第一章 直流电机(新)
直流电动机第一章第2节
• 第六步：放置电刷。在展开图中，直流电机的电 刷与换向片的大小相同，电刷数与主磁极数相同， 放置电刷时应使正负电刷间的感应电动势最大， 或被电刷短路的元件感应电动势最小。当把电刷 放置在主磁极的几何中心线处，被电刷短路元件 的感应电动势为零，同时正负电刷间的电动势也 最大。电枢按图示方向转动，电刷间的电动势方 向根据右手定则可判定为A1、A2为正，B1、B2 为负。单迭绕组的完整展开图见图1.12。 • 在实际生产过程中，直流电机电刷的实际位置是 电机制造好后通过实验的方法确定的。
原理：串联电阻分压比变化。 如图1.20所示，正常时线圈电阻 较小，可变电阻R电压降大，电压表指 示值较小。若线圈出现断路故障，所 有电压均降落在线圈上，电压表指示 为电源电压值，故能判断故障在线圈。
• 因此，由上式可得换向节距为 • K 1 yk • （1-10） P • 在上式中，正负号的选择首先应满足使yK为整 数，其次考虑选择负号。选择负号时的单波绕组 称为左行绕组，左行绕组端部迭压少。单波绕组 的合成节距与换向节距相同，即第二节距y2 • y2 y1 y • （1-11）
绕组画法和节距
电枢绕组大多做成双层绕组，将线圈的一个有 效边放在槽的上层，称做上层边（画成实线）；另 一个有效边放在有一定距离的另一槽的下层，称做 下层边（画成虚线），如图1.11所示。
图1.11 绕组画法和节距
1.2 直流电机的电枢绕组
电枢绕组的线圈数和换向片数、槽数之间应 有如下的关系：因为每一个线圈有两个边，而每 一换向片总是把一个线圈的尾端与紧跟的另一个 线圈的首端焊接在一起，因此，线圈数与换向片 数相等；如果电枢铁心每个槽内只安排一个上层 边和一个下层边（称为一个单元槽），这样，线 圈数又与单元槽数相等。由此可知，一台直流电 机的线圈数S与换向片数K、槽数Z之间有如下关 系 S=K=Z （1-3）
第一 直流电机复习题
第一章直流电机2.1 直流电枢绕组元件内的电动势和电流势直流还是交流？若是交流，那么为什么计算稳态电动势时不考虑元件的电感？[答案]2.2 为什么并励直流发电机工作在空载特性的饱和部分比工作在直线部分时，端电压更加稳定？[答案]2.3 直流电机的磁化曲线和空载特性曲线有什么区别？有什么联系？[答案]2.4 何谓电机饱和现象？饱和程度高低对电机有何影响？[答案]2.5 在什么条件下电枢磁动势与磁场相互作用才产生电磁转矩？若电枢磁动势有交、直两个分量，那么是那个分量产生，那个分量不产生？还是两个都产生？[答案]2.6 一台直流电动机，磁路饱和。
当电机负载后，电刷逆电枢旋转方向移动一个角度。
试分析在此情况下电枢磁动势对气隙磁场的影响。
[答案]2.7 他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励发电机与他励发电机相比，哪一个电压变化率大？[答案]2.8 并励发电机正转能自励，反转能否自励？[答案]2.9 一台他励直流电动机，当所拖动的负载转矩不变时，电机端电压和电枢附加电阻的变化都不能改变其稳态下电枢电流的大小，这一现象应如何理解？这时拖动系统中哪些必然要发生变化？对串励电动机情况又如何？[答案]2.10 一台正在运行的并励直流电动机，转速为1450r/min。
现将它停下来，用改变励磁绕组的极性来改变转向后（其他均未变），当电枢电流的大小与正转相同时，发现转速为1500r/min，试问这可能是什么原因引起的？[答案]2.11 并励电动机在运行中励磁回路断线，将会发生什么现象？为什么？[答案]2.12 一并励直流发电机，P N＝35kW，U N＝115V，n N＝1450r/min，电枢电路各绕组总电阻r a＝0.0243Ω，一对电刷压降2ΔU b＝2V，并励电路电阻R f＝20.1Ω。
求额定负载时的电磁转矩及电磁功率。
[答案]2.13 一台并励直流电动机，额定数据为：U N＝110V，I N＝28A，n N＝1500r/min,电枢回路总电阻R a＝0.15Ω，励磁回路总电阻R f＝110Ω。
电机及拖动PPT课件
A、增大励磁电流
B、减小励磁电流
C、保持励磁电流不变 D、使励磁电流为零
答案： C
2.2.2 反接制动
*电压反接制动 电压反接制动时接线如图所示。
开关S投向“电动”侧时，电枢接正极
电压，电机处于电动状态。进行制动时，开
关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电R阻B 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内
定义：当 U 、U N I f时，I fN n f(I a )
由方程式可得
n
UN CeΦ
Ra CeΦ
Ia
Tn
Tem
n
T2
T0
0
Ia
)。 A、n=(U-IaRa)/Ceφ B、n=(U+IaRa)/Ceφ C、n=Ceφ/(U-IaRa) D、n=Ceφ/(U+IaRa) 答案： A
第二章直流电动机的电力拖动
电机及拖动
绪论 第一章 直流电机 第二章 直流电动机的电力拖动 第三章 三相异步电动机 第四章 三相异步电动机的电力拖动
为什么要学电机？
请同学们就电机的相关应用举例。
绪论
电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机常用的分类是按功能分，有发电机、电动机、变压器和 控制电机四大类；
归纳如下：
电机
变压器 直流电机
把电刷A、B接到直流电源 力形成逆时针方向的电磁转矩。
上，电刷A接正极，电刷B接负 当电磁转矩大于阻转矩时，电机
极。此时电枢线圈中将电流流过。转子逆时针方向旋转。
当电枢旋转到右图所示位置时
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。
第1章 直流电机的结构与工作原理
（3）额定电流ＩＮ 指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为A 。 直流发电机额定电流为 直流电动机额定电流为
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
*
电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为电枢。
1.2.1 基本知识
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1直流电机的结构与工作原理
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构
电枢铁芯
电枢绕组
换向磁极
主磁极
电刷装置
机座
端盖
定子
转子
换向器
转轴
轴承
直 流 电 机
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.2 直流电机的电枢绕组
*
单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。
1.单叠绕组的链接规律 绘制展开图的步骤是： 第一步：计算绕组的各节距。包括 、y、y1。 第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两条短线表示，实线表示上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。
1.1 直流电机的结构与工作原理
*
2. 直流电动机工作原理
把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
第1章 直流电机的结构与工作原理
字是机座中心高，第四个阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号，
第五个阿拉伯数字表示端盖的代号。 例如型号是Z4—200—21的直流电机，Z是系列（即一般用 途直流电动机）代号，200是电机中心高（mm），21中的2是电 枢铁芯长度代号，1是端盖的代号。
2.第一节距 y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距， 以槽数表示，如图1—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应 是整数。而为了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于 极距。
Zu y1 2p
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。
1.2 直流电机的电枢绕组
（4）正负电刷间电动势最大。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
1.3.1 直流电机的铭牌数据
铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、
额定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工
作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编 号、出厂日期等。
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
新世纪高职高专 电气自动化技术类课程规划教材
新世纪高职高专教材编审委员会 组编 主编 郑立平 张 晶 王文一 主审 孙建忠
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.1直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构 主磁极 换向磁极 电刷装置
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
1.1 直流电机的结构与工作原理
第一章-直流伺服电机
图1-1 电枢控制原理图
控制方式
2．磁场控制
电枢绕组电压保持不变，变化励磁回路旳电压。若电 动机旳负载转矩不变，当升高励磁电压时，励磁电流 增长，主磁通增长，电机转速就降低；反之，转速升 高。变化励磁电压旳极性，电机转向随之变化。 尽管磁场控制也可到达控制转速大小和旋转方向旳目 旳，但励磁电流和主磁通之间是非线性关系，且伴随 励磁电压旳减小其机械特征变软，调整特征也是非线 性旳，故少用。
1.2.2 运营特征
（2）电枢电压对机械特征旳影响
n0和Tk都与电枢电压成正比，而斜率k则与电枢电压无关。 相应于不同旳电枢电压能够得到一组相互平行旳机械特征曲线。
直流伺服电动机由放大器供电时， 放大器能够等效为一种电动势源 与其内阻串联。内阻使直流伺服 电动机旳机械特征变软。
图 1-3 不同控制电压时旳机械特征
较小、 电枢电阻 Ra 较大、转动惯量 J 较大
时是这种情况。
图1-6 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
(2)
当
4 e
m
时，由
p1，.2
1 2 e
1
1 4 e m
， p1 和
p2
两根是共轭复数。
在过渡过程中，转速和电流随时间旳变化是周期性旳。
由e
La Ra
和m
2JRa 60CeCt
2
可知，电枢
电感 La 较大、 电枢电阻 Ra 较小、转动
惯量 J 较小时，就会出现这种振荡现象。
图1-7 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
⑶ 当4 e m 时（多数情况满足这一条件）， e 很小能够忽视不计。
于是式
m e
《直流电机教案版》课件
《直流电机教案版》PPT课件第一章：直流电机概述1.1 直流电机的定义介绍直流电机的概念和基本原理解释直流电机的工作原理和特点1.2 直流电机的分类介绍直流电机的主要类型，包括永磁直流电机、有刷直流电机和无刷直流电机解释每种类型的结构和应用场景第二章：直流电机的基本结构2.1 磁铁和线圈介绍磁铁和线圈在直流电机中的作用和结构解释磁铁的极性和线圈的绕组方式2.2 换向器和电刷介绍换向器和电刷的作用和结构解释换向器的工作原理和电刷的维护方法第三章：直流电机的工作原理3.1 电能转换为机械能解释电能如何转换为机械能的过程介绍电机的电磁力和转矩的概念3.2 机械能转换为电能解释机械能如何转换为电能的过程介绍电机反转和制动的概念第四章：直流电机的特性4.1 转速特性介绍转速特性及其与电机参数的关系解释转速与电压、电流和负载之间的关系4.2 转矩特性介绍转矩特性及其与电机参数的关系解释转矩与电流、电压和负载之间的关系第五章：直流电机的控制5.1 开关控制介绍开关控制在直流电机中的应用解释开关控制原理和控制电路5.2 调速控制介绍调速控制在直流电机中的应用解释调速控制原理和控制方法第六章：直流电机的应用6.1 工业应用介绍直流电机在工业生产中的应用，如电动机、搅拌机等解释直流电机在工业应用中的优势和特点6.2 交通工具应用介绍直流电机在交通工具中的应用，如电动汽车、电动自行车等解释直流电机在交通工具应用中的优势和特点第七章：直流电机的维护与保养7.1 日常维护介绍直流电机日常维护的内容和方法解释维护的重要性以及如何延长电机寿命7.2 故障排除介绍常见直流电机故障及其原因解释故障排除方法和预防措施第八章：直流电机的安全操作8.1 操作规范介绍直流电机的安全操作规范和要求解释操作不当可能导致的危险和事故8.2 紧急处理介绍直流电机发生故障时的紧急处理方法解释如何应对突发情况以确保人身和设备安全第九章：直流电机的发展趋势9.1 技术创新介绍直流电机技术发展趋势，如高效、节能、环保等解释新技术在直流电机中的应用和优势9.2 市场前景介绍直流电机市场发展趋势和应用领域分析市场需求和产业发展前景第十章：复习与练习10.1 复习重点内容回顾本课件讲述的主要内容和知识点强调重点和难点，帮助学生巩固记忆10.2 练习题设计一些关于直流电机的问题，包括选择题、填空题和简答题提供答案和解题思路，帮助学生检验学习效果重点和难点解析六、直流电机的应用：这一章节介绍了直流电机在不同领域中的应用，包括工业生产和交通工具。
直流电机工作原理
2、国产电机主要系列
国产直流电机的系列产品代号采用大写汉语 拼音字母表示，型号采用汉语拼音字母和阿拉伯 数字组合表示，例如：“Z2-72”表示直流电动机、 第二次改进设计型，“7”表示机座号，7后面的2 表示长铁芯（2号表示长铁芯，1号表示短铁芯）。 国产直流电机的主要系列说明如下： 1）Z2系列是普通中小型直流电机。该系列直流 电机有发电机、调压发电机、电动机等。其工作 方式为连续的。电机仅用于正常的使用条件，即 非湿热地区，非多尘或无有害气体场所，非严重 过载或无冲击性过载要求的情况下。系列容量范 围从0.4~220kW，采用E级和B级绝缘。新设计的 Z4系列电动机，可以取代Z2、Z3系列直流电动机。
分析
ωt=0°时，A端为☉，与之相接触的电刷 B1为+，X端为⊕，与之相接触的电刷B2为 -；当电枢旋转了180°后，即ωt=180°时， X端旋转到N极下，X端为☉，A端旋转到S 极下，A端为⊕。
图1-2a) 线圈AX地感应电势波形图
换向器作用Commutator Action
从分析中可得出：
单波绕组是将同一极性下的所有元件串
联成一条支路，相邻两个串联连接元件 形式似波浪向前延伸。 其特点是： ①支路对数a等于1，与极对数p无关，即 a=1； ②电枢电流Ia等于2倍支路电流ia，即 Ia=2ia；③为了减小电刷的电流密度，实 际电刷对数b等于极对数p。
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。 规定：无论电机有多少对磁极，都只用N、 S一对磁极表示，不画换相器，电刷放在几 何中心线处，并与位于几何中心线处的元 件接触，一个圆圈代表一个元件。我们把 几何中心线对应的轴线又称为交轴，用q-q 表示；与交轴垂直的磁极轴线称为直轴， 用d-d表示。为了方便，以后在分析电机内 部电磁过程时均采用电机模型。
直流电机PPT精品课件
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕 组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零，
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
二、直流电机的工作原理
磁场定义
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
（1）、换流过程
b
Aa
c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向：电势正方向： dcba
B+,A-
c
Ad
b
a
B
（2）直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
2-2 柴油发电机型号和规格的选择
三、容量计算的原则：
1.柴油发电机的额定容量所供负荷的计算容量
2.柴油发电机的允许起动容量电动机有效起动容
量
柴油发电机额定容量(Sfe) ------主力发电功率(铭牌数据)
所供负荷的计算容量(SJ) ------发电机可能提供负荷的计算容量
柴油发电机允许起动容量(Sfq) ------发电机出口压降达20%时的允许起动容量(铭
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
（2）直流电动机运行时的几点结论
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。
14
§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。
直流电动机毕业论文
第一章直流电动机简介1.1直流电动机的发展近三十年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。
无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的，这一渊源关系从其名称中就可以看出来。
有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。
但是，有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。
为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。
早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。
无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所以又名直流变频,国际通用名词为BLDC.无刷直流电机的运转效率,低速转矩,转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好,所以值得业界关注.本产品已经生产超过55kW,可设计到400kW,可以解决产业界节电与高性能驱动的需求。
我国对无刷直流电动机的研究起步较晚。
1987年，在北京举办的联邦德国金属加工设备展览会上，SIEMENS和BOSCH两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了国内有关学者的广泛注意，自此国内掀起了研制开发和技术引进的热潮。
经过多年的努力，目前，国内已有无刷直流电动机的系列产品，形成了一定的生产规模。
1.2直流电机的结构直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕阻、换向器和风扇等组成。
电机与拖动基础第一章 直流电机
17
二、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。
18
当电枢旋转到下图所示位置时，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。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线 19 圈，磁极也并非一对。
三、直流电机的可逆性
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，只是外界条 件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋 转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为 直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直 流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负 载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同 一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
一、直流发电机工作原理 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。
15
当原动机驱动电机转子逆时针旋转180 后 ，如图。
0
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的 导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性 总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。 16
实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个 线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照 一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极 也是根据需要N、S极交替多对。
2）当元件的几何形状对称 时，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，电枢电 动势等于支路感应电动势。
3）电枢电流等于两条支路电流之和。
43
课外作业
1-13
44
1.3 直流电机的磁场
1.3.1 直流电机的励磁方式
电机及拖动基础 第5版 第一章 直流电机
线圈感应电动势——交变 换向整流——电刷间输出直流电动势
直流发电机的工作原理模型
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
例1-1 如果前图中的直流发电机顺时针旋转，电刷两端 的电动势极性有何变化？还有什么因素会引起同样的 变化？
解：直流发电机顺时针旋转时，由右手定则，图示线 圈中感应电动势方向为a-b-c-d,通过换向片与电刷的 滑动接触，则电刷B极性为正，电刷A极性为负。所 以改变电枢转向，可改变电刷间输出电动势极性。
作用 静止部分:定子
电磁方面：产生磁场和构成磁路。 机械方面：整个电机的支撑。
中间有气隙 作用
旋转部分:转子
主要部件：磁极、机座、换向 极、电刷、轴承、端盖等
感应电动势和产生电磁转矩， 从而实现能量的转换
主要部件：电枢铁心、电枢绕 组、换向器、轴承和风扇等
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
1、定子部分
电枢绕组：电枢线 圈按一定规律连接 形成。其并联支路 对数用a表示。 单叠绕组：a=p 单波绕组：a=1
单波、单叠绕组联接示意图
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
换向器
作用：实现电刷内外 交直流的转换。
由许多燕尾状的铜片间 隔绝缘云母片而成
材料：采用导电性能好、硬度大、耐磨 性能好的紫铜或铜合金制成。
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
二、直流电机的基本结构
直流电动机的外形图（自带鼓风机的Z4系列）
图中上 为鼓风 机，下 为直流 电动机
《电机及拖动基础》(4版) 直流电机
二、直流电机的基本结构
1-端盖 2-风扇 3-机座 4-电枢 5-主磁极 6-电刷架 7-换向器 8-接线板 9-接线盒
直流电动机的内部结构图
第1章直流电机思考题
第一章 直流电机1-1 在直流电机中，换向器和电刷的作用是什么？答：在直流电机中，电枢电路是旋转的，依靠换向器和电刷的作用，使构成每条支路的元件不停地轮流变换，而每条支路的元件数、位置和感应电动势的方向不变，支路电流产生的磁动势的空间位置也始终不变。
因此，直流发电机的换向器和电刷起了整流器的作用，将电枢绕组产生的交流感应电动势和电流变换成直流引到外电路；直流电动机的换向器和电刷起了逆变器的作用，将外部直流电流变换成交流电流引入电枢绕组。
1-2 分析哪些因素影响直流电机的感应电动势；若一台直流发电机额定运行时的电动势为N E ，那么当励磁电流、磁通分别减少10％或者转速提高10％时的电动势为多少？答：根据直流电机感应电动势的公式n C E E Φ=可知，电动势正比于磁通与转速的乘积，当磁通为常数时，电动势正比于转速，当转速为常数时，电动势正比于磁通。
当励磁电流减少10％时，磁通将相应减少，此时的感应电动势将减小，但由于磁路饱和的影响，磁通减少不到10％，故N N E E E <<9.0。
当磁通减少10％时，感应电动势也将减小10％，即N E E 9.0=。
当转速提高10％时，感应电动势也将提高10％，即N E E 1.1=。
1-3 把他励直流发电机转速升高20％，此时空载端电压升高多少？如果是并励直流发电机，电压变化前者大还是后者大？答：根据n C E U E Φ==0可知，当他励直流发电机的转速升高20％时，0U 也将升高20％。
如果是并励直流发电机，0U 的升高将大于20％。
因为并励直流发电机端电压的升高，使励磁电流增大，磁场增强，由此引起端电压进一步升高。
1-4 简述并励直流发电机自励的条件；若正转时能自励，试问反转能否自励？若在额定转速时能自励，试问降低转速后能否自励？答：并励直流发电机自励有如下3个条件：①要有剩磁；②由剩磁感应产生的励磁电流所产生的磁通方向与剩磁方向一致；③励磁回路的总电阻要小于临界电阻值。
电机学
频率折算：
因为异步电机定转子回路电动势电流频率不一样。在绕组折算前要进行
频率折算， 方法是； 用一个静止的转子代替实际旋转的转子。
功率因数特性cosφ1=f（p2)
异步电机运行时需要从电网中吸取无功电流进行励磁，所以I1电流中滞后与电源电压U1，功率因数cosφ1<1.空载时，定子电流Io,基本上为励磁电流，这时功率因数很低，cosφ1=0.1-0.2.
在空载时的二次侧电压U20=Un2 ,接负载后电压变为U2，变化量 Un2-U2，与额定电压Un2的比称为电压变化率用Δ=U表示，
△u=(Un2-U2) / Un2; / △u=1-U2*=1-U’2* p107
标幺值：
同一系列的电力变压器无论容量等级，还是电压等级都相差较大，参
数相差也大，为了方便比较分析，用标幺值表示。
电枢内电阻估算值为 Ra=(1/2)(UI-P/I^2) //基于N电枢下标
启动方法：直接启动 降压启动 电枢回路串电阻启动
制动方法：能耗制动 倒拉反接制动 电源反接制动（电压反接） 回馈制动
思考题
1 生产机械特性归纳起来有哪几种基本类型
1 恒转矩特性 2 恒功率特性
2 从运动方程式怎样看出系统处于加速的，减速的，Hale Waihona Puke 定的，静止的工作状态？电机学
第一章直流电机
电磁感应定律
在恒定的磁场中，当道题切割磁力线时，导体中产生感应电动势。
e=Blv
e的大小由磁感强度和导体切割速度决定，e的方向由右手定则决定
电枢绕组：
(原理）线圈切割磁力线线圈中产生直流电流，许多线圈分布在电枢铁心表面不同
第一章.直流电机
直流电机的基本结构总结
主要由定子、转子两部分组成
直流电机
定子
转子
机座 主磁极
电枢铁心
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
1－3 直流电机分类－励磁方式
他励
串励
I Ia I Ia I f
并励
I Ia I f
注： I ：电源输入电流； I a ：电枢电流； I f ：励磁电流
复励
4
5
6 S7
8
9
10 N11
12 13 14 S 15 16
15 16 1 2 3 4
+
5 67
－
8 9 10 11 12 13 14
+
－
+
－
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。
• 并联支路数等于磁极数， 2a=2p;
• 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为 零， 绕组内部无环流；
电刷位置对电枢反应的影响
1. 交轴磁势
与主极轴线正交的轴线通常称为交轴 与主极轴线重合的轴线称为直轴；
2 交轴电枢反应
N
S
主极产生磁场的磁密波形
电枢绕组产生磁场的磁密波形
Fax
1 2
( Nia
Da
2x)
Bax
0
Fax
合成磁场的磁密波形
3 直轴磁势
电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量
n
N：总导体数 Ce：电势常数
电枢电势的认识
Ea
pN 60aLeabharlann nCe n
对电枢电势的认识：
一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于每极 磁通φ（韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分布无关。
第一章直流电机
《电机及拖动基础》直流电机
例1-3 一台直流发电机， PN=10KW，UN=230V， nN=2850r/min，N=85%。求其额定电流和额定负 载时的输入功率。 。
解
IN PN U
N
10 10 230
3
A 43 . 48 A
P1
PN
N
10 10 0 . 85
3
W 11760 W 11 . 76 kW
势的单位为V。 可见：对已制成的电机, Ea正比于每极磁通和转速n；
另：转矩常数CT与电势常数Ce之间有固定的比值关系：
CT／Ce＝(N· p/2a)/(N· p/60a)=9.55
《电机及拖动基础》直流电机
例1-6 一台直流发电机，2p=4，电枢绕组为单叠绕组， 电枢总导体数N=216，额定转速nN=1469r/min，每极磁 通Φ =2.2× 10-2Wb，求： 1）此发电机电枢绕组的感应电动势。 2）此发电机若作为电动机使用，当电枢电流为800A 时，能产生多大电磁转矩？ 解
《电机及拖动基础》直流电机
例1-4 一台直流电动机，PN=17KW，UN=220V， nN=1500r/min，N=83%。求其额定电流和额定负 载时的输入功率。 解
IN PN U N N 17 10
3
220 0 . 83
3
A 93 . 1 A
P1
PN
N
17 10 0 . 83
《电机及拖动基础》直流电机
二、直流电机的基本结构
直流电机的径向剖面示意图
直流电机的结构图
1-电枢铁心 2-主磁极 3-励磁绕组 4电枢齿 5-换向极绕组 6-换向极铁心 7-电枢槽 8-底座 9-电枢绕组 10-极 掌(极靴） 11-磁轭（机座）
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电机及拖动基础
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第四节 直流电机感应电动势和电磁转矩的计算
一、感应电动势的计算
Ea
4Ny
pn 60
S 2a
pN 60a
n
Cen
• 电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大， 电刷间电动势等于并联支路电动势。
• 电枢电流等于各支路电流之和。
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单波绕组的特点
• 同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1即a=1, 与磁极对数P无关；
• 当元件的几何形状对称时，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；
1.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。
2.此时的电机气隙磁场是由励磁 磁动势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。
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二.电刷在几何中性线上时的电 枢反应
如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布， 则电枢磁动势在气隙圆周 方向空间分布呈三角形
电机既能作电动机又能作发电机运行的原理，在电机理论
中称为电机的可逆原理。
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（三）两极直流电机工作原理图-1
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工作原理图-2
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工作原理图-3
1）额定容量（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，以
W或KW为量纲单位。
对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，PN＝UNINηN
对于直流发电机，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
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换向器组成。 2. 定子：由主磁极、换向极、机座、电刷装置组成 定子的分类： 永磁式：由永久磁铁做成。
励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。
励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。
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（一）直流电机的静止部分（定子） 2、换向极
1、主磁极
1—主磁极铁心 2—励磁绕组 3—机座
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第三节 直流电机的磁场
一、直流电机的励磁方式
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。
3、串励直流电机——励磁绕组与电枢绕组串联。
4、复励直流电机
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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。
2）额定电压UN 指额定状态下电枢出线端的电压，以 “V” 为单位。 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为单位。
5）额定励磁电压UfN(V)
第一章、直流电机
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使 用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
应用：
（1）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。 （2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。 （3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
综上所述：要使电刷间的电动势为最大，电刷必须和位于 几何中性线（磁极之间的平分线）的元件相连接，在电机 中把这种情况称为“电刷在几何中性线”。
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（三）单波绕组
单波绕组—不是把元件依串联，而是把相隔大约两个极距，即在磁 场中的位置差不多相对应的元件连接起来。
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2、电枢绕组——由许多
按一定规律连接的线圈组成。
3、换向器——由许多
换向片组成，换向片之间 用云母绝缘。
1—槽楔
2—线圈绝缘
3—导体
4—层间绝缘
5—槽绝缘
6—槽底绝缘
1—换向片
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2—连接片 20/57
二、 直流电机的电枢绕组
（一 ）、元件 组成电枢绕组的基本 单元称为“元件”， 一个元件由两条元件 边和端接线组成。
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E
电刷
+
N FE I
U
F
I
–
S
换向片
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中 产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的 方向相反。
电机及拖动基础
（一）直流电动机的工作原理
载流导体在磁场中受到的力
f Bil
B — 磁场的磁感应强度(Wb/m2) i — 导体中的电流(A) l — 导体的有效长度(m)
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直流电机的电枢绕组除了单叠、单波两种基本形式以外，还有其他 形式，如复叠绕组、复波绕组、混合绕组等。
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单叠绕组的的特点：
• 同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路 数相同。 若以a表示支路对数，P表示极对数 则2a=2p
（1）计算第一节距
y1
z2p
16 0 4 4
因为是整距右行绕组，故 y yk 1
所以 y2 y1 y 3
（2）画出展开图 如下图所示。作图步骤如下：
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2.放置磁极：在绕组展开图上均匀放置4个磁极（2p=4）。
元件的跨距：上层元件边与下层元 件边的距离（用槽数表示）称为跨距。 一般要求元件的跨距等于电机的极距。
右上图中，跨距为4槽。
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1.单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合 成节距与换向节距均为1，即 y = y k=1。
下面设通设过2P例=4子，说S=明K=单Zi叠=1绕6，组单的叠联右接行方绕法组和。特点。
2、电枢反应呈现去磁作用
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电 枢 反 应 后 磁 动 势 波 形
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负载磁场分布图（考虑磁路饱和）
电枢反映的去磁效应
减弱
增强
增强
减弱
磁密为零的点并与电枢表面垂直的直线
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四、换向的问题
1.直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路 时,元件里的电流方向改变，即换向。 换向问题很复杂，换向不良 会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损 坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。
两两相反，因此在整个闭合回路内互相抵销，总电动势
为零，不会产生环流。
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3.放置电刷 ：为了引出最大电动势，必须在换向片1和2、 5和6、9和10、13和14之间，也就是在磁极轴线位置，放置 4组电刷A1、B1、A2、B2，因为这时A、B电刷之间所包含的 元件，其电动势的方向都是相同的
电机及拖动基础
第一节、直流电（动）机工作原理
电刷
+
N I
U I
–
S
换向片
直流电源
电刷
换向器
线圈
电机及拖动基础
电刷
+ U
F
N IF I
–
S
换向片
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转
动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。
电刷压在换向片上。
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
2、电抗电动势
换向元件中出现的由 自感与互感作用所引起 的感应电动势，称为电 抗电动势。
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2、电枢反应电动势
3. 由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上，在几何中心线处，虽 然主磁场的磁密等于零，可是电枢磁场的磁密不为零。因此，换向 元件切割电枢磁场，产生一种电动势，称为电枢反应电动势。
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二、直流电机的空载磁场
直流电机的空载磁场是指电枢电流等于零或者很小时，由励磁磁动 势单独建立的磁场。
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气隙中主磁场磁通密度的分布
磁化曲线
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三、直流电机负载磁场及电枢反应
1—换向极铁心
2—换向极绕组
3、机座——用又11作时31为分 磁路的一部分电机。及拖动基础