直流电动机_结构&绕组
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
发电机：是指输出额定电压；
额定转速 N 在额定电压下，运行于 n
问题讨论：
电 机 及 拖 动 基 础
问题讨论：
电 机 及 拖 动 基 础
问题讨论：
电 机 及 拖 动 基 础
问题讨论：
电 机 及 拖 动 基 础
电 机 及 拖 动 基 础
Class discussion
解决办法：用4个换向片将4个线圈都连 接起来，成为一个闭合绕组，两个不同 的元件边连接一个换向片。每个元件的 两个元件边连接2个不同的换向片。共 用了4个换向片，节省了材料，提高了 输出转矩。
1-2、3-4、5-6、7-8 分别构成4个线圈
14
直流电机的绕组
4个线圈单层结构示意图
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的绕组
对绕组的要求：在能够通过规定的电流和产 生足够的电动势的前提下，尽可能节省铜和绝 缘材料，并且结构简单、运行可靠。
电 机 及 拖 动 基 础
一、简单的绕组
右图只是说明原理的示意图。它的缺点是： 随着电枢的转动，始终只有一个线圈有电 流。这样的话，材料没有充分利用，产生 的总转矩或电势均很小。
额定电压 N U
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
额定电流 N I
额定功率时对应的电流 在额定电压、额定电流下，运 电动机：是指输入额定电压。 行于额定功率时对应的转速. 电机铭牌上还标有其它数 额定励磁电流fN I 据，如励磁电压、出厂日 对应于额定电压、额定电流、额 期、出厂编号等。 定转速及额定功率时的励磁电流
注意： 换向极绕组与定子（励磁）绕组串联连接。
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的基本结构
2．转子部分 （1）电枢铁心 电枢铁心是电机磁路的 一部分，其外圆周开槽， 用来嵌放电枢绕组。电枢 铁 心 一 般 用 0.5mm 厚 、 两边涂有绝缘漆的硅钢片 冲片叠压而成，如图所示。 电枢铁心固定在转轴或转 子支架上。铁心较长时， 为加强冷却，可把电枢铁 心沿轴向分成数段，段与 段之间留有通风孔。
直流电机的基本工作原理
电 机 及 拖 动 基 础
左手定则
1、直流电动机工作原理 在磁场作用下，N极性下导体 直流电动机是将电能 ab受力方向从右向左，S 极下导 转变成机械能的旋转机械。体cd受力方向从左向右。该电磁 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。
电 机 及 拖 动 基 础
他励：励磁绕组的电流由独立电源提供 的。 并励；励磁绕组与电枢绕组并联。 串励；励磁绕组与电枢绕组串联。 自励 复励；励磁绕组一部分与电枢绕组串联， 另一部分与电枢绕组并联。
直流电机的额定值
额定功率 N P
电 机 及 拖 动 基 础
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出的 额定条件下电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率
直流电机的绕组
4绕组展开图：
电 机 及 拖 动 基 础
为了使得线圈的2个有效边所感应的电动势相等，则线圈的有 效边之间的距离（跨距）应等于或接近于一个极距（相邻主 磁极间的跨度）。
直流电机的绕组
6个线圈的电枢绕组与电刷连接
电 机 及 拖 动 基 础
当电枢转到图示位置时：构成如图所示的等效并联支路。
（一）单叠绕组 特点：元件的两个端子连接在相邻的两个换向 片上。
y1------节距（元件跨距---2个有效边所跨槽数)
yk------换向器节距（上层边与下层边所连接的 两个换向片之间的距离）
直流电机的绕组
单叠绕组的所有的相邻元件依次串联，即后一元件的首端与前 一元件的末端连在一起，接到一个换向片上。最后一个元件末 端与第一个元件首端连接在一起，形成一个闭合回路。
直流电机的磁场
1. 空载磁场
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机空载是指电枢绕组电流为零或很小， 电机几乎无功率输出。空载磁场是由励磁绕 组的励磁磁动势单独建立的磁场。
p=1
漏磁通，一般:
=（15～20）％。
直流电机的磁场
2. 电枢反应 当直流电机带上负载以后， 在电机磁路中又形成一个 磁动势，这个磁动势称为 电枢磁动势。 不论什么形式的绕组， 在一个磁极下元件边中的 电流方向总是相同的，不 同磁极下元件边中的电流 方向总是相反的。因此， 电枢磁动势分布规律如图：
电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路。
结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。
直流电机的绕组
直流电机电枢绕组结构形式：单 叠绕组、单波绕组。
电 机 及 拖 动 基 础
在实际电机中----- 为使线圈（元件） 端部平整排列，一般在每个槽中放置 上/下 两个有效边，所以，多为双层 绕组。
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的基本结构
（2）电枢绕组
电 机 及 拖 动 基 础
电枢绕组是直流电机的主要组成部分，其 作用产生感应电动势和电磁转矩，它是电机实 现机电能量转换的关键。通常用绝缘导线绕成的 线圈（或称元件），按一定规律连接而成。
直流电机的基本结构 （3）换向器 换向器是直流电机最重要的部件之一， 对于发电机，是将电枢绕组元件中的直流 交变电势转换为电刷间的直流电势；对于 电动机则是将输入的直流电流转换为电枢 绕组元件中的交变电流，产生恒定方向的 电磁转矩。
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的绕组
根据绕组展开图可绘制绕组等效电路图：
电 机 及 拖 动 基 础
结论：并联支路数=电刷数
电刷数=被短路的元件数=磁极数
-------> a=p
直流电机的绕组
（二）单波绕组
电 机 及 拖 动 基 础
单波绕组: 不是把元件依串联，而是把相隔大约两个极距 （τ），即在磁场中的位置差不多相对应的元件连接起来。 该种连接保证元件中的电流产生相同方向的电磁力，从而 使电机产生的总电磁转矩最大。
电 机 及 拖 动 基 础
电机及拖动基础
第3讲 直流电动机_结构&绕组
（3学时） 2013.04.02
本讲内容及要求：
电 机 及 拖 动 基 础
直流电动机的运行原理（掌握） 直流电机的额定值（掌握） 直流电机的励磁方式（掌握） 直流电机的基本结构（掌握） 直流电机的电枢反应（了解）
直流电机的基本原理和结构
力形成逆时针方向的电磁转矩。 当电磁转矩大于阻转矩时，电机 转子逆时针方向旋转。
电刷 ＋ U －
N
S 换向片
直流电机的基本工作原理
当电枢旋转到右图所示位置时：
电 机 及 拖 动 基 础
原N极性下导体ab转到S 极下，受力方向从左向右， 原S 极下导体cd转到N极下， 受力方向从右向左。该电磁 力形成逆时针方向的电磁转 矩。线圈在该电磁力形成的 电磁转矩作用下继续逆时针 方向旋转。
电 机 及 拖 动 基 础
1—风扇；2—机座； 3—电枢；4—主磁极； 5—刷架；6—换向器； 7—接线板；8—出线盒； 9—换向极；10—端盖
直流电机的基本结构
电 机 及 拖 动 基 础
1．定子部分 （1）机座 机座既可以固定主磁极、 换向极、端盖等，又是电机磁路的 一部分（称为磁轭）。机座一般用 铸钢或厚钢板焊接而成，具有良好 的导磁性能和机械强度。 （2）主磁极 主磁极的作用是产生气隙 磁场，由主磁极铁心和主磁极绕组 （励磁绕组）构成，如图所示。主 主磁极 磁极铁心一般由1.0mm～1.5mm 厚的低碳钢板冲片叠压而成，包括 极身和极靴两部分。极靴做成圆弧 1—固定主磁极的螺钉； 形，以使磁极下气隙磁通较均匀。 极身上面套有励磁绕组，绕组中通2—主磁极铁心；3—励磁绕组 入直流电流。整个磁极用螺钉固定 在机座上。
N
＋ U －
S
关键点： 换向片。 换向片安装在电机转 轴上，与电枢同步旋转。
直流电机的基本工作原理
电 机 及 拖 动 基 础
电磁关系
直流wk.baidu.com电流
换向
交流 电流
Φ
电磁转矩 (拖动转矩)
旋转
机械 负载
克服
反电 做功 动势
直流电机的基本结构
直流电机由定子（固定不动）与转子（旋转）两大部分组 成，定子与转子之间有空隙,称为气隙。 定子部分包括机座、主磁极、换向极、端盖、电刷等装 置； 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风 扇等部件。
机 座
直流电机的基本结构
（3）换向极 换向极用来改善 换向，由铁心和套在铁心 上的绕组构成，如图所示。 换向极铁心一般用整块钢 制成，如换向要求较高， 则用1.0mm～1.5mm厚 的钢板叠压而成，其绕组 中流过的是电枢电流。换 向极装在相邻两主磁极之 间，用螺钉固定在机座上。 1—换向极铁心；2—换向极绕组
直流电机的简化模型 直轴就是磁极的方向，交轴是与磁极正交的方向 电 机 及 拖 动 基 础
励磁线圈通入直流电流，产生直轴（d轴）方向 的主极磁通，称为主磁场。
电枢绕组
q
定子 电枢
q
A
Φ
d
N
S n
d
B
励磁线圈 电刷
- Uf +
a)
交轴（q轴）方向上的一对 电刷将电枢线圈分为左右两 b) 部分，电枢线圈按照一定的 图3-1 直流电机的简化模型 联接方式组成电枢绕组。 a) 直流电机结构 b) 直流电机模型
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的基本结构
直流电机的主要结构概述：
电 机 及 定子 拖 动 基 础
转子 主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换 机座和端盖：起支撑和固定作用。 电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。 电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。 换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换 转轴 轴承
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的磁场
结论：直流电机负载时气隙磁场是由励磁磁动势
电 机 及 拖 动 基 础
和电枢磁动势共同产生的。电枢磁动势对气隙磁
场的影响称为电枢反应。
几何中性线n-n （a）主极磁场 （b）电枢磁场
物理中性线m-m （c）合成磁场
直流电机的励磁方式
在直流电机中，由定子励磁线圈通电所产生的主磁场称为 励磁磁场。不同的励磁方式，直流电机的运行特性有很大 差异。
额定转速 N 在额定电压下，运行于 n
问题讨论：
电 机 及 拖 动 基 础
问题讨论：
电 机 及 拖 动 基 础
问题讨论：
电 机 及 拖 动 基 础
问题讨论：
电 机 及 拖 动 基 础
电 机 及 拖 动 基 础
Class discussion
解决办法：用4个换向片将4个线圈都连 接起来，成为一个闭合绕组，两个不同 的元件边连接一个换向片。每个元件的 两个元件边连接2个不同的换向片。共 用了4个换向片，节省了材料，提高了 输出转矩。
1-2、3-4、5-6、7-8 分别构成4个线圈
14
直流电机的绕组
4个线圈单层结构示意图
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的绕组
对绕组的要求：在能够通过规定的电流和产 生足够的电动势的前提下，尽可能节省铜和绝 缘材料，并且结构简单、运行可靠。
电 机 及 拖 动 基 础
一、简单的绕组
右图只是说明原理的示意图。它的缺点是： 随着电枢的转动，始终只有一个线圈有电 流。这样的话，材料没有充分利用，产生 的总转矩或电势均很小。
额定电压 N U
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
额定电流 N I
额定功率时对应的电流 在额定电压、额定电流下，运 电动机：是指输入额定电压。 行于额定功率时对应的转速. 电机铭牌上还标有其它数 额定励磁电流fN I 据，如励磁电压、出厂日 对应于额定电压、额定电流、额 期、出厂编号等。 定转速及额定功率时的励磁电流
注意： 换向极绕组与定子（励磁）绕组串联连接。
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的基本结构
2．转子部分 （1）电枢铁心 电枢铁心是电机磁路的 一部分，其外圆周开槽， 用来嵌放电枢绕组。电枢 铁 心 一 般 用 0.5mm 厚 、 两边涂有绝缘漆的硅钢片 冲片叠压而成，如图所示。 电枢铁心固定在转轴或转 子支架上。铁心较长时， 为加强冷却，可把电枢铁 心沿轴向分成数段，段与 段之间留有通风孔。
直流电机的基本工作原理
电 机 及 拖 动 基 础
左手定则
1、直流电动机工作原理 在磁场作用下，N极性下导体 直流电动机是将电能 ab受力方向从右向左，S 极下导 转变成机械能的旋转机械。体cd受力方向从左向右。该电磁 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。
电 机 及 拖 动 基 础
他励：励磁绕组的电流由独立电源提供 的。 并励；励磁绕组与电枢绕组并联。 串励；励磁绕组与电枢绕组串联。 自励 复励；励磁绕组一部分与电枢绕组串联， 另一部分与电枢绕组并联。
直流电机的额定值
额定功率 N P
电 机 及 拖 动 基 础
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出的 额定条件下电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率
直流电机的绕组
4绕组展开图：
电 机 及 拖 动 基 础
为了使得线圈的2个有效边所感应的电动势相等，则线圈的有 效边之间的距离（跨距）应等于或接近于一个极距（相邻主 磁极间的跨度）。
直流电机的绕组
6个线圈的电枢绕组与电刷连接
电 机 及 拖 动 基 础
当电枢转到图示位置时：构成如图所示的等效并联支路。
（一）单叠绕组 特点：元件的两个端子连接在相邻的两个换向 片上。
y1------节距（元件跨距---2个有效边所跨槽数)
yk------换向器节距（上层边与下层边所连接的 两个换向片之间的距离）
直流电机的绕组
单叠绕组的所有的相邻元件依次串联，即后一元件的首端与前 一元件的末端连在一起，接到一个换向片上。最后一个元件末 端与第一个元件首端连接在一起，形成一个闭合回路。
直流电机的磁场
1. 空载磁场
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机空载是指电枢绕组电流为零或很小， 电机几乎无功率输出。空载磁场是由励磁绕 组的励磁磁动势单独建立的磁场。
p=1
漏磁通，一般:
=（15～20）％。
直流电机的磁场
2. 电枢反应 当直流电机带上负载以后， 在电机磁路中又形成一个 磁动势，这个磁动势称为 电枢磁动势。 不论什么形式的绕组， 在一个磁极下元件边中的 电流方向总是相同的，不 同磁极下元件边中的电流 方向总是相反的。因此， 电枢磁动势分布规律如图：
电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路。
结论：整个电枢绕组通过换向片连成一个闭合回路。
直流电机的绕组
直流电机电枢绕组结构形式：单 叠绕组、单波绕组。
电 机 及 拖 动 基 础
在实际电机中----- 为使线圈（元件） 端部平整排列，一般在每个槽中放置 上/下 两个有效边，所以，多为双层 绕组。
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的基本结构
（2）电枢绕组
电 机 及 拖 动 基 础
电枢绕组是直流电机的主要组成部分，其 作用产生感应电动势和电磁转矩，它是电机实 现机电能量转换的关键。通常用绝缘导线绕成的 线圈（或称元件），按一定规律连接而成。
直流电机的基本结构 （3）换向器 换向器是直流电机最重要的部件之一， 对于发电机，是将电枢绕组元件中的直流 交变电势转换为电刷间的直流电势；对于 电动机则是将输入的直流电流转换为电枢 绕组元件中的交变电流，产生恒定方向的 电磁转矩。
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的绕组
根据绕组展开图可绘制绕组等效电路图：
电 机 及 拖 动 基 础
结论：并联支路数=电刷数
电刷数=被短路的元件数=磁极数
-------> a=p
直流电机的绕组
（二）单波绕组
电 机 及 拖 动 基 础
单波绕组: 不是把元件依串联，而是把相隔大约两个极距 （τ），即在磁场中的位置差不多相对应的元件连接起来。 该种连接保证元件中的电流产生相同方向的电磁力，从而 使电机产生的总电磁转矩最大。
电 机 及 拖 动 基 础
电机及拖动基础
第3讲 直流电动机_结构&绕组
（3学时） 2013.04.02
本讲内容及要求：
电 机 及 拖 动 基 础
直流电动机的运行原理（掌握） 直流电机的额定值（掌握） 直流电机的励磁方式（掌握） 直流电机的基本结构（掌握） 直流电机的电枢反应（了解）
直流电机的基本原理和结构
力形成逆时针方向的电磁转矩。 当电磁转矩大于阻转矩时，电机 转子逆时针方向旋转。
电刷 ＋ U －
N
S 换向片
直流电机的基本工作原理
当电枢旋转到右图所示位置时：
电 机 及 拖 动 基 础
原N极性下导体ab转到S 极下，受力方向从左向右， 原S 极下导体cd转到N极下， 受力方向从右向左。该电磁 力形成逆时针方向的电磁转 矩。线圈在该电磁力形成的 电磁转矩作用下继续逆时针 方向旋转。
电 机 及 拖 动 基 础
1—风扇；2—机座； 3—电枢；4—主磁极； 5—刷架；6—换向器； 7—接线板；8—出线盒； 9—换向极；10—端盖
直流电机的基本结构
电 机 及 拖 动 基 础
1．定子部分 （1）机座 机座既可以固定主磁极、 换向极、端盖等，又是电机磁路的 一部分（称为磁轭）。机座一般用 铸钢或厚钢板焊接而成，具有良好 的导磁性能和机械强度。 （2）主磁极 主磁极的作用是产生气隙 磁场，由主磁极铁心和主磁极绕组 （励磁绕组）构成，如图所示。主 主磁极 磁极铁心一般由1.0mm～1.5mm 厚的低碳钢板冲片叠压而成，包括 极身和极靴两部分。极靴做成圆弧 1—固定主磁极的螺钉； 形，以使磁极下气隙磁通较均匀。 极身上面套有励磁绕组，绕组中通2—主磁极铁心；3—励磁绕组 入直流电流。整个磁极用螺钉固定 在机座上。
N
＋ U －
S
关键点： 换向片。 换向片安装在电机转 轴上，与电枢同步旋转。
直流电机的基本工作原理
电 机 及 拖 动 基 础
电磁关系
直流wk.baidu.com电流
换向
交流 电流
Φ
电磁转矩 (拖动转矩)
旋转
机械 负载
克服
反电 做功 动势
直流电机的基本结构
直流电机由定子（固定不动）与转子（旋转）两大部分组 成，定子与转子之间有空隙,称为气隙。 定子部分包括机座、主磁极、换向极、端盖、电刷等装 置； 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风 扇等部件。
机 座
直流电机的基本结构
（3）换向极 换向极用来改善 换向，由铁心和套在铁心 上的绕组构成，如图所示。 换向极铁心一般用整块钢 制成，如换向要求较高， 则用1.0mm～1.5mm厚 的钢板叠压而成，其绕组 中流过的是电枢电流。换 向极装在相邻两主磁极之 间，用螺钉固定在机座上。 1—换向极铁心；2—换向极绕组
直流电机的简化模型 直轴就是磁极的方向，交轴是与磁极正交的方向 电 机 及 拖 动 基 础
励磁线圈通入直流电流，产生直轴（d轴）方向 的主极磁通，称为主磁场。
电枢绕组
q
定子 电枢
q
A
Φ
d
N
S n
d
B
励磁线圈 电刷
- Uf +
a)
交轴（q轴）方向上的一对 电刷将电枢线圈分为左右两 b) 部分，电枢线圈按照一定的 图3-1 直流电机的简化模型 联接方式组成电枢绕组。 a) 直流电机结构 b) 直流电机模型
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的基本结构
直流电机的主要结构概述：
电 机 及 定子 拖 动 基 础
转子 主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换 机座和端盖：起支撑和固定作用。 电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。 电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。 换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换 转轴 轴承
电 机 及 拖 动 基 础
直流电机的磁场
结论：直流电机负载时气隙磁场是由励磁磁动势
电 机 及 拖 动 基 础
和电枢磁动势共同产生的。电枢磁动势对气隙磁
场的影响称为电枢反应。
几何中性线n-n （a）主极磁场 （b）电枢磁场
物理中性线m-m （c）合成磁场
直流电机的励磁方式
在直流电机中，由定子励磁线圈通电所产生的主磁场称为 励磁磁场。不同的励磁方式，直流电机的运行特性有很大 差异。