直流电动机的原理及特性

2.1.3 额定数据（铭牌数据）
直流电机的额定值有：
• 1、额定功率PN(kW) • 2、额定电压UN(V) • 3、额定电流IN(A)
• 4、额定转速nN(r/min)
• 5、额定励磁电压UfN(V)
• 其他还有绝缘等级、防护等级、冷却方式、温升、 重量
2.1.4 工作原理
• 直流电机既可以作为发电机运行，也可以作为电 动机运行。
• 直流电机的转子=电枢铁心+电枢绕组+换向器+风 扇+转轴和轴承
（1）电枢铁心：是电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢
绕组，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起 的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有 绝缘漆的硅钢片叠压而成。
a)—电枢铁心 冲片
b)—电枢铁心
2.1.1 基本机构——2.转子部分
2.1.4 工作原理——直流电动机的工作原理
2.直流电动机的工作原理
2.1.4 工作原理——直流电动机的工作原理
2.直流电动机的工作原理
• 结论
①虽然外施电压及电流都是直流，但在电枢绕组内部，电枢电
流和电枢电动势都是交流。这是通过换向片及电刷的逆变作
用，将外部直流变成内部的交流。
②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，由电枢电流所产生的磁场仍是一个恒定不变的磁 场。
②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是不变的。因 此，由电枢电流所产生的磁场从空间上看也是一个恒定不 变的磁场。
③电枢线圈中的感应电动势与其电流的方向始终一致。
④当接上负载时，电枢绕组中就有电流，此电流与磁场相互 作用产生电磁力，该电磁力使转轴受到一个力矩，称之为 电磁转矩，其方向是与转子的转向相反的，是制动性质的。
• 如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷 端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电； 如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带 动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械 能。
• 这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原 理，在电机理论中称为可逆原理。
2.1.4 工作原理——直流发电机的工作原理
• 知识点：直流电动机与交流电动机的比较 直流电动机比交流电动机结构复杂、价
格高、维修繁琐；但起动转矩大，起动和 制动性能优良、可平滑调速。
2.1 直流电动机的基本结构和工作原理
2.1.1 基本结构 组成：定子+转子+气隙
Fra Baidu bibliotek
图2.1 小型直流电机的结构图
2.1.1 基本机构——1.定子部分
定子部分=机座+主磁极+换向极+电刷装置
1—换向片 2—连接片
2.1.2 励磁方式
• 励磁方式：直 流电动机励磁 绕组的供电方 式。
直流电机的励磁方式
他励式
自励式
1.串 励 式 2.并 励 式 3.复 励 式
积复励
差复励
2.1.2 励磁方式
（1）他励式 （2）并励式 （3）串励式 （4）复励式（又分为积复励式和差复励式）
具体电路示意图请见教材P19 图2.5 直流电机的励 磁方式
主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕组 在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩.
励磁线圈分并励和串励两种（注意区别）
图2.2 主磁极装配图
1—主磁极铁心 2—励磁绕组
极身
3—机座
极靴：使气隙磁密 空间分布更合理， 同时支撑励磁线圈
2.1.1 基本机构——1.定子部分
（3）换向极:换向极又称附加极或间极,其作用是用 以改善换向。换向极装在相邻两主极之间，它也 是由铁心和绕组构成。
1.直流发电机的工作原理（1）
2.1.4 工作原理——直流发电机的工作原理
1.直流发电机的工作原理（2）
2.1.4 工作原理——直流发电机的工作原理
1.直流发电机的工作原理（2）
2.1.4 工作原理——直流发电机的工作原理
1.直流发电机的工作原理
• 结论：
①在电枢线圈内的感应电动势及电流都是交流的，通过换向 片及电刷的整流作用才变成从外部看的两电刷间的直流电 动势。
（1）机座：一是作为电机磁路系统中的一部分（定子磁 轭），二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支 承的作用。因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强 度与刚度。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。 。
（2）主磁极：主磁极：在大多数直流电机中，主磁极是电 磁铁，为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用 1～1.2mm厚的低碳钢板叠压而成。整个磁极用螺钉固定在 机座上。（装配图）
• 电枢绕组是直流电机的核心部分，在电机的机电 能量转换过程中起着重要的作用。
因此，电枢绕组须满足以下要求： • 在能通过规定的电流和产生足够的电动势前提下，
尽可能节省有色金属和绝缘材料。
换向极与电枢绕组相串 联，流过电枢电流，绕 组匝数少而导线粗。
1—换向极铁心 2—换向极绕组
2.1.1 基本机构——1.定子部分
（4）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与 静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到 整流或逆变器的作用。
1—刷握 2—电刷 3—压紧弹簧 4—铜丝辫
2.1.1 基本机构——2.转子部分
（2）电枢绕组： 电枢绕组是由许 多按一定规律联 接的线圈组成， 它是直流电机的 主要电路部分， 也是通过电流和 感应电动势，从 而实现机电能量 转换的关键性部 件。
1—槽楔 2—线圈绝缘 3—导体 4—层间绝缘 5—槽绝缘 6—槽底绝缘
2.1.1 基本机构——2.转子部分
（3）换向器：由许多换向片组成，换向片之间用云 母绝缘。
第2章 直流电动机的原理及特性
2.1 直流电动机的基本结构和工作原理 2.2 直流电机的电枢绕组 2.3 直流电机空载和负载时的磁场 2.4 感应电动势和电磁转矩 2.5 直流电动机稳态运行时的基本方程式和功率 关系 2.6 直流电动机的机械特性 2.7 电力拖动系统稳定运行条件
第2章 直流电动机的原理及特性
③当电枢旋转时，电枢导体切割磁力线也会感应电动势。其方 向与电枢电流的方向始终相反，故称之为反电势。
④转子是在电磁转矩的作用下才能旋转，所以电磁转矩的方向
是与转子的转向一致，是驱动性质的。此时，电动机从电源
输入电能，通过电磁感应转换成机械能从轴上输出而带动生 产机械转动。
2.2 直流电机的电枢绕组