直流电机
直流电机基本知识
构成：主极铁心和套装 在铁心上的励磁绕组。
第二十一页，编辑于星期五：十七点 二十一分。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （一）定子各部件安装结构
（2）换向极
作用：用于改善换向
构成：换向极常用整块钢或厚钢板制成。换向极的数目 一般与主磁极相等。在小功率直流电机中，换向极数量 通常只有主磁极的一半，或不设置换向极
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （二）转子各部件安装结构
（3）换向器
作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。
构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间
用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而 构成。
第三十页，编辑于星期五：十七点 二十一分。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
作用：电枢绕组——功率绕组。当电枢绕组在磁场中旋转 时将感应电势，当电枢绕组中流通电流时，电流和气隙磁 场相互作用将产生电磁转矩。通过电枢绕组直流电机进行 电功率和机械功率的转换。 特点：直流绕组是闭合绕组。每个元件的两端点分别连接在两
换向片上，每个换向片连接两个元件，各元件依一定规律依次连 接，形成闭合回路。
件串联起来，象波浪式的前进。波绕组，又分为单波和复波
绕组。 (3)混合绕组。
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15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
绕组是由元件构成的.放在槽内的元件边，能切割磁力线产 生感应电动势，叫有效边；放在槽外，不切割磁力线，仅
第九页，编辑于星期五：十七点 二十一分。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理
直流电动机
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。
直流电机参数_范文
直流电机参数_范文直流电机是一种常用的旋转电机，其原理是利用直流电流经过电枢和电枢磁场产生转矩，实现电能转化为机械能。
直流电机常用于家庭电器、工业设备、交通工具、船舶等领域。
直流电机的主要参数包括电压（V）、电流（I）、功率（P）、转速（N），以及负载扭矩（T）等。
1.电压（V）：直流电机的工作电压通常是提前确定的，例如12V或24V等。
电压是直流电机正常运转所必需的电能供应。
2.电流（I）：直流电机的工作电流也是提前确定的，通常电机的额定电流就是在额定负载下所消耗的电流。
电流与电机的功率直接相关，功率越大，所消耗的电流也越大。
3.功率（P）：直流电机的功率与电机的额定电流和额定电压有关，可以通过功率公式P=V*I计算得出，功率表征直流电机产生机械能的能力。
功率越大，电机的输出扭矩也越大。
4. 转速（N）：直流电机的转速是指电机旋转一周所用的时间，通常以每分钟转数（rpm）来表示。
转速与电压和负载有关，一般情况下，电机的额定转速是在额定电压下仅承受额定负载时的转速。
5.负载扭矩（T）：直流电机的负载扭矩是指电机产生的转矩大小，也可以理解为电机旋转产生的力矩。
负载扭矩是通过电机的电枢磁场和电流计算得出的，通常使用牛顿米（Nm）来表示。
在实际应用中，直流电机的参数还包括效率、启动力矩、起动电流、保护等级等。
1.效率（η）：直流电机的效率表示电机在将输入电能转化为机械能时的能量损耗情况。
效率越高，电机的能量利用率越高。
2.启动力矩（Ts）：直流电机启动力矩是指电机在正常运行前所需的扭矩大小。
启动力矩与电机的转速直接相关，需要根据负载的要求选择适当的电机启动力矩。
3.起动电流（Is）：直流电机起动电流是指电机在启动时所需的电流大小。
起动电流通常会比额定电流大，启动电流过大可能会影响电路的稳定性。
4. 保护等级（IP等级）：直流电机在设计和制造时会考虑保护等级，用来保护电机免受外部灰尘、水分等侵害。
保护等级通常以IP（Ingress Protection）标准来表示，IP等级由两个数字组成，第一个数字表示防尘等级，第二个数字表示防水等级。
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。
直流电动机的分类
直流电动机的分类直流电动机是一种常见的电动机类型，根据其不同的特性和用途，可以进行多种分类。
本文将从不同的角度对直流电动机进行分类介绍，以帮助读者更好地了解和理解直流电动机的特点和应用。
一、按照励磁方式分类1. 永磁直流电动机：永磁直流电动机是利用永磁材料产生磁场，用于产生转矩的一种直流电动机。
永磁直流电动机具有结构简单、体积小、效率高等优点，广泛应用于家用电器、机械设备等领域。
2. 电磁励磁直流电动机：电磁励磁直流电动机是通过外部电源提供电流，产生磁场，用于产生转矩的一种直流电动机。
电磁励磁直流电动机可根据不同的励磁方式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等。
二、按照转子结构分类1. 锚定转子直流电动机：锚定转子直流电动机是指转子上的绕组通过集电环与外部电源相连接的一种直流电动机。
锚定转子直流电动机具有结构简单、启动扭矩大等特点，广泛应用于起动和变速控制等场合。
2. 无刷直流电动机：无刷直流电动机是指转子上的绕组通过电子换向器与外部电源相连接的一种直流电动机。
无刷直流电动机不需要使用集电环和刷子，具有无摩擦、无火花、寿命长等优点，被广泛应用于航空航天、机器人等高精度领域。
三、按照工作原理分类1. 制动型直流电动机：制动型直流电动机又称为发电制动电动机，是指在发电状态下产生电能，用于制动负载的一种直流电动机。
制动型直流电动机通常用于电动车辆、电梯等需要制动的场合。
2. 发电型直流电动机：发电型直流电动机是指在机械转动的过程中产生电能的一种直流电动机。
发电型直流电动机通常用于风力发电、水力发电等领域。
四、按照用途分类1. 直流电机：直流电机是指用于将电能转换为机械能的一种电动机，广泛应用于各种机械设备和家用电器中。
2. 直流发电机：直流发电机是指将机械能转换为电能的一种电动机，常用于独立发电系统和特殊的工业用途。
以上是对直流电动机的分类介绍，希望能够帮助读者更好地理解直流电动机的不同类型和应用场景。
直流电机
直流电机的电枢绕组是由结构形状相同的元件构成的。
所谓元件，是指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线 圈。元件有两个引出线，即首端和末端。
第3章 直流电机
图 3-12 元件图 （a） 单匝元件；（b） 两匝元件
第3章 直流电机
每一元件有两个有效部分，称为元件边，用于切割磁场
感应电动势。元件在槽外（电枢铁芯两端）的部分，不切割 磁通，因而不感应电动势，仅作为连接引线，称为端部。构 成元件线匝的两个有效边称为导体。
电刷及换向器的作用：
①把旋转电路与外电路联系起来
②把电枢绕组中的交流电整流为外电路 中的直流电
第3章 直流电机
3.1.2
直流电机的主要结构部件
图 3-5 直流电机的剖面图
第3章 直流电机
图 3-6 直流电机横截面示意图
第3章 直流电机
定子
主磁极 换向磁极 电刷装置
电机结构
转子
机座 端盖
电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 轴承
若PN的单位为kW，则系数9.55应改为9550。
第3章 直流电机
【例3-1】
一台直流电动机的额定值为PN=160 kW，
UN=220 V，nN=1500 r/min，ηN=90%，求该电机的额定输入 功率P1N、额定电流IN、额定输出转矩T2N。 解：额定输入功率为
P1 N PN
N
160 0 .9
第3章 直流电机 3.3.1 直流电机的磁路、磁密与磁通
图 3-20 直流电机的磁路
第3章 直流电机
主磁通所经过的磁路应分为以下几段：磁极极身、气隙、
转子齿、转子铁轭、定子铁轭。根据磁路欧姆定律有
2 Ff 2 R m 2 R m p 2 R m t R m yr R m yt
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。
直流电机
第一章直流电机直流电机是一种通过磁场的耦合作用实现机械能与直流电能相互转换的旋转式机械，包括直流发电机和直流电动机。
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。
与交流电机相比，直流电机结构复杂，成本高，运行维护较困难。
但直流电动机调速性能好，启动转矩大，过载能力强，在启动和调速要求较高的场合，仍获得广泛应用。
作为直流电源的直流发电机虽已逐步被晶闸管整流装置所取代，但在电镀、电解行业中仍被继续使用。
第一节直流电机的基本原理与基本结构直流电机是根据导体切割磁感线产生感应电动势和载流导体在磁场中受到电磁力的作用这两条基本原理制造的。
因此，从结构上看，任何电机都包括磁路和电路两部分；从原理上讲，任何电机都体现了电和磁的相互作用。
一、直流电机的工作原理（一）直流发电机工作原理图 1-1 所示两极直流发电机模型，可说明直流发电机的基本工作原理。
图中，N 、S 是一对固定不动的磁极。
磁极可以由永久磁铁制成，但通常是在磁极铁心上绕制励磁绕组，在励磁绕组中通入直流电流，即可产生N 、S 极。
在N 、S 磁极之间装有由铁磁性物质构成的圆柱体，在圆柱体外表面的槽中嵌放了线圈abcd ，整个圆柱体可在磁极内部旋转。
整个转动部分称为转子或电枢。
电枢线圈abcd 的两端分别与固定在轴上相互绝缘的两个半圆铜环相连接，这两个半圆铜环称为换向片，即构成了简单的换向器。
换向器通过静止不动的电刷 A 和 B ，将电枢线圈与外电路接通。
电枢由原动机拖动，以恒定转速按逆时针方向旋转，转速为n （r/min ）。
若导体的有效长度为 l ，线速度为v ，导体所在位置的磁感应强度为B ，根据电磁感应定律，则每根导体的感应电动势为e Blv =，其方向可用右手定则确定。
当线圈有效边ab 和cd 切割磁感线时，便在其中产生感应电动势。
如图1-1所示瞬间，导体ab 中的电动势方向由b 指向a ，导体cd 中的电动势则由d 指向 c ，从整个线圈来看，电动势的方向为d 指向a ，故外电路中的电流自换向片1流至电刷A ，经过负载，流至电刷B 和换向片2，进入线圈。
直流电机
Tav = f 2 = Bav l ia N 2
Tav
l Ia N 2 p l 2a 2
pN
2a
Ia
CT Ia
大小：T
pN
2 a
Ia
CT Ia
其中：CT
= pN 2πa
为电机的转矩常数
电磁转矩性质:发电机—制动(与转速方向相反)； 电动机—驱动(与转速方向相同)。
pm pFe p统称为空载损耗(不变损耗)。
负载损耗:电枢回路电阻损耗 pa ;I电a2 R刷a 接触压降损耗
pb （ 2负Δ载Us损Ia 耗又称可变损耗） 杂散损耗 p:Δ齿槽引起磁场脉动引起的铁耗，一些机械部件切
割磁通产生的铁耗等 pΔ (0.5 ~ 1)%P2
二、直流发电机的基本方程
Bx
B0 x
Bax
物理中性线偏离几何中性线
2.当电刷不在几何中性线上时
电刷从几何中性线偏
移 角，电枢磁动势
轴线也随之移动角， 如图(a)、(b)所示。
这时电枢磁动势可 以分解为两个垂直 分量：交轴电枢磁 动势 Faq 和直轴电 枢磁动势 Fad 。如 图(a)、(b)所示。
交轴磁势和直轴磁势
P1 PM p0 原动机输入给发电机的机械功率 P1
输入直流发电机后扣除空载损耗，其余为电磁功率 空载损耗p0包括：机械摩擦损耗、铁损耗、附加损耗。
p0 pm pFe p ❖电磁功率是转换成电功率的那部分机械功率
将式 U Ea Ia Ra 两边同乘电枢电流：
UIa Ea Ia Ia2 Ra
A Nia
D 在原点O左右x处取磁力线闭
直流电机
解： 1）
2p 4
a 1
Z 31
E 115
nN 1450
N Z 12 31 12 372
pN 2 372 Ce 12.4 60 a 60 1
E 115 6.4 10 3 Wb C e n 12.4 1450
【例】一台4极直流发电机，单波绕制，有31槽，每槽元件数为12，额定 转速为1450转，在额定工作时，测出的电枢电势为115V。求： （1） （2） 每极磁通。 当作电动运行时，电枢电流为600A时，能产生多大的电磁转矩。
二、倒拉反转反接制动 倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载
在电枢回路中串联一个较大的电阻,即可实 现制动. n
电枢回路串入较大电 阻 RB 后特性曲线
正向电动状态提 升重物(A点)
n0
B
A
Ra
工作点由A-BC-D,CD段为制 动段
电机以稳 定的转速 下放重物D 点
C
0 TB TK
TL
Tem
负载作用下 电机反向旋 转(下放重物)
换向片 E F E
d T
n
– U + 由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外 加电压方向总是相反，所以称反电势。 Ia Ra 2. 电枢回路电压平衡式 + + U E Ia Ra K E n Ia Ra M E U – 式中：U — 外加电压 – Ra — 绕组电阻
励磁电动机
他励电动机
为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串 电阻或降低电枢电压起动。
2.3.1 电枢回路串电阻起动 一、起动过程 以三级电阻起动时电动机为例
n
S
U
直流电机
n0 U
n
n01 n02 n03 n04
U1 > U2 > U 3 > U4
U1 U2 U3 U4
0
TL
T
（2）直流电动机工作特性
U UN I f I fN
n, Tem , f ( P2 )
n f ( P2 )或n f ( I a ) 转速特性 转矩特性 Tem f ( P2 )或Tem f ( I a ) 效率特性 f ( P )或 f ( I ) 2 a
Na
电枢绕组感应电势
pN Ea n Ce n 60 a
pN 其中 Ce 称为直流电机的电势常数 60 a
(2) 直流电机电磁转矩
一根导体产生的电磁力
f x Bxli
设电枢绕组总导体数为N，有2a条并联支路电枢绕 组总电流为Ia，电枢外径为Da 每条支路电流
人为特性
通过人为改变电机运行条件形成的 机械特性
改变电枢回路电阻 改变电枢电压 改变磁通
U n0 Ce Ra Rs 2 Ce CT
B改变电枢电压的机械特性
Ra Rs U n T 2 Ce CT C e
N，RS 0
c
串励：励磁绕组与电枢绕组串联 I Ia I f 复励：兼有串励绕组和并励绕组
3 直流电机基本方程
导体感应电势
ex Bx l v
导体电磁力
f x Bx l i
(1) 直流电机感应电动势
导体感应电势
ex Bx l v
设电枢绕组总导体数为N，有2a条并联支路 每条支路串联导体数
1什么是直流电机
什么是直流电机，在电力系统中有什么作用？
什么是直流电机，在电力系统中有什么作用？
直流电机是一种将直流电能转换为机械能的电动机，它的工作原理是基于电磁感应的。
在直流电机中，通过通过磁场与电流的相互作用，将电能转换为机械能，从而驱动电机的转动。
在电力系统中，直流电机也有着重要的作用。
首先，直流电机广泛应用于工业生产中的各种机械设备。
例如，直流电机可以用于驱动机床、印刷机、各种输送机械、风机、泵等工业设备。
在这些应用中，直流电机的高效率和可靠性非常重要，直接影响着生产效率和质量。
其次，直流电机还被广泛应用于交通运输领域。
例如，直流电机可以用于驱动地铁、电车、电动汽车等交通工具。
在这些应用中，直流电机具有高效率、低噪音、可调速等优点，可以提高交通运输的效率和质量。
此外，直流电机还可以用于各种电力控制系统中。
例如，直流电机可以用于电力系统的电压调节、功率调节等方面。
在这些应用中，直流电机可以通过调节输出功率、电压等参数来实现对电力系统的控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
总之，直流电机在电力系统中有着广泛的应用，可以用于各种机械设备和交通工具中，同时还可以用于电力控制系统中，发挥重要的作用。
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。
直流电机
• 直流发电机
• 直流电动机 额定转矩
额定转矩TN单位：N.m; 额定功率PN的单位：W
• • • •
1. 他励发电机 这种发电机的励磁电流是由另一直流电源单独供电的 。 2. 自励发电机 发电机的励磁电流由电机电枢提供，它又可分为如下三类。
• (1)并励发电机 • 励磁绕组与电机电枢两端并联连接，由发电机本 身发出的端电压提供励磁电流。 • (2) 串励发电机 • (3) 复励发电机 • • 此外，有些直流电机是用永久磁铁来产生磁场的， • 称为永磁式直流电机。
2. 转子部分
定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置
机械能与电能相互转换的 枢纽，因此称作电枢。 电枢主要包括电枢铁心、电枢绕组、换 向器等。
1—轴承；2—轴；3—电枢绕组；4—换向极绕组；5—电枢铁心；6— 7—刷杆座；8—换向器；9—电刷；10—主磁极；11—机座；12—励磁绕组； 13—风扇；14—前端盖
1 - 5 生产机械的机械特性
• 一、生产机械的机械特性 所谓生产机械的机械特性，是指同一轴上负载静阻转 矩和转速之间的函数关系。 可在同一直角坐标系中作出电动机的机械特性和生 产机械的机械特性，用运动方程式对传动系统的运行状 态进行分析。
(一) 恒转矩型机械特性 恒转矩型负载的特点是负载转矩与转速的大小无关，是一常数。 1. 摩擦性恒转矩负载
通过，使定子铁心产生固定磁场，
即定子的主要作用是产生主磁场。
2— 电枢绕组：在固定的磁场中 旋转，主要作用是产生感应电动 势或产生机械转矩，实现能量的 转换。 3—电刷
4—换向片
3、4—换向器：电刷固定不动，换向片与电枢绕组一起旋转， 主要作用对发电机而言是将电枢绕组内感应的交流电势转换成电
直流电机的分类
直流电机的分类一、按照电源类型分类1.1 电池供电的直流电机电池供电的直流电机是最常见的一种直流电机类型。
它们使用化学能将直流电转换为机械能。
电池供电的直流电机通常用于便携式设备，如手持式电动工具、玩具等。
1.2 外部电源供电的直流电机外部电源供电的直流电机主要是指交流电转化为直流电后供应给直流电机使用。
这种直流电机的优点是能够提供较大的功率，并且不会受到电池容量限制。
它们广泛应用于工业设备、电动车辆等领域。
二、按照励磁方式分类2.1 永磁励磁直流电机永磁励磁直流电机是使用永磁体作为励磁源的直流电机。
永磁体的磁场稳定性较好，使得这种电机具有良好的转速调节性能和响应速度。
永磁励磁直流电机广泛应用于家电、办公设备等领域。
2.2 手动励磁直流电机手动励磁直流电机是通过手动方式将直流电导线接入电枢，实现励磁的直流电机。
由于手动励磁的不稳定性，这种直流电机的转速调节性能较差，应用范围有限。
2.3 刷碳式励磁直流电机刷碳式励磁直流电机是通过碳刷与旋转的集电环接触，实现励磁的直流电机。
它们通常具有较高的功率和较大的转矩，广泛应用于家电、自动化设备等领域。
2.4 无刷式励磁直流电机无刷式励磁直流电机是通过电子控制单元实现励磁的直流电机。
它们具有高效率、可靠性和长寿命的优点，广泛应用于工业自动化、机械加工等领域。
三、按照控制方式分类3.1 单向控制直流电机单向控制直流电机是最简单的一种直流电机控制方式。
它们只能沿一个方向旋转，通常用于一些简单的应用场景，如风扇、搅拌器等。
3.2 正反转控制直流电机正反转控制直流电机可以实现正转和反转两种运动方式。
它们通常由一个中间位置的开关控制，广泛应用于电动车、自动门等领域。
3.3 转速调节控制直流电机转速调节控制直流电机通过改变电机供电电压或者改变电机的励磁方式来实现转速的调节。
它们可以根据不同的需求实现不同的转速，广泛应用于工业设备、机械加工等领域。
3.4 位置控制直流电机位置控制直流电机通过反馈控制实现对电机位置的控制。
什么是直流电机
1、什么是直流电机？答：输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机2、什么是交流电机答：输出或输入为交流电能的旋转电机，称为交流电机。
3、什么是步进电机答：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。
您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）。
永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛。
4、什么是伺服电机答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，5异步电机只用于电动机，极少用作发电机，都是同步电机用来发电。
异步电动机的原理主要是在定子中通入3相交流电，使其产生旋转磁场，转速为n0，即同步转速。
不同的磁极对数p，在相同频率f=50Hz的交流电作用下，会产生不同的n0，n0=60f/p。
工作原理如下：对称3相绕组通入对称3相电流，产生旋转磁场，磁场线切割转子绕组，根据电磁感应原理，转子绕组中产生e和i，转子绕组在磁场中受到电磁力的作用，即产生电磁转矩，使转子旋转起来，转子输出机械能量，带动机械负载旋转起来。
转子转速n<n0，所以称为异步电机。
s=（n0-n）/n0，称为转差率，是异步电（动）机的对重要的一个参数。
直流电机
一台直流电机作为
电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋 转，拖动生产机械旋转 ，输出机械能；
电能转换为机械能
发电机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流 电动势，作为直流电源，输出电能。
机械能转为电能
注意：不要孤立的看待发电机和电动机问题
二、直流电机的结构
（一）直流电机的静止部分（定子） 1、主磁极
E U Ra Ia 110 0.04 234 100.6 V
7.5 并励（他励）电动机的起动 与反转 起动
直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。 1. 起动问题： (1) 起动电流大 起动时,n =0 E K E n 0 UN I ast (10 ~ 20) I a N Ra Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器； (2) 起动转矩大
T2: 机械负载转矩 T0: 空载转矩
T KT ΦIa
Ia
U Ea Ia Ra
达到新的平衡点(Ia 、 P入) 。
第四节 直流电动机的机械特性
特点: 励磁绕组与电枢并联 由图可求得
U E I a Ra U If Rf
I
+ E M Ia _ +
UE If Ia Ra
系。
-
+
-
+
他励式
并励式
并励绕组
-
+
-
+
串励绕组
串励式
复励式
按照上面的描述，存在如下四种情况：
1、他励直流电机——励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而是由 其他直流电源对励磁绕组供电。
2、并励直流电机——励磁绕组与电枢绕组并联。
直流电机的基本工作原理和结构
直流电机的基本工作原理和结构现在行驶在马路上的电动汽车越来越多了，大家考虑过电动汽车的动力源是什么呢？还有现在逐渐走进大众视野的无人机，无人机是由什么驱动的呢？想必大家心中都已经有了答案：它们都是由直流电机驱动。
其实直流电机的应用非常广泛，小到电动玩具，大到各种加工机床都有直流电机的身影。
直流电机是电机的主要类型之一，它的主要特点是使用直流电。
一、直流电机的基本工作原理直流电机是直流发电机和直流电动机的统称。
直流发电机是由原动机带动转子旋转，将机械能转换成直流电能，进而对负载供电。
直流电动机是外施直流电源在定、转子上，进而转子旋转带动同轴负载运转，将直流电能转化成机械能。
下图1是直流发电机的工作模型。
图1 直流发电机的工作模型图1中N、S是两个在空间固定不动的磁极，可以是永久磁铁，也可以是电磁铁；abcd是一个装在可以转动的铁磁圆柱体（转轴）上的线圈，合称为电枢，也就是电机的转子；线圈的首、末端分别连接到与电枢同轴旋转的两个圆弧形的铜片上，称为换向片，换向片之间及换向片与转轴之间是相互绝缘的；A和B是两个与换向片相接触，但空间上静止不动的铜片，称为电刷。
从电刷A、B引出即可对负载供电。
当原动机拖动电枢，也就是转子，以转速n恒速旋转时，导体ab和cd切割磁力线而感应电动势，其方向可用右手定则确定。
整个线圈的电势方向是e dcba，即从d到a。
此时如果在电刷之间接上负载，就有电流产生，为负载供电。
当电枢转过180°时，线圈abcd中感应电动势的方向为e abcd,即从a到d。
因为电刷的原因，因而流过外部负载的电流方向不变，所以说发电机发出的是直流电。
根据以上两个特定位置的分析，可以得出直流发电机以下几个结论：（1）在电枢线圈内的感应电动势e a及电流i a都是交流电，通过换向片及电刷的整流（交流变直流）作用才变成外部两电刷间的直流电动势，使外部电路得到方向不变的直流电流；（2）发电机电枢线圈中的感应电动势e a与其电流i a的方向始终一致；（3）虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，但从空间上看N极与S极下的电枢电流的方向不变，因此由电枢电流所产生的磁场在空间上是一个恒定不变的磁场；（4）电枢绕组电流与磁场相互作用产生电磁力f。
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1、大型直流电机换向器的判断标准
对直流电机的运行监护重点放在对换向器及换留情况的观察，每班至少检查一次，发现问题应及时与生产联系，采取措施防止事态劣化。
运行良好的换向器表面具有良好的氧化膜保护，非常光滑，呈现深红色或深褐色。
电机运转时，在电刷与换向器的换向片之间应当避免产生超时允许标准的火花。
由于各种客观原因，火花难以避免，按国家标准，在正常连续工作时存在1，1.25，1.5，三个火花等级，对换向器工作无损坏。
2、换向器日常维护工作的内容
换向器表面应光洁明亮，不得有机械损伤或火花灼痕。
如有轻微灼痕可用00号砂布在旋转换向器上打磨。
如有严重灼痕或粗糙不平，表面不圆局部凹凸，则应及时安排对换向器进行车削，使其恢复表面光滑整洁。
重车后的换向器表面必须重新建立氧化膜以增加其耐磨性，改善换流状况
3、大型直流电机电刷选用要求
电刷选用一般根据电机负载电流大小、电刷电流密度、换向器的线速度及电机运行环境决定，一般先由电刷特性表中查出所需种类，再结合电机的额定电压、实际电流、电机运行条件等一系列甄选、实际试用才找到合适具体型号。
不同工况和环境需采用不同的材质和牌号的电刷。
4、大型直流电机电刷更换作业
电刷磨损或破裂时须更换相同牌号的电刷。
若旧的规格不清可根据选配原则选择，新的能在刷握上自由灵活，否则须研磨。
新更换的碳刷在投入使用前需要对碳刷接触换向器的接触面进行研磨，使其形成相贴合的弧度，确保碳刷与换向器有最大接触面并接触面光滑。
可用0#砂布研磨，砂布宽度等于换向器的长度。
研磨时砂面向上，光面紧贴换向器表面，然后用手拉紧砂布，把碳刷放入刷握，并压上弹簧。
电机电枢在油顶升状态下可来回转动，拉动砂布，靠刷握弹簧的压力磨出电刷的弧形接触面，磨出后用压缩空气吹走碳粒等并检查电刷，当电刷与换向器接触面积达到电刷的70%以上时（不必强求完全吻合）且整洁光亮电机可加载运行。
5、大型直流电机电刷常见故障
①、电刷振动：换向器最容易发生的故障是电刷振动，其主要原因是换向器突出、凹进、云母片突出、换向器表面条纹等。
其次与电刷与刷握间隙过大有关。
间隙大电机旋转时电刷发生跳动从而诱发电刷、刷握、、握架自然振动，会使换向器的换流状况恶化，产生火花，使火花超出允许范围。
②、刷压不当：电刷压力过小会因换向器的摩擦和电机的振动而跳动产生火花。
一般电刷压力调好后不可再变更，使刷压保持相对稳定，但由于种种原因使电刷电流不稳定，弹簧由于电流过大的刷握而发热退火失去原有的弹力，使刷压降低。
③、有时因电刷与换向器之间缺少必要的润滑导致在空载情况下电刷跳动。
可用白棉布沾少许石蜡或凡士林均匀擦在换向器表面，此法尽量少用。
6、抽芯后电机转子的检查处置
①电机转子各部分是否完好：是否有撞、刮伤；线圈绝缘层损伤及老化现象，无纬带松动；铁心内部和通风道内是否有异物，通风道内齿压板有否松动。
②检查同步电动机的磁极固定是否牢固，磁极线圈、极间撑块有否松动及阻尼条是否松动、断裂、电蚀等异常。
③同步电动机上的风扇叶片是否有裂纹，必要时进行金属探伤。
④极间联结线和阻尼端环间联结片（排）状态，是否存在接触不良、过热变色、电蚀、断裂、紧固螺栓疲劳劣化等缺陷。
⑤转子引出线和固定卡子上的绝缘有否破损，螺钉及防松装置状态。
7、换向器日常点检的项目与内容
①、碳刷检查：运行及停机检查碳刷有无过热、磨损过快、振动大、噪声大等现象；碳刷的接触面及表面的镜面情况。
接触面应大于75%，接触面应光滑如镜，不允许有条痕。
定期检查碳刷压力（过松过紧均不符标准）
②、氧化膜检查：目视检查换向器表面光滑程度、氧化膜颜色及烧伤情况；氧化膜呈金黄色，色泽均匀，无块斑存在，换向器表面无划痕、突片。
③、火花检查：目视检查正常时，换向器火花一般为淡黄色、蓝色或白色，小于11/2级。
8、滑环与碳刷的维护方法及相关要求
①、滑环上的电刷是否冒火花，若火花小，应清理电刷；若火花大，应由检修人员处理。
②、电刷上的压力应为不冒火花时的最小压力，电刷在刷握内无幌动和卡死现象，电刷与刷握间保持0.1~0.2mm间隙。
③、电刷软导线应完整，接触紧密，无与外壳短路。
④、电刷边缘无磨损，如电刷磨损至离铜辫子2~4mm时，应换同一品种电刷，使用不同品种电刷（其导电率与截面不同）会引起电刷振动。
⑤、电刷及刷握内无积垢，如有应用刷子或吹风机吹干净。
进行该工作时需注意安全，避免衣物卷入转动部分，穿绝缘鞋站在绝缘垫子进行。
⑥、对运行中的电机须定期停机维护吹扫，清灰紧固，测量绝缘电阻等基本保养。
按规定进行预防性试验对电机状态判定，及时发现问题避免突发意外。
9、检修安全措施如何确认到位，保证安全。
◆大型电气设备的现场检修牵涉的范围很广，环境也比较复杂，在检修开始之前办好各类安全联络手续事关重大，千万不能马虎。
包括对于各类能源介质的关停，张挂警示牌等必要的手续都必须非常细心到位；
◆施工过程中的每一项有关安全的保障措施都必须一一落实到位；
◆电气点检人员不能只顾及电气的安全还要熟悉机组有关的生产、机械、仪表等相关专业的安全事项；
◆只有全面地，有针对性地采取必要的安全对策，才可能确保整个施工过程的设备及人员的安全。
10、同步电机日常点检内容
（1）外观检查：电机无异味、异响、裂纹、污损（1D ）
（2）振动检查：冷却风道（1W ）
（3）温度检查：轴承温度（65°上限75°）润滑油≤40°冷却器水温小于32°
（4）负荷电流检查：≤规定值
（5）泄漏检查：
（6）压力检查
（7）流量检查
（8）连接紧固件松弛检查
（9）其他检查
11、为何进行定转子气隙测量及判断标准
为了对电机的状态做检查判断，要进行定转子气隙的复测。
一般一经安装电机定转子之间的相对位置就基本固定了轻易不会变动，但是经过负载运行，电机转子在负载的拖动下有可能被带离原始位置，如果定、转子之间的间隙偏离了标准，则必然造成电机运行过程中电机磁场的偏差，严重的将引起电机在运转中随磁场偏差的脉动，这肯定是不正常的状况。
◆将检测气隙数据比对历史数据和电机标准数据判断电机的定、转子相对位置是否被移动； ◆如果偏差超过允许的范围则必须会同各方探讨找出原因制定回装时的调整方案。
判断依据与原始数据做对比：a 、按设备方根据电机要求及设计值给出具体数值；b 、平均值在设定值的10%以内，最大与最小值之差在平均值的10%以内；c 、最大或最小值与平均值之差，同平均值之比不小于以下数值[定、转子间隙容差值：汽轮发电机±5%；快速同步机±2.5；慢速同步机±5%]
12、轴电压测量的处理及判断方法（要求画出测量示意图）
如无特殊规定，被试电机应在额定电压、额定转速下空载运行。
用高内阻电压表先测定轴电压U1，然后将转轴一端与其轴承座短接，测另一端轴承座侧（绝缘）对地的轴电压U2，测点表面与电压表引线应接触良好。
同时还应分别检查轴承座（绝缘侧）与金属垫片、金属垫片与金属底座间的绝缘电阻（见图3-4-8）；
当U1=U2时，绝缘良好； U1>1.1U2时，绝缘不良；U1<U2时，测错。
1－轴承座；2－绝缘垫片；3－金属垫片；4－绝缘垫片；5－转子 1
2
4 3。