第三章 直流电机的电枢绕组
第3章直流电机原理
电动势平衡方程式:
根据基尔霍夫第二定律，对任一有源的闭合回路，所有电动势之和
等于所有电压降和（ EU）， 有：
+
Ea UIaRa
U
-
Uf If Rf
其中：Ea Cen
R a ：电枢回路总电阻 R f ：励磁回路总电阻
Ia T1 n Ea T0 T
If
他励
转矩平衡方程式：
直流发电机在稳态运行时，电机的转速为n，作用在电枢上的转矩共
一、直流电机的磁路和励磁方式：
1.磁路
2.直流电机的磁势 主极磁势: Ff=IfWf 电枢磁势: Fa=IaWa 换向极磁势: FK=IKWK ( IK=Ia)
3.直流电机的励磁方式：主极励磁线圈的供电方式
直流电机的励磁方式
他励式
自励式
并励式
串励式
复励式
(不同励磁方式电机的特性不同)
二、空载时直流电机的磁场分布
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。
3.4 直流电机的铭牌数据(额定值)
为了使电机安全可靠地工作，且保持优良的 运行性能，电机厂家根据国家标准及电机的 设计数据，对每台电机在运行中的电压、电 流、功率、转速等规定了保证值，这些保证 值称为电机的额定值。
仅交链励磁绕组本身不进入电枢铁心不和电枢绕组相交链不能在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转矩极靴下气隙远远小于极靴之外的气隙显然极靴下沿电枢圆周各点的主磁场将明显大于极靴范围以外在两极之间的几何中心线处磁场等于零
直流电机的优缺点
直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。 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。 直流电机由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。
直流电机的电枢绕组简介
（1-5）
式中Z为电枢槽数。
1.2 直流电机的电枢绕组简介（续4）
（2）第一节距y1 第一节距y1是指一个线圈两有效边之间在电枢表面 上的跨距，以槽数表示，如图1.11所示。由于线圈边要 放入槽内，所以y1应是整数。而为了让绕组能感应出最 大的电动势，应使y1接近或等于极距，即 Z y1 （1-6） 2p 式中 ——正分数，是将y1补成整数的一个正分数。若 =0 ，则 y1=，称为整距绕组。若取正号，则 y1>，称 为长距绕组；若取负号，则y1<，称为短距绕组。为了 节省铜线及方便工艺，一般多采用短距或整距绕组。
采用整距绕组，因为是单叠右行，故 y y K 1
y2 y1 y 4 1 3 所以 （2）展开图如图1.12所示。作图步骤如下。
图1.12 单叠绕组的展开图
1.2.2 单叠绕组（续1）
先画16个槽和16个换向片，为了作图方便，令换向 片宽度等于槽与槽之间的距离并将元件、槽和换向片按 顺序编号。编号时要把元件号码、元件上层边所在槽的 号码以及与元件上层边相连接的换向片号码编得一致， 即1号元件的上层边放在1号槽内并与l号换向片相连接。 这样当1号元件的上层边放在1号槽内（上层边用实线表 示）并与1号换向片相连后，因为y1=4，则1号元件的下 层边应放在第5号槽（1+y1=5）的下层，下层边用虚线 表示，编号为5'；因y＝yk＝1，所以1号元件的末端应连 接在2号换向片上（1+yk＝2）。一般应使元件左右对称， 这样1号换向片与2号换向片的分界线正好与元件的中心 线相重合。
单波绕组特点
而单波绕组由于连接方法与单叠绕组不同， 故特点也不同，主要有： （ 1 ）同极性下各元件串联起来组成一个支路， 支路对数a=1，与磁极对数p无关。 （2）电刷在换向器表面上的位置对准主磁极 中心线，支路电动势最大（即正、负电刷间电动 势最大）。 （3）电刷杆数也应等于主极数。 （4）电枢电动势等于支路感应电动势。 （5）电枢电流等于两条支路电流之和。
第3章 直流电机
第三章 直流电机一、填空1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是 。
2. ★★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功率 ，而电刷电压 。
3. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流f I 不变，当加上一恒定转矩的负载后，发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 。
串入电阻后，电动机的输入功率1P 将 ，电枢电流a I ，转速n 将 ，电动机的效率η将 。
4. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。
5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中a I 的方向 ，转速方向 。
6. 直流发电机的电磁转矩是 转矩，直流电动机的电磁转矩是 转矩。
7. 一台串励直流电动机与一台并励直流电动机，都在满载下运行，它们的额定功率和额定电流都相等，若它们的负载转矩同样增加0.5，则可知： 电动机转速下降得多，而 电动机的电流增加得多。
8. ★电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响，当电枢电流a I 增加时，转速n 将 ，转矩T e 将 。
9. 直流电动机电刷放置的原则是： 。
10. 直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速 ，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速 。
11. 电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括 损耗；对于直流电动机包括 损耗。
12. ★串励直流电动机在负载较小时，a I ；当负载增加时，T e ，a I ；n 随着负载增加下降程度比并励电动机要 。
13. ★一台p 对磁极的直流发电机采用单迭绕组，其电枢电阻为a r ,电枢电流为a I ,可知此单迭绕组有 条并联支路，其每条支路电阻为 ；若为单波绕组其每条支路电阻为 ，电枢电阻为 。
14. 并励直流电动机改变转向的方法有 ， 。
15. 串励直流电动机在电源反接时，电枢电流方向 ，磁通方向 ，转速n 的方向 。
电机与拖动基础第三章 直流电机原理(第二部分)
表示。每个元件首、末端所连两个换向片之间的跨 距是换向器节距yk，用换向片数来表示。
y=yk=1 （3）第二节距y2：连至同一个换向片的两个元件边 之间的距离，用虚槽数表示。
y2=y1-y
τ
•3
2. 单叠绕组的展开图
实例： 已知一台电机的极数2P＝4， Ze＝S＝K＝16，画出它的右行单叠 绕组的展开图。
额定电流
额定电磁转矩
•18
3.5 电枢电动势与电磁转矩
直流发电机和电动机电枢电动势与电磁转矩：
电枢电动势—输出电动势(与电枢 电流同方向) 电磁转矩—制动性转矩(与转速方 向相反)
电枢电动势—反电动势(与电枢电 流反方向）
电磁转矩—拖动性转矩(与转速方 向相同)。
电枢电动势的方向由电机的转向和主磁场的方向决定 电磁转矩的方向由电枢电流和主磁场的方向决定
•19
3.5.3 直流电机的电枢反应
Bδ τ
如磁路不饱和，总磁通量不变。但磁路饱和时，总磁通要降低， 称为去磁效应。
• 电枢磁通势改变气隙磁密分布及 每极磁通量大小的现象称为电枢 反应。
•06:50 •20
3.5.1 电枢电动势
电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的 感应电动势，也就是电枢绕组每个支路里的感 应电动势
一个极距范围内的平均磁密：Bav
li
一根导体的平均电动势： eav Bavliv
v 2 p n 60
eav
(
li
)li (2 p
n) 60
2 p
n 60
电枢电动势：Ea
根据感应电动势公式，气隙每极磁通Φ为
直流电机的电枢绕组的电势
直流电机的电枢绕组的电势直流电机是一种将直流电能转化为机械能的重要装置。
电机的关键部分是电枢绕组，它在电磁场的作用下产生力臂并产生转矩，推动电机转动。
电枢绕组是由导体线圈组成的，根据电磁学原理，当电枢绕组中通有电流时，产生的磁场与电磁场相互作用，产生力矩使电机运行。
电枢绕组通常由多个线圈组成，每个线圈呈环形排列，形成一个电磁铁极。
在电枢绕组中，电流的流动产生一个磁场，这个磁场与永磁体产生的磁场相互作用，根据洛伦兹力的作用，电流在磁场中受到一个力的作用。
这个力的方向与电流方向、磁场方向以及永磁体的磁场方向有关。
正是这个力的作用，使得电枢绕组在电机运行时产生力矩，推动电机转动。
在电枢绕组中，电势是一个重要的概念。
电势是描述电场中电荷状态的物理量，它与电荷在电场中的位置和能量变化有关。
对于直流电机的电枢绕组来说，电势具体指的是电流通过绕组时产生的电压。
由于直流电机的工作原理是靠电流和磁场之间的相互作用产生转矩，所以电势的大小和方向对于电机的运行至关重要。
电势大小的影响因素有很多，包括电流的大小、绕组的长度和环数、导线的截面积等。
电枢绕组的电势正是依靠这些因素综合作用产生的。
在设计和制造电机时，需要根据具体的使用要求和工作条件来确定电枢绕组的参数，以保证电势的大小和方向能够满足电机的运行需求。
总而言之，直流电机的电枢绕组是电机中至关重要的部分，它通过电流和磁场的相互作用产生转矩，推动电机运行。
电枢绕组的电势是电流通过绕组时产生的电压，它对电机的运行起着至关重要的作用。
因此，在设计和制造电机时，需要充分考虑电势的大小和方向，以保证电机的正常运行和高效工作。
直流电机的电枢绕组.ppt
y1
Ze 2p
整数
同一个元件两个元件边之间的距离
其中，p为直流电机的极对数。要求一个元件 的两个元件边跨距为一个极距，这样元件中的 感应电势最大。同时y1必须是整数，所以用一 个分数ε 进行调整。取“－”时为短距，取 “＋”时为长距。
合成节距y和换向器节距yK
两个相联元件对应元件边之间的跨距为 合成节距y。
一个元件首、尾端所联两个换向片之间 的跨距为yK，以换向片数表示。
对于单叠绕组
y yK 1
第二节距y2
联至同一换向片的两个元件边之间的距 离，也就是两个相联元件中前一元件的 下层边与后一元件的上层边之间的距离。 对于单叠绕组
y2 y1 y
2．单叠绕组展开图
根据给定的极数2p、虚槽数Ze、 元件数S和换向片数K计算元件 的节距，然后画图。
单波绕组是把所有N极下的元 件串联起来组成一条支路， 把所有S极下的元件串联起来 组成另一条支路，所以单波 绕组的支路对数与极对数无 关，恒为1。
a＝1
3.4直流电机的电枢绕组
电枢绕组的作用 感应电动势：绕组在磁场中旋转，
绕组导体切割磁场，感应电动势。 产生电磁转矩：绕组中通电流，带
电导体在磁场中将受到电磁力的作 用，电磁力乘电枢半径为电磁转矩。
电磁功率
绕组中有感应电动势，同时有电流，两 者相乘就是电磁功率。
电磁功率的存在使机电能量转换成为可 能。
电磁功率的存在必须同时满足两个条件： （1）感应电动势（2）电流
在能量转换过程中电枢绕组起着重要的 作用，电枢绕组是直流电机的核心部分。
电枢绕组的基本单元
绕组元件，简称为元件。
直流电机的电枢绕组
2绕.绕组组放放置置
安3.放安磁放极磁、极电电刷刷
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
N
S
N
S
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
+
A 1
B1
A+ 2
-
B 2
A+
B－
二、单叠绕组
4、并联支路符号图
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
N
S
N
S
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
+
-
B
A+
A
1
2
1
-
B 2
A+
B－
二、单叠绕组
4、并联支路符号图
单叠绕组的特点
(1) 并联支路对数等于磁极对数，即 a=p。
(2) 电刷组数等于磁极数。
三、单波绕组
单波绕组:顺序相连的两元件处在相邻极对下相近位置。 1、单波绕组的节距
y1
(1) 第一节距 (2) 合成节距 (3) 第二节距
y1 y1 = = Z 2 p
y 2
y=yk
=Z1=K1 pp
y2 =yy1
2、单波绕组构成实例
直流电机：2p =4
步骤：
Z=S=K=15
① 计算节距
y1
= Z =153=3
2p 4 4
y=yk
=Z1=151=7 pp
y2=yy1=7 3=4
通过换向片，6个元件依次串联构成一个闭合回路
第3章 直流电机 《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
第三章 直流电机习题解答3-1 直流电机铭牌上的额定功率是指输出功率还是输入功率？对发电机和电动机有什么不同？答：输出功率；对于电动机指轴上的输出机械功率，对于发电机指线段输出的电功率。
3-2. 一台p 对极的直流电机，采用单叠绕组，其电枢电阻为R ，若用同等数目的同样元件接成单波绕组时，电枢电阻应为多少？ 答：P 2R .解析：设单叠绕组时支路电阻为R 1 ，考虑到并联支路数2a =2p ，故有：12R R P=,则12R PR = ，单波绕组时，并联支路数2a=2,每条支路有p 个R 1 ,则每条支路电阻为22p R ，并联电阻为2p R 。
3-3.直流电机主磁路包括哪几部分？磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分？答：(N 极)，气隙，电枢齿，电枢磁轭，下一电枢齿，气隙，（S 极），定子磁轭，（N 极）；主要消耗在气隙。
3-4. 在直流发电机中，电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，电枢反应的性质怎样？当电刷逆电枢旋转方向移动一角度，电枢反应的性质又是怎样？如果是电动机，在这两种情况下，电枢反应的性质怎样？答：当电刷偏离几何中性线时，除产生交轴电枢磁动势外，还会产生直轴磁动势。
对于发电机，当电刷顺电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有去磁作用。
当电刷逆电枢旋转方向移动一角度后，产生的交轴磁动势F aq 对主磁场的影响与电刷位于中性线时的电枢反应磁动势相同，产生的直轴电动势F ad 有助磁作用。
如果是电动机，两种情况下的影响与发电机恰好相反。
3-5. 直流电机电枢绕组元件内的电动势和电流是交流还是直流？为什么在稳态电压方程中不考虑元件本身的电感电动势？答：交流；因为在元件短距时，元件的两个边的电动势在一段时间内方向相反，使得元件的平均电动势稍有降低。
但直流电机中不允许元件短距太大，所以这个影响极小，故一般不考虑。
《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性
T = TL +T0
转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时， 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化， 动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 一定， (平衡 此时， 平衡)， 例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL (平衡)，此时， 突然增加， 若TL突然增加，则调整过程为 E = KEΦn E↓ ↓ TL ↑ n↓ ↓ T↑
（3）求理想空载转速
根据（0，n0）和（TN，nN）两点，就可以作出他励电动 机的机械特性曲线。
正反转时的机械特性
2 、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加 电压、励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电 阻所得到的机械特性。直流他励电动机有三种人 为机械特性。
Ra U n= − T = n0 − ∆n 2 KeΦ Ke Kt Φ
n
d T
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组， 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流 方向如图所示 由于换向片和电源固定联接， 如图所示。 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动，总是 极有效边的电流方向向里 N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则 按顺时针方向旋转。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
转子
转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、 电枢铁心、 转子部分 电枢铁心 电枢绕组、换向器、风扇、 电枢绕组、换向器、风扇、轴等
直流电机原理
（3-1）
由电枢转动的机械角速度与感应电动势角频率e 的关系
e np
2π n 60
（3-2） （3-3）
-40-
第三章 直流电机原理 式（3-1）表示的直流电机感应电动势可写成 2n p N n Ea Φ 4np NΦ （3-4） π 60 由于电枢绕组的匝数N与电枢总有效边数Z以及支路对数a的关系 为 N = Z/4a， Z n np Z E a 4n p Φ Φn 4a 60 60a 令 Ce
I a 2aia
第三章 直流电机原理
单波绕组
波绕组：同一极性下的所有元件串联成一条支路，首末端相连 的两个换向片相隔很远，两元件紧相串联后形似波浪。
最大特点：
支路对数恒为 1， 与磁极对数无关！ 电枢电流等于两倍支路电流
I a 2ia
第三章 直流电机原理
电枢绕组装配图
第三章 直流电机原理
转轴 轴承 换向器 电枢铁心 电枢绕组 风扇 轴承
图3-4 直流电机的电枢
-13-
第三章 直流电机原理 3. 换向器和电刷
换向器安装在转轴上，有许多梯形截面的换向片围叠组成 一个圆柱体，相邻的换向片用云母片彼此绝缘。 换向器的作用是将电枢绕组内的交流电动势用机械换接的方 法转换成电刷间的直流电动势。
N
If N 励磁线圈 S 电刷
几何中线
电枢线圈 主磁通 主磁通 电动机 旋转方向
漏磁通
S
a) 图3-8 空载时的磁场分布
a) 空载时的磁场分布 b) 主磁场磁密分布曲线
发电机 旋转方向
b)
-33-
第三章 直流电机原理 主磁通0 的大小决定于励磁磁动势Ff 、磁路各段几何尺寸和 选用的材料性质。在磁路尺寸和材料已定的情况下，0 与Ff 满足 图3-9所示的 0 = f（Ff ）关系曲线。若励磁绕组匝数一定，磁动 势Ff 便与励磁电流If 成正比，使 0 = f（Ff ）= f（If ），称为磁 化曲线。 磁化曲线表明，电机中磁 通增大时，磁通与磁动势成线 性正比，但当磁通达到一定数 值时，磁通增长缓慢，呈饱和 趋势，随着磁动势继续增加， 磁通趋于平直。一般电机空载 时，电机的磁场处于磁化曲线 浅饱和区的a点。
直流电机的电枢绕组
单波绕组的特点
（1）yyk
K1Z1 pp
（2）a=1；
（3）电枢电动势等于支路感应电动势；
（4）正负电刷间电动势最大。
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高速电主轴在卧式镗铣床上的应用 越来越 多，除 了主轴 速度和 精度大 幅提高 外，还 简化了 主轴箱 内部结 构，缩 短了制 造周期 ，尤其 是能进 行高速 切削， 电主轴 转速最 高可大10000r/min以 上。不 足之处 在于功 率受到 限制， 其制造 成本较 高，尤 其是不 能进行 深孔加 工。而 镗杆伸 缩式结 构其速 度有限 ，精度 虽不如 电主轴 结构， 但可进 行深孔 加工， 且功率 大，可 进行满 负荷加 工，效 率高， 是电主 轴无法 比拟的 。因此 ，两种 结构并 存，工 艺性能 各异， 却给用 户提供 了更多 的选择 。
现在，又开发了一种可更换式主轴 系统， 具有一 机两用 的功效 ，用户 根据不 同的加 工对象 选择使 用，即 电主轴 和镗杆 可相互 更换使 用。这 种结构 兼顾了 两种结 构的不 足，还 大大降 低了成 本。是 当今卧 式镗铣 床的一 大创举 。电主 轴的优 点在于 高速切 削和快 速进给 ，大大 提高了 机床的 精度和 效率。
2p
2 ．第一节距y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距， 以槽数表示，如图1—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应是整数。而为
了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于极距。
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。y1
Z 2p
3．第二节距y2 它是指相串联的两个相邻线圈中，第一个线圈的下层边与相 邻的第二个线圈的上层边之间的距离，用槽数表示。
电机学第三章 直流电机的稳态分析
展开直流电机的转子
N
1 2 3 4 5
单叠绕组的设计
τ
τ
τ
τ
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
N
11 12 13 14
S
15 16 1
单叠绕组的设计
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
N
11 12 13 14
S
15 16
1
2
单叠绕组的设计
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
一 、空载气隙磁场
气隙磁场是产生感应电动势并进行能量转换的场所
平顶波
二 、负载时的电枢磁动势和电枢反应
安培环路定律 当电枢电流Ia不是零时（负载时电枢输出或输入电流），绕 组中的电流也会产生磁场，称其为电枢磁场。 此时，气隙磁场就由主机磁动势和电枢磁动势两者合成的磁 动势建立磁场。 由前面分析直流电机中电刷（固定的）是电枢表面导体中电 流方向的分界线（电枢磁势的轴线总是与电刷轴线重合）， 因此电枢电流建立的电枢磁动势与电刷位置有关，下面分别 讨论不同电刷位置时的电枢磁动势。
叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前 一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。 波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串 联起来，象波浪式的前进。
元件的概念
上元件边 前端接
N S
前端接
下元件边
换向片
电枢绕组的元件
线圈在槽中的安排
1. 元件数等于虚槽数 2.每一个元件两个边接到两个换向片上，每一个换向片接两个 元件的边，因此元件数等于换向片数
第三章 直流电机的稳态分析
直流电机是电机的主要类型之一 1.直流电动机以其良好的启动性能和调速性能著称。 2.直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源。 结构较复杂 直流电机 成本较高 可靠性较差 近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能 的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽 管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值! 使它的应用受到限制
《电机与电气控制技术》第2版习题解答第三章直流电机
《电机与电⽓控制技术》第2版习题解答第三章直流电机《电机与电⽓控制技术》第2版习题解答第三章直流电机3-1直流电机中为何要⽤电刷和换向器，它们有何作⽤？答：直流发电机与直流电动机的电刷是直流电压、电流引出与引⼊的装置。
在发电机中换向器是将电枢元件中的交变电势度换为电刷向直流电势；在电动机中换向器使外加直流电流变为电枢元件中的交流电流，产⽣恒定⽅向的转矩，使电枢旋转。
3-4阐明直流电动机电磁转矩和电枢电动势公式T=C tφI a1，E a=C eφn中各物理量的涵义。
答：直流电动机电磁转矩T=C TφI a式中C T：与电动机结构有关的常数，称转矩系数；φ：每极磁通；I a：电枢电流、T：电磁转矩。
直流电动机电枢电动势公式E a=C eφn式中：C e：与电动机结构有关的另⼀常数，称电动势系数；φ：每极磁通；n：电动机转速；E a：电枢电动势。
3-5直流电动机电枢电动势为何称为反电动势？答：直流电动机电枢转动时，电枢绕组导体切割磁⼒线，产⽣感应电动势，由于该电动势⽅向与电枢电流的⽅向相反，故称为反电动势。
3-6试写出直流电动机的基本⽅程式，它们的物理意义各是什么？答：直流电动机的基本⽅程式有电动势平衡⽅程式、功率平衡⽅程式和转矩平衡⽅程式。
1）电动势平衡⽅程式：U=E a+I a R a式中U：电枢电压；E a：电枢电动势；I a：电枢电流；R a：电枢回路中内电阻。
2）功率平衡⽅程式：电动机的输⼊电功率P1=P em+P cua式中P em：电磁功率P cua：电枢绕组的铜损电动机输出的机械功率：P2=P em-P Fe-P m=P1-P cua-P Fe-P m式中P Fe：电枢铁⼼损耗；P m：机械损耗；P1：电动机输⼊的电功率。
3）转矩平衡⽅程式：T2=T-T0式中T2：电动机轴上输出的机械转矩；T：电动机电磁转矩；T0：空载转矩。
3.7.何谓直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性⽅程式。
第三章 直流电机原理(最新)
3.1直流电机的用途、结构及基本工作原理 直流电机的用途、 直流电机的用途 3.2直流电机的励磁磁场 直流电机的励磁磁场 3.3直流电机的电枢绕组 直流电机的电枢绕组 3.4 直流电机的负载磁场及电枢反应 3.5 直流电机的感应电势与电磁转矩 3.6 直流发电机 3.7 直流电动机 3.8 直流电机的换向
1.定子 定子
主磁极； 换向磁极； 机座； 主磁极； 换向磁极； 机座；电刷
主磁极 主磁极的作 用是建立主磁场。 用是建立主磁场。
S N N S
主磁极
换向磁极
换向极:它的作用是改善直流电机的换向情况， 换向极 它的作用是改善直流电机的换向情况， 它的作用是改善直流电机的换向情况 使电机运行时不产生有害的火花。 使电机运行时不产生有害的火花。
– – – – 调速范围广，平滑。 过载、起动、制动转矩大。 易于控制，可靠性高 调速时能量损耗小
• 直流电机缺点
– 换向困难 – 结构复杂，维修不方便 – 价格高
用途、 §3-1用途、结构及基本工作原理 用途
二、直流电机的工作原理
（1）直流发电机的工作原理
Shockwave Flash Object
第二节矩y2:在相串连的两个元件中，第一个元件的下层 第二节矩 边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，称为 第二节矩。第二节矩用y2表示，也用虚槽数计算。
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 合成节矩y 离，称为合成节矩。 叠绕组： 叠绕组：y = y1 - y2
Shockwave Flash Object
随着的增大，铁心部分所需磁势 将很快增大，磁化曲线偏离气隙 线而开始弯曲，进入饱和区． 饱和系数 Φ0 a b c
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第三章直流电机的电枢绕组•电枢绕组要求：在导体数量一定的条件下，应能够产生尽可能大的电势和电磁转矩，并力求结构简单，运行可靠，维护方便。
•总类：单波绕组、单叠绕组、复波绕组、复叠绕组、混合绕组等。
•重点讲授：绕制规律、并联电路、电刷位置及性能特点。
第三章直流电机的电枢绕组•电枢绕组和换向片
通过换向片，6个元件依次串连构成一个闭合回路
电枢绕组的一般知识
•绕组的元件
两端分别连接到两个换向片上的单匝或多匝线圈
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。
有效边端部
•几个基本概念
•元件数S，换向片数K，槽数Z
S=
K
=
S=Z
K
S=Z
单叠绕组构成实例
直流电机：•计算节距
4
2=p 16
===K S Z 4
4162===p Z τ4
21=±=εp Z y 1==k y y 3
12=−=y y y 统一编号原则：元件号、元件上层边所嵌放
的槽号以及该边所连接的换向片号均相同
绕组连接
()
n v 1
2
151314
16
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
（元件序号）
（几何中线）1号元件的上层边放置在1号槽，并起于1号换向片。
相隔4个槽放置即5号槽放置1号元件的下层边。
然后将1号元件下层边连接在与1号换向片相隔个换向片，即2号换向片上。
K y •画辐射图
1
2
15
13
1416
3
4
5
6
7
8
9
10
11
121A 1
B 2
A 2
B 选择电刷位置原则
为使正、负电刷间引出的电动势最大，电刷应放在不同支路的交界处；在元件的端接线左、右对称的情况下，此位置恰好在磁极中心线下，所以有“电刷位于磁极轴线上”之说。
选择电刷位置原则
由于被电刷短路的4个
元件的边恰好位于两个主级中间的几何中性线位置，如
忽略元件和换向器的连线时
，则电刷就直接与旋转到几
何中性线上的元件边相接触了。
所以还有“电刷位于几何中性线上”之说。
该处磁通密度为零，故被电刷短路的元件电势等于零，被电刷短路时不会产生短路电流，又对换向有利。
短路电流会引起恶化换向、增加损耗、严重时损坏元件等不良后果。
1
215131416
34567891011121A 1B 2
A 2
B （均压线、电枢反应、绘制直流电机符号图）
-A2B 1
3456789101112N S N +
-+1A 1B 2A B +－
A B
单叠绕组的特点1.
并联支路对数等于磁极对数，即。
2.电刷组数等于磁极数。
并联支路符号图
p a =
A B 1
特别注意
上述讲解的绕组辐射图、绕组展开图和绕组并联支路符号图等只是为了讲述方便给出了一个特例。
随着电枢旋转，各元件的位置随着时间变化，构成支路的元件（包括元件数）在交替更换，如图3-6（b)所示。
另外磁极和电刷的宽度也随着设计要求也有所变化，上述各图原则上具有很多不同的形式，但总体来讲，各类图中其形式是类似的，计算结果也是相近的，而基本原理是完全相同的。
单波绕组
•单叠绕组是把一个主极下的元件串联成一条支路,以保证串联元件中的电动势同方向。
能不能把电枢上所有处于相同极性下的元件都串联起来构成一个支路呢？
单波绕组
•单波绕组的连接规律
之后，恰好回到出发换向片的相邻一片上；然后从此换向片出发，继续绕连，一直到把全部元件连完，最后回到开始出发的换向片，构成一个闭合回路为止。
从某一换向片出
发，把相隔约为一对
极距的同极性磁极下
对应位置的所有元件
串联起来，直到沿电
枢和换向器绕过一周
N S N S
ετ±=1y p Z 2=τk Z 1K 1y y 2p p
τ±±===≈12y y y −=k py y Z 1
==±
单波绕组构成实例
直流电机：•计算节距
4
2=p 15===K S Z 34
341521=−=−=εp Z y 71151=−=±==p
p Z y y k 43712=−=−=y y y N S N S
++-
并联支路符号图•单波绕组是把所有处于相同极
性下的元件都串联起来构成两
条并联支路。
单波绕组的并联
支路对数与极对数无关，总等
于1，即。
•单波绕组从理论上讲，只需设
两组电刷。
但一般仍采用2P
组电刷。
它可以减少电刷
的接触面积，随之可有效
缩短换向器乃至电机的轴
长向度以节省用铜量，还
可平衡绕组支路电势。
1=a
直流电机绕组的总结
•所有的直流电机的电枢绕组是无头无尾的闭合绕组。
•电枢绕组的支路数（2a）永远是成对出现，这是由于磁极数(2p )是一个偶数。
•电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、负电刷引出的电动势最大，或者说，被电刷短路的元件中的电动势为零或接近于零。
•对于端接对称的元件，电刷也就放置在主极轴线下的换向片上。
()
1p τε=−+
单叠绕组和单波绕组的区别
讨论：绕组短距、电刷短路、齿槽效应
每极主（气隙）磁通（空载、负载）lv
B e av av =l
B av τφ=p D 2πτ=60
Dn v π=n C n a
pN E e a ⋅⋅=⋅⋅=φφ60a pN C e 60=直流电机电势常数
Dl p B av πφ2=
•电刷位置安放正确及绕组短距不太大的情况下，短路和短距造成的影响可以忽略不计。
•不论导体是放在槽内还是放在光滑的电枢表面，只要电枢旋转一个磁极，导体切割的磁通量总是等于Φ，因此平均电势并无差异。
•不管是空载还是负载状态，只要每极有效磁通量为Φ，就可以按同样公式计算电枢电势。
作业
P.32：3-4、5、6、7
3-5题中绘制绕组展开图时，建议磁极宽度占极距的75%，电刷宽度等同于换向片宽度。