《电机与拖动基础》第1、2章 直流电机的工作原理和基本结构(上课用)

解：换向级绕组应与电枢绕组串联，励磁绕组再 与它们并联。
《电机及拖动基础》直流电机
第五节 直流电机的铭牌
铭牌数据主要有：
电机型号
额定功率
额定电压 额定转速
额定电流 额定励磁电流
励磁方式 出厂数据如出厂编号、出厂日期等
《电机及拖动基础》直流电机
铭 牌 1
Z2-56/4-2
(1) 型号。国产电动机的型号一般采用大写的汉语拼音字母和 数字表示电动机的结构和使用特点。 例如：
第一章 直流电机 工作原理和基本结构
第一章 直流电机
直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。 直流发电机：机械能——直流电能 直流电动机：直流电能——机械能
直流电动机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和 过载能力等很多优点，但结构复杂，成本高，运行维 护较困难。主要应用于起动和调速要求较高的生产机 械中，如金属切削机床，轧钢机、电力机车、起重机、 造纸及纺织行业等机械中。
67.45A
T2 N
9550
PN nN
9550 13 1500
82.77 N m
《电机及拖动基础》直流电机
1、电机型号
Z 2—7 2
1号为短铁心，2 号为长铁心
一第 般二 用次 途改 直型 流设 电计 机
电枢铁心长度 机座号
1号最小，12 号最大
型号表明电机所属的系列及主要 特性。知道了型号，可从相关手 册中查出电机的许多技术数据。
20.48kW
五、直流电机的主要系列简介
Z系列：一般用途直流电动机 （如 Z2， Z3，Z4等系列）；
ZF系列：一般用途直流发电机 ZT系列：广调速直流电动机； ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机； ZQ系列：直流牵引电动机； ZC系列：船用直流电动机； ZA系列：防爆安全型直流电动机； ZKJ系列：挖掘机用直流电动机； ZJ系列：精密机床用直流电动机；
第二节 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）
《电机及拖动基础》直流电机
直流电机的主要结构概述：
定子
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
（11）额定效率。额定功率与输入功率之比。
N

PN P入
100 ﹪
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铭牌2
直流电动机
型号 额定功率 额定电压 额定电流 额定转速
定额
Z4-112/2-1
励磁方式
5.5kW
励磁电压
440V
励磁电流
15A
额定效率
3000r/min
绝缘等级
连续
出厂日期
电机厂
并励 180V 0.4A 81.2% B级 年月
励磁绕组单独 供电
《电机及拖动基础》直流电机
直流电机的励磁方式
他励：励磁绕组的电流由独立电源提供的。即励磁电路与电枢电路没有电 的连接。 并励：励磁绕组与电枢绕组并联。励磁电压等于电枢电压，励磁绕组匝数较 多，且用较细的导线绕制，电阻较大。 串励：励磁绕组与电枢绕组串联。励磁电流和电枢电流相等，励磁绕组流过的 电流较大，应有较小的电阻，所用导线要粗且匝数较少。 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。并励绕 组匝数多而线径细，串励绕组匝数少而线径粗。
工作时，加在电动机两端的直流电源电压。
(3)额定电流IN IN(A)是直流电机正常工作时输出或输入的
最大电流值。
对于发电机，三个额定值之间的关系为 对于电动机，三个额定值之间的关系为
额定效率； N =（PN/P1）*%
PN=UNIN PN=UN·IN·N
(4)额定转速nN nN (r/min)是指电机额定运行时的转速。
补充知识： 直流电机出线端子的标志
绕组名称
出线端标志 绕组名称
电枢绕组 换向极绕组
A1 A2 B1 B2
串励绕组 并励绕组
补偿绕组
C1 C2
他励绕组
出线端标志 D1 D2 E1 E2 F1 F2
注：下标“1”是首端，为正极；下标“2”是末端，为负极
例1-5 在下图中画出并励直流电动机的实际接线图
补充知识：直流电机的磁场
直流电机的磁场，是直流电机产生电动势 和电磁转矩必不可少的因素，而且直流电机的 运行特性，在很大程度上也取决于磁场特性
《电机及拖动基础》直流电机Z2-56/4-2
(2) 额定功率PN。指电动机在额定情况下轴上输出的机械功率。单位是kW或W。 PN U N I N N
(3) 额定电压UN。在额定情况下，电动机直流电源的电压。单位是V。 (4) 额定电流IN。在额定负载时，电源输入到电动机的允许电流，单位是A。 (5) 额定转速nN。电机运行在额定电压、额定电流、额定功率时所对应的转 速，单位是r/min。 (6) 励磁。指电机的励磁方式，包含他励、并励、串励、 复励等。 (7) 额定励磁电压Uf。电机在额定状态下励磁绕组两端所加的电压，对于并 励的电机，励磁电压等于电机的额定电压； 对于他励电机，励磁电压要根 据情况来定。单位是V。 (8)额定励磁电流If。电机产生主磁通所需要的励磁电流，单位是A。
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例1：
一台直流电动机的额定数据为：PN=13KW，UN=220V， nN=1500r/min，ηN=87.6%，求额定输入功率PIN、额定电流IN 和额定输出转矩T2N。
解：
PIN
PN
N
13 0.876
14.84 KW
IN
PIN UN
14.84103 220
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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 NN

17 103 A 93.1A 220 0.83
P1
PN
N
17 103 W 0.83
20482W
1-刷握 2-铜丝辫 3-压紧弹簧 4-电刷块（石墨材料）
二、转子
1.电枢铁心
作用：通过磁通和嵌放 电枢绕组。
铁心冲片
材料：为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心 用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，表面有绝 缘层。
2.电枢绕组
上层有效边
端接部分
线圈首端
端接部分 线圈尾端 下层有效边
作用：用于产生感应电 动势和通过电流，实现 机电能量的转换。
注意：两者只能改变其一，否 则，直流电动机的转向不变。
改变电源极性（导体电 流方向）而反转示意图
f
-
n
f+
三、电机的可逆原理（补充）
任何一台电机既可作发电机运行，也可作 电动机运行，这一性质称为电机的可逆原 理。 电机的实际运行方式由外施条件决定：
如果电机转子输入机械能，而电枢绕 组输出电能，电机作为发电机运行； 如 果在电枢绕组中输入电能，转子输出机 械能，则电机作为电动机运行。
Z2 ___ 56 / 4—2 2号铁心长度
磁极数为4 机座中心高56mm 设计代号，表示第二次设计 Ｚ表示直流电动机
《电机及拖动基础》直流电机
产品代号的含义如下： Z系列：一般用途直流电动机，如Z2、Z3、 Z4等系列； ZJ系列：精密机床用直流电动机； ZT系列：广调速直流电动机； ZQ系列：牵引直流电动机； ZC系列：船用直流电动机； ZA系列：防暴安全型直流电动机； ZKJ系列：挖掘机用直流电动机； ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机。
例1-2 电动机拖动的生产设备常需要作正转或反转运动， 如电力机车的前行和倒退，就要求牵引电动机能正、反 转。分析前图中的直流电动机如何能反转(顺时针旋转)?
解：图中的电动机模型要顺时针旋 转需获得一个顺时针方向的电磁转 矩，由左手定则可知：电磁力的方 向取决于磁场极性或导体中电流的 方向，所以直流电动机获得反转的 方法有两个：一是改变磁场极性， 二是改变电源电压极性使流过导体 的电流方向改变。
机座和端盖：起支撑和固定作用。
转子
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
直流电机的励磁方式
第二节 直流电机的基本结构
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
一、定子
1.主磁极 产生磁场，N、S 相隔，用p表示极对数
由磁极铁心和励磁绕组构成,磁极铁心由极身和极靴组成.
3.机座（磁轭）
作用：导磁和机械支撑 材料：厚钢板弯成圆筒 焊接而成，或铸钢。
2.换向极
用整块钢制成，也可用厚 1~1.5mm厚钢板或硅钢 片叠成
4.电刷
作用：将旋转的电枢与固 定不动的外电路相连，把 直流电压和直流电流引入 或引出
作用:改善直流电机的换 向，一般电机容量超过 1kW时均应安装换向极。 安装在相邻两主磁极之 间，用螺钉固定在机座 上。
《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