第1章 直流电机原理..
《电气控制技术》第1章直流电机与拖动
田淑珍
直流电机及电力拖动
• 本章要点
• 直流电机的基本工作原理、结构、电枢绕 组简介及电动机的运行原理 • 负载特性及直流电动机的机械特性 • 直流电动机的启动、调速与制动 • 直流电机的实训
1.1直流电机的基本工作原理及结构
• 直流电机是通以直流电流的电机。将机械 能转换为电能的是直流发电机，将电能转 换为机械能的是直流电动机。 • 直流电动机具有良好的调速性能、较大的 启动转矩和过载能力等很多优点，在启动 和调速要求较高的生产机械中，仍得到广 泛的应用。
1.1.2直流电机的基本结构
12
13
a） 换向片
b）换向器
1.2直流电机的电枢绕组简介
• 1.2.1电枢绕组基本知识 • 电枢绕组是由多个形状相同的绕组元件， 按照一定的规律连接起来组成的。 • 元件：构成绕组的线圈为绕组元件，元件 分为单匝和多匝两种。
• 元件的首末端：每一个元件不管是单匝还 是多匝，均引出两根线与换向片相连，其 中一根称为首端，另一根称为末端。
根据电磁力定律，电枢绕组中有电枢电流时，在磁场内将受 到电磁力的作用，该力乘以电机电枢铁心的半径即为电磁转矩。 电磁转矩可用下式表示：
式中，
，为转矩常数，仅与电机的结构有关；
Ia为电枢电流（A）； Φ为每极气隙磁通（Wb）； Tem为电磁转矩（N．m）。 可见，制造好的直流电机其电磁转矩仅与电枢电流和每极气隙磁通成正 比。
3.电机的功率
机械损耗和铁损耗与负载（电枢电流）的大小无关，Pmec和PFe在电机空 载时就存在，这两项之和称为空载损耗P0。空载损耗P0与电机的负载无 关，也称不变损耗。 P0＝PFe＋Pmec
电机的总损耗：ΣP=Pcu＋PFe＋Pmec＋Pad＝Pcu＋P0
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。
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。
第一篇直流电机
随线圈一同旋转的换向片上。
转子线圈与外电路的连接是 通过放置在换向片上固定不 动的电刷进行的。
图1.3.7 直流发电机的工作原理图
直流发电机是将机械能
转变成电能的旋转机械。
当原动机驱动电机转子 逆时针旋转时，线圈abcd 将产生感应电动势。 如右图，导体ab在N极下，
a点高电位，b点低电位；
导体cd在S极下，c点高电 位，d点低电位；电刷A极 性为正，电刷B极性为负。
将直流电动机的工作原理归结如下：
1、将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流 流过。 2、电机内部有磁场存在。 3、载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力F 的作用 F=BLI （左手定则） 4、所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分) 旋转，以便拖动机械负载。
1.2 直流电机的电枢绕组
设槽内每层有u个元件边，则把每个实际槽看作包含有u个 “虚槽”，每个虚槽的上、下层各有一个元件边，如图表 示u=3时，元件边的布置情况。 若实槽数为Z，虚槽数为 Zi，则Zi=uZ
因为每一个元件有两个元件边， 而每一换向片连接一个元件的 始端和另一个元件的末端；又 因为每一个虚槽包含着两个元 件边，所以绕组的元件数S、换 向片数K和虚槽数Zi三者应相等， 即S=K=Zi=uZ
先画16个槽和16个换向片，并将元件、槽和换向片按 顺序编号。编号时把元件号码、元件上层边所在槽的号 码以及与元件上层边相联接的换向片号码编得一致，即1 号元件的上层边放在1号槽内并与1号换向片相连接。因 为y1=4,则1号元件的下层边应放在第5号槽（1+y1=5）的 下层，下层边用虚线表示，编号为5
们的能量转换过程是可逆的。
电机的运行方式 取决于外部条件
将直流电源加于电刷， 输入电能，将电能转换 为机械能，直流电机作 电动机运行。
《电气工程概论》第一章 电机与电器基础(第3节)课堂笔记及练习题
《电气工程概论》第一章电机与电器基础（第3节）课堂笔记及练习题主题：第一章电机与电器基础（第3节）学习时间： 2015年10月26日--11月1日内容：我们这周主要学习第一章第三节电机的部分内容，即直流电机部分，要了解直流电机的工作原理、基本结构、励磁和损耗及效率。
第一章电机与电器基础第三节电机电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，实现电能和机械能相互转化的电磁装置。
按照电机的用途分类：可分为发电机、电动机和控制电机。
按照电机的电流类型分类：可以分为直流电机和交流电机，其中交流电机可以分为同步电机和异步电机。
按照电机的相数分类：可以分为单相电机和多相电机，如单相交流电机和最常见三相电机。
按照电机的大小尺寸、容量分类：有大、中、小和微型电机。
1.3.1 直流电机直流电机是电机的主要类型之一。
一台直流电机既可作为发电机使用，也可以作为电动机使用。
直流发电机可以用来得到直流电源，但目前大部分被整流电源所替代，主要用作电力系统中同步发电机的励磁机。
直流电动机用来输出转矩，它具有良好的启动、调速性能，所以在调速要求较高的场所应用广泛。
1．直流发电机工作原理原动机带动线圈abcd逆时针旋转，根据右手定则，ab边和cd边均产生感应电动势e，经过换向器1、2和电刷A、B把电动势e引出来，得到直流电。
当在转速一定的情况下，电动势的大小与切割导体的磁通密度有关系，而直流电机气隙处的磁通密度分布并不均匀，所以输出的电动势波形具有脉动成分。
2．直流电动机工作原理电源通过电刷1、2和换向片A、B向线圈供直流电，根据左手定则，线圈ab边产生向左力f，线圈cd边产生向右力f，线圈在f的作用下以n的转速逆时针旋转。
由此可知，（1）电机的可逆原理：直流电机可作为发电机运行，也可作为电动机运行。
（2）换向器的作用是实现电枢线圈内的交流电动势、电流与电刷的直流电压、电流之间的转化。
3．直流电机的结构直流电机主要包括转子和定子两大部分。
电机学1
第一章直流电机的原理与结构一、名词解释1、电枢：在电机结构中能量转换的主要部件或枢纽部分。
2、换向：直流电机元件的换向是元件从一条支路经过固定不动的电刷短路，进入另一条支路，电流方向的改变过程。
3、额定值：在正常的、安全的条件下，电气设备所允许的最大工作参数。
4、电机：机电能量（或机电信号）相互转换的机械电磁装置。
5、交流电机：交流电能与机械能量相互进行转换的机械电磁装置。
6、交流电动机：把交流电能转换为机械能量的机械电磁装置。
7、交流发电机：把机械能量转换为交流电能的机械电磁装置。
8、直流电机：直流电能与机械能量相互进行转换的机械电磁装置。
9、直流发电机：把机械能量转换为直流电能的机械电磁装置。
10、直流电动机：把直流电能转换为机械能量的机械电磁装置。
11、第一节距：同一元件的两有效件边在电枢圆周上所跨的距离。
12、第二节距：相邻两元件前一个元件的末边与后一个元件首边，在电枢圆周上所跨的距离。
13、第三节距：相邻两元件同名边（同为首边或末边）在电枢圆周上所跨的距离。
14、极距：相邻两个磁极轴线之间的距离。
15、电角度：磁场在空间变化一周的角度表示。
二、填空1、电机铁心损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗。
2、电机铁心损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗。
3、电机铁心损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗。
4、直流电机电枢反应是主磁场与电枢磁场的综合。
5、直流电机电枢反应是主磁场与转子磁场的综合。
6、直流电机电枢反应是主磁场与转子磁场的综合。
7、直流电机电枢反应是定子磁场与转子磁场的综合。
8、直流电机电枢反应是定子磁场与转子磁场的综合。
9、直流电机电枢反应是定子磁场与转子磁场的综合。
10、直流电机电枢反应是励磁磁场与转子磁场的综合。
11、直流电机电枢反应是励磁磁场与转子磁场的综合。
12、直流发电机电枢反应是励磁磁场与转子磁场的综合。
13、直流发电机电枢反应是主磁场与电枢磁场的综合。
14、直流电动机电枢反应是主磁场与转子磁场的综合。
01第1章直流电机-课件
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电动机的工作原理
二、直流电动机工作原理
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。
在额定电压下，运行于
出线端的平均电压 额定转速nN 额定功率时对应的电流
发电机：是指输出额定电压；
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
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.3 直流电机的铭牌数据
额定励磁电流 I fN
励磁方式
对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流
指直流电机的励磁线圈 与电枢线圈的连接方式
此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、 出厂编号等。
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状 态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运行电流大于额 定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载 运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态 附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。
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。
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.3 直流电机的铭牌数据
指轴上输出 的机械功率
电动机
额定功率PN
额定条件下电机
发电机
指电刷间输出的 额定电功率
所能提供的功率
第1章 直流电机的基础知识
C m = 9.55C e
直流电动机额定转矩：
TN
PN = 9 . 55 nN
TN:额定转矩(N.m) PN:额定功率(W) nN:额定转速(r/min)
补充：直流电动机中，转子旋转起来会切割磁力线，产生感 补充 应电动势，这被称为电枢电动势Ea，判断它的方向与电源输 入的电流方向相反，称为反电动势 直流发电机中，电枢绕组中有了感应电流，在磁场中又 会受到电磁力的作用，电磁力所形成的电磁转矩T与转子的 运动方向相反，阻碍运动，被称为制动转矩（或阻转矩） 在工作原理中重要的两个参数的不同作用 ： 直流电动机 直流发电机 T 驱动转矩 阻转矩 Ea 反电动势 相当于直流电源
1.2 直流电机的励磁方式和铭牌
一、直流电机的励磁方式 1．励磁方式：直流电机的励磁绕组的供电方式。 2．直流电机种类：按励磁方式分为有（1）他励直流电机； （2）并励直流电机；（3）串励直流电机；（4）复励直流 电机等四种。
二、直流电机的铭牌 每台直流电机的机座上都有一个铭牌，其上标有电机型 号和各项额定值，用以表示电机的主要性能和使用条件。
2．直流电动机输入的电功率为： P1=UIa=（Ea+IaRa）Ia=EaIa+Ia2Ra=Pm+ Pcu 上式说明：输入的电功率一部分被电枢绕组消耗 （电枢铜损）一部分转换成机械功率（电磁功率）。 3．直流电动机输出的机械功率为： P2=Pm-PFe-Pem-PS=Pm-P0-PS=P1-∑P 4．直流电动机的效率为：
3、电机的特点： 可逆性——看外部条件 ，发电机一般接负载；电 动机一般接电源。
4、直流电机转子电动势 1）概念 转子电动势：转子绕组切割磁力线而产生的感应电动势。 2）表达式 每根导体的感应电动势： e = BLv e:感应电动势(V) B:电磁感应强度(T) L:每根导体的有效长度(m) v:转子转动线速度(m/s)
第1章直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理与结构 1.2 直流电机电枢绕组简介 1.3 直流电机的电枢反应 1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 1.5 直流电机的换向 1.6 直流发电机 1.7 直流电动机
思考题与习题
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
测速
电源
励磁机 伺服
第1章 直流电机
合成磁势曲线
饱和时磁阻 不为常数不 能简单叠加
电枢磁场磁通 密度分布曲线
Bx
主磁场的 磁通密度 分布曲线
B0 x
Bax
不饱和两条曲线逐点叠 加后得到负载时气隙磁 场的磁通密度分布曲线
物理中性线偏离几何中性线
第1章 直流电机
二、当电刷不在几何中性线上时
电刷从几何中性线偏 移 角，电枢磁动势 轴线也随之移动 角，如图(a)(b)所示。
第1章 直流电机
1.1.1 直流电机的主要结构
第1章 直流电机
直流电机截面图
第1章 直流电机
直流电机主磁极
第1章 直流电机
换向极
换向极是安装 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 有害的火花。
第1章 直流电机
电刷装置
电刷装置—— 电刷装置是电 枢电路的引出 （或引入）装 置
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运 行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载 运行；运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载 运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使 用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此 时电机的运行效率、工作性能等比较好。
第1章 直流电机
第1章 直流电机
直流电机的磁场电动势及转矩
表征机械大小的转速n在磁场能力大小为Φ的转化下， 通过电机结构大小为Ce的载体，转换成电的大小为电动势 Ea。
1.4.3 直流电机的电磁转矩
电枢电流 i 磁 场Φ
Байду номын сангаас
F→T
1.一根导体所受平均电磁力的大小为
B
Ia
fap= Bap l ia Ia 而 ia= 2a
则 fap= Bap l 2a
电流为零，即电枢绕组不产生磁场。 1、空载磁场：是指主磁极单独产生的磁场,也称为主磁。 2、空载磁化曲线：空载时，每极磁通Φ0与空载励磁电流I0的关 系。
1.4.1 直流电机的磁场
1.直流电机的空载磁场 空载运行：就是直流电机
不带负载(即不输出功率)时 的运行状态。
空载磁场：是指主磁极单 独产生的磁场,也称为主磁场。
3.直流电机感应电动势(一条并联支路的电动势)
N pN Ea= eap 2a = 60a Φn=CeΦn
单位：Wb
Ea = CeΦ n (V)
单位：r/min
4.电动势常数Ce
pN Ce = 60a
5.方向：由Φ 和 n 共同决定。
1.4.2 直流电机电枢绕组的感应电动势
6.性质 发电机为电源电动势；电动机为反电动势。
=(1.5～2)IN 。
7.转矩的物理意义
表征大小的电流Ia，在磁场大小为Φ的转化下，通过电机
结构大小为CT的载体，转换成机械大小的为电磁转矩T。
8.CT与Ce的关系
则 CT = 9.55 Ce
CT =
pN 2a
Ce =
pN 60a
CT Ce
=
60 2
= 9.55
1直流电机的工作原理和基本结构
未标注时，即为定额工作方式。 • （8）绕组温升或绝缘等级 • （9）电机的型号：开启式，防护式，封闭式，防爆
式。 • （10）其他：制造厂家，出厂年月，出厂序号。
2020年3月8日 第25页
小结
• 常用的直流电机是换向器式电机，其电枢导 体感应的电势是交变的，经过换向器和电刷 的作用才得到直流电压。为了得到平稳的直 流电压，电枢绕组由许多分布于电枢表面的 线圈（元件）组成。
• 而且由于有换向器，使它比交流电机费工费料，造价昂贵。 运行时换向器需要经常维修，寿命也较短。
2020年3月8日 第5页
三、直流电机的发展状况
• 大功率半导体元件发展很快，它的可靠性、价格、 控制方便等指标日益改进，在某些场合，已经可以 成功地用可控整流电源代替直流发电机了。不过， 有些性能(如波形平滑等)仍不及直流发电机。
部分，又是电枢绕组的支撑 部件；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，如图 所示。小型电机的电枢铁心 冲片直按压装在轴上，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。
2020年3月8日 第13页
• 2．电刷装置
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
控制电机 第一章 直流伺服电机 1 原理与运行特性
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
斜率k1：
k1 1 C e
是由电机本身参数决定的常数，与负载无关。
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（2）总阻转矩对调节特性的影响
总阻转矩Ts变化时，Ua0∝Ts ，斜率k1保持不变。
因此对应于不同的总阻转矩Ts1 、 Ts2 、Ts3 、… ，可以 得到一组相互平行的调节特性。
n
Ua0 k1 –
–
始动电压 特性斜率
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（1） Ua0和k1的物理意义
始动电压Ua0 ：电动机处在待动而又未动临界状态时的电压。 Ua Ts Ra 由 n ，当n=0时，便可求得： 2 C e C e C t Ra U a U a0 Ts C t 由于Ua0∝Ts ，即负载转矩越大，Ua0越高。 控制电压从0到Ua0范围内，电机不转动，称为电动机的死区。
1.1 伺服电动机概述
自动控制系统对伺服电动机的基本要求： (1) 宽广的调速范围。伺服电动机的转速随着控制电 压的改变能在宽广的范围内连续调节。 (2) 机械特性和调节特性均为线性。线性的机械特性 和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精度。 机械特性：控制电压一定时，转速随转矩的变 化关系； 调节特性：电动机转矩一定时，转速随控制电 压的变化关系。 (3) 无“自转”现象。伺服电动机在控制电压为零时 能立自行停转。 (4) 快速响应。电动机的机电时间常数要小，相应地 伺服电动机要有较大的培转转矩和较小的转动惯量。 这样，电动机的转速便能随着控制电压的改变而迅 速变化。
第1章 直流伺服电动机
1.1 伺服电动机概述 1.2 直流伺服电动机的原理 1.3 直流伺服电动机运行特性 1.4 直流伺服电动机的控制方式 1.5 直流伺服电动机的动态特性与特种电机 1.6 直流伺服电动机的PWM控制 1.7 直流伺服电动机的应用
第1章 直流电机的结构与工作原理
讲稿No 1讲稿No 2讲稿No 3讲稿No 4技术课将起到很大的帮助。
本课程的主要内容是结合电机的基本结构，介绍电机的基本工作原理，分析电机内部的电磁关系和规律，在定性分析的基础上，根据电磁定律导出电机各电、磁量的关系，对电机进行定量分析。
最后，应用基本理论，分析一些运行中遇到的问题，从而找出处理方法。
5. 学习本课程应注意的几点根据本课程的性质和特点，学习时应注意以下几点：(1) 要注意理论联系实际。
在理论学习时，要联系电机的结构和所发生的电磁或机械运动现象进行分析，把理论知识应用于实际问题的分析中，不能只满足于表面的理解。
(2) 应抓住重点，深刻理解基本概念和基本理论，注意区别各类电机的同、异点。
善于掌握规律，学会综合分析，解决各种问题。
(3)教案用纸No 5讲 稿No 61、定子定子由主磁极、换向极、电刷装置、机座等组成。
（1）主磁极白银矿冶职业技术学院讲稿No 7）电刷装置白银矿冶职业技术学院讲稿No 8电刷的作用是：与换向器配合引入、引出电流。
（4）机座和端盖机座的作用是固定主磁极等部件，同时也是磁路的一部分。
白银矿冶职业技术学院讲稿No 9量电机中，气隙为0.5～3mm。
其大小对电机性能有很讲稿No10当原动机驱动电机转子逆时针旋转180°后，导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。
白银矿冶职业技术学院讲稿No 11左向右。
该电磁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。
当电枢旋转到下图所示位置时，原N极性下导体ab极下，受力方向极下导极下，受力方向从右向左。
该电白银矿冶职业技术学院教案用纸No12讲稿No 13白银矿冶职业技术学院讲稿No 14电枢实际槽数。
叠绕组是指相串联的后一个元件端接部分紧叠在前一个元件端接部分的上面，整个绕组1.2.2 电枢绕组的节距．极距极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离πZD白银矿冶职业技术学院讲稿No 15白银矿冶职业技术学院讲稿No 16讲稿No 17、单叠绕组的并联支路图画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成了绕组的并联支路图。
电机与电气控制(第4版)课件全套 第1--5篇 直流电机及拖动---电气控制技术
第5章 三相变压器
内容提要 三相变压器的磁路结构及特点。 三相变压器的电路系统。 判断绕组极性的方法。 电力系统常采用多台变压器并联运行的意义，以及变压器并联运行的条件。
第6章 其他用途的变压器
内容提要 自耦变压器的结构特点、电磁关系、容量以及使用时的注意事项。 仪用互感器的结构特点、工作原理以及互感器与被测线路的连接方法、使用中的注意事项。 电弧焊工艺对电焊变压器的要求；电焊变压器应具有急剧下降的外特性；其输出电流I2在一定 范围内应具有可调性；为实现I2可调所采用的方法不同，便有不同的电焊变压器。这些电焊压器 均有着不同的结构特点。
第4章 单相变压器
内容提要 变压器的用途和结构。 变压器的运行原理。 阐述分析变压器运行的三种方法—电磁平衡关系、等值电路和向量图。 变压器参数的测定。 衡量变压器运行性能的重要标志是外特性和效率特性。掌握这些知识为选择、使用、维护变 压器奠定基础。
3．变压器的效率特性 当变压器电源电压和功率因数一定时，效率 随负载电流 （即负载系数 ）的变化关 系 称为变压器的效率特性，其变化规律如图4.29所示。
第1章 直流电机原理
内容提要 本章主要讲述直流电动机的基本工作原理；直流电动机的结构以及各部件的作用，重点介
绍能量转换的核心部件—电枢绕组不同形式的连接规律和特点。 感应电势和电磁转矩的计算。 直流电动机不同励磁方式的特点。 直流电机的磁场以及改善换向的方法。
1.1 直流电机基本工作原理
（4）单叠绕组和单波绕组的应用。
1.3.2 直流电机的磁场
1．直流电动机的分类 （1）直流他励电动机。 （2）直流并励电动机。 （3）直流串励电动机。 （4）直流复励电动机。
3．改善换向的方法 产生火花的电磁原因是换向元件K中出现了附加电流 ，因此要改善换 向，就得从减小甚至消除附加电流 着手。
电机与拖动技术复习
R2 X 2
Rsh
X sh
& I1 & U1
& & E1 = E ' 2
& I0
Rf Xf
& I '2
& U2
& I1
Z 'L
& U1
& U2
Z 'L
13
某三相铝线电力变压器， =100kVA， 例 3 某三相铝线电力变压器，SN=100kVA， U1N/U2N =6000V/400V， =9.63A/144.5A，Yyn0接法 接法， =6000V/400V，I1N/I2N=9.63A/144.5A，Yyn0接法，空载及短路 在室温25 下进行） 试验数据如下 （在室温25oC下进行） 实验名称 电压/V 电压/V 电流/A 电流/A 功率/W 功率/W 备 注 空 载 短 路 400 325 9.37 9.63 600 2014 低压侧 高压侧
U Ia M I Ia
U Ia Ia M
U If M I Ia
U If2 M
If
Uf
If
If1
7. 电枢绕组感应电动势 8. 直流电机的电磁转矩 直流电机的电磁转矩
E a = C eΦn
Tem = CTΦI a
E a = U a + Ra I a
2
9. 直流发电机电枢回路电压方程 10. 直流发电机的功率图 (32页) 页
5
匀速下 （3）负载同上，电动机以n= - 1000 r/min匀速下 负载同上， 下放重物 采用倒拉反接运行方式， 重物， 倒拉反接运行方式 下放重物，采用倒拉反接运行方式，电枢回路应 串入多大电阻 该电阻上的功耗是多少？ 多大电阻？ 功耗是多少 串入多大电阻？该电阻上的功耗是多少？ 负载同上，采用反向回馈制动运行方式， 反向回馈制动运行方式 （4） 负载同上，采用反向回馈制动运行方式， 电枢回路不串电阻 电动机的转速是多少？ 不串电阻， 转速是多少 电枢回路不串电阻，电动机的转速是多少？ 解 （1）解题思路：见（41图），用B点的值求 解题思路： 41图），用 电阻。反抗性恒转矩负载求能耗制动电阻的公式： 电阻。反抗性恒转矩负载求能耗制动电阻的公式：
《电机与拖动》第1章 直流电机的结构和工作原理
直 流 电 机 的 组 成
作
用：产生感应电动势和电磁转 矩，实现能量的转换
12
1.2
直流电机的结构和工作原理
图1-3 直流电机的结构图 a）直流电机的结构 b）轴端剖面图 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
13
1.2
1、定子
30
1.2
3．励磁方式
直流电机的结构和工作原理
励磁绕组获得励磁电流的方式称为励磁方式，如图1-14所示。
图1-14 直流电机的励磁方式 a）他励 b）并励 c）串励 d）复励
31
1.2
直流电机的结构和工作原理
三、直流电机的工作原理
1．直流发电机的基本工作原理
当原动机拖着电枢以一定的转速在磁场中逆时针旋转时，根据 电磁感应原理，线圈边ab和cd以线速度v切割磁力线产生感应电动势， 其方向用右手定则确定。在图中所示的位置，线圈的边ab处于N极下， 产生的电动势从b指向a；线圈的cd边处于S极下，产生的感应电动势 从d指向c。从整个线圈来看，电动势的方向为d c b a。反之， 当ab边转到S极下，边cd转到N极下时，每个边的感应电动势
图1-8 线圈在槽内的放置示意图 1-上层有效边 2、5-端接部分 3-下层有 效边 4-线圈尾端 6-线圈首端
20
1.2
直流电机的结构和工作原理
绕组联接如图1-9所示。
y1
--极距，就是一个磁极在电枢表面的空间距离，其计算是： --第一节距
yk
--换向器节距
y2
Z 2p
--第二节距
y
--合成节距
冒烟（是否冒烟）
电机及拖动基础教学课件讲义教材
电机及拖动基础教学课件目录绪论第1章直流电机原理1.1直流电机的基本工作原理1.1.1 直流发电机的工作原理1.1.2 直流电动机的工作原理1.2直流电机的主要结构及用途1.2.1 主要结构1.2.2 直流电机的铭牌数据1.2.3 直流电机的用途和分类1.3直流电机的电枢绕组1.3.1 单叠绕组1.3.2 单波绕组简介1.4直流电机的磁场1.4.1 直流电机的空载磁场1.4.2 直流电机负载时的磁场和电枢反应1.4.3 直流电机的励磁方式1.5直流电机的换向1.5.1 直流电机的换向问题和换向极绕组1.5.2 直流电机的补偿绕组小结思考题习题参考文献第二章直流电机的运行和拖动2.1直流电机的运行原理和特性；2.2他励直流电机的机械特性；2.3他励直流电机的起动；2.4他励直流电机的调速；2.5他励直流电机的电动与制动运行第三章变压器3.1变压器的基本工作原理和结构；3.2单相变压器的空载运行；3.3单相变压器的负载运行；3.4变压器参数的确定；3.5变压器的运行特性；3.6三相变压器；3.7自耦变压器第四章三相异步电动机原理4.1异步电动机的基本工作原理；4.2异步电动机的结构及用途；4.3异步电动机的定子绕组；4.4三相异步电动机的电磁关系；4.5三相异步电动机的功率与转矩；4.6三相异步电动机的工作特性；4.7三相异步电动机参数的测定第5章三相异步电动机的运行与拖动5.1 三相异步电动机的运行特性5.1.1 机械特性的物理表达式5.1.2 机械特性的参数表达式5.1.3 机械特性的实用表达式5.1.4 机械特性的固有特性和人为特性5.1.5 稳定运行问题5.2 三相异步电动机的起动5.2.1 三相异步电动机直接起动的问题5.2.2 三相鼠笼式异步电动机的降压起动5.2.3 三相绕线式异步电动机的起动5.3 三相异步电动机的制动5.3.1 能耗制动5.3.2 反接制动5.3.3 回馈制动5.4 三相异步电动机的调速5.4.1 三相异步电动机的降定子电压调速5.4.2 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速5.4.3 电磁转差离合器调速5.4.4 绕线式异步电动机的串级调速5.4.5 变极调速5.4.6 变频调速小结习题第六章控制电机6.1 伺服电动机6.2步进电动机6.3测速发电机6.4自整角机6.5旋转变压器6.6小结第七章电动机的选择7.1电动机的发热与冷却7-2电机的绝缘材料和允许温升7.3电动机的工作方式7.4电动机的负载功率计算7.5电动机的容量选择7.6小结电机及拖动基础教学课件第1章 直流电机原理摘要：本章分析直流电机的工作原理、结构、电路、磁路及换向等问题，为电力拖动自动控制系统提供元件的基本知识。
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空载时气隙磁密波形
由上式可知： Bσ＝ ILWLμ0/σ (Bσ∝ 1/σ) 上式表明气隙磁密Bσ与该处的 气隙长度σ成反比。
可得知：气隙磁密沿电枢表面 气隙空间的分布波形为一平顶波。
在极掌中部气隙均匀，磁密也均匀，且为 最大值；到两极空间分界处下降为零。
直流电机负载时的磁场
当电机带上负载后，电枢绕组流过电流Is，出现了电枢磁 动势，对主极磁场产生一定的影响——电枢反应。
1－1 直流电机的工作原理
如右图所示： 电流 I 通过在恒定磁场中的 线圈 ab cd，受到电磁力 的大小为：
f＝BLi
(根据电磁力定律:在导体与 磁力线相互垂直的情况下)
电磁力的方向：用左手定则判断：伸开左手，掌心迎向磁力线的 方向，四指指向电流的方向，那样与四指垂直的拇指的指向就是 电磁力的方向。 在上图在流线圈ab与cd所受电磁力为逆时针方向，在此力作用下， 转子线圈将逆时针旋转。
发电机：出线端输出电功率 PN ＝ UN IN 电动机：轴上输出机械功率 PN ＝ UN INηN
②额定电压UN(V)正常工作时电流出线端的电压。 ③额定电流 IN (A)对应 PN UN时的电流。 ④额定转速 nN(r/min)指在 UN IN PN时对应的转速。 ⑤ 还标出励磁方式、额定励磁电流、绝缘等级、额 定温升。
1－2 直流电机的结构
直流电机由定 子(磁极)、转子 极掌 (电枢)和机座等 部分构成。
极心
· N·
· · ·
S
励磁绕组 机座
·
S
转子
N
直流电动机的磁极和磁路
直流电机的结构
低碳钢片（1~1.5mm）叠装励磁绕组
主磁极
换向磁极
直流电机的结构
电枢铁心硅钢片(0.5mm)
转子下线
直流电机的结构
电机与拖动基础
范国伟
安徽工业大学
第1章 直流电机原理
直流电机是实现直流电能和机械能相互转 换的一种旋转电机。 直流发电机——将机械能转变为电能； 直流电动机——把电能转变为机械能。 作为电动机运行时，直流电源供电，转换 为机械能拖动生产机械旋转；作为发电机 运行时，由原动机拖动旋转，将机械能转 换为电能，输出直流电能。
直流电机的分类（按励磁方式分类）
他励(激)：励磁电流由另外电源供给。 自励：自身发出的电流励磁(分:并励,串励,复励)
1－3 直流电机的磁路和磁密
一、主磁通,漏磁通
一般直流电机为多极电机 由二极电机 四极电机
注意磁极的排列！
主磁通Φo
定义 作 用 数量
同时交链定转子绕组的磁通 与电枢电流耦合产生电动势 或电磁力 较大
电枢磁动势不仅与电枢电流大小有关，还受到电刷位置的影响
一、电刷位于几何中心线的电枢反应
如右图可见：电枢磁动势与主极磁动势正 交，称之交轴电枢反应。 结论： ① 电枢磁场轴线与主极磁场轴线相交—— 称交轴磁势； ② 电枢磁场和电枢磁势在空间是静止不动的， 即定子主极磁场与电枢磁场之间相互静止。Hale Waihona Puke 负载时的气隙磁密波形
1. 磁极 用来在电机中产生磁场。 永磁式: 由永久磁铁做成。 励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。 励磁:磁极上的线圈通以直流电产生磁通,称为励磁。
2. 转子(电枢) 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
电枢铁心：由硅钢片叠装而成。
电枢绕组：单个绕组元件组成。
直流电机的额定值
①额定功率PN(KW)
直流发电机的工作原理
若在上图中，接在电刷上的 电源换接电阻负载——灯泡， 而转子由原动机的机械力带动 旋转，转动的导体切割磁力线 会感应电势，输出电流。 这样： ①电刷端输出直流电势（有换 向器和电刷时）； ②导体内的电位和电流仍是交变的。
电机的可逆原理
问题：上面讲的电动机和发电机用同一电机模型！
电机的可逆原理：同一台电机在不同外界条件下， 即可作发电机、亦可作电动机运行。
由上看出：对一台电机究竟作发电机，还是电 动机运行，关键在于外因的条件，即输入功率 的形式。 输入电能，输出机械能－－－－电动机 输入机械能，输出电能－－－－发电机
直流电机的特点
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修 也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因 此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩 的生产机械往往采用直流电动机驱动。 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、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机 以及起重设备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
下面进一步看电枢反应时的气隙磁密分布情况： 1、电枢磁势沿电枢表面
直流电动机的工作原理
旋转180度后，线圈中的电流 的方向为dc ba，仍受逆时针 方向电磁力的作用而转动。 由此可见： ① 换向器和电刷能保持转子(载 流导体)朝一个方向恒定旋转； ②电刷端输入恒定直流电压，而 经换向器流向载流导体的电位却 是交变的。 归纳： 要使直流电机旋转起来的条件是： ① 建立恒定的磁场； ② 能够旋转的载流导体。
漏磁通Φδ
只交链励磁绕组的磁通 不参与能量转换
较小(Φδ＝20％ Φo ）
二、主磁路分析
主磁路的闭合路线如下： 从N极铁心出发→ 经气隙→ 电枢齿→ 电枢轭 → 相邻S极→电枢齿→经气隙→进入S极铁心 → 经定子轭回到 N 极。 对于主磁路中任意一条闭合磁力线的路径 运用全电流定律：∮HdL＝Σi 在电机中，可将场的问题简化为路的问题 来处理。因此全电流定律可简化为磁路第二 定律，即主磁路中各段磁压降之和等于该磁力线所包围电流的代数和。 ΣHL ＝ ΣN i 若用Hσ,Ht,Hs,Hz和He表示气隙,电枢齿,电枢轭,主极铁心和定子磁轭的磁场强度； 用σ,Lt，Ls，Lz和Le表示各段磁路的平均长度，则： 2 Hσσ＋2Ht Lt＋Hs Ls＋2 Hz Lz＋HeLe ＝ 2 ILWL 在磁路饱和程度不大的情况下，在空气隙的磁压降远比其它各项铁磁物质 的磁压降大，忽略各项磁压降后： ILWL≈ Hσ·σ＝B σ·σ／μ0