直流电机(10)直流电机的基本原理和结构

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直流电动机(原理)

额定电压UN 对于电动机，UN是指电枢上的输入额定电压；对于发电机， UN是指电枢输出的额定电压。额定电流IN IN是指电机在额定电压下，运行于额定功率时对应的输入（电动机）或输出（发电机）的电流值。额定效率ηN
电动机 PN U N I N N 103 kW 发电机 PN UNIN 103 kW
2、直流电动机工作原理
2、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。
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。在磁场作用下，有导体产生F=BIL。该电磁力形成电磁转矩,使电机转子旋转。
思考：电磁力的方向怎么判断？大小与哪些因素有关？分析转动过程？
换向极绕组与电枢绕组串联, 换向磁极的作用是消弱电枢磁场。
（3）电刷装置与换向器配合,完成交直流的互换。数目与主磁极相同。
电刷座
电刷
3.转子又称为电枢
（1）电枢铁心
既是主磁路的一部分，又可以放置电枢绕组。（2）电枢绕组电枢绕组与换向器联结。主要作用产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换。（3）换向器换向器由许多彼此绝缘的钢质换向片组成一个圆柱体，装在转子转轴的一端，与电刷装置配合,完成直流与交流的互换。
二、直流电动机的种类和铭牌
1. 直流电机绕组端子标号：电枢绕组：始端A1－末端A2 ；换向绕组：始端B1－末端B2 ；补偿绕组：始端C1－末端C2 ；串励绕组：始端D1末端D2 ；并励绕组：始端E1－末端E2 ；他励绕组：始端F1－末端F2 2.直流电动机的分类直流电动机按产生磁场的方式来进行区分，分为两大类：他励和自励。他励是指通入电动机定子中，产生磁场的电流If与通入电动机转子，产生转矩的电流 Ia分别由两个电源提供。他励的特点是,励磁电流If的大小与电枢电压U及负载等参数无关。

直流电机

第一章直流电机直流电机是一种通过磁场的耦合作用实现机械能与直流电能相互转换的旋转式机械，包括直流发电机和直流电动机。

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。

与交流电机相比，直流电机结构复杂，成本高，运行维护较困难。

但直流电动机调速性能好，启动转矩大，过载能力强，在启动和调速要求较高的场合，仍获得广泛应用。

作为直流电源的直流发电机虽已逐步被晶闸管整流装置所取代，但在电镀、电解行业中仍被继续使用。

第一节直流电机的基本原理与基本结构直流电机是根据导体切割磁感线产生感应电动势和载流导体在磁场中受到电磁力的作用这两条基本原理制造的。

因此，从结构上看，任何电机都包括磁路和电路两部分；从原理上讲，任何电机都体现了电和磁的相互作用。

一、直流电机的工作原理（一）直流发电机工作原理图 1-1 所示两极直流发电机模型，可说明直流发电机的基本工作原理。

图中，N 、S 是一对固定不动的磁极。

磁极可以由永久磁铁制成，但通常是在磁极铁心上绕制励磁绕组，在励磁绕组中通入直流电流，即可产生N 、S 极。

在N 、S 磁极之间装有由铁磁性物质构成的圆柱体，在圆柱体外表面的槽中嵌放了线圈abcd ，整个圆柱体可在磁极内部旋转。

整个转动部分称为转子或电枢。

电枢线圈abcd 的两端分别与固定在轴上相互绝缘的两个半圆铜环相连接，这两个半圆铜环称为换向片，即构成了简单的换向器。

换向器通过静止不动的电刷 A 和 B ，将电枢线圈与外电路接通。

电枢由原动机拖动，以恒定转速按逆时针方向旋转，转速为n （r/min ）。

若导体的有效长度为 l ，线速度为v ，导体所在位置的磁感应强度为B ，根据电磁感应定律，则每根导体的感应电动势为e Blv =，其方向可用右手定则确定。

当线圈有效边ab 和cd 切割磁感线时，便在其中产生感应电动势。

如图1-1所示瞬间，导体ab 中的电动势方向由b 指向a ，导体cd 中的电动势则由d 指向 c ，从整个线圈来看，电动势的方向为d 指向a ，故外电路中的电流自换向片1流至电刷A ，经过负载，流至电刷B 和换向片2，进入线圈。

直流电机的工作原理及特性

➢空载速度不变； ➢随着电阻的增加，转速降落增加；
特性变软
Rad
If
U
Ia M E
Uf
Ra
Ф
n n0
Rad1< Rad1
0
Rad=0 Rad1 Rad2
T
2. 改变电枢电压U时的人为特性 N ,R a d 0
把nKU e NNKeK RtaN2T 与 nKU eNKeK RtaN2T
➢空载速度随着U的减小而减小；
硬度的概念，其定义为： dTΔT10% 0
dn Δn
n n0 nN △n
△T
即转矩变化与所引起的转速变化的比值，称为机械特性的硬度。
根据值的不同，可将
电动机机械特性分为三类。
0
TN T
（1）绝对硬特性
（2）硬特性>10
（3）软特性<10
dTΔT10% 0
dn Δn
二、固有机械特性
直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件
2. 额定电压 UN：指额定状态下电枢出线端的电压，以 V为量纲单位。
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为量纲单位。
4. 额定转速 nN：指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。
5. 额定励磁电流 If：指电机在额定状态时的励磁电流值。
直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的
发电机的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时，原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩T及空载损耗转矩T0相平衡。
电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此，电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损耗转矩T0相平衡。

直流电机电动机的结构与工作原理

直流电机电动机的结构与工作原理直流电机（直流电动机）的结构与工作原理直流电机是一种经常被使用的电动机类型，它通过电流的流动产生机械运动。

本文将详细介绍直流电机的结构与工作原理。

一、直流电机的结构直流电机由以下几个主要部分组成：1. 定子（Stator）：定子是由一组绕组和磁场构成的，它通常是由永磁体或允许通电的绕组构成。

定子的结构和性质直接决定了电机的输出性能。

2. 转子（Rotor）：转子是由一组导体和磁极构成的，它可以旋转在定子的磁场中。

转子通常由铁心、铜线和轴承组成，它的旋转产生了机械能。

3. 磁极（Magnetic Pole）：磁极是直流电机中的主要磁场源，它由永磁体或电磁体构成。

磁极的极性决定了电机的旋转方向与运行效果。

4. 刷子（Brush）：刷子是与转子导体接触的装置，它通常由碳或者铜制成。

刷子的功能是在电机运行过程中，将电流传递给转子导体，使得转子能够继续旋转。

5. 端盖（End Cap）：端盖位于电机的两端，它的主要作用是固定转子轴承和导线等部件，同时防止灰尘和杂质进入电机内部。

6. 轴承（Bearing）：轴承通常由金属滚珠或滑动材料组成，它负责在转子旋转时提供支撑和减小摩擦。

二、直流电机的工作原理直流电机的工作原理可归纳为施加力矩和生成电动势两个方面。

1. 施加力矩：当电流通过定子绕组时，定子绕组会受到洛仑兹力的作用。

根据左手定则，这个力会使得定子绕组和转子之间产生一个力矩，从而转动转子。

2. 生成电动势：当直流电机运转时，转子上的导线会切割磁场线，产生感应电动势。

根据法拉第电磁感应定律，这个电动势的方向与电机的旋转方向相反。

同时，刷子将电流传递给转子，保证了电磁力的持续产生。

三、直流电机的工作过程直流电机的工作可以简要概括为以下步骤：1. 施加电源：将直流电源的正负极分别连接到电机的刷子位置，使得电流能够流经定子绕组。

2. 产生磁场：根据电流的方向，定子绕组产生的磁场与转子磁极之间形成相互作用力，从而使转子开始旋转。

直流电机PPT精品课件

绕电枢一周，所有元件互相串联构成一闭合回路。
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

直流电机

n0 U
n
n01 n02 n03 n04
U1 > U2 > U 3 > U4
U1 U2 U3 U4
0
TL
T
（2）直流电动机工作特性
U UN I f I fN
n, Tem , f ( P2 )
n f ( P2 )或n f ( I a ) 转速特性转矩特性 Tem f ( P2 )或Tem f ( I a ) 效率特性 f ( P )或 f ( I ) 2 a
Na
电枢绕组感应电势
pN Ea n Ce n 60 a
pN 其中 Ce 称为直流电机的电势常数 60 a
(2) 直流电机电磁转矩
一根导体产生的电磁力
f x Bxli
设电枢绕组总导体数为N，有2a条并联支路电枢绕组总电流为Ia，电枢外径为Da 每条支路电流

人为特性

通过人为改变电机运行条件形成的机械特性

改变电枢回路电阻改变电枢电压改变磁通
U n0 Ce Ra Rs 2 Ce CT
B改变电枢电压的机械特性
Ra Rs U n T 2 Ce CT C e
N，RS 0
c

串励：励磁绕组与电枢绕组串联 I Ia I f 复励：兼有串励绕组和并励绕组

3 直流电机基本方程

导体感应电势
ex Bx l v

导体电磁力
f x Bx l i
(1) 直流电机感应电动势
导体感应电势
ex Bx l v
设电枢绕组总导体数为N，有2a条并联支路每条支路串联导体数

直流电机—直流电机结构与工作原理(列车电机)

因此，线圈仍然受到逆时针方向电磁转矩的作用，电枢始终保持同一方向旋转。
此时直流电机即为直流电动机
PART 04
总结
SUMMARY
4 总结
01
直流发电机与原动机相连，利用换向器和电刷将输入的机械功率转换电功率为输出发电，此时电磁转矩为阻转矩；
02
直流电动机外接电源，利用换向器和电刷将输入的电功率转换为机械功率为输出电动，此时感应电动势为反电动势。
2 直流电机的结构组成
3. 其他部分
通风器（即风扇）实现了电机的散热冷却，保证电机的额定温升及正常运行。
当电机旋转时，风扇将冷却的空气吸入电机对换向器、励磁绕组、电枢铁心和电枢绕组冷却，然后再经风扇经出风口排出机外。
直流电机的工作原理
CONTENTS
1
直流电机简单模型 SIMPLE MODEL OF DC MOTOR
3 直流电动机工作原理
当电枢转过90°，电刷不与换向片接触，而与换向片间的绝缘片相接触，此时线圈中没有电流流过，故电磁转矩为0。
但由于惯性，电枢仍能转过一个角度，电刷A、B则又将分别与换向片2、1 接触。
3 直流电动机工作原理
线圈中又有电流i流过，此时，导体ab、cd 中电流改变了方向，即为b→a,d→c,且导体ab转到S极下，ab所受的电磁力f方向从左向右，cd转到N极下，cd所受的电磁力f 方向从右向左。
03Biblioteka 直流电机具有可逆性，是发电机和电动机的总称。
直流电机定子的作用是产生磁场和作为电机的机械支撑，主要由
机座
主磁极
换向极
电刷装置
…
2 直流电机的结构组成
机座兼起机械支撑和导磁磁路两个作 1 用。机座通常为铸钢件，也有釆用钢

直流电机的基本工作原理和结构

直流电机的基本工作原理和结构直流电机是一种将电能转化成机械能的设备。

它的基本工作原理是基于电磁感应和洛伦兹力的相互作用。

下面将从两个方面详细介绍直流电机的基本工作原理和结构。

一、基本工作原理：直流电机由电枢和磁极组成。

电枢是由若干个串联的绕组和电刷组成，绕组中通有直流电流。

磁极包括永磁体或电磁铁。

当通入电源后，电枢绕组中会产生一个磁场，磁极的磁场与电枢绕组的磁场相互作用，产生一个作用于电枢绕组的力矩，导致电枢绕组转动。

转动时，电枢绕组和磁极的相对位置不断发生变化，因此电枢绕组中的电流的方向和大小都会不断变化，从而生成了交流电。

交流电进一步作用于电枢绕组和磁极，使得电枢绕组持续转动。

二、结构：1.电枢：电枢是直流电机的核心部件，通常由绕组和电刷组成。

绕组通常由铜线绕制而成，并固定在电枢铁心上。

绕组中通过电流产生磁场，使得电枢能够旋转。

电刷是连接电枢绕组和外部电源的导电碳刷，通过摩擦和电枢的接触来提供电流。

2.磁极：磁极也是直流电机的重要组成部分，它提供了电枢绕组所需的磁场。

磁极可以是永磁体或者电磁铁。

永磁体通常由稀土磁体或者铁氧体磁体制成，具有较强的磁场。

电磁铁则通过通电产生磁场，磁场的强弱可以通过控制电流的大小来调节。

3.单向采用：直流电机一般采用单向传动方式，即通过电刷和电枢绕组的摩擦来传递电流。

这种传动方式可以保持电流的持续通路，从而使得电枢能够持续地旋转。

4.输出轴和机械负载：直流电机的输出轴是连接电枢绕组和机械设备的部件，通过输出轴将电机的机械能转移到外界。

机械负载是电机输出轴上需要驱动的设备，可以是风扇、泵、机床等各种机械设备。

总的来说，直流电机的基本工作原理是通过电枢绕组和磁极之间的相互作用产生旋转力矩，利用单向传动方式将电流传递到电机的旋转部分，从而实现将电能转化成机械能。

直流电机的结构包括电枢、磁极、单向传动方式、输出轴和机械负载等组成部分。

通过以上的工作原理和结构的介绍，我们可以更好地理解直流电机的运行机制。

电机与拖动直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值

电机与拖动直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值主题：直流电机的辅导文章——直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值、直流电机的磁场和电枢反应、直流电机的感应电动势和电磁转矩学习时间：2016年10月10日--10月16日内容：我们这周主要学习课件第2章直流电机的相关内容。

希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电机相关知识的理解。

一、直流电机的工作原理（重点掌握）直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。

1.直流电动机的工作原理：当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流，使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。

图1 直流电动机的工作原理图2.直流发电机的工作原理：当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。

图2 直流发电机的工作原理图二、直流电机的基本组成和额定值（重点掌握）1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成，其基本组成如图3所示。

转子称为电枢，它是能量转换的枢纽。

电枢绕组构成了直流电机的主要电路，它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。

按元件的连接方式和端接形状分类，电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。

电枢绕组是电机的重要部件。

直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。

换向器是直流电机所特有的部件，与电刷配合，实现电枢绕组端部的直流电流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换，即在直流电动机中起到了“逆变器”的作用，在直流发电机中起到了“整流器”的作用。

图3 直流电机的基本组成2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。

1）额定电压N U ：对于直流电动机，N U 是输入电压的额定值；对于直流发电机，N U 是输出电压的额定值。

直流电动机

Ea=CeΦn
Ce= pN/60a
Te=CtΦIa
Ct=9.55Ce
二、直流电动机的种类和铭牌
1、直流电动机的分类直流电动机按产生磁场的方式来进行区分，分为两大类：他励和自励。他励是指通入电动机定子中，产生磁场的电流If 与通入电动机转子，产生转矩的电流Ia分别由两个电源提供。他励的特点是,励磁电流If 的大小与电枢电压U及负载等参数无关。若U=Uf，则他励电动机与并励电动机性能相同。
Ia = IN－If =155－1.765 = 153.235 A
Rf ＝
UN If
＝
220 1 . 765
= 124 . 6 W
Ea=UN－IaRa=220－153.235×0.1=204.68 V
一台并励直流电动机，电源电压UN=230 V时，电枢电流IN=60 A，电枢电组Ra=0.1 Ω， Φ=0.08 Wb， Ce=2.5，求电枢反电势Ea及此时的转速n。
Ec
a Eab b
Ea Eb
C
x
y
(a)接线图
图4-25 Yy0联结组别的接线图和相量图
直流电动机
直流电动机
直流电机可分为直流发电机和直流电动机两大类。将机械能转化为电能的直流电机是直流发电机，将电能转化为机械能的直流电机是直流电动机。直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力，一般应用于对起动和调速要求较高的场合。另外，结构复杂、成本较高、维护较困难是直流电机的不足之处。
反转方法 1.改变电枢电流方向，励磁电流方向不变； 2.改变励磁电流方向，电枢电流方向不变。即：单独改变电枢绕组或单独改变励磁绕组的接线。注意：反转瞬间，电枢电流很大，应该采取措施限流。同时改变电枢和励磁绕组的接线，则电枢电流和励磁电流的方向将同时改变，电动机的电磁转矩的方向不变，电动机的转速也不变。交、直流两用电动机的工作原理就是以此为依据的。交、直流两用电动机实际上是一台直流电动机，使用时若电源为交流电，则转向仍然不会发生变化。

高中物理-直流电机的基本原理与结构课件

4.额定电流IN：指额定电压和额定负载时允许电机长期输人〔电动机〕或输出〔发电机〕的电流。
5.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。 6.电动机额定效率ηN：指直流电动机额定输出功率PN与电动机额定输人功率P1＝UNIN比值的百分数。
第十三页，编辑于星期五：十一点十五分。
第十四页，编辑于星期五：十一点十五分。
P2=Pem-PFe-Pm-PS=Pem-P0=P1-∑P
〔3-8〕
第二十一页，编辑于星期五：十一点十五分。
4．直流电动机的效率为
一般中小型直流电动机的效率在75％－85％之间，大型直流电动机的效率在85％－94％之间。
第二十二页，编辑于星期五：十一点十五分。
5．他励直流电动机的功率平衡关系可用功率流程图来表示，如图3-1l所示。
空载损耗P0
P0=Pm+PFe
(3－5)
直流电动机总损耗∑P为
∑P=Pm+PFe+Pcu+Ps
2．直流电动机输人的电功率为
P1=UI=UIa=〔Ea+IaRa〕Ia=EaIa+Ia2Ra=Pem+ Pcua
上式说明：输入的电功率一局部被电枢绕组消耗〔电枢铜损〕一局部
转换成机械功率。
3．直流电动机输出的机械功率为
第二页，编辑于星期五：十一点十五分。
工作原理：电枢由原动机拖动，以恒定转速按逆时针方向旋转，当线圈有效边ab和 cd切割磁力线时，便在其中产生感应电动势，通过换向器和电刷的作用，使线圈产生的交变电动势变为电刷两端方向恒定的电动势，保持外电路的电流按一定方向流动。
第三页，编辑于星期五：十一点十五分。
第十九页，编辑于星期五：十一点十五分。

直流发电机直流电动机的工作原理和结构

直流发电机直流电动机的工作原理和结构直流电机工作原理和结构一、直流电机工作原理* 直流发电机的工作原理* 直流电动机的工作原理* 电机的可逆运行原理两个定理与两个定则1、电磁感应定理在磁场中运动的导体将会感应电势，若磁场、导体和导体的运动方向三者互相垂直，则作用导体中感应的电势大小为： e = B·l·v符号物理量单位B磁场的磁感应强度 Wb/m2v导体运动速度米/秒l导体有效长度me感应电势V电势的方向用右手定则 2.电磁力定律载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直 (见下图)，作用在导体上的电磁力大小为：f = B·l·i符号物理量单位i导体中的电流Al导体有效长度mf电磁力N力的方向用左手定则（一）直流发电机的工作原理直流发电机的原理模型1.2.发电机工作原理 a、直流电势产生用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动d c 和b a 速转动，线圈边．势直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势因为电刷 A 通过换向片所引出的电动势始终是切割N 极磁力线的线圈边中的电动势。

所以电刷 A始终有正极性，同样道理，电刷 B 始终有负极性。

所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势 b、结论线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷 A B 端的电动势却是直流电动势。

（二）直流电动机的工作原理 1.直流电动机的原理模型（图1.1.5）直流电动机的工作原理要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。

为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转,这就是直流电动机的工作原理（三）电机的可逆运行原理从上述基本电磁情况来看：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,这种原理在电机理论中称为可逆原理二、直流电机的结构旋转电机结构形式 , 必须有满足电磁和机械两方面要求的结构．旋转电机必须具备静止和转动两大部分1.直流电机静止部分称作定子作用 -- 产生磁场由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成2.直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)作用 -- 产生电磁转矩和感应电动势由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成直流电机电枢照片(一) 直流电机的静止部分1.主磁极是一种电磁铁，用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心2.换向极（又称附加极或间极）作用 -- 改善换向换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联．图1.1.11 主磁极和换向极示意图3.机座机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个作用：固定主磁极、换向极和端盖；作为磁路的一部分。

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

直流电机的基本工作原理和结构培训课件

直流电机的磁场具有单极性，即磁场只能从一个极性跳转到另一个极性，这是直流电机的基本特性之一。
直流电机的转矩产生
直流电机的转矩产生是通过磁场与电流相互作用实现的，转矩的大小与电流、磁场强度以及磁场与电流之间的角度有关。
转矩的方向与电流的方向和磁场的方向有关，遵循左手定则。
当电流在导线中流动时，会产生磁场，该磁场会对导线中的电流产生力，从而产生转矩。
直流电机的基本工作原理和结构培训课件
目录
• 直流电机概述 • 直流电机的基本工作原理 • 直流电机的结构 • 直流电机的特性 • 直流电机的控制与调速 • 直流电机的维护与保养
01
直流电机概述
直流电机的定义
01
直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置，其工作原理基于电流在磁场中受力的电磁效应。
组成
转子通常由铁芯和绕组组成，绕组是电流流过的线圈，产生磁场。
电刷和换向器
电刷
电刷是将外部电源引入到转子的导电部件，它负责将电流引入到转子的绕组中。
换向器
换向器是直流电机特有的部件，它的作用是自动改变电流的方向，以保持转子磁场方向的连续性。换向器由多个换向片组成，每个换向片与电刷接触，将电流引入或导出转子绕组。
更换接线。
直流电机常见故障及排除方法
电机不转
首先检查电源是否正常，然后检查电机接线是否紧固，最后检查电机轴承是否润滑。
电机过热
首先检查电机负载是否过大，然后检查电机通风是否良好，最后检查电机轴承是否磨损。
电机振动过大
首先检查电机安装是否稳固，然后检查电机轴承是否磨损或损坏，最后检查电机转子是否平衡。
直流电机驱动电路
H桥电路
由四个晶体管组成，能够实现直流电机的正反转和调速控制，常见于大功率直流电机驱动。

直流电机的基本工作原理和结构

直流电机的基本工作原理和结构现在行驶在马路上的电动汽车越来越多了，大家考虑过电动汽车的动力源是什么呢？还有现在逐渐走进大众视野的无人机，无人机是由什么驱动的呢？想必大家心中都已经有了答案：它们都是由直流电机驱动。

其实直流电机的应用非常广泛，小到电动玩具，大到各种加工机床都有直流电机的身影。

直流电机是电机的主要类型之一，它的主要特点是使用直流电。

一、直流电机的基本工作原理直流电机是直流发电机和直流电动机的统称。

直流发电机是由原动机带动转子旋转，将机械能转换成直流电能，进而对负载供电。

直流电动机是外施直流电源在定、转子上，进而转子旋转带动同轴负载运转，将直流电能转化成机械能。

下图1是直流发电机的工作模型。

图1 直流发电机的工作模型图1中N、S是两个在空间固定不动的磁极，可以是永久磁铁，也可以是电磁铁；abcd是一个装在可以转动的铁磁圆柱体（转轴）上的线圈，合称为电枢，也就是电机的转子；线圈的首、末端分别连接到与电枢同轴旋转的两个圆弧形的铜片上，称为换向片，换向片之间及换向片与转轴之间是相互绝缘的；A和B是两个与换向片相接触，但空间上静止不动的铜片，称为电刷。

从电刷A、B引出即可对负载供电。

当原动机拖动电枢，也就是转子，以转速n恒速旋转时，导体ab和cd切割磁力线而感应电动势，其方向可用右手定则确定。

整个线圈的电势方向是e dcba，即从d到a。

此时如果在电刷之间接上负载，就有电流产生，为负载供电。

当电枢转过180°时，线圈abcd中感应电动势的方向为e abcd,即从a到d。

因为电刷的原因，因而流过外部负载的电流方向不变，所以说发电机发出的是直流电。

根据以上两个特定位置的分析，可以得出直流发电机以下几个结论：（1）在电枢线圈内的感应电动势e a及电流i a都是交流电，通过换向片及电刷的整流（交流变直流）作用才变成外部两电刷间的直流电动势，使外部电路得到方向不变的直流电流；（2）发电机电枢线圈中的感应电动势e a与其电流i a的方向始终一致；（3）虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，但从空间上看N极与S极下的电枢电流的方向不变，因此由电枢电流所产生的磁场在空间上是一个恒定不变的磁场；（4）电枢绕组电流与磁场相互作用产生电磁力f。

直流电机的工作原理与基本结构

2）在电刷AB两端接上直流电源。
-
S
2.直流电动机的工作原理分析
电刷AB接直流电源： A接正极，B接负极。
图a 导体ab处于N极下时，电枢逆时针旋转
当导体ab处于N极下、cd处于S极下时，ab中的电流由a流向 b，cd中的电流由c流向d，整个线圈中的电流顺时针流动。用左手定则判定：导体ab受力方向从右向左；导体cd受力方向从左向右，形成逆时针方向的电磁转矩，带动电枢逆时针旋转。
直流电机的工作原理与基本结构
一、直流电机简介
1.直流电机的定义
直流电机是通以直流电流的旋转电机，是电能和机械能相互转换的设备。
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。
与交流电机一样，直流电机的工作也遵循“导体切割磁力线产生感应电动势”“载流导体在磁场中会受到电磁力的作用”，这两条基本物理原理。
2.直流电机的特点（与交流电机相比）
●直流电动机的优点
调速性能好，启动转矩大，过载能力强。
●直流发电机的优点
性能好，能提供无脉动的大功率直流电源，输出电压还可以精确调节和控制。
●直流电机的缺点
1）制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高。 2）运行时电刷和换向器之间容易产生火花，工作可靠性较差，维护比较困难。
2.直流电动机的工作原理分析
图a
图b
图c
图d
直流电动机工作过程分解图
直流电动机电刷两端接入的是直流电源，经过换向片和电刷流到电枢线圈中的电流，却是交变的。
在恒定的励磁磁场作用下，位于N极下的电枢导体受力方向始终不变，位于S极下的电枢导体受力方向也始终不变。
实际电机有多个位于不同角度的电枢线圈，它们产生的电磁转矩方向始终不变，能够带动电枢朝某个方向连续旋转。

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