电机学第三章直流电机

电机学Electric Machinery

电气工程教研室

1

基本要求：

1.掌握直流电机的基本工作原理

2.了解直流电机的基本结构

3.掌握直流电机的额定值

4

5

一、直流电机及其用途

1.直流电机的功能

•直流电动机：直流电能⇨机械能•直流发电机：机械能⇨直流电能

2.直流电机的用途1）直流电动机

直流电动机具有良好的起动性能和调速性能。主要应用于对起动和调速性

能要求较高的生产机械中。

Z4系列直流电动机

二、直流电机的基本工作原理

通电导体和线圈在磁场下的受力分析

结论：

要产生有效的电磁转矩，必须确保N极下的导体中电流方向总是流入，S极下的导体中电流方向总是流出。

7

1.直流电动势的产生（直流发电机）

通过换向器和电刷将交流变成直流

8

12

直流发电机电枢绕组感应的电动势是极性交替

变化的交流电动势，只是由于换向器和电刷的

配合作用，在电刷两端输出的电动势是极性恒

定的直流电动势。

13

14

2.平均电磁转矩的产生（直流电动机）

导体中的电动势和电流为交流

加于直流电动机的直流电压，借助于换向器和电刷的配合作用，将外电路的直流电流变为线圈内的交变电流，这样每极下导体中所流过的电流方向是不变的，从而使电磁转矩的方向始终保持不变，电机能够沿确定的方向连续地旋转。

结论：

（1）直流电机电枢绕组内部的感应电势和电流为交流，而电刷外部的电压和电流为直流；

（2）对直流电动机而言，电刷和换向器起到了由外部电源直流到内部绕组交流的转换作用，即相当于一个机械式逆

变器；

（3）对直流发电机而言，电刷和换向器起到了由内部绕组交流到外部电源直流的转换作用，即相当于一个机械式整

流器。

17

18

3.直流电机的可逆原理

同一台直流电机在不同的外界条件下，既可以作为发电机运

行，也可以作为电动机运行，这称为直流电机的可逆原理。

永磁直流电动机

直流励磁机

直流电机横剖面示意图

20

小型直流电机的3D剖面图

21

22

作为磁路的一部分；

极只能成对出现

极的个

S

N

极数：主磁极的个数，等

S N

24

252）主磁极

作用：建立主磁场。

构成：主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。

主磁极钢板冲片（1-1.5mm 厚）

主磁极由钢板冲片

叠压而成

励磁绕组套在主磁极极身上

3）换向极

作用：改善换向。

构成：换向极铁心和套装在铁心上的换向极绕组。

换向极绕组与电枢绕组串联。

26

4）端盖

端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定、转子连为一体。同时还对电机内部起防护作用。

作用：电枢电路的引出（或

引入）装置。

构成：电刷、刷握、刷架、

汇流条、座圈等。

1—刷握；2—电刷；

3—压紧弹簧；4—铜丝辫

27

电刷

转轴电枢铁心

电枢绕组

换向器

轴承

30

1）电枢铁心

•作用： 电机主磁路的一部分；

嵌放电枢绕组。

•构成：一般用0.5mm 厚的硅钢片

叠装而成。

电枢铁心

轴向通风孔

(a)矩形槽(b)梨形槽

电枢铁心冲片

上元件边

前端接

下元件边

电枢绕组在槽中

32

3）换向器

•作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。

•构成：由许多燕尾式的换向片排列成一个圆筒，片间用V 形云母片绝缘，两端再用两个V

形环夹紧而构成。

换向器

33

3.直流电机的额定值

1）额定功率P N(kW)

额定运行状态下电机的输出功率。

直流电动机：轴上输出的机械功率。

直流发电机：电刷间输出的电功率。

2）额定电压U N(V)

额定运行状态下电枢出线端的平均电压。

3）额定电流I N(A)

额定运行状态下电枢出线端的电流。

34

354）额定转速n N ( r/min)额定运行状态下时转子的转速。

5）额定励磁电流I fN (A)

额定运行状态时电机的励磁电流值。N N N P U I =N N N N

P U I η=•直流电动机：•直流发电机：