第二章直流电机共108页文档
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电机学(刘颖慧)课件第2章直流电机基本理论
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；
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；
电气工程概论第二章-直流电机PPT课件
的电压。
2021
18
计算题：
已知某直流电机额定工况下其转速 n = 1000r/min， 电枢开路电动势 Ea = 110V，扭矩 T = 250N·m，请 估算其额定电枢电流Ia。
2021
19
2021
17
(十一) 直流电机的额定值
（1）额定功率PN：对于直流发电机，指电机输出的功率；
对于直流电动机，指电机输出的机械功率。
（2）额定电压UN：电机额定运行时的输入或输出电压。 （3）额定电流IN：电机额定运行时能承受的电流。 （4）额定转速nN：电机额定运行时的转子转速。 （5）额定励磁电压UfN：保证电机额定运行的励磁绕组所需
4
(三) 直流电机的结构
直流电机主要包括转子和定子两大部分。转子是电机 的转动部分，定子是电机的静止部分。
1 定子：用来产生磁场和作为电机的机械支架，主要包括
主磁极、换向极、机座和电刷装置。
2021
5
2 转子：也称为电枢，用来产生感应电动势和电磁转矩， 实现能量的转换。主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、 转轴和风扇等。
2021
7
(七) 直流电机的电磁转矩
(八) 直流电机损耗和功率平衡
1 直流电机损耗分类
（1）机械损耗pmec，主要由轴承间的磨擦和电刷与换向器间
的摩擦产生。
（2）铁芯损耗pFe，由电枢铁芯产生的涡流损耗和磁滞损耗。 （3）励磁损耗pf，由励磁绕组电阻产生的损耗。 （4）负载损耗pa，电枢绕组的电阻损耗等。 （5）杂散损耗pad。
1）电枢回路串接电阻的人为机械特性：
2021
13
2）改变电枢端电压的人为机械特性：
3）改变气隙磁通Φ的人为机械特性(Rst＝0) ：
2021
18
计算题：
已知某直流电机额定工况下其转速 n = 1000r/min， 电枢开路电动势 Ea = 110V，扭矩 T = 250N·m，请 估算其额定电枢电流Ia。
2021
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(十一) 直流电机的额定值
（1）额定功率PN：对于直流发电机，指电机输出的功率；
对于直流电动机，指电机输出的机械功率。
（2）额定电压UN：电机额定运行时的输入或输出电压。 （3）额定电流IN：电机额定运行时能承受的电流。 （4）额定转速nN：电机额定运行时的转子转速。 （5）额定励磁电压UfN：保证电机额定运行的励磁绕组所需
4
(三) 直流电机的结构
直流电机主要包括转子和定子两大部分。转子是电机 的转动部分，定子是电机的静止部分。
1 定子：用来产生磁场和作为电机的机械支架，主要包括
主磁极、换向极、机座和电刷装置。
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5
2 转子：也称为电枢，用来产生感应电动势和电磁转矩， 实现能量的转换。主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、 转轴和风扇等。
2021
7
(七) 直流电机的电磁转矩
(八) 直流电机损耗和功率平衡
1 直流电机损耗分类
（1）机械损耗pmec，主要由轴承间的磨擦和电刷与换向器间
的摩擦产生。
（2）铁芯损耗pFe，由电枢铁芯产生的涡流损耗和磁滞损耗。 （3）励磁损耗pf，由励磁绕组电阻产生的损耗。 （4）负载损耗pa，电枢绕组的电阻损耗等。 （5）杂散损耗pad。
1）电枢回路串接电阻的人为机械特性：
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13
2）改变电枢端电压的人为机械特性：
3）改变气隙磁通Φ的人为机械特性(Rst＝0) ：
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）。
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（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。
电机学(第三版)第二章 直流电机
直流电机按励磁方式分类
★他励直流电机 ★并励直流电机 ★串励直流电机 ★复励直流电机
长沙理工大学电气工程学院
各种励磁方式的接线图
★他励直流电机 ★ 并励直流电机 ★ 串励直流电机 ★ 复励直流电机
长沙理工大学电气工程学院
直流电机空载磁场
长沙理工大学电气工程学院
空载时电机中的磁场分布是对称的，磁通可以分为两部分。 其中绝大部分从主极铁心经气隙、电枢，再经过相邻主极 下的气隙和主极铁心，最后经定子磁轭闭合，同时交链励 磁绕组和电枢绕组，在电枢绕组中感应电动势，实现机电 能量转换，称为主磁通；另一部分不穿过气隙进入电枢， 而是经过主极间的空气或定子磁轭闭合，不参与机电能量 转换，称为漏磁通。
Ia
I
rj
ra
Ub
2U b Ra ra Ia 励磁回路电压方程为
U
E
rf
T0
Tem
Ub
U I f (rf rj ) I f Rf
电流方程为
T1
Ia I I f
长沙理工大学电气工程学院
功率平衡方程
2. 功率平衡方程 电磁功率
PN a PN a Pem nI a I a Tem 60a 2 a 30 Pem EI a Tem 电功率平衡方程就是
接下来分别考虑交轴分量和直轴分量对励磁磁场的作用 与影响，前者称之为交轴电枢反应，后者称之为直轴电 枢反应。
长沙理工大学电气工程学院
交轴电枢反应
长沙理工大学电气工程学院
交轴电枢反应对气隙磁场的影响
（1） 使物理中性线偏离几何中性线一个α角。对发电 机，偏移为顺电枢转向，对电动机则是逆电枢转向。 （2) 不计饱和影响，对每个主极下的磁场，一半被削 弱， 但另一半被加强，总的磁通不变。 （3） 记及饱和影响，对被削弱的一半来说，波形与 不计饱和时相同；但对于被加强的一半，由于实际磁路 中铁磁材料的饱和影响，磁密曲线会下降，因此，每极 磁通量也会减少。 综上述，实际电机中，交轴电枢反应不但使气 隙磁场畸变，而且还有去磁作用。
直流电机ppt
二、直流电二机、的直电流枢电反机应的电枢反应
直流电机的电枢反应
直轴
直轴与交轴：主极的轴线称为直轴，与直轴正交
的轴线叫交轴
电枢反应定义：电机带上负载时，电枢绕组中
交轴
有电流流过，载流的电枢绕组将产生磁动势，电枢磁 动势对主磁场的影响叫电枢反应。
图2-1 直流电机交直轴示意图
电枢反应分类：交轴电枢反应和直轴电枢反应
Te
Rj ：调节电阻
R为j 0时，由于 Ra远小于 ， CeCT2 故不计磁饱和时直流电动机的机 械特性为一稍微下降的直线。如 果计及磁饱和时，交轴电枢反应 呈现去磁作用，曲线下降程度减 小。
图4-2 直流电动机机械特性
五、直流电动机的启动、调速和制动
直流电动机的启动
启动时,n= 0 Ea=0，若加入额定电压，则
工作特性
转矩特性：Te f (P2 )
Te
T0
T2
T0
P2
：转子机械角速度
转矩特性基本呈线性关系；实
际上，P2 增大时，转速略有下 降，故曲线将略微向上弯曲。
效率特性： f (P2 )
P2
P2 P
当不变损耗等于可变损耗 时，电机效率最大。
机械特性
n
u Ce
Ra CeCT
Rj 2
主要内容
2023最新整理收集 do something
一、直流电机的工作原理和基本结构 二、直流电机的电枢反应 三、直流电机基本方程 四、直流电动机的运行特性 五、直流电动机的启动、调速和制动
一、直流电机的工作原理和基本结构
工作原理
电刷
+
N I
U I
–
换向片
S
以电动机为例
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》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
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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
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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）
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
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）
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
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、额定电压 UN 指额定状态下电枢出线端的电压，以 “V” 为单位。
3、额定电流 IN
指电机在额定电压、额定功率时的负载电流值，以 “A” 为单位。 4、额定转速 nN 指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为单位
5、额定励磁电流 IfN 指电机在额定状态时的励磁电流值，以“A”为单位。
对于直流发电机，PN 是指输出的电功率。
励磁绕组：铜导线
励磁绕组套在 主磁极极身上
主磁极钢板冲片 （1-1.5mm厚）
主磁极由钢板 冲片叠压而成
2、换向极
作用：改善换向 换向极铁心：1mm～ 1.5mm厚的低碳钢板 换向极绕组：与电枢绕组串联
3、机座
作用：固定主磁极和换向极；
主磁路的一部分。
N
S
铸钢或薄钢板
S
N
p=2 即4极电机
4、电枢铁心
2、直流电动机工作原理
直流电动机的基本结构与发电机完全相同。电动机是将直 流电能转化为机械功率，因此，电刷接至直流电源，如图所示。
当导体ab在N 极下时，根据左手定 则，N极性下导体ab 受力方向从右向左， S 极下导体cd受力方 向从左向右。该电磁 力形成逆时针方向的 电磁转矩。当电磁转 矩大于阻转矩时，电 机转子逆时针方向旋 转。
当原动机驱动电机转子 逆时针旋转 180°后，如 右图。
导体ab在S极下， 根据右手定则，此时a 点为低电位，b点高电 位；导体cd在N极下， c点低电位，d点高电 位；电刷A极性仍为正， 电刷B极性仍为负。
直流发电机工作原理图
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接 触的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B 的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。
作用：构成主磁路以及嵌放电 枢绕组
电枢铁心冲片 (0.35-0.5mm厚)
（硅钢片）
涂绝缘漆冲 片叠压而成
轴 端盖
电枢铁心
电枢绕组 和槽碶
电枢绕组 端部
换向器
直流电机的转子
轴承
5、电枢绕组 产生感应电动势和电磁转矩
6、換向器 将电枢绕组内的交流电动势用机械换向的方法转换为电
刷间的直流电动势。
PN UNIN
对于直流电动机，PN 是指输出的机械功率。
PNUNINN
2.2 直流电机的电枢绕组
一、基本特点 1、基本要求
（1）能产生尽可能大的电动势，并具有良好的波形； （2）能通过尽可能大的电流，并承受由此产生的电磁力和
电磁转矩； （3）结构简单，连接可靠； （4）便于维护和检修； （5）换向良好。
2、电枢绕组的类型
（1）单叠绕组 （2）单波绕组 （3）蛙形绕组
后端接
元件边
前端接
换向片
换向片
后端接
元件边 前端接
3、有关直流电枢绕组的术语
（1）元件
两端分别与两片换向片联接的单匝或多匝线圈。 (2)实槽数Z、虚槽数Zi、元件数S和换向片数K
为了改善电机的性能，一个槽中一般放置不止一条上 层边和一条下层边，如图所示。
No
Image
7、电刷装置 把转动的电枢与外电路 相连接； 与换向器配合作用获得 直流电压。
普遍刷握和刷杆如右图 所示。
刷盒
铜丝辨 压紧弹簧
电刷
三、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， 以 “W”为单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。
或 Z i
（4）第一节距y1
2p
每个元件的两条元件边在电枢表面的跨距绕组； y1 短距绕组；
y1 长距绕组；
小于1的分数。
（5）第二节距y2 同一片换向片上相联的两个元件中的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。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线 圈，磁极也并非一对。
二、直流电机的主要结构部件
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）
励磁绕组和串换向极 后的电枢绕组出线
直流电机定子
换向极绕组与 励磁的串联接 线
1、主磁极
产生气隙磁场
主磁极铁心：1mm～1.5mm 厚的 低碳钢板
如气隙磁场沿气隙的分布为平顶 波，如图所示，根据电动势的计 算公式
eBlv
可知感应电动势与气隙磁密成正 比。导体和电刷AB间的电动势e 和eAB如右图所示。
线圈abcd中的电动势是交
流的，通过电刷和换向器机械整
流作用，将线圈中的交变电动势
整流为电刷A和电刷B之间的直
流电动势。
增加导体数目可以减小感应电动势脉动。当每极下导体数 大于8时，脉动可小于1%。
一条上层边和一条下层边即为一个虚槽，因此 Zi uZ
一个元件有两条边，而一个虚槽中放
置两条边，因此 S Zi
每个换向换向片联接两条不同的元
件边，因此 S K Zi uZSK
u 3
（3）极距
每个主磁极在电枢表面占据的距离或相邻两主磁距离， 用所跨弧长或该弧长所对应的虚槽表示。
D a 2p
当转子旋转180°后，如下图所示
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。
直流电动机工作原理示意图
直流电动机电枢绕组通过电刷与直流电源相联接，通过电 刷和换向器的逆变作用，将外电源的直流变为线圈中的交流， 使N极下的导体中的电流方向不变，S极下的导体电流方向不 变，而N、S极下导体中的电流方向始终相反，以保证电磁转 矩的方向不变。
2.1 概述 2.2 直流电枢绕组 2.3 直流电机的磁场 2.4 直流发电机的基本特性 2.5 直流电动机的基本特性 2.6 直流电力传动 2.7 直流电机的换向
2.1 概述
一、直流电机的工作原理 1、直流发电机的工作原理 直流电机的物理模型
右图为直流发电机的物 理模型，N、S为定子磁极， abcd是导固体定ab在在可N旋极转下导时磁，圆根 柱据体右上手的定线则圈，，a线点圈为连高同电导位， 磁b圆点柱低体电称位为；电导机体的cd转在子S极或下， 电c枢点。高线电圈位的，首d点末低端电a、位d；连电 接刷到A两极个性相为互正绝，缘电并刷可B随极线性 圈为一负同。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。
3、额定电流 IN
指电机在额定电压、额定功率时的负载电流值，以 “A” 为单位。 4、额定转速 nN 指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为单位
5、额定励磁电流 IfN 指电机在额定状态时的励磁电流值，以“A”为单位。
对于直流发电机，PN 是指输出的电功率。
励磁绕组：铜导线
励磁绕组套在 主磁极极身上
主磁极钢板冲片 （1-1.5mm厚）
主磁极由钢板 冲片叠压而成
2、换向极
作用：改善换向 换向极铁心：1mm～ 1.5mm厚的低碳钢板 换向极绕组：与电枢绕组串联
3、机座
作用：固定主磁极和换向极；
主磁路的一部分。
N
S
铸钢或薄钢板
S
N
p=2 即4极电机
4、电枢铁心
2、直流电动机工作原理
直流电动机的基本结构与发电机完全相同。电动机是将直 流电能转化为机械功率，因此，电刷接至直流电源，如图所示。
当导体ab在N 极下时，根据左手定 则，N极性下导体ab 受力方向从右向左， S 极下导体cd受力方 向从左向右。该电磁 力形成逆时针方向的 电磁转矩。当电磁转 矩大于阻转矩时，电 机转子逆时针方向旋 转。
当原动机驱动电机转子 逆时针旋转 180°后，如 右图。
导体ab在S极下， 根据右手定则，此时a 点为低电位，b点高电 位；导体cd在N极下， c点低电位，d点高电 位；电刷A极性仍为正， 电刷B极性仍为负。
直流发电机工作原理图
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接 触的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B 的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。
作用：构成主磁路以及嵌放电 枢绕组
电枢铁心冲片 (0.35-0.5mm厚)
（硅钢片）
涂绝缘漆冲 片叠压而成
轴 端盖
电枢铁心
电枢绕组 和槽碶
电枢绕组 端部
换向器
直流电机的转子
轴承
5、电枢绕组 产生感应电动势和电磁转矩
6、換向器 将电枢绕组内的交流电动势用机械换向的方法转换为电
刷间的直流电动势。
PN UNIN
对于直流电动机，PN 是指输出的机械功率。
PNUNINN
2.2 直流电机的电枢绕组
一、基本特点 1、基本要求
（1）能产生尽可能大的电动势，并具有良好的波形； （2）能通过尽可能大的电流，并承受由此产生的电磁力和
电磁转矩； （3）结构简单，连接可靠； （4）便于维护和检修； （5）换向良好。
2、电枢绕组的类型
（1）单叠绕组 （2）单波绕组 （3）蛙形绕组
后端接
元件边
前端接
换向片
换向片
后端接
元件边 前端接
3、有关直流电枢绕组的术语
（1）元件
两端分别与两片换向片联接的单匝或多匝线圈。 (2)实槽数Z、虚槽数Zi、元件数S和换向片数K
为了改善电机的性能，一个槽中一般放置不止一条上 层边和一条下层边，如图所示。
No
Image
7、电刷装置 把转动的电枢与外电路 相连接； 与换向器配合作用获得 直流电压。
普遍刷握和刷杆如右图 所示。
刷盒
铜丝辨 压紧弹簧
电刷
三、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， 以 “W”为单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。
或 Z i
（4）第一节距y1
2p
每个元件的两条元件边在电枢表面的跨距绕组； y1 短距绕组；
y1 长距绕组；
小于1的分数。
（5）第二节距y2 同一片换向片上相联的两个元件中的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。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线 圈，磁极也并非一对。
二、直流电机的主要结构部件
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）
励磁绕组和串换向极 后的电枢绕组出线
直流电机定子
换向极绕组与 励磁的串联接 线
1、主磁极
产生气隙磁场
主磁极铁心：1mm～1.5mm 厚的 低碳钢板
如气隙磁场沿气隙的分布为平顶 波，如图所示，根据电动势的计 算公式
eBlv
可知感应电动势与气隙磁密成正 比。导体和电刷AB间的电动势e 和eAB如右图所示。
线圈abcd中的电动势是交
流的，通过电刷和换向器机械整
流作用，将线圈中的交变电动势
整流为电刷A和电刷B之间的直
流电动势。
增加导体数目可以减小感应电动势脉动。当每极下导体数 大于8时，脉动可小于1%。
一条上层边和一条下层边即为一个虚槽，因此 Zi uZ
一个元件有两条边，而一个虚槽中放
置两条边，因此 S Zi
每个换向换向片联接两条不同的元
件边，因此 S K Zi uZSK
u 3
（3）极距
每个主磁极在电枢表面占据的距离或相邻两主磁距离， 用所跨弧长或该弧长所对应的虚槽表示。
D a 2p
当转子旋转180°后，如下图所示
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。
直流电动机工作原理示意图
直流电动机电枢绕组通过电刷与直流电源相联接，通过电 刷和换向器的逆变作用，将外电源的直流变为线圈中的交流， 使N极下的导体中的电流方向不变，S极下的导体电流方向不 变，而N、S极下导体中的电流方向始终相反，以保证电磁转 矩的方向不变。
2.1 概述 2.2 直流电枢绕组 2.3 直流电机的磁场 2.4 直流发电机的基本特性 2.5 直流电动机的基本特性 2.6 直流电力传动 2.7 直流电机的换向
2.1 概述
一、直流电机的工作原理 1、直流发电机的工作原理 直流电机的物理模型
右图为直流发电机的物 理模型，N、S为定子磁极， abcd是导固体定ab在在可N旋极转下导时磁，圆根 柱据体右上手的定线则圈，，a线点圈为连高同电导位， 磁b圆点柱低体电称位为；电导机体的cd转在子S极或下， 电c枢点。高线电圈位的，首d点末低端电a、位d；连电 接刷到A两极个性相为互正绝，缘电并刷可B随极线性 圈为一负同。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。