第07讲直流电机的功率流程
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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
直流电机教学ppt
所以电刷A为正极性，电刷Ｂ为负极性。电枢旋转180°时，导 体cd转至Ｎ极下，感应电动势的方向由c指向d，电刷A与d所连
换向片接触，仍为正极性；导体ab转至S极下，感应电动势的 方向变为a指向b，电刷B与a所连换向片接触，仍为负极性。可 见，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向是交变的，而
通过换向器和电刷的作用，在电刷Ａ、Ｂ两端输出的电动势是 方向不变的直流电动势。若在电刷Ａ、Ｂ之间接上负载，发电
第一章 直 流 电 机 图1.2.3 主磁极
第一章 直 流 电 机 图1.2.4 换向极
第一章 直 流 电 机
2) 换向极（commutating pole）
两相邻主磁极之间的小磁极叫换向极，也叫附加极或间极。 换向极的作用是改善电机换向，减小电机运行时电刷与换向器 之间可能产生的火花。换向极由换向极铁心和换向极绕组构成， 如图1.2.4所示。换向极铁心一般用整块钢制成。对换向性能 要求较高的直流电机，换向极铁心可用1～1.5 mm厚的钢板冲 制叠压而成。 换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极 铁心上。整个换向极用螺钉固定于机座上。换向极的数目一般 与主磁极相等。
由c流向d。载流导体ab和cd均处于N、S极之间的磁场当中，受
到电磁力的作用，其方向由左手定则确定，可知这一对电磁力 形成一个转矩，称为电磁转矩，电磁转矩的方向为逆时针方向， 使整个电枢逆时针方向旋转。当电枢旋转180°，导体cd转到N 极下，ab转到S极，如图⒈⒈１所示，由于电流仍从电刷A流人， 使cd中的电流方向变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从 电刷B流出，用左手定则可判别，电磁转矩的方向仍是逆时针方 向。
(3)额定电流IN：是指电机按照规定的工作方式运行时电 枢绕组允许流过的最大电流，单位为A(安)。
换向片接触，仍为正极性；导体ab转至S极下，感应电动势的 方向变为a指向b，电刷B与a所连换向片接触，仍为负极性。可 见，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向是交变的，而
通过换向器和电刷的作用，在电刷Ａ、Ｂ两端输出的电动势是 方向不变的直流电动势。若在电刷Ａ、Ｂ之间接上负载，发电
第一章 直 流 电 机 图1.2.3 主磁极
第一章 直 流 电 机 图1.2.4 换向极
第一章 直 流 电 机
2) 换向极（commutating pole）
两相邻主磁极之间的小磁极叫换向极，也叫附加极或间极。 换向极的作用是改善电机换向，减小电机运行时电刷与换向器 之间可能产生的火花。换向极由换向极铁心和换向极绕组构成， 如图1.2.4所示。换向极铁心一般用整块钢制成。对换向性能 要求较高的直流电机，换向极铁心可用1～1.5 mm厚的钢板冲 制叠压而成。 换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极 铁心上。整个换向极用螺钉固定于机座上。换向极的数目一般 与主磁极相等。
由c流向d。载流导体ab和cd均处于N、S极之间的磁场当中，受
到电磁力的作用，其方向由左手定则确定，可知这一对电磁力 形成一个转矩，称为电磁转矩，电磁转矩的方向为逆时针方向， 使整个电枢逆时针方向旋转。当电枢旋转180°，导体cd转到N 极下，ab转到S极，如图⒈⒈１所示，由于电流仍从电刷A流人， 使cd中的电流方向变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从 电刷B流出，用左手定则可判别，电磁转矩的方向仍是逆时针方 向。
(3)额定电流IN：是指电机按照规定的工作方式运行时电 枢绕组允许流过的最大电流，单位为A(安)。
直流电机工作原理
第二章 直流电机2．1 概述2.1.1 直流电机的工作原理首先，复习e=B δlv 公式，说明e 正比于B δ。
结合图2.1解释v=2πRn/60 （m/s ， n (r/min)）; 机械角速度Ω=v/R=2πn /60 ( r/s); 电角速度ω=p Ω=p2πn/60 (rad/s) （记下来）；导体或线圈。
将直流电机的简单工作原理图结构介绍清楚。
包括：N 、S 磁极和A 、B 电刷静止，换向片、线圈（导体）以及电枢逆时针旋转。
将其抽象成一个平面图。
假设磁力线进入磁极为正方向，离开磁极的磁通方向为负。
得气隙磁密在空间得分布曲线B δ(θ)(0≤θ=ωt ≤2π)。
进而得到导体电势e(ωt)和线圈电势e AB (ωt)。
经过合理的多个线圈均匀分布设计，按照一定规律连接起来就组成电枢绕组，便可以获得近似直流电动势。
工作原理：（1） 发电机：电枢绕组中感应的交变电势，依靠换向器的换向作用，利用静止的电刷把同一磁极下导体电势引出，变为直流电势输出。
（发电机惯例）（2） 电动机：通过电刷和换向器的共同作用，使得同磁极下的导体边流过的电流方向不变，导体受力方向不变，进而产生方向恒定的电磁转矩，使电机连续转动。
结论：（1）电机内部（电刷为界），线圈中产生的感应电势、流过的电流是交流量。
（2）电机外部（电刷两端），电动机运行外加直流电；发电机运行输出直流电（3） 从原理上讲，同一台电机既可以作电动机运行又可以作发电机运行，是可逆的。
（4）电动机惯例 发电机惯例i i u Motor uGenerator2．1．2 直流电机的主要结构部件定子——起机械支撑，产生磁场的作用 机座、端盖、电刷、轴承直流电机结构 气隙——耦合磁场转子——产生电磁转矩、产生感应电势 电枢铁心和电枢绕组 换向器、转轴、风扇 2．1．3 直流电机的额定值额定值：指电机正常运行时各物理量的数值。
此时亦称电机满载运行。
否则为欠载或过载额定功率：指输出功率W, kW 。
《电机原理》直流电机PPT课件
绕组端部
图1-4 直流电机横剖面示意图
一、结构
1、定子
（1）主磁极 作用：产生直流磁场。 分类：永磁式、电磁式 电磁式的构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板冲压而成。 ②励磁绕组，通入的是直流电。
（2）换向极 作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。 组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组 串联。
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2
15 7 14 6 13
15
1
8
5
5
8
1 9
12
12 2 10 3 11 4
4
9
瞬时电路图
单波绕组的特点：
•同名磁极下各元件串联起来组成一条支路， 支 路对数a＝1，与磁极对数p无关。 •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。 •电刷数量等于主磁极数（采用全额电刷）; •电枢电流 Ia＝2ia 。
二、直流电机的额定数据
1、额定容量PN：输出功率，单位kW。 直流发电机：PN＝UN· IN
直流电动机：PN＝UN· IN ·
2、额定电压UN：额定状态下出线端电压，单位V 3、额定电流IN：额定状态下出线端电流，单位A 4、额定转速nN： 额定状态下的电机转速，单位r/min 5、额定励磁电流
6、励磁方式
第一章 直流电机
1-1 直流电机的结构与工作原理
一、结构 1、定子 （1）主磁极： 作用：产生直流磁场。 分类：永磁、电磁 电磁铁构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板叠压而成。 ②励磁绕组，励磁绕组中通入的是直流电。 （2）换向极 作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。 组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组 串联。
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
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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
电机的功率流程
1、同步电动机的功率流程：
输入的电功率首先减去定子绕组的铜耗得到电磁功率。
电磁功率再减去空载损耗得到电机轴上输出的机械功率。
2、三相异步电动机的功率流程：
输入的有功功率首先减去定子铜耗和铁耗得到电磁功率。
电磁功率再减去转子铜耗得到机械功率。
机械功率再减去机械损耗和附加损耗得到输出功率，即电动机转轴上能够输出给机械负载的机械功率。
3、并励直流发电机的功率流程：
输入的机械功率首先减去空载损耗得到电磁功率。
电磁功率再减去电枢回路铜耗和励磁回路铜耗得到发电机输出的电功率。
4、并励直流电动机的功率流程：
输入的电功率首先减去励磁回路铜耗得到电磁功率。
电磁功率再减去电枢回路铜耗得到机械功率。
机械功率再减去机械损耗和附加损耗得到输出功率，即电动机转轴上能够输出给机械负载的机械功率。
直流电机功率计算方法
直流电机功率计算方法直流电机是一种将直流电能转化为机械能的设备。
功率是衡量电机性能的重要指标，能够反映电机转速和扭矩的关系。
计算直流电机功率的方法主要基于电流和电压两个参数，并且与电机性能和工作环境等因素密切相关。
下面将详细介绍直流电机功率计算的方法。
1.基本功率定义：直流电机的功率可以分为输入功率和输出功率两部分。
输入功率是指电机从电源获取的电能，输出功率是指电机转化为机械能所提供的功率。
理想情况下，输入功率等于输出功率，即电机功率是100%的。
2.计算输入功率：直流电机的输入功率可以通过计算电流和电压的乘积来获得。
输入功率=电流*电压。
其中，电流是以安培为单位，电压是以伏特为单位。
在实际应用中，如果电机处于额定电流下工作，可以直接使用额定电流和额定电压计算输入功率；如果电机处于非额定电流下工作，需要分别测量电流和电压，然后将其相乘计算输入功率。
3.计算输出功率：计算直流电机的输出功率需要先获得转速和扭矩的数值，然后将其相乘。
输出功率=转速*扭矩。
其中，转速以每分钟旋转的圈数为单位，扭矩以牛·米为单位。
在实际应用中，转速可以通过转速计进行测量，扭矩可以通过扭矩传感器或负载测力计进行测量。
4.考虑效率：实际情况下，直流电机的效率通常不是100%，部分电能将会转化为损耗热能。
为了考虑电机效率对功率的影响，需要将输出功率除以效率。
实际功率=输出功率/效率。
5.考虑负载：直流电机在工作过程中可能会面对一定的负载，负载会对电机的性能产生影响。
为了计算负载情况下的功率，需要将负载扭矩考虑进去。
计算方法如下：实际功率=（输出功率-负载扭矩*转速）/效率。
负载扭矩可以通过测力计或其他扭矩测量设备进行测量。
6.功率曲线：功率曲线是描述电机功率与工作情况关系的图表，可以反映电机在不同电流、电压和转速下的性能特点。
通过绘制功率曲线，可以更好地了解电机的工作状态和适应范围，为电机的选择和应用提供参考。
总结：直流电机功率的计算方法需要结合电流、电压、转速和扭矩等参数，并且需要考虑效率和负载等因素。
《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
直流电机的基本工作原理与结构
1. 直流发电机的工作原理
图1.1为直流发电机的简化模型。图中N, S为固定不动的定子磁 极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的转子线圈，线圈的首端a， 末端d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同转动的导电换向片上。 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实 现的。在定子与转子间有间隙存在，称其为气隙。
1—换向极铁心；2—换向极绕组
图1.5 直流电机的换向极
（4）电刷装置 电刷与换向器配合
可以把转动的电枢绕组 电路和外电路连接并把 电枢绕组中的交流量转 变成电刷端的直流量。 电刷装置由电刷、刷握、 刷杆、刷杆架、弹簧、 铜 辫 构 成 ， 如 图 1.6 所 示。电刷组的个数，一 般等于主磁极的个数。
直流发电机的工作原理
导体中感应电动势的方向可用右手定则确定。在逆时针旋转 情况下，如图1.1（a）所示，导体ab在N极下，产生的感应电动 势极性为a点高电位，b点低电位；导体cd在S极下，感应电动势 的极性为c点高电位，d点低电位，在此状态下电刷A的极性为正， 电刷B的极性为负。当线圈旋转180°，如图1.1（b），导体ab 在S极下，感应电动势的极性为a点低电位，b点高电位，而导体 cd则在N极下，感应电动势的极性为c点低电位，d点高电位，此 时虽然导体中的感应电动势方向已改变，但由于原来与电刷A接 触的换向片已经与电刷B接触，而与电刷B接触的换向片同时换 到与电刷A接触，因此电刷A的极性仍为正，电刷B的极性仍为负。
从图1.1中可看出，导体ab和cd中感应电动势方向是交变的， 而和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是 在S极下，因此电刷A的极性总为正，而电刷B的极性总为负，在 电刷两端可获得直流电动势输出。
感应电动势的方向由两个因素决定；1，导体的运动方向， 2，气隙磁场的极性。改变其中之一就可以改变感应电动势的方 向。
图1.1为直流发电机的简化模型。图中N, S为固定不动的定子磁 极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的转子线圈，线圈的首端a， 末端d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同转动的导电换向片上。 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实 现的。在定子与转子间有间隙存在，称其为气隙。
1—换向极铁心；2—换向极绕组
图1.5 直流电机的换向极
（4）电刷装置 电刷与换向器配合
可以把转动的电枢绕组 电路和外电路连接并把 电枢绕组中的交流量转 变成电刷端的直流量。 电刷装置由电刷、刷握、 刷杆、刷杆架、弹簧、 铜 辫 构 成 ， 如 图 1.6 所 示。电刷组的个数，一 般等于主磁极的个数。
直流发电机的工作原理
导体中感应电动势的方向可用右手定则确定。在逆时针旋转 情况下，如图1.1（a）所示，导体ab在N极下，产生的感应电动 势极性为a点高电位，b点低电位；导体cd在S极下，感应电动势 的极性为c点高电位，d点低电位，在此状态下电刷A的极性为正， 电刷B的极性为负。当线圈旋转180°，如图1.1（b），导体ab 在S极下，感应电动势的极性为a点低电位，b点高电位，而导体 cd则在N极下，感应电动势的极性为c点低电位，d点高电位，此 时虽然导体中的感应电动势方向已改变，但由于原来与电刷A接 触的换向片已经与电刷B接触，而与电刷B接触的换向片同时换 到与电刷A接触，因此电刷A的极性仍为正，电刷B的极性仍为负。
从图1.1中可看出，导体ab和cd中感应电动势方向是交变的， 而和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是 在S极下，因此电刷A的极性总为正，而电刷B的极性总为负，在 电刷两端可获得直流电动势输出。
感应电动势的方向由两个因素决定；1，导体的运动方向， 2，气隙磁场的极性。改变其中之一就可以改变感应电动势的方 向。
直流电机的工作原理学习ppt课件
4 无e
13
结论： 1 . 电枢线圈中的电势方向由于电枢旋转而随时间做正 负变化。
2. 电刷A、B间出现了一个极性不变的电动势或电压。 3. 换向器的作用：把直流发电机电枢线圈中交变的感 应电动势，变成电刷A、B两端输出的直流电动势，这 种作用称为整流。
.精品课件.
14
实际电机中，电枢上放置了许多线圈组成的电枢绕组，这些线 圈均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接起来。实践证明， 若每极下线圈边数大于8时，电势脉动的幅值将可小于1%，基本 是一直流电势。
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20
二、直流电动机工作原理（ f=Bli,方向：左手定则）
b
d
4
a
A
c
2
1
B
.精品课件.
21
二、直流电动机的工作原理（f=Bli,方向：左手定则）
f
i
Te
i
1
f
2
f i
Te
i
2
f
1
1 感应电流方向：
b →a , c →d 电压：A+ B-
2 无e
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3 感应电流方向：
a →b , d→c 电压： A+ B-
.精品课件.
27
小结： 一、直流发电机的工作原理 二、直流电动机的工作原理
.精品课件.
28
作业： 1. P11：二、（1）（2） 2. 直流发电机和直流电动机的特点？
.精品课件.
29
e v
i
要维持电动机状态，外部输入 电动势必须大于电枢内部切割运动 产生的感应电动势。
Te
1 2
i e
v
.精品课件.
24
直流电机的基本工作原理和结构培训课件
直流电机的磁场具有单极性， 即磁场只能从一个极性跳转到 另一个极性，这是直流电机的 基本特性之一。
直流电机的转矩产生
直流电机的转矩产生是通过磁场与电 流相互作用实现的，转矩的大小与电 流、磁场强度以及磁场与电流之间的 角度有关。
转矩的方向与电流的方向和磁场的方 向有关，遵循左手定则。
当电流在导线中流动时，会产生磁场， 该磁场会对导线中的电流产生力，从 而产生转矩。
直流电机的基本工作原理和 结构培训课件
目录
• 直流电机概述 • 直流电机的基本工作原理 • 直流电机的结构 • 直流电机的特性 • 直流电机的控制与调速 • 直流电机的维护与保养
01
直流电机概述
直流电机的定义
01
直流电机是一种将直流电能转换 为机械能的装置，其工作原理基 于电流在磁场中受力的电磁效应 。
组成
转子通常由铁芯和绕组组成，绕组是 电流流过的线圈，产生磁场。
电刷和换向器
电刷
电刷是将外部电源引入到转子的导电部件，它负责将电流引入到转子的绕组中。
换向器
换向器是直流电机特有的部件，它的作用是自动改变电流的方向，以保持转子 磁场方向的连续性。换向器由多个换向片组成，每个换向片与电刷接触，将电 流引入或导出转子绕组。
更换接线。
直流电机常见故障及排除方法
电机不转
首先检查电源是否正常，然后检查电机接线是否 紧固，最后检查电机轴承是否润滑。
电机过热
首先检查电机负载是否过大，然后检查电机通风 是否良好，最后检查电机轴承是否磨损。
电机振动过大
首先检查电机安装是否稳固，然后检查电机轴承 是否磨损或损坏，最后检查电机转子是否平衡。
直流电机驱动电路
H桥电路
由四个晶体管组成，能够实现直流电机的正反转和调速控制，常见于大功率直流电机驱动。
直流电机培训资料PPT演示课件
二、电枢电路串变阻器起动：
1、串变阻器起动：是指在起动过程中，在电枢电路串接 可变电阻，以限制起动电流。一般在转速上升过程中逐 步切除电阻，把电流限制在允许范围内，并使电机转速 在较小的波动下上升，在不太长时间内起动完毕。 2、串变阻器起动的优点：所需起动设备不多。 3、串变阻器起动的缺点：在起动过程中消耗大量的电能， 很不经济。
•1
直流电机的组成及作用
1、直流电机主要由定子和转子组成。 2、定子的作用是用来产生磁场和作电机的机械支撑，包 括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承等。
电刷装置也固定在定子上。 3、转子包括电枢、换向器、轴、风扇等。
电枢包括电枢铁心和电枢绕组，用来感应电势而实现 能量转换。
•2
直流电机各组成部分的作用
•7
直流电机的常用起动方法
4、起动方法： （1）直接起动 （2）电枢电路串变阻器起动 （3）降压起动
5、起动原则：确保有足够大的电磁转矩和降低起动电流。 为此，在起动时，应保证电动机的磁通达到最大值。
因为 T=Cm*Ø*Ia ，同样电流下， Ø最大则 T最大。为 此，在起动过程中，保证励磁回路电压不受电枢起动电 阻压降的影响。
与原来相反的电流。随之产生很大的方向与电枢旋转方 向相反的电磁转矩，引起强烈的制动作用，使电机迅速 停转。
3、优点：制动力矩很大。 缺点：电枢电流非常大，对电网产生冲击，对电机不
利；还要由电网供给功率，不经济。
•20
直流电动机的制动
三、回馈制动：
1、回馈制动：
是指电机由电动机运行状态转入到发电机运行状态， 回馈给电网电能，故称回馈制动。
直流电机
1、直流电机：是指发出直流电流的发电机，或通以直流 电流而转动的电动机。
1、串变阻器起动：是指在起动过程中，在电枢电路串接 可变电阻，以限制起动电流。一般在转速上升过程中逐 步切除电阻，把电流限制在允许范围内，并使电机转速 在较小的波动下上升，在不太长时间内起动完毕。 2、串变阻器起动的优点：所需起动设备不多。 3、串变阻器起动的缺点：在起动过程中消耗大量的电能， 很不经济。
•1
直流电机的组成及作用
1、直流电机主要由定子和转子组成。 2、定子的作用是用来产生磁场和作电机的机械支撑，包 括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承等。
电刷装置也固定在定子上。 3、转子包括电枢、换向器、轴、风扇等。
电枢包括电枢铁心和电枢绕组，用来感应电势而实现 能量转换。
•2
直流电机各组成部分的作用
•7
直流电机的常用起动方法
4、起动方法： （1）直接起动 （2）电枢电路串变阻器起动 （3）降压起动
5、起动原则：确保有足够大的电磁转矩和降低起动电流。 为此，在起动时，应保证电动机的磁通达到最大值。
因为 T=Cm*Ø*Ia ，同样电流下， Ø最大则 T最大。为 此，在起动过程中，保证励磁回路电压不受电枢起动电 阻压降的影响。
与原来相反的电流。随之产生很大的方向与电枢旋转方 向相反的电磁转矩，引起强烈的制动作用，使电机迅速 停转。
3、优点：制动力矩很大。 缺点：电枢电流非常大，对电网产生冲击，对电机不
利；还要由电网供给功率，不经济。
•20
直流电动机的制动
三、回馈制动：
1、回馈制动：
是指电机由电动机运行状态转入到发电机运行状态， 回馈给电网电能，故称回馈制动。
直流电机
1、直流电机：是指发出直流电流的发电机，或通以直流 电流而转动的电动机。
直流电机原理应用和程序详解
直流电机原理应用及程序详解
U1 1 2 3 4 5 6 7 8 13 12 15 14 5V 31 19 18 9 17 16 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP XIN XOUT RESET RD WR 89C51 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 VCC GND RXD TXD ALE/P PSEN 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 40 20 10 11 30 29
3
U2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ULN2803 OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT8 CM 18 17 16 15 14 13 12 11 10 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 GND
#include <reg52.h> #define uchar unsigned char sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; sbit dianji=P1^7; sbit jia_key=P3^6; sbit jian_key=P3^7; //数码管显示段选 IO 口定义 //数码管显示位选 IO 口定义 //控制电机 IO 口定义 //加速键 //减速键
图 6 直流电机工作原理图 1
直流电机原理应用及程序详解
哈尔滨天祥电子
图 6 是直流电机工作原理图，当电刷 A、B 接在电压为 U 的直流电源上时，若电刷 A 是正电位，B 是负电位，在 N 极范围内的导体 ab 中的电流是从 a 流向 b，在 S 极范围内的 导体 cd 中的电流是从 c 流向 d。载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此，ab 和 cd 两 导体都要受到电磁力的作用。 根据磁场方向和导体中的电流方向， 利用电动机左手定则判断， ab 边受力的方向是向左，而 cd 边则是向右。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的 电流，所以，ab 边和 cd 边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而 按逆时针方向转动了。 当线圈转到磁极的中性面上时， 线圈中的电流等于零， 电磁力等于零， 但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半周之后，虽然 ab 与 cd 的位置调换了，ab 边转到 S 极范围内，cd 边转到 N 极范围内，但是，由于换向片和电刷的作用，转到 N 极下 的 cd 边中电流方向也变了，是从 d 流向 c，在 S 极下的 ab 边中的电流则是从 b 流向 a。因 此，电磁力的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在 N、S 极范 围内的导体中的电流方向总是不变的，因此，线圈两个边的受力方向也不变，这样，线圈就 可以按照受力方向不停的旋转了， 通过齿轮或皮带等机构的传动， 便可以带动其它工作机械。 从以上的分析可以看到， 要使线圈按照一定的方向旋转， 关键问题是当导体从一个磁极 范围内转到另一个异性磁极范围内时（也就是导体经过中性面后） ，导体中电流的方向也要 同时改变。换向器和电刷就是完成这个任务的装置。在直流电动机中，换向器和电刷把输入 的直流电变为线圈中的交流电。可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键性部件。 当然，在实际的直流电动机中，也不只有一个线圈，而是有许多个线圈牢固地嵌在转子 铁芯槽中，当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转。这就是直流 电动机的基本工作原理。 4、直流电机的参数 z 转矩：电动机得以旋转的力矩，单位为 kg·m 或 N·m。 z 转矩系数： 电动机所产生转矩的比例系数， 一般表示每安培电枢电流所产生的转矩大小。 z 摩擦转矩：电刷、轴承、换向单元等因摩擦而引起的转矩损失。 z 启动转矩：电动机启动时所产生的旋转力矩。 z 转速：电动机旋转的速度，工程单位为 r/min，即转每分，在国际单位制中为 rad/s，即 弧每秒。 z 电枢电阻：电枢内部的电阻，在有刷电动机里一般包括电刷与换向器之间的接触电阻， 由于电阻中流过电流时会发热，因此总希望电枢电阻尽量小些。 z 电枢电感：因为电枢绕组是由金属线圈构成，必然存在电感，从改善电动机运行性能的 角度来说，电枢电感越小越好。 z 电气时间常数：电枢电流从零开始达到稳定值的 63.2%时所经历的时间。测定电气时间 常数时， 电动机应处于堵转状态并施加阶跃性质的驱动电压。 电气时间常数工程上常常 利用电枢绕组的电阻 Ra 和电感 La 求出：Te＝La/Ra。 z 机械时间常数：电动机从启动到转速达到空载转速的 63.2%时所经历的时间。测定机械 时间常数时， 电动机应处于空载运行状态并施加阶跃性质的阶跃电压。 机械时间常数工 程上常常利用电动机转子的转动惯量 J 和电枢电阻 Ra 以及电动机反电动势系数 Ke、 转 矩系数 Kt 求出：Tm＝(J×Ra)/(Ke×Kt)。 z 转动惯量：具有质量的物体维持其固有运动状态的一种性质。 z 反电动势系数： 电动机旋转时， 电枢绕组内部切割磁力线所感应的电动势相对于转速的 比例系数，也称为发电系数或感应电动势系数。 z 功率密度：电动机每单位质量所能获得的输出功率值，功率密度越大，电动机的有效材 料的利用率就越高。
最终版直流电机工作原理.ppt
片形成的整体称为换相器。换相器固定在
转轴上，且与转轴绝缘。换相片上安放着 一对固定不动的电刷B1和B2，电刷能与外 电路连接。
课件
气隙磁密分布
图1-2a) 气隙磁密分布波形图
课件
定子、转子和气隙
定子(stator) 在空中固定不动的部分（主磁极、电刷等）
称为定子。 转子(rotor)
随转轴转动的部分（线圈、电枢铁芯、换 相器等）称为转子（或称电枢(armature) ） 气隙(air gap)
电刷B1与B2间的电动势波形
图1-2b) 电刷B1与B2间的电动势波形图
课件
2、直流电动机的基本工作原理
将直流电加到电刷上（B1为+、B2为-）， 线圈AX上就有电流通过（A端为⊕、X端为 ☉），根据电磁力定律，载流导体在磁场 中要受力，大小为：f=Bxli（N），其中i为 流过导体中的电流（A），方向由左手定则 确定，伸开左手使大拇指与四指呈90°， 当磁力线指向手心，四指的指向为导体中 电流方向，则大拇指指向导体受力方向。
换向器和电刷的共同作用：①将线圈中的交流 电势整流成刷间的直流电势；②把转动的电路 与外面不转的电路连接。
从刷间电势波形看，电势脉动很大，为了减小 电势的脉动程度，实际电机采用很多元件组成 电枢线圈，均匀分布在电枢表面，并按一定规 律连接，刷间串联元件数增多，脉动减小，就 得到所需的直流电。
课件
其特点是： ①支路对数a等于1，与极对数p无关，即
a=1； ②I际a=电电2i枢刷a；电对③流数为Iba了等等减于于小极2倍电对支刷数路的p。电电流流i密a，度即，实
课件
2、电机模型
展开图虽然能反应电枢绕组连接规律，也 能说明电机内部电磁关系，但画展开图太 麻烦，在分析电机内部电磁关系时，采用 电机模型。
转轴上，且与转轴绝缘。换相片上安放着 一对固定不动的电刷B1和B2，电刷能与外 电路连接。
课件
气隙磁密分布
图1-2a) 气隙磁密分布波形图
课件
定子、转子和气隙
定子(stator) 在空中固定不动的部分（主磁极、电刷等）
称为定子。 转子(rotor)
随转轴转动的部分（线圈、电枢铁芯、换 相器等）称为转子（或称电枢(armature) ） 气隙(air gap)
电刷B1与B2间的电动势波形
图1-2b) 电刷B1与B2间的电动势波形图
课件
2、直流电动机的基本工作原理
将直流电加到电刷上（B1为+、B2为-）， 线圈AX上就有电流通过（A端为⊕、X端为 ☉），根据电磁力定律，载流导体在磁场 中要受力，大小为：f=Bxli（N），其中i为 流过导体中的电流（A），方向由左手定则 确定，伸开左手使大拇指与四指呈90°， 当磁力线指向手心，四指的指向为导体中 电流方向，则大拇指指向导体受力方向。
换向器和电刷的共同作用：①将线圈中的交流 电势整流成刷间的直流电势；②把转动的电路 与外面不转的电路连接。
从刷间电势波形看，电势脉动很大，为了减小 电势的脉动程度，实际电机采用很多元件组成 电枢线圈，均匀分布在电枢表面，并按一定规 律连接，刷间串联元件数增多，脉动减小，就 得到所需的直流电。
课件
其特点是： ①支路对数a等于1，与极对数p无关，即
a=1； ②I际a=电电2i枢刷a；电对③流数为Iba了等等减于于小极2倍电对支刷数路的p。电电流流i密a，度即，实
课件
2、电机模型
展开图虽然能反应电枢绕组连接规律，也 能说明电机内部电磁关系，但画展开图太 麻烦，在分析电机内部电磁关系时，采用 电机模型。
直流发电机的工作原理
1、定子部分
(1)主磁极的作用是产生励磁磁场。它由主磁极铁芯和励磁绕 组2个部分组成。 (2)换向极的作用是改善换向，减小电刷与换向器产生的换向 火花，一般装在两相邻的主磁极之间。 (3)机座。电机定子的外壳称为机座，作用有2个：一是用来 固定磁极；二是机座本身也是磁路的一部分。机座一为铸 钢件或钢板焊接而成。 (4)电刷装置。电刷装置的作用是用来引出直流电压或电流的。
五、直流发电机的应用
实践和分析表明，当每个磁极范围内的导体数 目大于8时，电势的脉振程度就小于l％。实际 上直流发电机线圈数是很多的，换向片数也很 多，换向后得到的电势脉振程度很小，完全可 以认为是恒定的直流电动势。以上说明了直流 发电机的工作原理。同时也说明了直流发电机 实际上是带有换向器的交流发电机。
二、直流发电机的结构
2、直流发电机的励磁支路
• ⑴他励直流电机。励磁绕组与电枢绕组无连接关系， 而由其他直流电源对励磁绕组供电的电机称为他励直 流电机，永磁直流电机可看作他励直流电机。 • (2)并励直流电机。并励直流电机的励磁绕组与电枢绕 组机并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来 的端电压为励磁绕组供电。 • (3)串励直流电机。串励直流电机的励磁绕组与电枢绕 组串联后，再接于直流电源，这种直流电机的励磁电 流就是电枢电流。 • (4)复励直流电机。复励直流电机有并励和串励2个绕组， 若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方 向相同称为积复励、若两2个磁通方向相反，则称为差 复励。不同励磁方式的直流电机有着不同的特性，一 般直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和复 励式。
一直流发电机的工作原理如图之间放着一个可以旋转的圆柱形铁芯铁芯上固定着线罔abcd个与铁芯一起旋转且互相绝缘的半铜环上经过个固定不变的电刷abcd因为在电枢转动过程中无论电枢转到什么位置在换向器的换向作用下电刷极磁力线的线圈边中的电势因此电刷始终有正极性
(1)主磁极的作用是产生励磁磁场。它由主磁极铁芯和励磁绕 组2个部分组成。 (2)换向极的作用是改善换向，减小电刷与换向器产生的换向 火花，一般装在两相邻的主磁极之间。 (3)机座。电机定子的外壳称为机座，作用有2个：一是用来 固定磁极；二是机座本身也是磁路的一部分。机座一为铸 钢件或钢板焊接而成。 (4)电刷装置。电刷装置的作用是用来引出直流电压或电流的。
五、直流发电机的应用
实践和分析表明，当每个磁极范围内的导体数 目大于8时，电势的脉振程度就小于l％。实际 上直流发电机线圈数是很多的，换向片数也很 多，换向后得到的电势脉振程度很小，完全可 以认为是恒定的直流电动势。以上说明了直流 发电机的工作原理。同时也说明了直流发电机 实际上是带有换向器的交流发电机。
二、直流发电机的结构
2、直流发电机的励磁支路
• ⑴他励直流电机。励磁绕组与电枢绕组无连接关系， 而由其他直流电源对励磁绕组供电的电机称为他励直 流电机，永磁直流电机可看作他励直流电机。 • (2)并励直流电机。并励直流电机的励磁绕组与电枢绕 组机并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来 的端电压为励磁绕组供电。 • (3)串励直流电机。串励直流电机的励磁绕组与电枢绕 组串联后，再接于直流电源，这种直流电机的励磁电 流就是电枢电流。 • (4)复励直流电机。复励直流电机有并励和串励2个绕组， 若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方 向相同称为积复励、若两2个磁通方向相反，则称为差 复励。不同励磁方式的直流电机有着不同的特性，一 般直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和复 励式。
一直流发电机的工作原理如图之间放着一个可以旋转的圆柱形铁芯铁芯上固定着线罔abcd个与铁芯一起旋转且互相绝缘的半铜环上经过个固定不变的电刷abcd因为在电枢转动过程中无论电枢转到什么位置在换向器的换向作用下电刷极磁力线的线圈边中的电势因此电刷始终有正极性
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Ea = U - Ra I aN = 95V
n=
Ea = 763.9860 r/min Ce F
Ea = U N + Ra I a + 2 = 240.0249V
Ia Ea
IN UN
If
PM = Ea I a = 71.076kW
2nN p = 100.5310rad/s 60 P T = M = 707.0076N ?m W W=
P 72.738kW 1 = P M + pm + pFe =
掌握直流发电机的功率流程和效率计算。 掌握改变直流电动机的旋转方向的方法。 掌握判断直流电机运行状态的方法。 掌握直流电动机的功率流程和效率计算。
课后作业讲解
教材第1章作业解答
【解】 （1）
Z u = S = K = 20, Zu 20 y1 = = = 5, 2p 4 y = 1, y2 = y1 - y = 4, yk = y = 1
（2）（3）（4）
（5）
2a = 2 p = 4
【解】 （1）
Z u = S = K = 19, K - 1 19 - 1 y= = = 9 p 2 y1 = 5 y2 = 4, yk = y = 9
（2）（3）（4）
n
N
S
N
S
11 12 13 14 15 16 17 18 19
1
2 3
4
5 6
P 1= P N + å p = 23189W
直流电动机的功率流程
以并励直流电动机为例。 输入功率为电功率，由电源提供。 电流流过电枢绕组时，将在内电阻上产生电损耗（主要包括 电枢电阻上的损耗和电刷上的电损耗），并产生电磁转矩，从 而转变为机械功率（即电功率经过电枢绕组在磁场中受力转化 成的机械功率，称为电磁功率）。 电磁功率驱动电枢旋转时，还要扣除机械损耗和铁耗,其余 功率才是真正驱动负载旋转的机械输出功率。
7 8
9 10 11 12 13 14 15
-
+
（5）
2a = 2
【解】
（1-3） I N = （1-4）
P 1 =
PN 67000 = = 582.6087A UN 115
PN 125 = = 139.6648kW hN 0.895
P 139664.8 1 = = 634.8400A UN 220
并励直流电动机功率流程图
pa + pb +p f
pm + pFe +pD
P2 = UI a
PM = Ea I a
P 1= T 1W
PM = P2 + pm + pFe + pD
直流电动机 的效率
å
p = p f + pm + pFe + pD + pa +pb + p f P 1= P 2+ å p
2np W= 60
CT
pN 2a
pN Ce 60a
2np 2p PM = T W= CT F I a = CT F nI a = CeF nI a = Ea I a 60 60
Ea I a PM T= = W W
【例题】 一台他励直流电机，电枢采用单波绕组，已知
2p = 4
N = 372
UN I a = I N + I f = 90.10A =3.14A Rf 2 pa +pb = I a Ra = 1266.0W
P M = P N + pa + pb + p f = 21989W
å
p = pa + pb + p f + pm + pFe + pD = 3189W
h= PN = 86.25% P 1
Ra = 0.208W
pFe = 362W
U = 220V F = 0.011Wb
n = 1500r/min
pm = 204W
试问
(1)该电机运行在发电状态还是电动状态？ (2)电磁转矩为多少？ (3)输入功率和效率各为多少？
a= 1
【解】 (1)
(并联支路对数)
Ea =
pN F n = 204.6V<220V=U 60a
（输出功率）
（效率）
2. 直流电机基本理论复习
掌握电枢导体在磁场中运动，产生感应电动势的规律； 掌握电枢导体载流时在磁场中产生电磁力的规律。 搞清楚交流发电机的物理模型及其工作原理。 搞清楚直流电机的模型及其工作原理。 搞清楚换向器在直流发电机和电动机中的作用。 搞清楚电磁转矩在电动机和发电机中性质的不同。 搞清楚电枢感应电动势在发电机和电动机中性质的不同。
h= P2 P2 = ? 100% P 1+ å p 1
（效率）
（附加损耗） （电磁功率）
h = 75 ~ 85% h = 85 ~ 90% h = 90 ~ 93%
pD
PM = Ea I a = TΩ
10kW 以下 10 : 100kW 100kW 以上
直流发电机的效率曲线
效率随输出功率变化的函数关系。
并励直流发电机功率流程图
pm + pFe +pD
pa + pb +p f
P 1= T 1W
PM = Ea I a
P2 = UI a
PM = P 2 + pa + pb + p f
直流发电机的效率
å
p = pm + pFe + pD + pa + pb + p f
（总损耗） （输入功率）
P 1= P 2+ å p
h
hN
o
PN
P2
【例题】 一台并励直流发电机，已知 nN = 1500r/min U N = 230V PN = 20kW pm + pFe = 1.0kW R f = 73.3W R = 0.156W
a
求 额定情况下
Pf
【解】
Pa
PM
å
p
P1
h
PN IN = =86.96A UN
If =
Pf = I 2 f Rf = 723.0W
【解】
N = 35? 10
350
0.0272Wb
60 60 F= Ea = ? 230 NnN 350´ 1450
【解】
PN 82000 IN = = = 356.5217A UN 230
If = UN 230 = = 8.7452A Rf 26.3
Ia Ea
IN UN
If
I a = I N + I f = 356.5217+8.7452=365.2669A
Ea = U N + Ra I a = 230 + 0.026? 365.2669=239.4969V
， 2nN p 2´ 970p = = 101.5782rad/s 60 60
W=
PM = Ea I a = 239.4969? 365.2669=87.48kW
P 87480 T= M = = 861.2084N ?m W 101.5782
第 07 讲 直流电机的功率流程
1. 直流电机中的功率流程 2. 直流电机基本理论复习
1. 直流电机中的功率流程
直流发电机功率流程
以并励直流发电机为例。 输入功率为机械功率，由原动机提供； 励磁绕组流过电流时消耗一定的电功率，称为励磁损耗。 电枢在磁场中旋转时，电机将产生机械损耗和铁耗。 发电机带负载运行时，电枢绕组中将有电动势和电枢电流， 其乘积便是电磁功率(即机械功率经过电枢绕组的切割磁力线运 动转化成的电功率，称为电磁功率)。 电枢电流会在电枢回路的所有内电阻上产生电损耗。主要包 括电枢绕组电阻上的损耗以及电刷接触处的电损耗。 除过内电阻上的电损耗之后，其余功率将传送电负载，即输 出功率。
+
-
ia 2
+
I aN = 4ia1
Ia 1 = I aN 3
1 ia 2 = ia1 3 4 I a = ia1 + ia 2 = ia1 3
-
教材第2章作业解答
【解】
2a = 2 p, p =1 a
E0 =
pN Nn 620´ 1450 nF = F= ? 0.00834 60a 60 60
124.9610V
U N - Ea = 74A Ra
(该电机运行在电动状态) （电枢电流） （电磁转矩）
(2)
Ia =
T=
Ea I a = 96.38N ?m 2p n 60
(3)
P 1 = UI a = 16280W
P 2 = P M - pFe - pm = 1706W
h= P2 = 89.5% P 1
（输入功率）
hN =
PN = 0.9211=92.11% P 1
【解】 （1）
Nn p Ea = F = 201.2500V<220V 60 a
该电机正运行在电动机状态。
（2）
U - Ea Ia = = 89.2857A Ra
PM = Ea I a = 17.969kW
W=
T=
2np = 157.0796 rad/s 60
要求知道直流电机是由定子、转子两大部分构成。
能说出直流电机的主磁路由哪几部分组成，各部分的材料， 并定性分析各部分磁阻大小、磁压降的大小等. 理解主磁场的波形就是空载时电机内沿气隙圆周的磁通密度 的分布波形。 理解电枢绕组产生的磁场的波形。 理解电枢反应的概念及电枢反应的结果。 知道电枢绕组各节距的含义。在给定极对数、虚槽数、元件 数和换向片数时，会计算单叠绕组各节距。 理解并记住单叠绕组的特点：支路对数等于极对数。理解并 记住单波绕组的特点：支路对数永远等于1。 理解并记住电枢电动势的计算公式。 理解并记住电磁转矩的计算公式。 理解并会应用电磁功率的计算公式PM=EaIa。 理解直流发电机根据励磁方式的分类。