电机学课件+第3章+2016-2017第1学期+直流电机.
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电机学(刘颖慧)课件第3章直流电动机的电力拖动基础[48页]
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电机学 Electric machinery
3.1 电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性
❖ 1.运动方程式
+
U
-
J
d
dt
Tem
TL
❖ 转动惯量：
J GD2 mD2 4g 4
M
Tem n
TL
图3.1.1 电动机与工作机构
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
❖ 2.负载的转矩特性 ❖ a.恒转矩负载
n n
o
TL
o
TL
3.1.2 反抗性恒转矩负载特性
图3. 1. 3 位能性恒转矩负载特性
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
0
T
图3. 2. 4
电动机不同电压机械特性
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
❖ 减弱励磁磁通时的人为特性：
❖ 当 U UN R Ra 只减弱励磁磁通
n
UN Ce
Ra Ce
Ia
n
n02 2 n01 1 2 1 N
第3章 直流电动机的电力拖动基础
电机学 Electric machinery
❖ 电力拖动的定义：用各种电动机作为原动机拖动生产机械， 产生运动，电力拖动也称为电力传动。直流电力拖动是由直 流电动机来实现的。
电源
控制设备
电动机
工作机构
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学学习课件教学课件PPT直流电动机
Electrical Machinery
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
一、基本方程式
（1）电流方程 （2）电势平衡式
I I f Ia
U
I
Te,n
If Ia
Ea Ra
Rf
电枢回路： U Ea Ia (Ra R )
励磁回路：
U I f Rf
U > Ea
重要的转速公式
n U Ia (Ra R ) Ce
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
人为特性的几点补充
（1）考虑电枢反应时，会使机械特性上翘。影响稳定 性。通过补偿绕组改善。
（2）机械特性的确定。特殊点（n0，0），（nN，TN)
（3）通过电机的数据铭牌估算机械特性
n0
UN Ce N
,
Ce N
EaN nN
UN
I N Ra nN
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Te CT
Ra
n
U Ce
Ra CeCT 2
Te
n
可得
Ra CeCT 2
机械特性是稍下降的直线， 计及饱和， 成为水平或上翘。
Te
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
硬特性:从并励电动机转速随所需电磁转矩的增加而 稍有变化。
Electrical Machinery
电枢回路串电阻的人为机械特性
电枢串电阻人为特性的特点： （1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；
电机教程直流电机PPT课件
ia
N
Da
1 2
A
电枢表面任一点x处的电枢磁势Fax为
Fax=Ax
Fax为三角波。
而电枢表面任一点x处的电枢磁密Bax为
Bax
0Hax
Fax
0
. x
电枢磁密沿电枢圆周分布规律为一马鞍形磁密波。
.
第29页/共36页
. 小结：电枢磁场的特点：
①. 电枢磁势Fa与主极磁势Ff0互相垂直； ②. 电枢表面各点的电枢磁势Fa不等；
1
2
3
4
上层边
1 2 3 4
15
15
16
16
1
1
第16页/共36页
下层边
5′ 6′ 7′ 8′
3′ 4′ 5′
线圈：
一个线圈旋转一周产生的电动势一定是正弦波。
在某一瞬间，每个线圈均有电动势，只不过有的大， 有的小，有的等于零；有的为正，有的为负。
而∑e = e1+e2+e3+e4+e5+e6+e7+e8+e9+e10+……+e15+e16
end
§4
一、直流电机的空载磁场
直流电机的磁场
当只有励磁绕组中有电流，而其他绕组中均无电流时的磁场 称为空载磁场。
1. 电机的磁化曲线 电机的磁路
①主磁极 ②空气隙 ③电枢齿 ④电枢磁轭 ⑤定子磁轭
由安培环路定律，得
∑(Hxlx)=2If0Nf=2Ff0
=2Hδδ+2Htlt+2Hala+2Hmlm+2Hjlj
2a = 2
⑵. 电刷数目：
一般地，2b = 2p （即全额电刷.） 第21页/共36页
电机学PPT课件-直流发电机
电机学ppt课件-直 流发电机
contents
目录
• 直流发电机的概述 • 直流发电机的结构 • 直流发电机的工作特性 • 直流发电机的应用和维护
01
CATALOGUE
直流发电机的概述
直流发电机的定义
总结词
直流发电机是一种将机械能转换 为直流电能的装置。
详细描述
直流发电机是一种将机械能转换 为直流电能的旋转电机，其输出 电流方向保持不变。
03
在电信、数据中心、医院等重要设施中，直流发电机作为备用电源， 确保设备在停电时仍能正常运行。
04
在野外或偏远地区，直流发电机可作为便携式电源，为电子设备和照 明提供电力。
直流发电机的维护
01
定期检查发电机的运行 状态，确保无异常声音 和振动。
02
清洁发电机表面，保持 整洁，防止灰尘和杂物 影响散热。
03
检查润滑系统，确保轴 承和齿轮得到充分润滑 。
04
定期更换磨损的零件， 如碳刷、轴承等，以延 长发电机使用寿命。
常见故障及排除方法
01
02
03
04
电压不稳定
检查发电机转速和励磁电流是 否正常，调整或更换励磁绕组
。
发电机过热
检查冷却系统是否正常工作， 清除通风障碍物，增加通风量
。
碳刷磨损严重
更换碳刷，调整碳刷压力至合 适值。
。
当励磁电流If恒定时，输出电压 Ua随转速n的增加而增加。
外特性
外特性是指直流发电机的输出 电压Ua与输出电流Ia的关系。
当发电机转速n和励磁电流If恒 定时，输出电压Ua随输出电流 Ia的增加而减小。
外特性是直流发电机的输出特 性，反映了发电机的带负载能 力。
contents
目录
• 直流发电机的概述 • 直流发电机的结构 • 直流发电机的工作特性 • 直流发电机的应用和维护
01
CATALOGUE
直流发电机的概述
直流发电机的定义
总结词
直流发电机是一种将机械能转换 为直流电能的装置。
详细描述
直流发电机是一种将机械能转换 为直流电能的旋转电机，其输出 电流方向保持不变。
03
在电信、数据中心、医院等重要设施中，直流发电机作为备用电源， 确保设备在停电时仍能正常运行。
04
在野外或偏远地区，直流发电机可作为便携式电源，为电子设备和照 明提供电力。
直流发电机的维护
01
定期检查发电机的运行 状态，确保无异常声音 和振动。
02
清洁发电机表面，保持 整洁，防止灰尘和杂物 影响散热。
03
检查润滑系统，确保轴 承和齿轮得到充分润滑 。
04
定期更换磨损的零件， 如碳刷、轴承等，以延 长发电机使用寿命。
常见故障及排除方法
01
02
03
04
电压不稳定
检查发电机转速和励磁电流是 否正常，调整或更换励磁绕组
。
发电机过热
检查冷却系统是否正常工作， 清除通风障碍物，增加通风量
。
碳刷磨损严重
更换碳刷，调整碳刷压力至合 适值。
。
当励磁电流If恒定时，输出电压 Ua随转速n的增加而增加。
外特性
外特性是指直流发电机的输出 电压Ua与输出电流Ia的关系。
当发电机转速n和励磁电流If恒 定时，输出电压Ua随输出电流 Ia的增加而减小。
外特性是直流发电机的输出特 性，反映了发电机的带负载能 力。
直流电机ppt
二、直流电二机、的直电流枢电反机应的电枢反应
直流电机的电枢反应
直轴
直轴与交轴：主极的轴线称为直轴，与直轴正交
的轴线叫交轴
电枢反应定义：电机带上负载时，电枢绕组中
交轴
有电流流过，载流的电枢绕组将产生磁动势，电枢磁 动势对主磁场的影响叫电枢反应。
图2-1 直流电机交直轴示意图
电枢反应分类：交轴电枢反应和直轴电枢反应
Te
Rj ：调节电阻
R为j 0时，由于 Ra远小于 ， CeCT2 故不计磁饱和时直流电动机的机 械特性为一稍微下降的直线。如 果计及磁饱和时，交轴电枢反应 呈现去磁作用，曲线下降程度减 小。
图4-2 直流电动机机械特性
五、直流电动机的启动、调速和制动
直流电动机的启动
启动时,n= 0 Ea=0，若加入额定电压，则
工作特性
转矩特性：Te f (P2 )
Te
T0
T2
T0
P2
：转子机械角速度
转矩特性基本呈线性关系；实
际上，P2 增大时，转速略有下 降，故曲线将略微向上弯曲。
效率特性： f (P2 )
P2
P2 P
当不变损耗等于可变损耗 时，电机效率最大。
机械特性
n
u Ce
Ra CeCT
Rj 2
主要内容
2023最新整理收集 do something
一、直流电机的工作原理和基本结构 二、直流电机的电枢反应 三、直流电机基本方程 四、直流电动机的运行特性 五、直流电动机的启动、调速和制动
一、直流电机的工作原理和基本结构
工作原理
电刷
+
N I
U I
–
换向片
S
以电动机为例
电机学第3章第1学期直流电机PPT课件
结构较复杂
直流电机
成本较高 可靠性稍差
使它的应用受到 限制
5
3.1 直流电机的工作原理及结构
1. 直流电动机的工作原理
电刷
＋ U －
N
S 换向片
N
＋
U
－
S
线圈边切割磁感线会产生什么？
6
直流电机模型
磁极
产生旋转
支柱
半环形 金属环
7
直流电机模型
转轴
换向片
电刷
8
直流电机模型
转向 电流方向 换向片
线圈 磁极
③ 换向器 ④ 转轴与风扇
(a) 转子主体 直流电机的转子
19
(b) 电枢铁心冲片
20
21
电枢铁心
作用：1、主磁路的一部分； 2、电枢绕组的支撑部件。
构成：一般用厚0.5㎜且冲有齿、槽的DR530 或DR510的硅钢片叠压夹紧而成。
电枢绕组
作用：直流电机的电路部分。
构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下 层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用
电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征的。
（1）第一节距y1
一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的虚槽数，称 为第一节距，用y1表示。
常采用短距绕组，可节省用铜。
y1
y1
Zi 2p
=整数
y1
整距绕组 短距绕组 长距绕组
+ Ia
If +
+ I Ia If
他 Ua
M
Uf
U
M
并
励－
－
－
励
+I
串U
励－
Ia
M
电机学精品课件第3章
作用：一是导磁，二是作机械支撑。 电刷装置 电刷装置是将直流电流引入或引出的装置，如图3.7所示。 电刷组的数目可以用电刷杆数表示，电刷杆数与电机的主 磁极数相等。
图3.7 电刷装置
直流电机的结构
电枢铁心 电枢铁心有两方面作用：一是作为主磁路的 一部分，二是用于嵌放电枢绕组。 电枢绕组 电枢绕组由许多线圈按一定规律排列和连接 而成，是产生感应电动势和电磁转矩以实现机电能量转 换的关键部件。线圈用绝缘圆形线或扁铜线绕制而成， 也称为元件。电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元 件有两个出线端。所有元件按一定规律连接，就构成电 枢绕组。
第二步，放置主磁极。让每个磁极的宽度大约等于0.7 ，4
个磁极均匀放置在电枢槽之上，并标上N、S极性。假定N 极的磁力线进入纸面，S极的磁力线从纸面穿出。
绕组展开图
第三步，将1号元件的上层边放在1号槽（实线）并与1
号换向片相联，其下层边放在第5号槽（ 1 y1 5 ）的下
层（虚线）；因 y yc 1 ，所以1号元件的末端应连接
图3.5 直流电机的主磁极 1—主极铁心 2—励磁绕组
直流电机的结构
换向极 功率在1kW以上的直流电机，通常要在相邻两主磁极之 间装设换向极，又称附加极或间极，其作用是改善换向。 换向极也由铁心和绕组构成，如图3.6所示。铁心一般 用整块钢或薄钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串 联。
图3.6 直流电机的换向极
导体受力的方向用左手定则确定。在图3.3所示瞬间，导体 ab的受力方向是从右向左，导体cd的受力方向是从左向右， 都产生逆时针方向的转矩，使电枢沿逆时针方向转动。当电 枢转过180o后，导体cd在N极下，导体ab在S极下，直流电 源供给的电流方向不变，但线圈内电流方向发生了变化，导 体cd受力方向变为从右向左，导体ab受力方向变为从左向右， 产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向，使线圈继续沿逆时 针方向旋转。因此，由于换向器的作用，直流电流交替地由 导体ab和cd流入，使处于N极下的线圈边中电流的方向总是 由电刷A流入，而处于S极下的线圈边中电流的方向总是从电 刷B流出，从而产生方向不变的转矩，使电动机连续旋转， 这就是直流电动机的工作原理。
图3.7 电刷装置
直流电机的结构
电枢铁心 电枢铁心有两方面作用：一是作为主磁路的 一部分，二是用于嵌放电枢绕组。 电枢绕组 电枢绕组由许多线圈按一定规律排列和连接 而成，是产生感应电动势和电磁转矩以实现机电能量转 换的关键部件。线圈用绝缘圆形线或扁铜线绕制而成， 也称为元件。电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元 件有两个出线端。所有元件按一定规律连接，就构成电 枢绕组。
第二步，放置主磁极。让每个磁极的宽度大约等于0.7 ，4
个磁极均匀放置在电枢槽之上，并标上N、S极性。假定N 极的磁力线进入纸面，S极的磁力线从纸面穿出。
绕组展开图
第三步，将1号元件的上层边放在1号槽（实线）并与1
号换向片相联，其下层边放在第5号槽（ 1 y1 5 ）的下
层（虚线）；因 y yc 1 ，所以1号元件的末端应连接
图3.5 直流电机的主磁极 1—主极铁心 2—励磁绕组
直流电机的结构
换向极 功率在1kW以上的直流电机，通常要在相邻两主磁极之 间装设换向极，又称附加极或间极，其作用是改善换向。 换向极也由铁心和绕组构成，如图3.6所示。铁心一般 用整块钢或薄钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串 联。
图3.6 直流电机的换向极
导体受力的方向用左手定则确定。在图3.3所示瞬间，导体 ab的受力方向是从右向左，导体cd的受力方向是从左向右， 都产生逆时针方向的转矩，使电枢沿逆时针方向转动。当电 枢转过180o后，导体cd在N极下，导体ab在S极下，直流电 源供给的电流方向不变，但线圈内电流方向发生了变化，导 体cd受力方向变为从右向左，导体ab受力方向变为从左向右， 产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向，使线圈继续沿逆时 针方向旋转。因此，由于换向器的作用，直流电流交替地由 导体ab和cd流入，使处于N极下的线圈边中电流的方向总是 由电刷A流入，而处于S极下的线圈边中电流的方向总是从电 刷B流出，从而产生方向不变的转矩，使电动机连续旋转， 这就是直流电动机的工作原理。
电机学第三章直流电机
t 2 电枢绕组的元件和节距 secre 3 单叠绕组举例
3.2 直流电枢绕组
电枢绕组是直流电机的主要电路，是直流电机实现机 电能量转换的重要部件。
直流电机电枢绕组的基本形式有单叠绕组和单波绕组。
t 实际电机中，为使元件端接部分能平整地排列，一般 e 采用双层绕组，也就是在槽中嵌放绕组时，上下层放 r 入不同的电枢绕组。 c 对电枢绕组的要求是 : e 在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下， s 尽可能节省有色金属和绝缘材料；并且要结构简单、
2）直流发电机工作原理
E=Blv
方向：右手定则判定
电刷
+ E -
N S
tN
re+
cE
se -
S
换向片
改进上述结构，将线圈两端连接换向片，如图所示。换向 片与线圈一同旋转，电刷不动，则可得到直流电势。
2）直流发电机工作原理
secret
直流电势产生动画
2）直流发电机工作原理
直流发电机的工作原理是基于电磁感应，电枢绕组相 对磁极运动产生交变感应电动势，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。
右手定则
secret
由图可见所有N极下导体电流都是流向换向片，S下导体电流 流出换向片，2、3、4号元件电流方向从尾端指向头端。6、7、 8则相反，1、5号元件处于磁密为零处，电流为零。
2）单叠绕组展开图画法
第五步 确定元件感应电动势的方向
右手定则
secret
由图可见所有元件通过换向片串联后，感应电势彼此抵消。
+ Ia
If +
+ I Ia If
U
他
励－
+ 串U
3.2 直流电枢绕组
电枢绕组是直流电机的主要电路，是直流电机实现机 电能量转换的重要部件。
直流电机电枢绕组的基本形式有单叠绕组和单波绕组。
t 实际电机中，为使元件端接部分能平整地排列，一般 e 采用双层绕组，也就是在槽中嵌放绕组时，上下层放 r 入不同的电枢绕组。 c 对电枢绕组的要求是 : e 在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下， s 尽可能节省有色金属和绝缘材料；并且要结构简单、
2）直流发电机工作原理
E=Blv
方向：右手定则判定
电刷
+ E -
N S
tN
re+
cE
se -
S
换向片
改进上述结构，将线圈两端连接换向片，如图所示。换向 片与线圈一同旋转，电刷不动，则可得到直流电势。
2）直流发电机工作原理
secret
直流电势产生动画
2）直流发电机工作原理
直流发电机的工作原理是基于电磁感应，电枢绕组相 对磁极运动产生交变感应电动势，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。
右手定则
secret
由图可见所有N极下导体电流都是流向换向片，S下导体电流 流出换向片，2、3、4号元件电流方向从尾端指向头端。6、7、 8则相反，1、5号元件处于磁密为零处，电流为零。
2）单叠绕组展开图画法
第五步 确定元件感应电动势的方向
右手定则
secret
由图可见所有元件通过换向片串联后，感应电势彼此抵消。
+ Ia
If +
+ I Ia If
U
他
励－
+ 串U
电机学直流电机
⒊ 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。 ⒋ 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。
此外，还有一些物理量的额定值，如额定效率ηN、额定转矩TN、额定温升 等，不一定标在电机铭牌上 。
N
本次您浏览到是第八页，共十一页。
3.4 直流电机的励磁方式
的上层边间的距2 离。
y 合成节距 ：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。
换向器节距
：y同c 一元单单件叠波首绕绕末组组端连接的换向片之yy间的yy距11离。yy22
本次您浏览到是第十一页，共十一页。
磁极
电枢铁心
气隙
电枢绕组
换向器（换向片） 电枢 电刷
在图示时刻，线圈abcd的感应电势方向由d到a。此时a端经换向片与电刷A接触，d端经换向 片与电刷B接触，所以电刷A为正极性而电刷B为负极性。
本次您浏览到是第三页，共十一页。
3.1 直流电机的工作原理
当原动机驱动电机转子逆时针旋转
后，如右图。
180
0
导体ab在S极下，导体cd在N极下，线圈 abcd的感应电势方向由a 到d 。此时a端经换向片 与电刷B接触，d端经换向片与电刷 A接触，所 以电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。
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两端可获得直流电势。
波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。
直流电枢绕组的元件数S、换向片数K和虚槽数Qu三者相等。
本次您浏览到是第十页，共十一页。Βιβλιοθήκη 3.5 直流电机的电枢绕组
指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 “A” 为单位。 ⒋ 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。
此外，还有一些物理量的额定值，如额定效率ηN、额定转矩TN、额定温升 等，不一定标在电机铭牌上 。
N
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3.4 直流电机的励磁方式
的上层边间的距2 离。
y 合成节距 ：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。
换向器节距
：y同c 一元单单件叠波首绕绕末组组端连接的换向片之yy间的yy距11离。yy22
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磁极
电枢铁心
气隙
电枢绕组
换向器（换向片） 电枢 电刷
在图示时刻，线圈abcd的感应电势方向由d到a。此时a端经换向片与电刷A接触，d端经换向 片与电刷B接触，所以电刷A为正极性而电刷B为负极性。
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3.1 直流电机的工作原理
当原动机驱动电机转子逆时针旋转
后，如右图。
180
0
导体ab在S极下，导体cd在N极下，线圈 abcd的感应电势方向由a 到d 。此时a端经换向片 与电刷B接触，d端经换向片与电刷 A接触，所 以电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。
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两端可获得直流电势。
波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。
直流电枢绕组的元件数S、换向片数K和虚槽数Qu三者相等。
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机电传动第三章直流电机PPT课件
流）。
注意：各部件的作用。
.
21
结构 细说
转轴
风叶 磁极 电刷 换向器
换向片
电枢转子
换向器
压紧环.
电枢绕组
绕组端部
22
• 静止部分（称为定子）
– 产生磁场和构成磁路 ,电机机械支撑
• 旋转部分（称为转子）
– 感应电势和产生电磁转矩，实现能量的转换
• 定子和转子之间间隙 （称为空气隙）
– 气隙既保证了电机的安全运行，又是磁路的重 要组成部分
运行，以防转速过高。 (2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属
软机械特性。
n
T
.
45
2、人为机械特性
• 人为机械特性是指人为改变（3·13）中的 相关参数得到的机械特性。人为改变电机 的机械特性是为了满足启动、停止、调速 等使用要求。
• 在（3·13）中可改变的有电压U、励磁φ和 电阻R。
产生电磁转矩，称为主磁通 0，
.
28
2、漏磁通：仅交链励磁绕组本身，不进入 电枢铁心，不和电枢绕组相交链，不能 在电枢绕组中感应电动势及产生电磁转
矩，称为漏磁通 σ .
.
29
.
30
空载时每极主磁通为：
.
31
3、电枢反应：电枢磁动势对主极气隙磁场的影响称为 电枢反应。 而电枢反应的性质又根据其反应方向的不同，分为交轴 电枢反应和直轴电枢反应，
（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
.
9
§3.2 工作 原理
一、 工作原理
电刷
+
U
N I
I
–
《直流电机》PPT课件 (2)
直流电机的元件嵌放在电枢铁心的槽中，为了便 于嵌线，每个元件的一个元件边放在某一槽的上 层(称为上元件边)，另一个元件边则放在另外一 槽的下层(称为下元件边).
元件数S=换向片数K =电枢槽数Z
绕组的连接方式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、 复波绕组、蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）
极距 ： 一对磁极在电枢表面所跨过的距离。
励磁绕组：各个主极上的励磁线圈组成励磁绕组， 各主极的励磁线圈常用串联方式联接，这样可以保 证各主极线圈的电流一致。主磁极在电机中总是成 对出现，其极性沿圆周是 N, S交替排列，因此串 联时，相邻两主磁极线圈中电流环绕的方向是相反 的。
2.换向 极 容量大于1kw 的直流电机，在 相邻两主磁极之间装设换向极， 它的作用是改善换向。换向极 形状比较简单，因此常用厚钢 板制成。有些电机的换向极也 要求用钢片绝缘后叠装而成。 换向极上装有换向极绕组，一 般由粗的扁铜线绕成，只有几 匝，换向极绕组总是与电枢绕 组串联的。
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。
1.2.2 直流电动机工作原 理
产生力矩的两个必要条件
f Bi l sin( )N
①有磁场存在
励磁绕组通电流
②导体中有电流
电枢绕组加电压
作用在线圈上的电磁转矩为
T f D N.m
2
电磁转矩就是直流电动机 的驱动转矩。
直流电动机工作原理
N
＋
U
－
S
N
＋
U
－
S
线圈边切割磁力线会产生什么？
电磁关系
直流电
交流电
流
换向 流
电机学PPT课件-直流电动机
3
机电一体化设计
结合机械、电子、信息等多学科知识，进行直流 电动机的优化设计，实现高效、紧凑、可靠的设 计目标。
THANKS
感谢观看
电动车与新能源汽车
随着电动车和新能源汽车的普及，直流电动机作为动力源将得到 更广泛的应用。
智能家居与家电
直流电动机在智能家居和家电领域的应用将不断拓展，如智能吸 尘器、电动窗帘等。
直流电动机的创新研究
1 2
新材料与新工艺
研究新型材料和制造工艺，提高直流电动机的性 能和可靠性。
控制策略优化
研究先进的控制算法和策略，提高直流电动机的 响应速度和稳定性。
电机学ppt课件-直 流电动机
目录
• 直流电动机简介 • 直流电动机的特性 • 直流电动机的控制 • 直流电动机的常见故障与维护 • 直流电动机的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
直流电动机简介
直流电动机的基本结构
定子
固定部分，包括主磁极和换向器。
转子
旋转部分，由导电的电枢绕组和铁芯组成。
换向器
大。
转矩与磁通关系
02
在一定范围内，转矩与磁通成正比。但当磁通增加到一定程度
时，转矩增加趋缓。
转矩与转速关系
03
在一定转速范围内，转矩与转速成反比。转速越高，转矩越小
。
直流电动机的机械特性
机械特性方程
直流电动机的机械特性方 程表示了电动机的转速、 转矩和电源电压之间的关 系。
固有机械特性
固有机械特性是指在一定 励磁电流和电枢电压下的 机械特性。
当电机发生缺相故障时，自动切断电源，防 止电机因缺相而损坏。
04
CATALOGUE
电机学PPT课件-直流电动机、直流发电机
n f (I a )
n
当电动机端电压 U U N =常值，励磁电流
的函数关系 n f ( I a ) 称速率特性。
n
n0 与负载（通常用负载时电枢电流I a来表征）
I f 为常值时，
n' 0
nN
U I a Ra n C e
Ia
Tem Ia 0 CT
Tem Tc 0时
态的过程。 起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为
Tst CT I st
I st
Ea 0 ，而且电枢电阻 起动时由于转速 n 0 ， 将达很大值。
UN Ra
Ra
很小，所以起动电流
过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电； 同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。 一般直流电动机不允许直接起动。 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电 枢电压起动。
并励电动机运行时，励磁绕组不能断路。
若在重负载下发生励磁绕组断开，将导致 Tem CT I a 减小，电动机停转，反电势为零，电枢电流非常大， 电机过热以致烧毁； 若在轻负载下发生励磁绕组断开， 0 将导致电动机“飞速”，可能损坏电机。
n
U I a Ra C e
2、转矩特性他励并励
n C1
U Tem
C2 ( Ra R j )
、
3、串励电动机的机械特性
当电机磁路线性时， C I a
n C1
U Tem
C2 ( Ra R j )
这是一条双曲线。可见，当负载转矩增大时，转速下降很快。 故串励电动机的机械特性很软 当电机磁路饱和时，
C I a Ra R j Tem U n Ce Ce CT
直流电机基本知识--ppt课件
3
直流电机的优缺点
优点：
直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。
缺点：
由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。
4
主要内容
1 直流电机的工作原理、主要结构、 额定值 2直流电机的电枢绕组 3直流电机的电枢反应 4电枢绕组感应电动势和电磁转矩 5直流电机换向
11
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
左 手 定 则
12
n逆时针转向
n逆时针转向
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
电动机运行关键：要使电枢受到一个方向不变的电磁转 矩，即当线圈边在不同极性的磁极下时受到的电磁转矩 方向不变。
若电机实槽数为Q，虚槽数为Qu，
41
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
3. 元件数、换向片数与虚槽数 每一元件有两个圈边， 每一换向片上接有两个圈边， 每一虚槽内放置有两个圈边， 元件数S等于换向片数K，也等于虚槽数
42
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
4. 元件、极距与节距 (1) 元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多 匝两种。元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换 向片相 连，其中一根称为首端，另一根称为末端。 (2) 极距：是指相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距 离，用τ表示，
39
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
现代直流电机为双层绕组，元件一个边放在某一 槽的上层，称为上层边，另一个边则放在另一槽的下 层，称为下层边。
直流电机的优缺点
优点：
直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。
缺点：
由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。
4
主要内容
1 直流电机的工作原理、主要结构、 额定值 2直流电机的电枢绕组 3直流电机的电枢反应 4电枢绕组感应电动势和电磁转矩 5直流电机换向
11
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
左 手 定 则
12
n逆时针转向
n逆时针转向
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
电动机运行关键：要使电枢受到一个方向不变的电磁转 矩，即当线圈边在不同极性的磁极下时受到的电磁转矩 方向不变。
若电机实槽数为Q，虚槽数为Qu，
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15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
3. 元件数、换向片数与虚槽数 每一元件有两个圈边， 每一换向片上接有两个圈边， 每一虚槽内放置有两个圈边， 元件数S等于换向片数K，也等于虚槽数
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15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
4. 元件、极距与节距 (1) 元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多 匝两种。元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换 向片相 连，其中一根称为首端，另一根称为末端。 (2) 极距：是指相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距 离，用τ表示，
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15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
现代直流电机为双层绕组，元件一个边放在某一 槽的上层，称为上层边，另一个边则放在另一槽的下 层，称为下层边。
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换向器
作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。 构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒，片 间用V形云母绝缘，两端再用两个环形夹紧而构成。
电刷装置 作用：电枢电路的引出（或引入）装置。
构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。
电刷装置
4. 励磁方式
(1) 直流电动机按励磁方式分类
+
他 励
Ia
M
If + Uf
结构较复杂 直流电机 成本较高 可靠性稍差 使它的应用受到 限制
3.1 直流电机的工作原理及结构
1. 直流电动机的工作原理
电刷 ＋ U －
N ＋ U －
N
S
换向片
S
线圈边切割磁感线会产生什么？
直流电机模型
产生旋转 磁极
半环形 金属环 支柱
直流电机模型
转轴
电刷
换向片
直流电机模型
转向 电流方向 换向片
(4) 额定转速 nN (5) 额定励磁电压 UfN
(6) 额定励磁电流 IfN
※ 额定状态 ：
指 U、I、P、n 均为额定值的状态。
※ 满载状态 ：
指 I = IN 的状态。
3.2 直流电机的电枢绕组
电枢绕组是电机能量转换的枢纽。 构成原则：产生足够的感生电势；允许一定的电流； 结构简单，运行可靠。 1、直流电枢绕组的构成 组成绕组的基本单元称为元件。 元件有单匝的，也有多匝的。一 个元件由两个元件边和端接线组 成。元件边置于槽内称为有效边， 端接线置于铁心外，不切割磁场， 前端接 仅起到连接作用。
2、电机的结构框架。
构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。 *磁轭：机座中作为磁通通路的部分
主磁极 作用：建立主磁场。
构成：1-1.5mm厚的钢板叠压成主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。 *主极下部的扩大部分称为极靴
换向极 作用：改善换向。 构成：由铁心和绕组组成。
(2) 转子（电枢）
① 电枢铁心 ② 电枢绕组
线圈 磁极
电磁关系
直流 电流
换向
交流 电流
Φ
电磁转矩 (拖动转矩)
旋转
机械 负载
做功
克服
反电 动势
2. 直流发电机的工作原理
N － E ＋ － E ＋ 原动机 做功
N
S
S
电磁 关系
Φ
感应电动 输出 换向 势、电流 直流电
电磁转矩 （阻转矩）
电动势脉动的减小
*实际的电枢绕组在电机转子表面相隔一定 角度的多个线圈串联组成，可以减小脉动
+
I
Ia
M
If
并 励
Ua
U
－
+
－
I
Ia
M
－
+
I
Ia
M
If
复
励
串 励
U
U
－
－
(2) 直流发电机按励磁方式分类
+
他 励
If
G
Ia
+
Ua
If
Ia
G
I
+
U
并 励
Uf
－
If I +
－
自 励
－
If
Ia
G
Ia
串 励 G
I
+
U
U
复
励
－
－
5. 额定值
(1) 额定电压 UN 发电机的 UN ：指输出电压的额定值。 电动机的 UN ：指输入电压的额定值。 (2) 额定电流 IN 发电机的 IN ：指输出电流的额定值。 电动机的 IN ：指输入电流的额定值。 (3) 额定功率 PN 发电机的 PN ：指输出电功率的额定值(UN IN ) 。 电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值 (UN INηN ) 。
一个线圈内有两个元件（u=2）的绕组
由于一个换向片与不同元件的两个出线端相连接，所以 换向片数K=S,则K=S=Zi
2、直流电枢绕组的节距
电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征的。
（1）第一节距y1 一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的虚槽数，称 为第一节距，用y1表示。 常采用短距绕组，可节省用铜。
第 3 章 直流电机
重点内容： （1）直流电机的工作原理 （2）直流电机的基本概念 （3）电枢感应电势和电磁转矩 （4）基本方程 难点： （1）电枢绕组及电路图 （2）电枢反应
直流电机概述
一.直流电机的用途
.作电源用-->直流发电机 作电源用-直流发电机 .作动力用-->直流电动机 将机械能转化为直流电能； .信号的传递 ==>作为测量元件-->直流测速发电机 ==>作为执行元件-->直流伺服电动机
上元件边 后端接
下元件边
元件的一条有效边放在槽的上部，另一条有效边放在另一槽 底部，每一槽内有上层和下层两个元件边构成双层绕组。元件 首尾按一定规律接到不同的换向器片上，最后使整个绕组通过 换向片连接成一个闭合回路。 单匝元件 两匝元件
叠绕组元件
电枢绕组元件
波绕组元件
若电枢每槽上、下层只有一个元件边，则整个绕组元 件数S应等于槽数Z，即S=Z。 在大型电机中每槽上、下层包含u个元件，此时S=uZ. u 为槽内一层嵌放的元件边数。通常把一个上层边和一 个下层边在槽内所占的空间作为一个虚槽，故虚槽数为： Zi=S=uZ
3. 直流电机的基本结构 直流电机的结构
励磁绕组 机座 端盖 轴承 换向器 主磁极 接线盒 电刷
转子轴
转子电枢
电机装配图
直流电机模型
直流电机的定子
直流电机的主要部件 (1) 定子 ①主磁极
②换向磁极
③机座 ④端盖等
(a) 主磁极 直流电机的定子 (b) 机座
机座 作用：1、主磁路的一部分；
作动力用-直流电动机 将直流电能转化为机械能；
直流电机概述
信号传递-直流测速发电机 将机械信号转换为电信号
信号传递-直流伺服电 动机将控制信号转换 为机械信号。
做励磁机用一般小于10 万kW即100MW的单机同 步发电机要用直流发电机 作为励磁机。
直流电机概述
二.直流电机的优缺点
1.直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 2. 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。 3.由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。(缺点)
整距绕组 y1 短距绕组 长距绕组
y1 y2
Zi y1 =整数 2p
Zi 2p
Da
2p
Da
2p
Zi 2p
N
1 2 3 4
S 5
N
S
（2）第二节距y2 相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上 层边在电枢表面所跨过的虚槽数，称为第二节距，用y2表示， 也用虚槽数计算。
③ 换向器 ④ 转轴与风扇
(a) 转子主体 直流电机的转子
(b) 电枢铁心冲片
电枢铁心 作用：1、主磁路的一部分； 2、电枢绕组的支撑部件。
构成：一般用厚0.5㎜且冲有齿、槽的DR530
或DR510的硅钢片叠压夹紧而成。
电枢绕组
作用：直流电机的电路部分。 构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下 层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用 槽楔压紧。