直流电动机的工作原理与结构
直流电动机(原理)
电动机 PN U N I N N 103 kW 发电机 PN UNIN 103 kW
2、直流电动机工作原理
2、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。 此时电枢线圈中将有电流流过。 在磁场作用下，有导体产生F=BIL。该电磁力形成电磁转矩,使 电机转子旋转。
思考：电磁力的方向怎么判断？大小与哪些因素有关？分析转动过程？
换向极绕组与电枢绕组串联, 换向磁极的作用是消弱电枢磁场。
（3）电刷装置 与换向器配合,完成交直流的互换。数目与主磁极相同。
电刷座
电刷
3.转子 又称为电枢
（1）电枢铁心
既是主磁路的一部分， 又可以放置电枢绕组。 （2）电枢绕组 电枢绕组与换向器联结。 主要作用产生感应电动势和电 磁转矩，实现机电能量的转换。 （3）换向器 换向器由许多彼此绝缘的钢 质换向片组成一个圆柱体，装在 转子转轴的一端，与电刷装置配 合,完成直流与交流的互换。
二、直流电动机的种类和铭牌
1. 直流电机绕组端子标号： 电枢绕组：始端A1－末端A2 ；换向绕组：始端B1－末端B2 ； 补偿绕组：始端C1－末端C2 ；串励绕组：始端D1末端D2 ； 并励绕组：始端E1－末端E2 ；他励绕组：始端F1－末端F2 2.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。
直流电动机的结构与工作原理
直流电动机的结构与工作原理直流电动机（DC Motor）是一种将电能转化为机械能的装置，它由固定不动的定子和绕在定子上的可旋转转子组成。
直流电动机的结构和工作原理是实现电能转换的关键。
一、直流电动机的结构直流电动机的结构包括定子（Stator）、转子（Rotor）、换向器（Commutator）和碳刷（Carbon Brushes）。
1. 定子（Stator）：定子是直流电动机的固定部分，由铁心和绕组组成。
铁心通常采用硅钢片制成，绕组则由若干个线圈组成。
当外加电压施加在绕组上时，形成的磁场将影响转子的运动。
2. 转子（Rotor）：转子是直流电动机的旋转部分，它由线圈、铁芯和轴组成。
转子的线圈通常由导电材料绕制而成，铁芯可以通过提高磁导率来增强磁场。
当电流通过转子的线圈时，线圈将受到力的作用而旋转。
3. 换向器（Commutator）：换向器是直流电动机的关键部件之一，它位于转子一端的轴上。
换向器由多个导电片和绝缘片交替组成。
当转子旋转时，换向器将不断地改变电流的方向，使得转子能不断地顺时针或逆时针旋转。
4. 碳刷（Carbon Brushes）：碳刷是直流电动机中的另一个重要部件，它与换向器接触并提供电流给转子。
碳刷通常由碳材料制成，它具有良好的导电性能和耐磨损性能。
二、直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦茨力原理。
1. 法拉第电磁感应定律：当导体在磁场中运动时，导体两端将产生感应电动势。
在直流电动机中，定子绕组通过外加电压形成的磁场作用下，当转子旋转时，转子上的线圈将切割磁场线，引发感应电动势。
2. 洛伦茨力原理：导体通电后，在磁场中会受到洛伦茨力的作用。
直流电动机中，当电流通过转子的线圈时，线圈受到的洛伦茨力将使转子旋转。
基于以上原理，直流电动机的工作可以总结为以下几个步骤：a. 施加电源电压：通过碳刷与换向器接触，将电源电压施加在定子绕组上形成磁场。
b. 电流传递至转子：经过换向器和碳刷的作用，电流将传递到转子的线圈上。
直流有刷电机的工作原理
直流有刷电机的工作原理直流有刷电机是一种将电能转化为机械能的设备，在很多场合如风力发电机、电动汽车、电动工具等都有广泛的应用。
它的主要工作原理是靠磁场与电流之间的相互作用。
1.电机结构直流有刷电机由转子和定子两部分组成。
转子是旋转部分，由支撑转子轴的轴承、转子芯、换向器、磁轭、磁极等组成。
定子是静止部分，由定子铁芯、定子绕组、前后端盖等组成。
直流有刷电机采用永磁体产生磁场，具体而言，是通过接通定子绕组中的电流产生磁场，使其与永磁体形成磁通，从而实现旋转。
2.工作原理2.1 磁场与电流直流有刷电机中，磁极间存在一个轴向的磁通，称为空气磁通。
在运转时，定子绕组内会注入电流，这些电流会形成一个与空气磁通相互垂直的磁场。
由于电流的方向不同，产生的磁场方向也不同。
当电流流过绕组时，会形成磁场，磁场又会作用于磁极，从而改变磁通分布。
当磁通分布不均匀时，就会使得转子转动，因为电机中都是以磁极为方向的。
2.2 换向器的作用当转子继续转动时，该磁力会使转子绕组进入下一个磁场区域，但定子绕组中的电流方向仍然保持不变，从而导致磁力的极性变化。
为了让磁极的转动能够持续下去，需要交换绕组的电流方向。
这个任务就由变向器承担，变向器旋转一周将绕组中的电流方向反向，实现了磁极的转动。
2.3 感应电动势的产生由于绕组中的电流方向改变，因此会改变磁通的分布。
这种改变磁通的行为对电磁感应的产生十分重要。
当绕组中电流方向改变时，绕组中会产生一个感应电动势。
感应电动势的方向和磁通的方向成反比例关系，但它的大小与磁通的变化速度成正比例关系。
当磁通变化速度越快时，感应电动势的大小越大。
这种感应电动势会使电流在绕组内产生反向的流动，从而磁极继续旋转。
3.结论直流有刷电机主要通过磁场和电流的相互作用，产生电动势并将电能转换为机械能的过程中来实现其工作原理。
它也承担着许多应用的要求，例如高转速、高输出功率、高效率等要求，因此电机的设计不仅要考虑运动轨迹和电气性能，而且还要考虑其应用的实际情况，以达到更好的使用效果。
第1章 直流电动机基本理论及结构
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1.1 直流电动机的原理与结构
电动机铭牌上所标的数据为额定数据.具体含义有以下几点。 电动机铭牌上所标的数据为额定数据 具体含义有以下几点。 具体含义有以下几点 1.型号 型号 电动机的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯 数字表示。 数字表示。 2.直流电动机的额定值 直流电动机的额定值 (1)额定功率 N是指电动机在额定状态下运行时轴上输出的 额定功率P 额定功率 机械功率.又称为额定容量 又称为额定容量(W) 机械功率.又称为额定容量(W) 。它等于额定电压和电流的 乘积再乘上电动机的效率. 乘积再乘上电动机的效率 (2)额定电压 N是指电动机寿命期内安全工作的最高电压 额定电压U 额定电压 (V). (3)额定电流 N是指电动机轴上带有额定机械负载时的输人 额定电流I 额定电流 电流(A). 电流 (4)额定转速 N是指在额定电压、额定电流和额定输出功率 额定转速n 额定转速 是指在额定电压、 的情况下电动机运行时的旋转速度(r/min) . 的情况下电动机运行时的旋转速度
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1. 2 直流电动机电枢绕组
1.2.2 电枢绕组的基本要求及绕制规则
对电枢绕组的基本要求是:一方面能够产生足够大的电动势 对电枢绕组的基本要求是 一方面能够产生足够大的电动势. 一方面能够产生足够大的电动势 通过一定大小的电流.产生足够的转矩 产生足够的转矩;另一方面要尽可能节 通过一定大小的电流 产生足够的转矩 另一方面要尽可能节 约材料.结构简单 结构简单。 约材料 结构简单。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 元件边放在槽内.能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘ 能切割磁力线产生感应电动势.称为“‘有 元件边放在槽内 能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘有 效边” 端接线放在槽外 不切割磁力线.仅作为连接线使用 端接线放在槽外.不切割磁力线 仅作为连接线使用。 效边”;端接线放在槽外 不切割磁力线 仅作为连接线使用。 为了便于嵌线.每个元件的一个边放在某一个槽的上层 每个元件的一个边放在某一个槽的上层.称为 为了便于嵌线 每个元件的一个边放在某一个槽的上层 称为 上层边.另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。 另一个边则放在另一个槽的下层.称为下层边 上层边 另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。绘图 为了表达清晰.将上层边用实线表示 时.为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。
直流电动机和串励直流电动机
在脉宽调制调速控制中，电动机电枢电压的平均 值由电源电压％、脉冲周期以及开关管在每个周 期内所导通的时间所决定的，可以由下式表示， 式子1-3
式中a为占空比，也就是导通时间与脉冲周期T之比；U 为电源电压。式(1．3)表明，输入到电枢绕组两端的平 均电压由脉冲占空比a及电源电压U所决定，并且与占 空比成正比。改变占空比的大小就可以相应地改变施 加到电动机两端的平均电压，也就实现了直流电动机 的调压调速。
1-1直流电动机结构示意图
1-2直流电动机工作原理图
直流电动机的工作原理见图1．2所示。在电 刷A、B的两端施加直流电压，且电刷A为 “+"，B为“一"，则电枢绕组中电流i的方向 为AabcdB。主磁极上方为N极，下方为S极， 根据电磁力定律可以得出载流导体ab，cd在 磁场中所受到电磁力的大小为： f=Bil 式(3—1) 式中，f为载流导体ab，cd在磁场中所受电磁力 的大小，由左手定则来确定电磁力的方向；B为 主磁极上励磁绕组所产生的气隙磁通的大小；i 为电枢绕组内直流电流的大小;l为载流导体的有 效长度。
1．2．2 串励直流电动机的数学模型 为了研究串励直流电动机的调速特性，首先应得到其电压 与电枢电流以及转速与电磁转矩之间数学模型与传递函数。
图1．8串励直流电动机的动态原理图
根据串励直流电动机的动态原理图1．8，建立其动态电压平 衡方程和转矩平衡方程：
根据所建立的电压与转矩平衡方程建立串励直流电动机的传 递函数。
式子1-6
将式(1-4)代入转矩公式(1-6)，得丰励直流电动机的电磁转矩 方程为：
式子1-7
图1-6串励直流电动机工作特性图 其转矩特性见图1-6所示。由式(1-7)可知，当气隙磁通量不变 时，电磁转矩与电枢电流I成正比。实际上，随着电枢电流的 增加，气隙磁通必略有减少。因此，转矩特性略有减小。见 图3-6所示，电动机电磁转矩正比于电枢电流的平方，即随着 电流的增加，转矩将呈平方倍增加，所以串励电动机与其他 类型的电动机相比，在启动电流一样的情况下，启动转矩较 大，且过载能力也较强。
直流发电机的工作原理与结构
直流发电机的工作原理及结构电机的可逆运行原理两个定理与两个定则1、电磁感应定理在磁场中运动的导体将会感应电势，若磁场、导体和导体的运动方向三者互相垂直，则作用导体中感应的电势大小为： e = B·l·v符号物理量单位B 磁场的磁感应强度Wb/m2v 导体运动速度米/秒l 导体有效长度me 感应电势V电势的方向用右手定则2.电磁力定律载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直(见下图)，作用在导体上的电磁力大小为：f = B·l·i符号物理量单位i 导体中的电流Al 导体有效长度mf 电磁力N力的方向用左手定则（一）直流发电机的工作原理1.直流发电机的原理模型2.发电机工作原理a、直流电势产生用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边a b 和c d 分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势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因为电刷A 通过换向片所引出的电动势始终是切割N 极磁力线的线圈边中的电动势。
所以电刷A 始终有正极性，同样道理，电刷 B 始终有负极性。
所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势b、结论线圈的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A B 端的电动势却是直流电动势。
直流发电机[浏览次数：约145次]•直流发电机是一种把机械能转换为直流电输出的电机，流电动机具有良好的起动性能和调速性能，因此广泛应用于要求调速平滑，调速围广等对调速要求较高的电气传动系统中，如电力机车、无轨电车、轧钢机起重设备等。
目录•直流发电机的结构•直流发电机的部件功能•直流发电机的工作原理•直流发电机的额定值直流发电机的结构•直流电机的结构可分为静止和转动两部分，静止部分称为定子，旋转部分称为转子（也称电枢）。
图1 与图2分别为直流电机的纵剖面示意图和横剖面示意图。
物理知识总结直流电动机的结构与工作原理
物理知识总结直流电动机的结构与工作原理直流电动机是一种常见的电动设备，广泛应用于各个领域，包括工业、交通、家电等。
它的结构和工作原理对于理解电动机的工作过程和特性非常重要。
本文将对直流电动机的结构和工作原理进行总结。
一、直流电动机的结构直流电动机由两部分组成：定子和转子。
定子是固定不动的部分，由线圈和磁铁组成。
转子则是旋转的部分，由电刷和电枢组成。
1. 定子定子由一组线圈和磁铁组成。
线圈通常是由导线绕制而成，呈现出环状或饼状的形态。
线圈的数量和布局决定了电动机的性能和特性。
磁铁则是由强磁性材料制成，放置在定子的边缘。
2. 转子转子是直流电动机的旋转部分。
它由电刷和电枢组成。
电刷是用来供电的接触件，通常是以碳或铜制成的。
电枢则是转子核心，是由许多绕组组成的，每个绕组都与一个电刷相连。
二、直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理基于电磁感应和洛伦兹力的相互作用。
当通电时，定子中的线圈会产生磁场，同时磁铁也会产生磁场。
这两个磁场之间会相互作用，导致转子产生旋转力。
1. 电磁感应当直流电流通过定子线圈时，由于导线在磁场中运动产生的洛伦兹力，导致线圈受到力的作用，线圈开始旋转。
这个过程称为电磁感应。
2. 磁场转向转子中的电枢通过电刷与外部电源相连，从而形成一个电流回路。
当电流通过电枢时，电枢会产生自己的磁场。
由于电枢中的电流方向与定子磁场的方向相互作用，转子会受到一个力矩的作用，导致转子开始旋转。
3. 磁场补偿为了保持转子的旋转运动，电刷会定期切换电极的位置，以改变电流的方向，从而改变磁场的方向。
这个过程被称为磁场补偿。
磁场补偿可以保持转子的旋转稳定，并避免电枢与定子磁场相互吸引或排斥。
三、直流电动机的应用直流电动机由于其结构简单、运行可靠等特点，在许多领域都有广泛应用。
1. 工业应用直流电动机经常用于工业设备，如机床、风机、输送带等。
它们可根据需要调节转速和扭矩，适应不同的工艺要求。
2. 交通应用直流电动机也广泛应用于交通工具，如电动车辆、电动自行车、电动机车等。
直流电动机工作原理
直流电动机工作原理直流电动机是一种将电能转换为机械能的装置，是现代工业中广泛应用的重要设备。
它的工作原理是利用电流在磁场中产生力矩，从而驱动电动机转动。
下面将详细介绍直流电动机的工作原理。
1. 磁场产生直流电动机通常由定子和转子两部分组成。
定子上设置有永久磁铁或电磁铁产生的磁场，而转子则由电枢和换向器组成。
当电流通过电枢时，电枢周围也会产生磁场。
这两个磁场之间会相互作用，从而产生力矩使电动机转动。
2. 电流作用当直流电源施加在电动机的电枢上时，电流会通过电枢产生磁场。
这个磁场会与定子上的磁场相互作用，产生力矩使转子开始转动。
根据洛伦兹力的原理，当电流通过导体时，导体会受到磁场力的作用，从而产生力矩。
这个力矩会使转子转动，驱动电动机的工作。
3. 换向器的作用在直流电动机中，为了使电流的方向与转子的位置相适应，通常需要使用换向器。
换向器可以改变电流的方向，使得转子在不同位置时，能够产生持续的力矩驱动转动。
换向器的设计和工作原理对于直流电动机的性能和效率有着重要的影响。
4. 转子的运动当电流通过电枢产生力矩使转子开始转动时，转子上的换向器会不断地改变电流的方向，从而使得转子能够持续地转动。
这种连续的转动使得电动机能够持续地输出机械能，从而完成各种工业生产中的任务。
5. 调速和控制直流电动机可以通过改变电枢上的电流大小来实现调速和控制。
通过改变电流的大小，可以改变电动机输出的力矩和转速，从而适应不同的工作要求。
这种调速和控制的特性使得直流电动机在工业生产中具有很大的灵活性和适用性。
总结直流电动机的工作原理是利用电流在磁场中产生力矩，从而驱动电动机转动。
通过永磁体或电磁体产生的磁场和电枢产生的磁场相互作用，使得电动机能够输出持续的机械能。
换向器的作用是使得电流的方向与转子的位置相适应，从而实现持续的转动。
直流电动机具有调速和控制的特性，适用于各种不同的工业生产需求。
直流电机的工作原理及特性
特性变软
Rad
If
U
Ia M E
Uf
Ra
Ф
n n0
Rad1< Rad1
0
Rad=0 Rad1 Rad2
T
2. 改变电枢电压U时的人为特性 N ,R a d 0
把nKU e NNKeK RtaN2T 与 nKU eNKeK RtaN2T
➢空载速度随着U的减小而减小；
硬度的概念，其定义为： dTΔT10% 0
dn Δn
n n0 nN △n
△T
即转矩变化与所引起的 转速变化的比值，称为机械 特性的硬度。
根据值的不同，可将
电动机机械特性分为三类。
0
TN T
（1）绝对硬特性
（2）硬特性>10
（3）软特性<10
dTΔT10% 0
dn Δn
二、固有机械特性
直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件
2. 额定电压 UN： 指额定状态下电枢出线端的 电压，以 V为量纲单位。
3. 额定电流 IN： 指电机在额定电压、额定功率 时的电枢电流值，以 A为量纲单位。
4. 额定转速 nN： 指额定状态下运行时转子的 转速，以r/min为量纲单位。
5. 额定励磁电流 If： 指电机在额定状态时的励 磁电流值。
直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的
发电机的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或 原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时， 原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩T及空载损耗 转矩T0相平衡。
电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此， 电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损 耗转矩T0相平衡。
直流电机电动机的结构与工作原理
直流电机电动机的结构与工作原理直流电机（直流电动机）的结构与工作原理直流电机是一种经常被使用的电动机类型，它通过电流的流动产生机械运动。
本文将详细介绍直流电机的结构与工作原理。
一、直流电机的结构直流电机由以下几个主要部分组成：1. 定子（Stator）：定子是由一组绕组和磁场构成的，它通常是由永磁体或允许通电的绕组构成。
定子的结构和性质直接决定了电机的输出性能。
2. 转子（Rotor）：转子是由一组导体和磁极构成的，它可以旋转在定子的磁场中。
转子通常由铁心、铜线和轴承组成，它的旋转产生了机械能。
3. 磁极（Magnetic Pole）：磁极是直流电机中的主要磁场源，它由永磁体或电磁体构成。
磁极的极性决定了电机的旋转方向与运行效果。
4. 刷子（Brush）：刷子是与转子导体接触的装置，它通常由碳或者铜制成。
刷子的功能是在电机运行过程中，将电流传递给转子导体，使得转子能够继续旋转。
5. 端盖（End Cap）：端盖位于电机的两端，它的主要作用是固定转子轴承和导线等部件，同时防止灰尘和杂质进入电机内部。
6. 轴承（Bearing）：轴承通常由金属滚珠或滑动材料组成，它负责在转子旋转时提供支撑和减小摩擦。
二、直流电机的工作原理直流电机的工作原理可归纳为施加力矩和生成电动势两个方面。
1. 施加力矩：当电流通过定子绕组时，定子绕组会受到洛仑兹力的作用。
根据左手定则，这个力会使得定子绕组和转子之间产生一个力矩，从而转动转子。
2. 生成电动势：当直流电机运转时，转子上的导线会切割磁场线，产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，这个电动势的方向与电机的旋转方向相反。
同时，刷子将电流传递给转子，保证了电磁力的持续产生。
三、直流电机的工作过程直流电机的工作可以简要概括为以下步骤：1. 施加电源：将直流电源的正负极分别连接到电机的刷子位置，使得电流能够流经定子绕组。
2. 产生磁场：根据电流的方向，定子绕组产生的磁场与转子磁极之间形成相互作用力，从而使转子开始旋转。
1.1直流电机的工作原理和结构
2
§1-1 直流电机的工作原理和结构
一、直流电机的工作原理
直流电机是直流发电机和直流 电动机的总称。直流电机具有可 逆性，既可作直流发电机使用， 也可作直流电动机使用。
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§1-1 直流电机的工作原理和结构
（2）电枢绕组
电枢绕组的作用是产生 感应电势和通过电流产生 电磁转矩，实现机电能量 转换。它是直流电机的主 要电路部分。
电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成，再按一定 规律嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要 妥善地绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外，槽口处需用槽楔 将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部分用玻璃丝带绑紧。绕组端 头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升高片槽内，并用锡焊或氩 弧焊焊牢。
12
（3）换向极
§1-1 直流电机的工作原理和结构
换向极又称附加极，安装在相邻两主磁极的几何 中心线上。 Why？在1.7讲
换向极的作用是改善直流电机换向。在小容量电 机（1kw以下）中，有时换向极只有主磁极的一半， 或不安装换向极。 （4）电刷装置
电刷与换向器相配合，在电动机中起到逆变（将 直流变为交流）作用；而在发电机中则起到整流 （将交流变为直流和结构
（3）换向器 换向器的作用是
在电刷间得到直流电 动势，并保证每个磁 极下电枢导体电流方 向不变，以产生恒定 方向的电磁转矩。
16
§1-1 直流电机的工作原理和结构
3、气隙
气隙是定子和转子（电枢）之间自然形成的间 隙。它是电机主磁路的一部分,是电机能量转换的 媒介。气隙的大小对电机运行的影响很大。小容 量电机约为1-3mm，大容量电机可为几毫米。
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。
直流发电机直流电动机的工作原理和结构
直流发电机直流电动机的工作原理和结构直流电机工作原理和结构一、直流电机工作原理* 直流发电机的工作原理* 直流电动机的工作原理* 电机的可逆运行原理两个定理与两个定则1、电磁感应定理在磁场中运动的导体将会感应电势，若磁场、导体和导体的运动方向三者互相垂直，则作用导体中感应的电势大小为： e = B·l·v符号物理量单位B磁场的磁感应强度 Wb/m2v导体运动速度米/秒l导体有效长度me感应电势V电势的方向用右手定则 2.电磁力定律载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直 (见下图)，作用在导体上的电磁力大小为：f = B·l·i符号物理量单位i导体中的电流Al导体有效长度mf电磁力N力的方向用左手定则（一）直流发电机的工作原理直流发电机的原理模型1.2.发电机工作原理 a、直流电势产生用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动d c 和b a 速转动，线圈边．势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因为电刷 A 通过换向片所引出的电动势始终是切割N 极磁力线的线圈边中的电动势。
所以电刷 A始终有正极性，同样道理，电刷 B 始终有负极性。
所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势 b、结论线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷 A B 端的电动势却是直流电动势。
（二）直流电动机的工作原理 1.直流电动机的原理模型（图1.1.5）直流电动机的工作原理要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。
为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转,这就是直流电动机的工作原理（三）电机的可逆运行原理从上述基本电磁情况来看：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理二、直流电机的结构旋转电机结构形式 , 必须有满足电磁和机械两方面要求的结构．旋转电机必须具备静止和转动两大部分1.直流电机静止部分称作定子作用 -- 产生磁场由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成2.直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)作用 -- 产生电磁转矩和感应电动势由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成直流电机电枢照片(一) 直流电机的静止部分1.主磁极是一种电磁铁，用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心2.换向极（又称附加极或间极）作用 -- 改善换向换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联．图1.1.11 主磁极和换向极示意图3.机座机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个作用：固定主磁极、换向极和端盖；作为磁路的一部分。
直流电动机的构造及工作原理
直流电动机的构造及工作原理一、直流电动机的构造1. 定子（Stator）：定子是直流电动机的固定部分，通常由一组电磁线圈、铁芯和前后两个端盖组成。
它的主要任务是产生磁场，使转子能够旋转。
2. 转子（Rotor）：转子是直流电动机的旋转部分，通常由导体线圈和铁芯组成。
它的主要任务是受到磁场的作用旋转，并将机械能输出。
转子通常由一个或多个定子通电线圈组成，其中每个线圈都有一个导电部分和一个绝缘部分。
导电部分通常由电刷和电刷支架连接到外部电源。
3.磁极：磁极是电动机中产生磁场的部分，由定子和转子中的磁场磁极组成。
定子磁极通常由磁铁或电磁线圈组成，它提供了一个恒定的磁场。
4.电刷和电刷支架：电刷是转子中导电部分的接触点，用于与电刷支架上的电源连接。
电刷支架固定在电机机壳上，起到支撑电刷和导电部分的作用。
5.机壳：机壳是直流电动机的外壳，通常由金属材料制成，用于保护电机的内部组件。
机壳也起到散热和接地保护的作用。
二、直流电动机的工作原理1.洛伦兹力：当一根导体通过有电流的磁场时，它会受到一个叫做洛伦兹力的力，其大小和方向由右手螺旋定则确定。
根据洛伦兹力原理，当导体（转子）通电并置于一个磁场中时，会受到洛伦兹力的作用，导致导体（转子）开始旋转。
2.法拉第电磁感应定律：根据法拉第电磁感应定律，当一条导体（转子）以一定速度旋转于一个磁场中时，导体两端会产生感应电动势。
这个感应电动势的方向与导体的运动方向以及磁场的方向有关。
根据斯托克斯定律，感应电动势会产生一个与导体运动方向相反的电流，这也被称为倒发电。
在直流电动机中，当电流通过定子线圈时，由电流生成的磁场产生磁力，作用于转子导体上，使其旋转。
同时，当转子旋转时，导体与磁场之间的相对运动会导致感应电动势的产生，反过来又产生一个反向的电流，这个电流又会与磁场相互作用，增强或减弱转子的旋转，从而实现了电能到机械能的转换。
总之，直流电动机通过电磁力和感应电动势的相互作用实现电能到机械能的转换。
简述直流电动机的基本结构和工作原理
简述直流电动机的基本结构和工作原理直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的装置，广泛应用于各个领域的电动设备中。
它的基本结构由定子、转子、碳刷、电枢等部分组成，工作原理是利用励磁产生磁场，通过电流作用在电枢上产生力矩，驱动转子转动。
直流电动机的基本结构可分为外部结构和内部结构两部分。
外部结构包括机壳、定子、转子等部分，内部结构包括电枢、碳刷等部分。
机壳是直流电动机的外部保护结构，通常由铸铁或铝合金制成。
机壳的作用是保护内部部件免受外界环境的影响，并提供固定安装的支撑。
定子是直流电动机的静止部分，由堆叠而成的电磁线圈组成。
定子线圈通常由若干个线圈组成，每个线圈中都有一个通电的绕组，通过电流在定子上产生磁场。
定子线圈通常由铜线或铝线制成，绕在定子铁芯上以增强磁场的强度。
转子是直流电动机的旋转部分，通常由铁芯、绕组、轴等部分组成。
转子上的绕组称为电枢，电枢是由若干个线圈组成的，每个线圈中都有一个通电的绕组。
电枢的线圈通常由铜线制成，绕在转子铁芯上。
当电流通过电枢绕组时，由于电流作用在磁场中，会产生力矩，驱动转子旋转。
碳刷是直流电动机中的关键部件，位于定子两侧与电枢接触。
碳刷由碳材料制成，具有良好的导电性能和耐磨性。
碳刷通过与电枢的接触，将电流引入电枢绕组，使电枢在磁场中产生力矩。
直流电动机的工作原理是基于电磁感应和洛伦兹力的相互作用。
当电流通过定子线圈时，会在定子内产生一个磁场，这个磁场称为励磁磁场。
当电流通过电枢绕组时，电枢绕组中的每个线圈都会受到励磁磁场的作用，产生一个力矩。
这个力矩使得电枢绕组中的线圈受到力的作用，开始旋转。
同时，碳刷与电枢的接触保持电流通路的连续性，使得电枢绕组始终受到电流的作用，保持旋转。
直流电动机的转速可以通过改变电枢绕组中的电流大小来控制。
当电流增大时，电枢受到的力矩也增大，转速加快；当电流减小时，电枢受到的力矩减小，转速减慢。
因此，通过调节电流大小可以实现对直流电动机转速的控制。
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科目：《电机与变压器》
课题：直流电机的工作原理与结构
作者：刘建雄
单位：荆州市高级技工学校
2005年7月
§7—1 直流电机的基本原理一、直流电机模型图解二、直流发电机的工作原理三、直流电动机的工作原理
§7—2 直流电机的结构直流电机的工作原理与结构主磁极机座换向极电刷装置电枢铁心电枢绕组
换向器定子
电枢
§7—1 直流电机的基本原理一、直流电机模型图
解
固定部分有磁铁，这里称作主磁极；还有电刷。
转动部分有铁心和绕在铁心上的绕组。
(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)
上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。
定子与转子之间有一气隙。
在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，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。
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。
二、直流发电机的工作原理
直流发电机是机械能转换为直流电能的电气设备。
说明：设原动机拖动转子以每分转n转转动；
电机主磁极要有磁场。
这个磁场可以是如图示的磁铁也可以是磁极铁心上绕有线圈，再通过直流电产生磁场。
I f称之为励磁电流。
这种线圈称为励磁线圈，每个磁极
上有一个，它们串联（或并联）起来就构成了励磁绕组。
各线圈通过电流的方向不可出错。
在以上条件下电枢导体将感应电势，其大小与磁通
密度B 、导体的有效长度l 和导体切割磁场速度v 三者
的乘积成正比，其方向用右手定则判断。
注意某一根转子导体的电势性质是交流电。
而经电刷
输出的电动势确是直流电了。
这便是直流发电机的工作原理。
直流发电机动画演示
直流发电机工作原理小结
直流发电机在原动机的拖动下旋转，电枢上的导体切割磁力线产生交变电动势，再通过换向器的整流作用，在电刷间获得直流电压输出，从而实现了将机械能转换成直流电能的目的。
三、直流电动机的工作原理
如果直流电机的两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷A 流入，经过线圈
a→b→c→d，从电刷B 流出，根据电磁力定律，载流
导体ab和cd受到电磁力的作用，其方向可由左手定则
判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子
逆时针转动。
如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷A 和换向片2接触，电刷B 和换向片1接触，直流电流从电刷A 流入，在线圈中的流动方向是d→c→b→a，从电刷B 流出。
其受到电磁力的作用方向由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。
这就是直
流电动机的工作原理。
外加的电源是直流的，但由于
电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。
实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁
转矩的波动。
直流电动机的工作原理动画演示
直流电动机的工作原理小结：
1、将直流电通过电刷接通电枢绕组，使电枢
导体有电流流过。
2、电动机内部有磁场存在。
3、电枢电枢载流导体将受到电磁力f 的作用
f=Bli a（其方向用左手定则判断）
4、所有导体产生的电磁力作用于转子（电
枢），使电枢以n转/分旋转。
§7—2直流电机的结构
Z2系列直流电动机外形Z4系列直流电动机外形
直流电机的结构装配图和结构剖面图
直流电动机的各种主要部件图
定子主要包括：主磁极（励磁绕组主极铁心），换向极（绕组和铁心），机座，端盖和电刷装置
主磁极
主磁极包括：励磁绕组
主极铁心
主磁极的作用是建立主磁场。
绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕
组通以直流电流来建立磁场。
主磁极由主磁极
铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。
主磁极
铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它
的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分
布，并使励磁绕组容易固定。
为了减少转子转
动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心采用1～1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。
主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用
螺杆固定在机座上。
主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按N，S 极交替出现。
机座
有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。
机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。
机座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者用铸钢件（小型机座用铸铁件）制成。
机座的两端装有端盖。
换向极
是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成。
换向极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。
换向极的个数一般与主磁极的极数相等，在功率很小的直流电机中，也有不装或少装换向极的。
换向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的，要流过较大的电流，和串励绕组一样，导线截面较大。
端盖
端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转子连为一体。
同时端盖对电机内部还起防护作用。
电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。
刷握用螺钉夹紧在刷杆上。
每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。
刷杆装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。
注意：石墨碳刷很脆，掀动压力弹簧要仔细
轻放……
电枢（转子）
电枢的主要部件包括：
直流电机的转动部分称为转子，又称电枢。
转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。
电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢
铁心的槽内。
为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的
型号为DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成，如左图所示。
小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上，大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架上，然后再将支架固定在轴上。
为改善通风，冲片可沿轴向分成几段，以构成径向通风道。
电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。
线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。
大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。
换向器起整流作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。
换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形环夹紧而构成。
每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升高片内。
小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒，再用塑料通过热压制成。
谢谢观看！
2010年10月。