第六篇直流电机
第6章 直流电机的用途、基本工作原理和结构
直流电机的定子结构
定子铁心：由硅钢片叠压而成， 构成电机磁路的一部分
定子绕组：由绝缘导线绕制而 成，产生旋转磁场
机座：固定和保护定子铁心和 绕组
端盖：支撑和保护定子铁心和 绕组，同时安装换向器或电刷 装置
直流电机的转子结构
转子铁心：由硅钢片叠压而成，用于产生磁场 转子绕组：绕在转子铁心上的线圈，用于产生感应电流 转轴：连接转子铁心和机械负载的轴，通常由钢或铝合金制成 换向器：由铜片或碳刷组成，用于将转子绕组中的交流电转换为直流电
直流电机的性能特点
直流电机的调速性能
调速范围广：直流电机可以在较宽的范围内实现平滑调速 调速精度高：直流电机可以实现精确的转速控制 调速稳定性好：直流电机在调速过程中具有良好的稳定性 调速效率高：直流电机在调速过程中具有较高的效率
直流电机的启动和制动性能
启动性能：直 流电机具有较 大的启动转矩 和启动电流， 启动过程平稳
高效节能：随着环保意识的提高， 直流电机在未来的应用将更加注 重高效节能，提高能源利用效率。
多样化应用：直流电机在未来的 应用将更加广泛，不仅应用于传 统工业领域，还将拓展到新能源、 智能交通、医疗设备等领域。
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智能化控制：随着技术的发展， 直流电机将更加智能化，通过先 进的控制技术实现更加精准的控 制和调节。
直流电机的基本工作原理
直流电机的基本原理
直流电机的基本结构
直流电机的工作原理
直流电机的换向原理
直流电机的调速原理
直流电机的磁场和电枢反应
直流电机的磁场：由永磁体或励磁绕组产生，形成闭合回路。
电枢反应：电枢电流在磁场中受到的力矩作用，产生转矩，驱动电机旋转。
直流电机的基本原理与应用
直流电机的基本原理与应用直流电机是一种广泛应用于现代电力工业中的电机类型，其具有结构简单、控制方便、运行稳定等优点，在汽车、空调、风扇、灯具等各种电动机设备中得到了广泛应用。
本文将从直流电机的基本原理、结构、工作模式等多个方面进行阐述，以便读者对直流电机的基础知识有一个全面的了解，并且掌握其应用技巧。
一、直流电机的基本原理直流电机可以将电能转换为机械能，其工作原理基于电磁感应和磁场原理，直流电机主要由电枢、磁极、联轴器和机壳四个部分构成。
电枢由绕组和集电器组成，磁极分为永磁体式和电磁式两种，不同磁极对电枢的影响也不一样。
在直流电机中，通过电枢和磁场之间的相互作用可以产生力矩，从而实现机械输出。
其中，电枢作为承受电流的磁铁，相互作用于磁极上，制动磁极转动的动力。
在实际应用中，直流电机的主要优点有以下几个方面：1. 速度可以方便地控制，可以通过调节转子电流和电磁力等来实现。
2. 直流电机的起动时间短，通常在毫秒级别，比其它传统电机起动时间要快。
3. 直流电机的效率高，可达到80%至90%以上，与交流电机相比具有更高的效率。
二、直流电机的基本结构直流电机的结构比较简单，其主要由转子、定子、集电器、永磁体等部分组成。
直流电机常采用永磁体和电磁体两种方式实现磁场产生。
永磁体主要应用于小功率直流电机，电磁体应用于大功率直流电机，双极永磁体系直流电机是现在最流行的直流电机结构。
直流电机具有轴流式和径流式之分，其中轴流式又可分成单级、两级和三级等型号，径流式也可分成电刷和无刷两种。
单级轴流式直流电机具有结构紧凑、运行平稳等优点，两级直流电机则具有电能使用效率高、可靠性强等特点，而三级直流电机体积较大，适用于大功率马达。
无刷直流电机是过去几十年中电机技术的重大进步之一，其利用永磁体转子和定子差式轮换所产生的同频脉冲信号来控制电机，具有维护成本低、寿命长、效率高等优点，现在已广泛应用于各种高端马达。
三、直流电机的工作模式直流电机的工作模式主要分为两种类型：电动式和发电式。
什么是直流电机直流电机的工作原理
什么是直流电机直流电机的⼯作原理 直流电机是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
那么你对直流电机了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是直流电机的内容，希望⼤家喜欢! 直流电机的组成结构 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、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
定⼦ (1)主磁极 主磁极的作⽤是产⽣⽓隙磁场。
主磁极由主磁极铁⼼和励磁绕组两部分组成。
铁⼼⼀般⽤0.5mm～1.5mm厚的硅钢板冲⽚叠压铆紧⽽成，分为极⾝和极靴两部分，上⾯套励磁绕组的部分称为极⾝，下⾯扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极⾝，既可以调整⽓隙中磁场的分布，⼜便于固定励磁绕组。
励磁绕组⽤绝缘铜线绕制⽽成，套在主磁极铁⼼上。
整个主磁极⽤螺钉固定在机座上， (2)换向极 换向极的作⽤是改善换向，减⼩电机运⾏时电刷与换向器之间可能产⽣的换向⽕花，⼀般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁⼼和换向极绕组组成。
换向极绕组⽤绝缘导线绕制⽽成，套在换向极铁⼼上，换向极的数⽬与主磁极相等。
(3)机座 电机定⼦的外壳称为机座。
机座的作⽤有两个： ⼀是⽤来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的⽀撑和固定作⽤; ⼆是机座本⾝也是磁路的⼀部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。
为保证机座具有⾜够的机械强度和良好的导磁性能，⼀般为铸钢件或由钢板焊接⽽成。
(4)电刷装置 电刷装置是⽤来引⼊或引出直流电压和直流电流的。
电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。
电刷放在刷握内，⽤弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。
直流电机课件
P fC R u fI 2 f 2 .5 7 4 2 4W 40
总损失功率
空载损 耗 P 功率 P 1 P 2 26 21 2 4 9 0 W 1 0
P 0 P 1 P a C 4 u 1 2 9 1 2W 0 9 0
（3）额定转矩
T95P 2 59 052 52 0 21 N .0 m
(3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭 受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕组
烧坏。（ E Ia T >> T0 n飞车）
2.反转
电磁转矩： T=KT Ia
改变直流电机转向的方法有两种： (1) 改变励磁电流的方向。 (2) 改变电枢电流的方向。
注意：改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两 者的方向不能同时变。
以改变磁通 。
由式
nKUEΦKTKRE aΦ2T
可见：在U 一定的情况下，改变可改变转速n 。
一般只采用减少励磁电流(减弱磁通)的方法调速, 即
改Rf改变变时磁If的通机调械速特的性方n如法 图：。nnn000''' n
动画
（
Rf
增减
加小
）
减小磁通，n只能上调。
O
TL T
调速过程: nKUEΦKTKRE aΦ2T
1. 他励电动机
励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。 I
+
Uf If
_
M Ia
+
U If
_
+
+
E
M _
Ia
U
Rst
_
Rf 他励 Rst 2. 并励电动机
Rf
并励
直流电机的用途、基本工作原理和结构
三、换向器
2、转子部分
主要由定子和转子两部分组成
轴承
换向极
直流电机
定子
转子
机座
主磁极
电刷装置
电枢铁心
换向器
风扇
转轴
电枢绕组
直流电机的基本结构总结
3、直流电机的铭牌数据
额定容量PN（kW）： 输出功率；
额定电压UN（V）：额定状态下出线端电压；
额定电流IN（A）：额定状态下出线端电流；
202X
§6-1 直流电机及其用途
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第六章 直流电机的用途、基本工作原理与结构
直流电机的用途
电源 励磁机 测速 伺服
直流电机的用途
直流电机分为电动机和发电机。
直流发电机把机械能转化为电能； 直流电动机把电能转化为机械能。
直流发电机主要做直流电源用；
直流电动机广泛应用于电力机车、重型机械及轧钢机等动力装置中。
电刷
1
2
槽内部分
换向片
2、转子部分
2、转子部分
换向器与电枢首尾相连，随轴转动。换向器由换向片组成，电枢中每个线圈两端分别焊接在两个换向片上。
A
C
B
换向器的作用是与电刷装置相配合，使电枢线圈中的交流电动势转换成电刷间的直流电动势。
换向片之间用0.4～1.2mm的云母片绝缘，换向片嵌入V形套筒，V形套筒又套在轴上，与电枢同轴转动。
磁通交变的原因：
N
Ø
S
Ø
v
2、电枢旋转经过N、S极，如右图所示，电枢中有交变磁通。
1、定子部分
Ø
S
N
绕制好的励磁绕组套在铁芯外
② 励磁绕组 可用圆截面或矩形截面的绝缘导线绕在绕组框架上，经浸胶（漆）及烘干后一起套入主磁极铁芯。各主极上的励磁绕组彼此间用串联方式连接，保证各磁极电流相等。线圈绕向不同，使磁极N、S交替。
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种电动设备和工业控制系统中。
它的工作原理基于法拉第电磁感应和楞次定律，通过电流在磁场中相互作用产生力矩，从而实现电能转化为机械能。
本文将详细介绍直流电机的工作原理及其相关知识。
一、直流电机的基本结构直流电机由定子、转子、永磁体、集电装置、换向器和机壳等组成。
定子上绕有一组线圈，称为电枢。
转子则由一片或多片导电材料构成。
当传导电流通过电枢时，产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，使转子发生转动。
二、电枢的工作原理电枢是直流电机的核心组件，它通过电流激发磁场，从而产生力矩并推动转子运动。
具体来说，电流流经电枢时，会形成环绕电枢的磁场。
根据楞次定律，当导体（即电枢）在磁场中运动时，会产生一个与运动方向垂直的感应电动势。
这个感应电动势会导致电枢中的电流方向发生改变，实现了电能到机械能的转化。
三、永磁体的作用在直流电机中，永磁体是产生恒定磁场的关键部件。
它通常由强磁性材料制成，如钕铁硼或铁氧体。
永磁体的磁场与电枢产生的磁场相互作用，使电枢在磁场中运动。
同时，永磁体也可以提供稳定的磁场，使电机具备较高的功率密度和效率。
四、集电装置与换向器集电装置是直流电机中起到传递电流的作用。
由于转子会不断旋转，所以为了保持电流的稳定，需要使用集电装置来接触和传导电流。
而换向器则用于实现电流方向的改变，确保电枢能够持续地产生力矩并推动转子转动。
五、直流电机的应用由于直流电机具有结构简单、工作可靠、调速范围广等优点，广泛应用于各行各业。
在家用电器中，直流电机常用于风扇、洗衣机、真空吸尘器等设备中。
在工业生产中，直流电机则应用于各种机床、电动车辆、机器人等领域。
六、直流电机的优势与不足直流电机具有一些明显的优势，如启动扭矩大、调速性能好、响应快等。
同时，直流电机还可以通过外加电阻或控制器来实现调速和反转。
然而，直流电机也存在一些不足之处，例如换向器容易磨损、浪费能量较高等。
电机学直流电机课件
有减小。
4 他励直流电动机的起动与调速
4.1 直流电动机的起动
起动要求：
足够的起动转矩 一定范围的起动电流 起动时间符合生产要求、起动设备简单、经济、可靠。
（1）直接起动
In
Ea U IRa
Ist
n
Ea Cen
缺点：最初起动时，起动
电流很大，容易损坏电枢 绕组、导致换向困难，产
I
生强烈环火。 t
4.2 直流电动机的调速
n
U
Ia Ra Ce
U Ce
Ra CeCt 2
T
n0
T
调速的基本要求与方法 ：
（1）要求：调速幅度宽广、调速连续平滑、损耗小、 经济指标高等。
（2）方法：①调节励磁电流以改变每极磁通 ；
②调节外施电源电压 U ；
③电枢回路中引入可调电阻量 R 。
（1） 仅调节电枢回路总电阻调速
3 电磁转矩的产生 （直流电动机模型）
以单线圈简化模型为例，进行 分析。 显然，在电刷间接入直流电源后， 在线圈中就有直流电流流过。
电磁力定律： f Bli 满足左手定则
直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替
变化的电流。
图中电刷相对于磁极的位置保证了，无论线圈边 处在N极下，还是S极下，线圈电流均产生逆时针 方向的电磁力矩，从而使转子获得了一个固定方 向的电磁转矩。
电枢绕组和励磁绕组分别施加直流电源。气隙中 主磁通与电枢电流相互作用产生电磁转矩:
T CtIa
电磁力矩为原动力矩，在电磁力矩的作用下，驱 动轴上的机械负载旋转。
电枢绕组感应电势为
Ea Cen
2 直流电动机的平衡方程式
I U
If Ia
Ea
直流电机的运行原理
新材料与新工艺的应用
新材料
随着科技的发展，新型材料如碳纤维、纳米材料等在直流电机中得到了广泛应用。这些新材料具有更高的导磁性 能、耐高温和轻量化等特点，提高了电机的性能和可靠性。
新工艺
新工艺的应用为直流电机的制造提供了更多的可能性。例如，采用先进的激光加工、3D打印等技术，可以实现对 电机零部件的高精度制造和快速成型，提高了生产效率和产品质量。
电能。
反接制动
通过反接电机电源来产生制动转 矩。这种方式适用于快速停止电 机，但会对电机造成较大冲击。
机械制动
通过机械摩擦力来产生制动转矩。 这种方式适用于高速或大惯量电 机的快速停止，但需要额外的机
械装置。
04
直流电机的应用
工业领域的应用
自动化生产线
直流电机广泛应用于自动化生产线， 如传送带、机械臂等，实现高效、精 准的物料搬运和加工。
02
直流电机的运行原理
直流电机的电磁场原理
磁场定义
磁场对电流的作用
磁场是存在于磁体周围的一种特殊物 质，它看不见摸不着，但具有能量， 可以被磁体所磁化。
在磁场中运动的导线会受到安培力的 作用，这个力就是直流电机转动的主 要驱动力。
直流电机中的磁场
在直流电机中，磁场是由励磁绕组产 生的，励磁绕组通入直流电流后，就 会在电机内部形成一个恒定的磁场。
串电阻调速
通过在电机回路中串入电 阻来调节转速。这种方式 适用于小功率电机，但电 阻耗能较大。
PWM调速
通过调节电机输入端的 PWM信号占空比来调节 转速。这种方式可以实现 宽范围的调速，且效率较 高。
直流电机的制动方式
能耗制动
在电机定子绕组中通入直流电， 产生制动转矩使电机迅速停止。 这种方式简单可靠，但需要消耗
直流电机机械特性介绍课件
2
转子绕组： 缠绕在转子 铁芯上的线 圈，产生感
应电流
5
风扇：用于 冷却电机，
提高效率
3
换向器：将 电能转换为 机械能的关
键部件
6
端盖：保护 转子和轴承，
防止灰尘和 杂物进入
电刷结构
01 电刷的作用：将直流电引入电 机，实现电能与机械能的转换
02 电刷的种类：石墨电刷、金属 电刷等
03 电刷的安装位置：电机的转子 上或定子上
直流电机在工业设备中的应用
01
直流电机在工业机器人中的应用： 02
直流电机在数控机床中的应用：
驱动机器人关节，实现精确控制
驱动主轴，实现高精度加工
03
直流电机在自动化生产线中的应
04
直流电机在包装设备中的应用：
用：驱动传送带，实现物料输送
驱动包装机，实现快速包装
05
直流电机在食品加工设备中的应
06
03
直流电机的工作 原理是基于电磁 感应原理，通过 改变励磁电流的 大小和方向来控 制转子的转速和 转向。
04
直流电机具有结 构简单、运行可 靠、调速性能好 等优点，广泛应 用于各种电气设 备中。
直流电机的分类
按励磁方式分类： 按用途分类：
他励直流电机、 驱动直流电机、 串励直流电机、 控制直流电机、 并励直流电机 发电机
直流电转换为转子绕组中的
交流电
04
换向器的类型：机械式、电
05
换向器的性能指标：换向速
子式、磁阻式等
度、换向精度、寿命等
直流电机的特性
机械特性
直流电机的机械 特性是指电机的 转速、转矩和功 率之间的关系。
直流电机的机械 特性可以分为三 种：恒转矩特性、 恒功率特性和调 速特性。
直流电机的工作原理及调速特性
特点:电动机的转矩T与转速n方向相反,电机处于发电工作状态.
制动形式:稳定的制动状态; 过渡的制动状态.
制动方法有3种: 反馈制动; 反接制动; 能耗制动.
1.反馈制动
STEP5
STEP4
STEP3
STEP2
STEP1
2.反接制动
1)实现条件:电枢电压或电枢电势反向. 2)分类: (1)电源反接制动.改变电枢电压U的方向所产生的制动. 机械特性方程式为; 为了限制制动时比较大的电枢电流,实施电源反接制动时,一定要在电枢电路中串入限流电阻. 应用在需要迅速减速或频繁正反转的机械上.
鼠笼式三相异步电动机的结构示意图
定子铁心,6.定子绕组,7.转轴,8.转子,9.风扇,11.轴承,12.机座
鼠笼电动机转子和线绕电动机转子绕组与外部接线
2).三相异步电动机的工作原理
(1)三相正弦交流电通入电动机定子的三相绕组,产生旋转磁场,旋转磁场的转速称之为同步转速; (2)旋转磁场切割转子导体,产生感应电势; (3)转子绕组中感生电流; (4)转子电流在旋转磁场中产生力,形成电磁转矩,电动机就转动起来了. 电动机的转速达不到旋转磁场的转速,否则,就不能切割磁力线,就没有感应电势,电动机就停下来了.转子转速与同步转速不一样,差那么一些,称之为异步. 设同步转速为no,电动机的转速为n,则转速差为 ; no-n; 电动机的转速差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率S,S是分析异步电动机运行情况的主要参数,且
起动工作点 T=Tst, n=0, S=1;此时有 临界工作点 T=Tanm, n=nm, s=Sm;有: 自然机械特性
人工机械特性 介绍4种人工特性,即:降低定子电压时,定子电路串入电阻或电抗时,变频率时,线绕电动机转子串电阻时. 电压越低,人工特性曲线越往左移; 电动机的过载能力和起动转矩会大大降低; 电压降低,负载转矩不变时,电动机过热; 电压降低太多,电动机将带不动负载(不能起动). (1)降低电压时的人工特性
直流电机的工作原理及调速特性
直流电机的磁场
直流电机通过磁场来传递能量， 磁场由励磁绕组通电产生。
磁场的方向与电流方向有关， 改变电流方向可以改变磁场方 向，从而实现电机的旋转。
磁场强度和电流大小成正比， 改变电流大小可以改变磁场强 度，从而影响电机的转矩和转 速。
电源引入。
02
直流电机的调速特性
调速方式与特性
调速方式
直流电机可以通过改变输入电压 、电流或电枢回路电阻等方式进 行调速。
调速特性
调速过程中，电机的转速与输入 电压、电流或电枢回路电阻成正 比，因此可以通过改变这些参数 来调节电机的转速。
调速电路与控制
调速电路
调速电路主要由电源、控制器、电机和反馈装置等组成，控制器根据输入信号 和反馈信号来调节电机的输入电压或电流，从而实现对电机转速的控制。
直流电机的工作原理
当直流电流通过电枢绕组时，产生磁 场，该磁场与主磁极相互作用，产生 转矩，从而使转子转动。
直流电机具有恒定磁场和可变电枢反 应两种工作状态，其工作特性与电枢 电流的大小和方向有关。
直流电机的应用场景
直流电机广泛应用于工业自动化、交通运输、医疗器械等领域，如电动工具、电 动汽车、电梯等。
VS
智能控制技术
智能控制技术如模糊控制、神经网络控制 等在直流电机控制中得到广泛应用。这些 技术能够实现自适应控制和自主学习，提 高直流电机的智能化水平和适应性。
直流电机在新能源领域的应用
风力发电
直流电机在风力发电领域的应用逐渐增多， 特别是在直驱式风力发电机组中，直流电机 作为发电机和驱动电机得到广泛应用。其优 点在于结构简单、维护方便和可靠性高等。
直流电机的工作原理及特性
直流电机的工作原理及特性直流电机是一种将电能转化为机械能的装置，它的工作原理和特性主要包括：电动力原理、结构特点、性能特点和应用范围。
一、工作原理：直流电机的工作原理基于安培力和洛伦兹力的相互作用。
当电流通过电机的线圈时，电流会产生磁场。
根据安培力的原理，电流会受到磁场的力作用，使得电流所在的导线在磁场中受到力的作用。
而洛伦兹力的原理则指出，当有导体在磁场中运动时，导体内的电荷会受到磁场的力的作用。
由此可知，当电流通过电机的线圈时，线圈会在磁场的作用下受到力，并因此产生旋转运动。
具体来说，直流电机由定子和转子两部分组成。
定子由绕组组成，绕组将通电产生的磁场产生在空间中。
转子是电机的旋转部分，它由磁场通过的线圈和电刷组成。
当电流通过绕组时，线圈产生磁场，并与定子磁场相互作用，使得转子发生旋转运动。
电刷则负责将电流引入转子的线圈中，使得线圈能够保持旋转。
二、特性：1.转速可调性：直流电机的转速可以通过调节电压或改变转子绕组的连接方式来实现。
这使得直流电机具有广泛的应用场景，可以应对不同转速需求的工作环境。
2.启动性好：由于直流电机的转子线圈本身具有自感性，当通电时产生的感应电动势可以帮助电机启动。
因此，直流电机的启动过程相对较容易。
3.负载适应性强：直流电机对负载的适应能力较强，即使在大负载情况下，电机的转速和车速相对稳定，不易受到负载的干扰。
4.转矩密度高：与其他类型的电机相比，直流电机的转矩密度较高，能够在相同体积和重量的情况下提供更大的转矩输出。
5.快速动态响应：直流电机具有快速动态响应的特点，可以在瞬间从静止状态加速到工作状态，并且变速过程平稳。
6.易于控制：直流电机可以通过斩波调速、串联调速、分级调速等方式进行控制，实现精确的速度和转矩调节。
三、应用范围：直流电机广泛应用于各个领域，包括工业生产、交通运输、家用电器等。
1.工业生产：直流电机在机床、起重设备、工作台、输送机和机器人等工业设备中得到广泛应用，用于提供驱动力和转矩。
直流电机课件
微型化：减小直流电机的体积和重量，满足微型化和便携式设备的需求
直流电机的未来展望
高效节能：提高直流电机的效率，降低能耗
智能化：引入先进的控制技术，实现直流电机的智能化控制
绿色环保：采用环保材料和工艺，降低对环境的影响
调试后的工作：清理现场，检查电机和驱动器的状态，确保一切正常。
直流电机的维护
定期检查：对电机进行定期检查，包括外观、接线、绝缘等
清洁保养：保持电机内部和外部的清洁，防止灰尘和杂物进入
润滑保养：定期对电机轴承进行润滑，保证其正常运行
预防性维护：通过预防性维护，减少故障发生的概率，提高电机的使用寿命
常见故障与排除方法
PID控制算法实现
PID控制方式优缺点
06
直流电Байду номын сангаас的调试与维护
直流电机的调试
调试前的准备工作：检查电机和驱动器的连接，确保电源正常，准备好调试工具和软件。
调试步骤：按照规定的步骤进行调试，包括设置参数、调整电机速度和位置等。
调试过程中的注意事项：注意安全，避免触电和机械伤害，同时要记录调试过程中的问题和解决方法。
,a click to unlimited possibilities
直流电机课件
目录
01
添加目录标题
02
直流电机的基本原理
03
直流电机的特点
04
直流电机的驱动方式
05
直流电机的控制方式
06
直流电机的调试与维护
07
直流电机的发展趋势与展望
01
添加章节标题
02
直流电机的基本原理
直流电机的基本工作原理及结构
0
A
If0 I f I fN F f 0 IN
1.3.2 直流电机负载时的负载磁场
直流电机带上负载后，电枢绕组 中有电流，电枢电流产生的磁动势称 为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使 电机的磁场发生变化。
右图为一台电刷放在几何中性 线的两极直流电机的电枢磁场分布 情况。
假设励磁电流为零，只有电枢电 流。由图可见电枢磁动势产生的气隙 磁场在空间的分布情况，电枢磁动势 为交轴磁动势。
电枢磁场磁通 密度分布曲线
主磁场的 磁通密度 分布曲线
两条曲线逐点叠加后得 到负载时气隙磁场的磁
通密度分布曲线
Bx
B0x
B ax
由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：
1)、使气隙磁场发生畸变
空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于 电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削
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。
与直流发电机相同，实际的 直流电动机的电枢并非单一线圈， 磁极也并非一对。
直流电 动机的 工作原 理示意 图:
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。
产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原 因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。
1.5.2 换向的电磁理论
换向元件中的电动势：
自感电动势 e和L 互感电动势 eM：换向元件（线圈）在换向过程
二、直流电动机工作原理
直流电机的工作原理学习ppt课件
4 无e
13
结论： 1 . 电枢线圈中的电势方向由于电枢旋转而随时间做正 负变化。
2. 电刷A、B间出现了一个极性不变的电动势或电压。 3. 换向器的作用：把直流发电机电枢线圈中交变的感 应电动势，变成电刷A、B两端输出的直流电动势，这 种作用称为整流。
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实际电机中，电枢上放置了许多线圈组成的电枢绕组，这些线 圈均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接起来。实践证明， 若每极下线圈边数大于8时，电势脉动的幅值将可小于1%，基本 是一直流电势。
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二、直流电动机工作原理（ f=Bli,方向：左手定则）
b
d
4
a
A
c
2
1
B
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二、直流电动机的工作原理（f=Bli,方向：左手定则）
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1
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f i
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2
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1
1 感应电流方向：
b →a , c →d 电压：A+ B-
2 无e
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3 感应电流方向：
a →b , d→c 电压： A+ B-
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小结： 一、直流发电机的工作原理 二、直流电动机的工作原理
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作业： 1. P11：二、（1）（2） 2. 直流发电机和直流电动机的特点？
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要维持电动机状态，外部输入 电动势必须大于电枢内部切割运动 产生的感应电动势。
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1 2
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直流电机篇PPT课件
电机振动或噪声过大
常见问题 诊断方法 修复措施
电机振动或噪声过大可能是由于机械松动、转子不平衡 、轴承损坏等原因所致。
诊断电机振动或噪声过大的方法包括观察法、听觉法、 触摸法等，通过这些方法可以初步判断故障原因。
针对不同的故障原因，采取相应的修复措施，如紧固松 动部位、重新平衡转子或更换轴承等，以消除振动或噪 声。
05
直流电机常见故障与维护
电刷与换向器磨损
正常磨损 磨损原因 维护建议
电刷和换向器在电机运行过程中会发生正常磨损，这是 由于电流通过电刷与换向器接触产生摩擦所致。
电刷与换向器的磨损主要与电流大小、电刷压力、换向 器表面粗糙度以及电机运行环境有关。
为减缓电刷与换向器的磨损，应定期检查电刷和换向器 的磨损情况，保持适当的电刷压力和换向器表面粗糙度 ，并确保电机运行环境良好。
铁芯通常由硅钢片叠 压而成，以减小磁阻 和减少能量损失。
转子
转子是直流电机的旋转部分， 通常由铁芯和绕组组成。
铁芯同样由硅钢片叠压而成， 以减小磁阻和减少能量损失。
绕组则通常由绝缘导线绕制而 成，以产生磁场。
换向器
换向器是直流电机的重要部件之一，主要作用是将电刷上的直流电流转换为绕组上 的交流电流，以实现电流方向的改变。
电机过热或冒烟
01
严重故障
02
电机过热可能是由于负载过大、通风不良、轴承损坏等原 因所致，冒烟则可能是由于电机内部短路或严重过载引起 。
03
预防措施
04
为预防电机过热或冒烟，应定期检查电机运行状况，确保 通风良好，避免超载运行，并定期更换轴承等易损件。
05
处理方法
06
一旦发现电机过热或冒烟，应立即停机检查，找出故障原 因并排除，同时对电机进行全面检修和保养。
直流电机的工作原理及特性(2024版)
（额定电压UN和额定磁通 N )下和电枢电路内不外接任
何电阻时的 n=f(T)
即:
n UN KeN
KeKRtaN2
T
是一条直线。
直流他励电动机固有机械特性曲线可根据电动机的铭 牌数据求出(0,n0 )和(TN, nN)即可绘出固有的机械特性。
通常直流电动机铭牌上给出额定功率PN 、额定电压 UN 、额定电流IN和额定转速 nN。
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。
2. 换向极
换向极绕组
换向极铁心
换向极，又称附加极或间极，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 性能。换向极结构和主磁极类似。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 有不装换向极的。换向极绕组与电枢绕组串联。
2．电磁转矩TM
电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和 电磁转矩，其大小可用如下公式表示：
TKtIa
式中：T——电磁转矩（N·m）； Φ——对磁极的磁通（Wb）； Ia——电枢电流（A）； Kt——与电机结构有关的常数，Kt=9.55 Ke
3.2 直流他励电动机的机械特性
一、机械特性的一般形式
注意: 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，即 PN＝μUN × IN
二、直流电机的基本工作原理
为了讨论直流电机的工作原理，可把复杂的直流电机结构简化 为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别联 在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B。
1— 主磁极：励磁 绕组上加上直流电 压，励磁绕组上有 励磁电流通过，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。
直流电机(2024版)
第3章 直流电机
第3章 直流电机
（二）转子（也称为电枢）
作用：产生感应电势和电磁转矩 包括：电枢铁心和电枢绕组
第3章 直流电机 转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、风扇、转 轴和轴承。
图 3-10 直流电机的转子
第3章 直流电机
1)电枢铁心：导磁，固定电枢绕组
第3章 直流电机
（6） 额定励磁电压Uf，单位：V。 额定励磁电压是指电机在额定工况下，励磁绕组两端的 电压。
第3章 直流电机
（7） 额定励磁电流If，单位：A。 额定励磁电流是指电机在额定工况下，励磁绕组中的电 流。
直流电动机轴上的额定输出转矩用T2N表示，其大小为
T2 N
PN
N
PN 9.55 PN
2πnN / 60
第3章 直流电机
第3章 直流电机
3.1 直流电机的工作原理及结构 3.2 直流电机的电枢绕组 3.3 直流电机电枢磁动势对电机运行的影响 3.4 直流电机的电枢电动势与电磁转矩 3.5 直流电机的运行原理 小结
第3章 直流电机
直流电机的用途
1、直流发电机：用于同步发电机励磁电源和直流电 动机的直流电源；
a=p
（3-11）
第3章 直流电机 当电枢旋转时，电刷位置不动，并联支路图中的整个电 枢绕组在移动，每个元件不断地顺次移到它前面一个元件的 位置上，但总的支路情况不变。
图 3-16 单叠绕组的并联支路图
第3章 直流电机
3.3 直流电机电枢磁势对电机运行的影响
直流电机空载时，电机磁路中只有主极磁场，直流电机 负载后，电枢绕组也要产生磁场。
额定值是制造厂对各种电气设备在指定工作条 件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运 行时，可以保证各电气设备长期可靠的工作，并 具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行 产品设计或试验的依据。
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第六篇 直流电机6．1 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？6．2 试判断下列情况下，电刷两端电压性质（1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转；（2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
6．3 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？6．4 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？6．5 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？6．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？6．7 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？6．8 为什么直流电机的电枢绕组必须是闭合绕组？6．9 何谓电枢上的几何中性线？何谓换向器上的几何中性线？换向器上的几何中性线由什么决定？它在实际电机中的位置在何处？6．10 单叠绕组与单波绕组在绕法上、节距上、并联支路数上的主要区别是什么？6．11 直流发电机的感应电动势与哪些因素有关？若一台直流发电机的额定空载电动势是230V ，试问在下列情况下电动势的变化如何？（1）磁通减少10%；（2）励磁电流减少10%；（3）磁通不变，速度增加20%；（4）磁通减少10%，同时速度增加20%。
6．12 一台4极单叠绕组的直流电机，问：（1）如果取出相邻的两组电刷，只用剩下的另外两组电刷是否可以？对电机的性能有何影响？端电压有何变化？此时发电机能供给多大的负载（用额定功率的百分比表示）？（2）如有一元件断线，电刷间的电压有何变化？此时发电机能供给多大的负载？（3）若只用相对的两组电刷是否能够运行？（4）若有一极失磁，将会产生什么后果？7.13如果是单波绕组，问6．12题的结果如何？6．14 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？直流发电机和直流电动机的电枢反应有哪些共同点？又有哪些主要区别？6．15 直流电机空载和负责运行时，气隙磁场各由什么磁动势建立？负载时电枢回路中的电动势应由什么样的磁通进行计算？6．16 一台直流电动机，磁路是饱和的，当电机带负载以后，电刷逆着电枢旋转方向移动了一个角度，试问此时电枢反应对气隙磁场有什么影响？6．17 直流电机有哪几种励磁方式？分别对不同励磁方式的发电机、电动机列出电流I 、a I 、f I 的关系式。
6．18 如何判别直流电机是运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的em T 、n 、E 、U 、a I 的方向有何不同？能量转换关系如何？6．19 为什么电机的效率随输出功率不同而变化？负载时直流电机中有哪些损耗？是什么原因引起的？为什么铁耗和机械损耗可看成是不变损耗？6．20 直流发电机中电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的还是直流的？若是交流的，为什么计算稳态电动势a a R I U E +=时不考虑元件的电感？6．21 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，哪一个的电压变化率大？6．22 若把直流发电机的转速升高20%，问在他励方式下运行和并励方式下运行时，哪一种运行方式下空载电压升高的较多？6．23 并励发电机正转时能自励，反转时还能自励吗？6．24 要想改变并励电动机、串励电动机及复励电动机的旋转方向，应该怎样处理？6．25 并励电动机正在运行时励磁绕组突然断开，试问在电机有剩磁或没有剩磁的情况下有什么后果？若起动时就断了线又有何后果？6．26 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（其它均未变），当电枢电流的大小与正转时相同时，发现转速为1500r/min ，试问这可能是什么原因引起的？6．27 对于一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流保持不变，制动转矩为恒定值。
试分析在电枢回路串入电阻j R 后，对电动机的电枢电流、转速、输入功率、铜耗、铁耗及效率有何影响？为什么？6．28 电磁换向理论是在什么基础上分析问题的？主要结论是什么？在研究真实换向过程应如何补充修正？6．29 换向元件在换向过程中可能出现哪些电动势？是什么原因引起的？它们对换向各有什么影响？6．30 换向极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组怎么连接？如果将已调整好换向极的直流电机的换向极绕组的极性接反，那么运行时会出现什么现象？6．31 一台直流电机，轻载运行时换向良好，当带上额定负载时，后刷边出现火花。
问应如何调整换向极下气隙或换向极绕组的匝数，才能改善换向？6．32 接在电网上运行的并励电动机，如用改变电枢端的极性来改变旋转方向，换向极绕组不改换，换向情况有没有变化？6．33 小容量2极直流电机，只装了一个换向极，是否会造成一电刷换向好另一电刷换向不好？6．34 没有换向极的直流电动机往往标明旋转方向，如果旋转方向反了会出现什么后果？如果将这台电动机改为发电机运行，又不改动电刷位置，问它的旋转方向是否与原来所标明的方向一样？6．35 环火是怎样引起的？补偿绕组的作用是什么？安置在哪里？如何连接？6．36 选择电刷时应考虑哪些因素？如果一台直流电机，原来采用碳-石墨电刷，额定负载时换向良好。
后因电刷磨坏，改换成铜-石墨电刷，额定负载时电刷下火花很大，这是为什么？6．44 电机的冷却方式和通风系统有哪些种类？一台已制成的电机被加强冷却后，容量可否提高？6．45 已知某直流电动机铭牌数据如下：额定功率kW P N 75=，额定电压V U N 220=，额定转速min /1500r n N =，额定效率%5.88=N η。
试求该电机的额定电流。
6．46 已知直流发电机的额定功率kW P N 240=，额定电压V U N 460=，额定转速min /600r n N =，试求电机的额定电流。
6．47 一台直流发电机的数据：62=p ，总导体数780=a N ，并联支路数62=a ，运行角速度是s rad /40π=Ω，每极磁通Wb 0392.0=Φ。
试计算（1）发电机的感应电动势；（2）当转速min /900r n =，但磁通不变时发电机的感应电动势；（3）当磁通变为min /900,0435.0r n Wb =时发电机的感应电动势。
6．48 一台4极、kW 82、230V 、min /970r 的他励直流发电机，如果每极的合成磁通等于空载额定转速下具有额定电压时每极的磁通，试求当电机输出额定电流时的电磁转矩。
6．50 试计算下列绕组的节距1y ，2y ，y 和K y ，绘制绕组展开图，安放主极及电刷，求并联支路对数。
（1）右行短距单叠绕组：42=p ，22==S Z ；（2）右行整距单叠绕组：42=p ，20==S Z ；（3）左行单波绕组：42=p ，19==S Z ；（4）左行单波绕组：42=p ，21==S Z 。
6．51 一台直流发电机，42=p ，22=a ，21=S ，每元件匝数3=y N ，当W b 2010825.1-⨯=Φ、min /1500r n =时试求正负刷间的电动势。
6．52 一台直流发电机82=p ，当min /600r n =，每极磁通Wb 3104-⨯=Φ时，V E 230=，试求：（1）若为单叠绕组，则电枢绕组应有多少导体？（2）若为单波绕组，则电枢绕组应有多少导体？6．53 一台直流电机，42=p ，120=S ，每元件电阻为Ω2.0，当转速min/1000r n =时，每元件的平均电动势为10V 。
问当电枢绕组为单叠或单波时，电枢端的电压和电枢绕组的电阻a R 各为多少？6．54 一台2极发电机，空载时每极磁通为Wb 3.0，每极励磁磁动势为3000A 。
现设电枢圆周上共有电流8400A 并作均匀分布，已知电枢外径为m 42.0若电刷自几何中性线前移︒20机械角度，试求：（1）每极的交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势各为多少？（2）当略去交轴电枢反应的去磁作用和假定磁路不饱和时，试求每极的净有磁动势及每极下的合成磁通。
6．55 有一直流发电机，42=p ，95=S ，每个元件的串联匝数3=y N ，m D a 162.0=，A I N 36=，1=a ，电刷在几何中性线上，试计算额定负载时的线负荷A 及交轴电枢磁动势aq F 。
6．56 一台并励直流发电机，kW P N 26=，V U N 230=，min /960r n N =，42=p ，单波绕组，电枢导体总数444=a N 根，额定励磁电流A I fN 592.2=，空载额定电压时的磁通W b 0174.00=Φ。
电刷安放在几何中性线上，忽略交轴电枢反应的去磁作用，试求额定负载时的电磁转矩及电磁功率。
6．57 一台并励直流发电机，kW P N 19=，V U N 230=，min /1450r n N =，电枢电路各绕组总电阻Ω=183.0a r ，V U b 22=∆，励磁绕组每极匝数880=f N 匝，A I fN 79.2=，励磁绕组电阻Ω=1.81f R 。
当转速为min /1450r 时，测得电机的空载特性如下表：（2）电机的电压调整率U ∆； （3）在额定运行情况下电枢反应的等效去磁磁动势fa F 。
6．59 一台4极并励电动机，kW P N 14=，V U N 220=，Ω=0814.0a r ，V U b 22=∆，主极绕组每极2800匝，总励磁电阻Ω=248f R 。
电机在min /1800r 时的空载特性如下：当额定负载时，电枢电流为76A ，此时电枢反应的去磁磁动势用并励绕组的电流表示时为A 1.0，试求：（1）额定负载下的转速；（2）若在此电机中的每个主极装设5.3匝的串励绕组（积复励或差复励两种情况），这时电枢电路的总电阻Ω=089.0a r ，试求额定负载下的转速。
`6．60 两台完全相同的并励直流电机，机械上用同一轴联在一起，并联于230V 的电网上现在，电机甲的励磁电流为，电机乙的为，转速为，电枢回路总电阻（包括电刷接触电阻）均为Ω1.0，若忽略电枢反应的影响，试问：（1）哪一台是发电机？哪一台为电动机？（2）总的机械损耗和铁耗是多少（3）只调节励磁电流能否改变两机的运行状态（保持转速不变）？（4）是否可以在min /1200r 时两台电机都从电网吸取功率或向电网送出功率？6．61一直流电机并联于V U 220=电网上运行，已知1=a ，2=p ，398=a N 根，min /1500r n N =，Wb 0103.0=Φ，电枢回路总电阻（包括电刷接触电阻）Ω=17.0a R ，A I N 83.1=，W p Fe 276=，W p mec 379=，杂散损耗%86.01P p ad =，试问：此直流电机是发电机还是电动机运行？计算电磁转矩em T 和效率。