力线也会产生感应电动势与电枢
电流方向相反。 （4）直流电动机中，电磁转矩的方向与转子旋转方向一致，是驱动
性质。
• 归纳：（1）所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路。 • （2）电枢绕组的支路数（2a）永远是成对出现，这是由于磁极数(2p)
+ Ia
N
E
• （3）电磁电流产生的磁
场在空间上是一个恒定U 不
变的磁场。
• （4）电磁力制动性质与 –
S
转子转向相反，原动机必
须输入机械功率克服电磁
力矩制动作用使转子恒速
旋转产生电能。
直流电动机工作原理
在磁场作用下，N极性下导体
直流电动机是将电能转变 ab受力方向从右向左，S 极下导
成机械能的旋转机械。
3.2 直流电机的电枢绕组
• 1.直流电机绕组的构成
• 电枢绕组是直流电机的电路部分，实现机电能量转换的枢钮。 • 直流电机电枢绕组分三种形式：叠绕组、波绕组、混合绕组。 ✓ 绕组元件：指两端分别与两片换向片接触的单匝或多匝线圈。 ✓ 电枢绕组：由许多结构相同的绕组元件构成的。 ✓ 元件边：在电枢槽中，能与磁场作用产生电动势或转矩的有
体cd受力方向从左向右。该电磁
把电刷A、B接到直流电源 力形成逆时针方向的电磁转矩。
上，电刷A接正极，电刷B接负 当电磁转矩大于阻转矩时，电机
极。此时电枢线圈中将电流流过。转子逆时针方向旋转。
电刷
+ U
N I
I
–
S
换向片
直流电动机
（1）将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流（交 流）流过。换向片和电刷起逆变作用。
第3章 直流电机
• 3.1直流电机的基本工作原理和结构 • 3.2直流电枢绕组 • 3.3直流电机磁场 • 3.4电枢的感应电动势和电磁转矩 • 3.5直流电机基本方程 • 3.6直流电动机的运行特性 • 3.7直流电动机的起动、调速、制动 • 3.8直流电机的换向
3.1直流电机的基本工作原理和结构
先并后串（并联绕组先与电枢绕组并联然后在与串联绕组串联） 为短复励；先串在并是长复励。如果Fs（串）和Ff（并）方向一 致，称为积复励；如果两者方向相反称为差复励。
4直流电机的额定值
指轴上输出 的机械功率
电动机
额定功率PN
额定条件下电机
发电机
指电刷间输出的 额定电功率
所能提供的功率
额定电压U N 在额定工况下，电机
是一个偶数.注：a－支路对数 ；p－极对数 • （3）为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何中线上的导体相
接触。 • （4）每根电枢导体的电势性质是交流电，而经电刷引出的电势为直流
电势。
2直流电机的主要结构
电刷盒
3直流电机的励磁方式
• 他励式：线端电流等于电枢电流，励磁电流独立值小。 • 并励式：线端电流等于电枢电流加上励磁电流。 • 串励式：线端电流等于电枢电流等于励磁电流。 • 复励式：每个主磁极上套有两个励磁绕组，分为长复励和短复励。
✓ 第 表面一上节所矩y跨1:的元距件离的称两为条第有一效节边矩在。电用枢 槽 当 有数利y1来于<表换τ为示向短。，矩当尚绕y能1组节=。省τ，因部为为分短整端矩矩部绕绕用组组铜，， 故常被采用。ε为小于1的分数。
y1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Z 2p
第二节矩y2:在相串连的两个元件中，
第一个元件的下层边与第二个元件的
上层边在电枢表面上所跨的距离，称
效边是指线圈的直线部分。 ✓ 端部（端接）：端部是指线圈非接触电枢铁心的那个部分。 ✓ 上、下层边：从工艺上考虑，一个线圈在嵌线时必须使一个
有效边在下层边，另一个有效边必须在上层边。 ✓ 槽数Z=元件数S=换向片数K ✓ 极距：相邻两个主磁极轴线之间的距离。用槽数表示 p为主
磁极极对数
Z
2p
基本术语：
• 在换向片上放置着一对固定不动的 电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢 线圈通过换向片和电刷与外电路接 通。
eXA 2 3
图3-2a 线圈电动势的波形
图3-2b 电刷间的电动势波形
直流发电机工作原理
• （1）线圈中的电动势和
电流都是交流电，通过换
向片及电刷作用产生的直
流电动势及直流电流。
E
• （2）感应电动势和电流 的方向始终一致。
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 当电流大于额定电流，称过载或超载，长期会 影响寿命(过热）； 当电流小于额定电流，称欠载或轻载，容量 不能充分利用，会降低效率； 当实际电流等于额定电流时，称为满载运行。 又叫额定负载状态
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。