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第1章 直流电机的结构和原理
图1-39 复励直流电动机
第1章 直流电机的结构和原理
图1-40 复励直流电动机励磁绕组中电流的方向
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图1-41 直流电机的终端标注符
(1)多匝、小线径导线绕制的是什么类型的励磁绕组？这样有什么好 处？ (2)解释积复励和差复励的不同之处，这种不同是怎样实现的？
图1-1 左手定则与右手定则
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1.1.1 两条定则和两条定律 1.左手定则与右手定则 左手定则也称“电动机定则”，如图1-1a所 示。 2.电磁力定律 3.电磁感应定律 1.1.2 直流电动机的工作原理 1.电磁转矩的产生 现在用图1-2所示直流电动机的物理模型来分析 电磁转矩产生的。
(2)电枢铁心或外壳换成木头或塑料，或把转子抽掉，电动机会怎样？
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(3)这种电动机与单线圈电动机有何不同？两个电刷安放于什么位置？ (4)如果电枢铁心不是三极转子，即电枢铁心槽数为5、7、9或11个时， 对电动机会有怎样的影响？槽数可以为偶数吗？ (5)电动机能够发电是基于什么道理？发电电压大小与哪些因素有关？ 发电时的电压极性由谁来决定？ 1.2.1 玩具电动机的转动原理
图1-8 电源制作过程
第1章 直流电机的结构和原理
图1-9 线圈支架制作过程
第1章 直流电机的结构和原理
图1-10 刮绝缘漆的位置
4.通电测试 装上电池，用万用表测量鳄鱼夹是否有电压输出，如图 1-11a所示。
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图1-11 通电测试
(1)通电测试中可能出现的问题：线圈不转动；线圈转动快慢不均； 线圈转动方向不固定。
图1-24 直流发电机运行过程
3.直流电机的可逆性 直流电机在一定的条件下，可作为发电机运行， 把机械能转变为电能供给直流负载；
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而在另外的条件下又可把电能转换为机械能拖动机械负载，这就是 直流电机的可逆性。 1.2.3 玩具电机电枢绕组绕制方法及展开图 1.线圈的绕制方法 详细查看电枢中线圈的连接关系，把电枢从某一 槽中间沿轴向切开、分左、右方向展开成一个平面，可画出其示意 图，如图1-25所示。
(2)取出转子。
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图1-16 转子
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图1-17 转子、电刷及换向器
(3)拆卸转子线圈与铁心。
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图1-18 转子的拆卸
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图1-19 电动机外壳的拆卸
(4)拆卸电动机外壳。
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电枢铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的硅钢片叠压夹紧而成。
图1-33 电枢结构示意图
6.电枢绕组 电枢绕组由一定数目的线圈按一定的规律连接而成，它 是直流电机的电路部分，也是进行机电能量转换的部分。 7.换向器 在直流发电机中，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。
图1-22 直流发电机发电原理示意图
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1.直流发电机的发电原理 直流发电机发电原理示意图如图1-22所示。
图1-23 直流发电机的脉动电压
2.直流发电机的运行过程 当原动机拖动电枢旋转时，如图1-24所示， 电枢导体切割磁力线产生感应电动势，其方向可用右手定则确定。
第1章 直流电机的结构和原理
7.理解直流电动机铭牌数据的含义。 8.了解电枢反应，掌握改善换向的方法。 9.能够正确调整电刷的位置。
1.1 直流电动机的基本工作原理
第1章 直流电机的结构和原理
1.掌握直流电动机的基本工作原理。 2.能够制作单线圈直流电动机，并会通电测试。 3.能够拆卸玩具电动机，并说出其结构及各部分名 称。 4.理解玩具电动机的旋转原理和可逆原理。 5.会画玩具电动机电枢绕组的展开图。 6.能够描述直流电动机的结构和分类。 7.理解直流电动机铭牌数据的含义。 8.了解电枢反应，掌握改善换向的方法。 9.能够正确调整电刷的位置。 1.1 直流电动机的基本工作原理
1.2 永磁式直流电动机的结构和原理
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图1-12 玩具电动机的外形
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图1-13 玩具电动机的分解图
1.拆卸步骤 拆卸玩具电动机不需要专门的技术和工具。 (1)开启固定爪、取下端盖。
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图1-14 固定爪位置
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图1-15 端盖内的电刷
图1-2 最简单的直流电动机的物理模型
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2.恒定转矩的产生 由于主极磁场在空间上近似于正弦分布，只有一 个线圈的直流电动机产生的电磁转矩是脉动的，如图1-3a所示。 3.直流电动机的运行过程 直流电动机与电源接通后，运行过程如图 1-4所示。
图1-3 直流电动机的脉动转矩
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(2)影响转动效果的因素：线圈匝数多少；电池电压大小与电量；电 池连接情况；永久磁铁磁场强弱；漆包线漆是否刮干净；半面漆刮 的宽窄与位置；线圈与磁铁之间的距离；线圈形状是否平衡；线圈 两边是否在轴线上；支架两边高度是否相同。 (3)若有条件，在电路中串联电流表，或用稳压直流电源代替电池， 观察线圈起动时和运行时电路中电流的大小和方向。 (4)线圈为什么有时需要用手拨一下才能转动？想想这种电动机能干 什么用？要能实用还需要进行哪些改进？举例说明电动机在生产生 活中的应用。
图1-5 制作完成的单线圈直流电动机
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图1-6 所需材料与工具
3.制作步骤
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(1)绕制线圈：带上手套，用手把漆包线抻直，如图1-7a所示，注意 不要弄伤手。
图1-7 线圈绕制
(2)制作电源：先用斜口钳把电池夹上的导线绝缘层剥掉，如图1-8a 所示；把鳄鱼夹上的护套取下，预先套在导线上(注意颜色相配)，如 图1-8b所示，否则有时候焊接完了才发现护套没法上了；然后将剥
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(3)小型永磁式直流电动机，定子为2极，电枢铁心为7槽，绕成右行 单叠绕组。 (4)从节省材料的角度看，右行与左行哪个更好？ 1.3 电磁式直流电机的结构、分类与铭牌 1.3.1 电磁式直流电机的基本结构
图1-28 电磁式直流电机的结构
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1.机座与端盖 机座有两个作用：一是作为主磁极的一部分，二是作 为电动机的结构框架。 2.主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。 3.换向磁极 换向磁极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，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电 火花。
图1-36 他励直流电动机
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2.并励直流电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，采用同一个电源供电， 由一个开关控制，如图1-37所示。
图1-37 并励直流电动机
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图1-38 串励直流电动机
3.串励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组串联之后，外接一个直流电 源，由一个开关控制，如图1-38所示。 4.复励直流电动机 复励直流电动机如图1-39所示。
(3)串励绕组和并励绕组如何与电枢绕组连接？ 1.3.3 直流电机的铭牌数据
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图1-42 某台直流电动机的铭牌
1.型号 型号表明该电机所属的系列及主要特点。
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图1-43 该直流电动机的型号含义
2.额定值 (1)额定功率PN：指电机在额定运行时的输出功率，对发电机是指输 出的电功率；对电动机是指输出的机械功率，单位为W或kW。 (2)额定电压UN：指在额定运行状况下，直流发电机的输出电压或直 流电动机的输入电压，单位为V或kV。
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图1-34 电枢铁心槽内嵌放的电枢绕组
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图1-35 换向器结构
(1)主磁极铁心与电枢铁心结构一样吗？为什么？
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(2)换向磁极的作用是什么？它装在什么位置？绕组如何连接？流过 换向磁极绕组的电流是什么电流？ (3)直流电机有哪些主要部件？试说明它们的作用和结构。 1.3.2 直流电机的分类 1.他励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组采用两个电源供电，如图136所示。
图1-20 玩具电动机的发电实验装置
2.玩具电动机发电实验 (1)把电池连接到电动机的端子，并确认电动机已经旋转。
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(2)取下电池，把连接电动机的导线连接到检流计上(或万用表最小直 流电流挡)，按照刚才电池带动电动机旋转的方向转动电动机轴。 (3)根据检流计摆动的方向，就可以判断发电的极性，可以发现，虽 然电动机的旋转方向相同，但是，发电时的电流方向和电池给电动 机供电时的电流方向是相反的。 (4)改变电动机轴转动的速度，从检流计指针摆动的幅度就可以确认 发电电压发生了变化。 (1)电枢铁心为什么必须用薄铁片叠成？薄铁片之间绝缘吗？需要改 进吗？
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(3)额定电流IN：指电动机在额定电压和额定负载时，允许长期输出 (发电机)或输入(电动机)的电流，单位为A。 (4)额定转速nN：指电动机在额定电压和额定负载时的旋转速度，单 位为r/min。 3.励磁方式 指励磁绕组获得电流的方式。 4.绝缘等级 表示电机各绕组及其他绝缘部件所用绝缘材料的等级。
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图1-4 直流电动机的运行过程
1.实训目的 通过亲身制作与测试，了解直流电动机的基本结构，理 解换向器的作用和原理，掌握电动机的起动与运行情况。
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2.材料与工具 所需材料与工具如图1-6所示。 (1)材料：8cm×12cm木板一块、直径为1mm的漆包线1m、5号电池 夹1个、鳄鱼夹2个、曲别针2个、小螺钉2个、磁铁1块、双面胶若干。 (2)工具：万用表、电烙铁、螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、壁纸刀。
图1-29 主磁极结构
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图1-30 换向磁极结构
4.电刷装置 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，如图1-31所示。
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图1-31 电刷装置
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图1-32 支架机构
5.电枢铁心 电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组的支撑 部分，为了减少电枢铁心内的涡流损耗，
去绝缘层的电池夹，导线与鳄鱼夹焊接在一起，如图1-8c所示；最后 把护套安装在鳄鱼夹上，电源部分就完成了，如图1-8d所示。
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(3)制作支架：用尖嘴钳分步骤把曲别针弯成图片最下端的样子，如 图1-9a所示；把线圈套在磁体上以确定支架的位置，并用螺钉固定结 实，如图1-9b所示；确定支架的高度，要求线圈尽量贴近下面的磁 铁又不发生刮碰，如图1-9c所示；在支架确定好的位置处用尖嘴钳弯 一下，支架就做好了，放上线圈，如果位置不合适再作进一步的调 整，如图1-9d所示。 (4)刮绝缘漆：用壁纸刀刮掉线圈与支架接触位置上漆包线的绝缘漆， 如图1-10所示。
图1-25 电枢绕组的绕制方法示意图
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图1-26 单叠绕组
2.电枢绕组的展开图 电枢绕组是直流电机的核心部分，它是由许多 分布在转子表面的线圈按一定的规律连接而成的闭合绕组。
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图1-27 三极转子单叠
(1)试着用左手定则分析三极转子电动机的旋转方向。 (2)电枢绕组元件中有哪些电量？是交流还是直流？
图1-21 三极转子产生转矩的原理示意图
第1章 直流电机的结构和原理
(1)换向器与电刷组合的作用是什么？电刷位置可以改变吗？ (2)怎样改变电动机的旋转方向和转速的大小？ (3)电吹风上的小型永磁式直流电动机(三极转子)，必须用手拧一下 转轴，才能起动，但转动无力。 1.2.2 直流发电机的发电原理及直流电机的可逆原理
09HZ1
第1章 直流电机的结构和原理
第1章 直流电机的结构和原理
1.掌握直流电动机的基本工作原理。 2.能够制作单线圈直流电动机，并会通电测试。 3.能够拆卸玩具电动机，并说出其结构及各部分名称。 4.理解玩具电动机的旋转原理和可逆原理。 5.会画玩具电动机电枢绕组的展开图。 6.能够描述直流电动机的结构和分类。 XXMB9.TIF