直流电机的用途、基本原理和结构
有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理
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有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理
有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理哎呀，今天小智就来给大家聊聊有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理，让我们一起揭开它们神秘的面纱吧！我们来看看有刷直流电机。
有刷直流电机的“刷子”就是它的转子上的电刷，它的作用就是给转子提供电流。
有刷直流电机的结构比较简单，主要包括定子、转子和电刷三个部分。
定子上有很多槽，槽里面有绕组，绕组的两端分别接电源的正负极；转子上也有很多槽，槽里面也有绕组，绕组的两端分别接电源的正负极；电刷就是用来给转子提供电流的。
当电源接通后，电流会通过定子的绕组流到转子的绕组，由于磁场的存在，转子就会转动起来。
接下来，我们再来看看无刷直流电机。
无刷直流电机没有电刷，它的转子上有一个永磁体和霍尔传感器。
永磁体的作用是产生磁场，霍尔传感器的作用是检测转子的转速。
无刷直流电机的结构相对于有刷直流电机来说要复杂一些，主要包括定子、转子、永磁体和霍尔传感器四个部分。
定子上也有很多槽，槽里面有绕组，绕组的两端分别接电源的正负极；转子上也有很多槽，槽里面也有绕组，绕组的两端分别接电源的正负极；永磁体就是用来产生磁场的；霍尔传感器就是用来检测转子的转速的。
当电源接通后，电流会通过定子的绕组流到转子的绕组，由于磁场的存在，转子就会转动起来。
霍尔传感器会检测到转子的转速，并将这个信息传递给控制器，控制器再根据这个信息来控制电机的运行。
那么，有刷直流电机和无刷直流电机的工作原理有什么区别呢？其实很简单，主要就是在于是否有电刷。
有刷直流电机需要通过电刷来给转子提供电流，而无刷直流电机则不需要电刷。
因此，无刷直流电机在寿命、噪音等方面都要优于有刷直流电机。
但是，由于无刷直流电机的结构比较复杂，所以价格也要贵一些。
有刷直流电机和无刷直流电机各有优缺点，大家在选择的时候要根据自己的需求来决定哦！好了，今天小智就给大家聊到这里啦，希望大家能够喜欢！下次再见啦！。
直流电机的原理及优缺点
直流电机的原理及优缺点直流电机是一种将直流电能转化为机械能的设备，其基本原理是运用洛伦兹力和法拉第电磁感应定律。
直流电机的基本结构由定子、转子、电刷和电枢组成。
定子是由绕组绕成的电磁铁，用于产生磁场。
转子是由绕组绕成的电刷，与定子的磁场相互作用产生转矩。
电刷则通过与转子电刷相接触并提供电能，将电能转化为机械能。
电刷由碳刷和电刷架组成，能够保持电源与电枢之间的通路，并传递电流。
直流电机的工作原理是利用洛伦兹力。
当电流通过电枢绕组时，电流产生的磁场与定子磁场相互作用，产生转矩。
转子在转动过程中，电刷不断地改变电源和电刷之间的连接，使电流的方向相对于磁场方向发生改变。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量改变时，会产生感应电动势，从而推动电流产生转矩。
这种转矩作用使得转子在磁场的作用下继续转动，将电能转化为机械能。
直流电机具有许多优点。
首先，直流电机具有良好的调速性能。
通过改变电压或者改变电枢绕组的连接方式，可以实现电机的调速。
其次，直流电机起动特性良好，起动电流可控，不会对电网产生冲击。
此外，直流电机转矩平稳，转速范围广，同时能够产生较高的转矩，适用于许多工况。
此外，直流电机的结构相对简单，制造和维修成本较低。
然而，直流电机也存在一些缺点。
首先，直流电机需要电刷与电刷架之间的摩擦接触，容易产生电火花和摩擦磨损，并且需要定期更换电刷。
其次，直流电机的结构相对较复杂，需要配备专门的控制器和启动器，增加了系统的复杂性。
此外，直流电机的电刷与电枢之间存在摩擦和磨损，使得电机效率相对较低。
最后，直流电机容量相对较小，功率有一定的限制。
总的来说，直流电机的工作原理是利用洛伦兹力和法拉第电磁感应定律，具有调速性能好、起动特性良好和转矩平稳等优点。
然而，直流电机的摩擦和磨损问题以及结构复杂、效率低和功率限制等缺点仍然需要改进。
有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理
有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理一、有刷直流电机的结构及工作原理1.1 有刷直流电机的组成部分有刷直流电机主要由以下几个部分组成：定子、转子、电刷、换向器和轴承。
其中，定子和转子是电机的核心部件，电刷和换向器则起到传输电流和实现换向的作用，轴承则保证了电机的正常运转。
1.2 有刷直流电机的工作原理有刷直流电机的工作原理主要是利用电刷在换向器表面产生摩擦力，使电流在定子和转子之间的线圈中产生磁场，从而实现电机的转动。
当电流通过定子线圈时，会产生一个磁场，这个磁场会与转子上的永磁体相互作用，使转子产生旋转力矩。
而电刷则在换向器表面不断滑动，当电流方向改变时，电刷与换向器之间的接触点也会随之改变，从而实现电流方向的切换。
这样，电机就能连续不断地转动下去。
二、无刷直流电机的结构及工作原理2.1 无刷直流电机的组成部分无刷直流电机与有刷直流电机相比，最大的区别在于它采用了无刷设计，即没有传统的电刷。
因此，无刷直流电机的主要组成部分包括：定子、转子、霍尔传感器、电子控制器和轴承等。
其中，定子和转子是电机的核心部件，霍尔传感器用于检测转子的转速，电子控制器则负责控制电机的运行，轴承则保证了电机的正常运转。
2.2 无刷直流电机的工作原理无刷直流电机的工作原理与有刷直流电机类似，也是通过电磁感应原理实现的。
当电流通过定子线圈时，会产生一个磁场，这个磁场会与转子上的永磁体相互作用，使转子产生旋转力矩。
由于无刷直流电机采用了无刷设计，因此不需要传统的电刷来实现换向。
相反，霍尔传感器会实时监测转子的转速，并将这些信息传递给电子控制器。
电子控制器根据这些信息来判断是否需要进行换向操作，从而实现连续不断地转动下去。
三、总结有刷直流电机和无刷直流电机虽然在结构上有所不同，但其工作原理都是基于电磁感应原理。
有刷直流电机通过电刷在换向器表面产生摩擦力来实现换向和连续转动；而无刷直流电机则采用霍尔传感器和电子控制器来实现换向和连续转动。
简述直流电动机的基本结构和工作原理
简述直流电动机的基本结构和工作原理直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的装置，广泛应用于各种工业和家用设备中。
它的基本结构包括定子、转子、电刷和电枢等部分。
定子是直流电动机的静止部分，由定子铁芯和绕组组成。
定子铁芯是由硅钢片堆叠而成，具有较高的磁导率和低的磁滞损耗，以提高磁场的稳定性。
定子绕组则是由若干匝的导线绕制而成，通过通电产生磁场。
转子是直流电动机的旋转部分，也是电动机的主要运动部件。
它由铁芯、电枢和电枢绕组组成。
转子铁芯通常由硅钢片制成，以降低铁芯的磁滞损耗。
电枢则是由许多个绕组组成，通常采用绝缘导线绕制而成。
电枢绕组的导线数量和排列方式根据具体需求而定。
电刷是直流电动机的关键部件之一，它位于转子的两侧，通过与电枢绕组的接触实现电能的传递。
电刷通常由碳材料制成，具有良好的导电性能和耐磨性。
电枢是直流电动机的核心部件，也是将电能转化为机械能的关键。
当电流通过电枢绕组时，会在电枢绕组中产生一个磁场。
根据左手定则，磁场与电枢绕组中的电流方向相互垂直，产生一个力矩，使电枢开始旋转。
通过不断改变电枢绕组中的电流方向，可以实现电机的正反转。
直流电动机的工作原理可以简单概括为：当电流通过定子绕组时，产生一个恒定的磁场。
这个磁场会与电枢绕组中的电流相互作用，产生一个力矩，使电枢开始旋转。
同时，通过电刷与电枢绕组的接触，可以不断改变电枢绕组中的电流方向，从而实现电机的正反转。
总结起来，直流电动机的基本结构包括定子、转子、电刷和电枢等部分。
其工作原理是利用定子绕组产生的磁场与电枢绕组中的电流相互作用，产生一个力矩，实现电能到机械能的转换。
直流电动机在各种设备中具有广泛的应用，是现代工业和家庭生活中不可或缺的重要装置。
直流电动机的原理及特性
直流电机
定子
机座 换向极 主磁极 电刷装置 电枢铁心 换向器
转子
电枢绕组 轴承
风扇 转轴
2.1.2 直流电动机的励磁方式 定义：直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式。 实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接，就决定了它是什么 样的励磁方式。
1.他励式
若励磁绕组不与电枢 绕组联接，励磁绕组单独 由其他电源供电的直流电 机称为他励式直流电机。
2.1.2 直流电动机的励磁方式
并励式
励磁绕组与电枢绕组并联，称为并励式直流电机。 并励式直流电机的电枢电流Ia。励磁绕组流过的 电流为If ，经过负载或电源供给电机的总电流 为 I，三者须满足以下关系： 直流发电机：Ia ＝I＋If 直流电动机：Ia ＝I－If
2.1.2 直流电动机的励磁方式
第2章 直流电动机的原理及特性
直流电机的用途
测速
伺服
励磁机
电源
直流电机的特点
• 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 • 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，起动和制动性能良好。
• 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高
2.1直流电动机的基本结构和工作原理
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。同时端盖对电机内部还 起防护作用。
定子部分
电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入） 装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右 图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在 刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋 转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在 刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同 极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆 装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。
直流无刷电机工作原理应用和结构
电机控制技术《直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用》直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用一、直流无刷电机的工作原理直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响： N=120．f / P。
在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。
直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。
也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图 (1) ：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。
电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。
不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器 (inverter)转成3相电压来驱动电机。
换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(Q1～Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂 (Q2、Q4、Q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。
控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。
直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall- sensor)，做为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。
但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。
图一：直流无刷驱动器包括电源部及控制部要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器 (inverter)中功率晶体管的顺序，如下（图二） inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。
直流电机的基本工作原理及结构
直流电 动机的 工作原 理示意 图:
1.1.3 直流电机的铭牌数据 额定功率 PN
指轴上输出 指电刷间输出的 电动机 额定条件下电机 发电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率 额 定 电U 压 N
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
额定电流 IN
额定功率时对应的电流 在额定电压、额定电流下，运 电动机：是指输入额定电压。 行于额定功率时对应的转速. 电机铭牌上还标有其它数 额定励磁电流 I fN 据，如励磁电压、出厂日 对应于额定电压、额定电流、额 期、出厂编号等。 定转速及额定功率时的励磁电流
电刷从几何中性线偏移 角，电枢磁动势轴线也随 之移动 角，如图(a)(b) 所示。 电枢磁动势可以分解 为两个垂直分量：交轴电 F aq 枢磁动势 和直轴电枢磁 动势 。 F ad
电刷顺转向偏移
发电机 电动机 交轴和直轴去磁 交轴和直轴助磁
电刷逆转向偏移
交轴和直轴助磁 交轴和直轴去磁
1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩
漏磁通
磁力线不进入电枢铁心， 直接经过气隙、相邻磁极 或定子铁轭形成闭合回路
漏磁路
主磁通
磁力线由N极出来，经气隙、 电枢齿部、电枢铁心的铁轭、 电枢齿部、气隙进入S极，再 经定子铁轭回到N极
主磁路
直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应 电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增 加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得 多，大约是主磁通的20%。
0
N
A
为了经济、合理地利用材料， 一般直流电机额定运行时，额定磁 通 N 设定在图中 A点，即在磁化特 性曲线开始进入饱和区的位置。
0
I fN
I f0 I f F f 0 IN
电机与电力拖动 第3章 直流电机的基本理论讲解
3.6 直流电动机稳态运行时的基本方程式和工作特性（重点)
3.6.1 直流电动机稳态运行时的基本方程式（电压、转矩、功率）
1 电压平衡方程式
+ Ia
If +
U Ea M
U
－
－
2 转矩平衡方程式
励磁电路： U = Rf If 电枢电路： U= Ea + Ra Ia
U： 端电压；
Ea ：电枢电动势； Ra ：电枢回路电阻； Rf ：励磁回路电阻； U>Ea时：电动机； U<Ea时：发电机；
If
Ia
Ea : 感应电动势
Uf
Ea MU
Ia :电枢电流 Ra :电枢电阻 I f :绕组电流
Rf Ra
Rf :绕组电阻
他励 I I N I f Ia
U UN Ea IaRa
U UN I f Rf
Ra
If
U
M
Rf
并励
Ea
I IN I f Ia U UN Ea IaRa
P
Ea
I
；
a
n ::转机速械；角速度, (2n ) / 60；
转矩的求法：T CT Ia
CT : 转矩常数CT ( pN ) /(2a); p : 磁极对数；
Ia：电枢电流I N ;
题2：一台他励直流电动机的额定数据为PN＝17kW，UN＝220V，nN＝1000r/min， IN＝92A，电枢绕组的电阻Ra＝0.2Ω，电刷压降2△Ub＝2V。试计算：（1）电 动机的额定电磁转矩。（2）理想空载转速和实际空载转速。（3）电动机的 输出转矩保持为额定值不变，在电枢回路中串入0.3Ω电阻，求电动机转速。
第3章 直流电机原理
电机与拖动基础
结论：
由于静止电刷和旋转换向器的作用，
eBA 为脉动的直流电动势。
电机与拖动基础
直流电动势产生
1) 线圈内感应电动势的 性质； 2) 整流：机械式和电子 式；导电片又叫换向片 3) 脉振电动势的消除— —多线圈
按照一定的规律把它们连接起来，构成电枢绕组。
若流过电机的电流大于额定值，叫过载运行，损坏电 机。
电机与拖动基础
例3.1、直流发电机，PN=145KW，UN=230V， nN=1450r/min，ηN=90%，求该发电机的输入功率P1， 额定电流IN各为多少？
例3.2、直流电动机， PN=160KW，UN=220V， ηN=90%，nN=1500r/min，求该电动机的输入功率、额 定电流、额定输出转矩各为多少？
电刷 刷握 绝缘支架 压紧力调整装置
转子
换向器 电枢铁心 电枢绕组
（产生电动势，流过电 流，产生电磁转矩）
§3.2.2 直流电机的铭牌数据
1、额定值 电机制造厂按国家标准的要求，对电机的一些电量或机械
量所规定的数据 2、额定工况
电机运行时，有关电量和机械量都符合额定值的运行情况 3、常用额定数据
额定功率 PN (W) 额定电压 UN (V) 额定电流 IN (A) 额定转速 nN (r/min) 额定励磁电流 IfN (A)和励磁方式等
§3.2.1 主要结构
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
• 直流电机静止部分----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
• 直流电机转动部分——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、风扇、轴和轴承等组
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。
1直流电机的工作原理和基本结构
未标注时，即为定额工作方式。 • （8）绕组温升或绝缘等级 • （9）电机的型号：开启式，防护式，封闭式，防爆
式。 • （10）其他：制造厂家，出厂年月，出厂序号。
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小结
• 常用的直流电机是换向器式电机，其电枢导 体感应的电势是交变的，经过换向器和电刷 的作用才得到直流电压。为了得到平稳的直 流电压，电枢绕组由许多分布于电枢表面的 线圈（元件）组成。
• 而且由于有换向器，使它比交流电机费工费料，造价昂贵。 运行时换向器需要经常维修，寿命也较短。
2020年3月8日 第5页
三、直流电机的发展状况
• 大功率半导体元件发展很快，它的可靠性、价格、 控制方便等指标日益改进，在某些场合，已经可以 成功地用可控整流电源代替直流发电机了。不过， 有些性能(如波形平滑等)仍不及直流发电机。
部分，又是电枢绕组的支撑 部件；电枢绕组就嵌放在电 枢铁心的槽内。为减少电枢 铁心内的涡流损耗，铁心一 般用厚0.5mm且冲有齿、槽 的型号为DR530或DR510的 硅钢片叠压夹紧而成，如图 所示。小型电机的电枢铁心 冲片直按压装在轴上，大型 电机的电枢铁心冲片先压装 在转子支架上，然后再将支 架固定在轴上。为改善通风， 冲片可沿轴向分成几段，以 构成径向通风道。
2020年3月8日 第13页
• 2．电刷装置
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。
1实验一直流电机基础实验
实验基本要求
• • • • 1.了解直流电机的用途 2.熟悉直流电机的基本结构 3.学习直流电机的工作原理 了解普通直流电机、空心杯电机、减 速机的内部构造 • 掌握直流电机的调速方法
1 直流电机的用途
直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电 机既可以作为发电机使用，又可以作为电动机使用。 用作发电机可以获得直流电源，用作电动机，由于 其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高 的场合，得到广泛的应用。 作电源用：发电机 (用于电场中，作为一般小 于10万KW的单机同步发电机的励磁机) 作动力用：电动机(直流电能机械能) 信号的传递：测速发电机(机械信号电信号) 伺服电动机(电信号机械信号)
电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源， 可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。
• 同一台电机既能作电动机又能作发电机运行的这种原
理，在电机理论中称为可逆原理。
2 直流电机的主要结构
1 主要结构
主磁极 换向磁极 电刷装置 机座 端盖 电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 轴承
定子
直流电机 转子
b
e
i
c
c
d
N
d f a
f
i
e b
S
换向片
e
i
S
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 流方向一致； 3）从空间看， 电枢电流产生的磁场在空间上 是恒定不变的磁场； 4）产生的电磁转矩T与转子转向相反， 是制 动性质。
3直流电机基本工作原理(直流电动机)
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。
无刷直流电机工作原理
无刷直流电机工作原理无刷直流电机，也称为永磁同步电机，是一种使用永磁体作为励磁源，通过电子器件将电流进行控制的直流电机。
相比传统的刷式直流电机，无刷直流电机具有效率高、寿命长、无电刷磨损等优点，因此在许多领域被广泛应用。
一、无刷直流电机的基本原理无刷直流电机的基本原理是电磁互作用，通过电流在永磁体和绕组之间产生的磁场相互作用，在转子上产生驱动转动的力。
在无刷直流电机中，永磁体通常置于定子上，通过外加直流电源进行励磁。
转子上的绕组被称为“驱动绕组”，通过在驱动绕组中施加不同的电流，可产生不同的磁场。
二、无刷直流电机的基本结构无刷直流电机主要由转子、定子、传感器、控制器等组成。
1. 转子：转子是无刷直流电机的旋转部分，通常由永磁体和绕组组成。
永磁体的磁场与定子绕组的磁场相互作用，产生旋转力。
2. 定子：定子是无刷直流电机的静止部分，通常包括固定的绕组和铁芯。
定子绕组通过外加的电流产生磁场，与转子的磁场相互作用，驱动转动。
3. 传感器：传感器用于检测转子位置和速度等信息，并将其反馈给控制器。
常见的传感器包括霍尔传感器、光电传感器等。
4. 控制器：控制器是无刷直流电机的核心部件，用于根据传感器反馈的信息，控制驱动绕组的电流，从而实现转子的精准控制。
三、无刷直流电机的工作过程无刷直流电机的工作过程可以分为电气转子和机械转子两个阶段。
1. 电气转子阶段：在电气转子阶段，控制器根据传感器反馈的转子位置信息，确定要施加给驱动绕组的电流。
根据电流的方向和大小，驱动绕组上的磁场与定子磁场相互作用，产生转矩。
在电气转子阶段，控制器会周期性地改变驱动绕组上的电流方向和大小，以确保转矩的连续性和平稳性。
通过精密的控制，无刷直流电机可以实现精准的速度和位置控制。
2. 机械转子阶段：在电气转子阶段完成后，转子进入机械转子阶段。
在机械转子阶段，转子受到的驱动力逐渐减小，最终达到平衡状态。
此时，无刷直流电机转子的运动速度和位置由外界负载和机械特性决定。
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。
第三章 直流电机原理(最新)
3.1直流电机的用途、结构及基本工作原理 直流电机的用途、 直流电机的用途 3.2直流电机的励磁磁场 直流电机的励磁磁场 3.3直流电机的电枢绕组 直流电机的电枢绕组 3.4 直流电机的负载磁场及电枢反应 3.5 直流电机的感应电势与电磁转矩 3.6 直流发电机 3.7 直流电动机 3.8 直流电机的换向
1.定子 定子
主磁极； 换向磁极； 机座； 主磁极； 换向磁极； 机座；电刷
主磁极 主磁极的作 用是建立主磁场。 用是建立主磁场。
S N N S
主磁极
换向磁极
换向极:它的作用是改善直流电机的换向情况， 换向极 它的作用是改善直流电机的换向情况， 它的作用是改善直流电机的换向情况 使电机运行时不产生有害的火花。 使电机运行时不产生有害的火花。
– – – – 调速范围广，平滑。 过载、起动、制动转矩大。 易于控制，可靠性高 调速时能量损耗小
• 直流电机缺点
– 换向困难 – 结构复杂，维修不方便 – 价格高
用途、 §3-1用途、结构及基本工作原理 用途
二、直流电机的工作原理
（1）直流发电机的工作原理
Shockwave Flash Object
第二节矩y2:在相串连的两个元件中，第一个元件的下层 第二节矩 边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，称为 第二节矩。第二节矩用y2表示，也用虚槽数计算。
合成节矩y：相串连的两个元件的对应边在电枢表面所跨的距 合成节矩y 离，称为合成节矩。 叠绕组： 叠绕组：y = y1 - y2
Shockwave Flash Object
随着的增大，铁心部分所需磁势 将很快增大，磁化曲线偏离气隙 线而开始弯曲，进入饱和区． 饱和系数 Φ0 a b c
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额定励磁电流 I fN
电机铭牌上还标有其它数据，如励
对应于额定电压、额定电流、额定转速及额
磁电压、出厂日期、出厂编号等。
定功率时的励磁电流
➢ ➢
发 电电动机机：：PPNN＝＝UUNNIINNηN
(输出电功率) (输出机械功率)
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课堂小结
直流电机及其用途 直流电机的工作原理
直流发电机 直流电动机
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30
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31
指轴上输出的机 械功率
电动机
额定功率PN
额定条件下电机所能提发电机
供的功率
额定电压UN
在额定工况下，电机出线端的
指电刷间输出的额定电 功率
额定电流IN
平均电压
发电机：是指输出额定电压； 电动机：是指输入额定电压。
额定转速nN
在额定电压下，运行于额定功 率时对应的电流
在额定电压、额定电流下，运行于额定功 率时对应的转速.
h
16
3 直流电机的基本结构
定子
旋转 电机
转子
气隙
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17
直流 电机
定子
转子
主磁极 换向磁极 机座 端盖 电刷装置
转轴
换向器 电枢铁心 电枢绕组
h
磁极铁心 励磁绕组
（产生励 磁磁场）
电刷 刷握 绝缘支架 压紧力调整装置
（产生电动势，流过电流，产 生电磁转矩）
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20
① 主磁极 ② 励磁绕组
直流电机的主要结构 直流电机的分类
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33
励磁绕组套在主磁 极极身上
主磁极钢板冲片（11.5mm厚）
主磁极由钢板冲片叠
压而成
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21
N极和S极只能成对出现且沿圆周均
匀交替分布；
极对数：N极或S极的个数，通常用
p 表示；
N
S
极数：主磁极的个数，等于 2p 。
p=2 即4极电机
S
N
h
22
③ 电枢铁心 ④ 电枢绕组
均匀开槽
h
涂绝缘漆冲片叠 压而成
项目五
直流电机的应用
1 任务一 认识直流电机 2 任务二 直流电动机的调速 3 任务三 直流电动机的启动、反转和制动
目录
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1、直流电机的用途
电机
直流电机 交流电机
直流电动机 直流发电机
用途：
直流发电机把机械能转化为电能； 直流电动机把电能转化为机
电枢电流 Ia 定子磁场
Bli
电磁力F
n 顺时针方向
左手定则
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直流电动机运行时的几点结论：
• 外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流是交流。直流电机 换向器将外部的直流电变成了内部交替变化的电流。
• 线圈中感应电势与电流方向相反 • 线圈是旋转的，电枢电流是交变的。
• 产生的电磁转矩Tem与转子转向相同，是驱动性质
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➢ 增加导体减小感应电动势脉动。当 每极下导体数大于8时，脉动可小 于1%。
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② 直流电动机
导体中的电动势 和电流为交流
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换向器作用： 将外部直流电 转换成内部的 交流电，以保 持转矩方向不 变。
电枢绕组通直流电
电磁转矩Tem
电刷
Fb
N
a
F Ia
n
dTem
– U+
c
Ia
S 换向片
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4、直流电动机的分类
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5、 直流电机的铭牌
① 额定功率 ② 额定电压 ③ 额定电流 ④ 额定励磁电压 ⑤ 额定励磁电流 ⑥ 额定转速 ⑦ 额定效率 ⑧ 额定转矩
PN UN
单位W或kW 单位V
IN UfN IfN nN
单位A 单位V 单位A 单位r/min
ηN TN
单位N·m
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电枢铁心冲片 (0.35-0.5mm厚)
（硅钢片）
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绕组实物图
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⑤ 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，两端再用两个形环夹紧而
构成。
⑥电刷： 电刷是用石墨等做成的导电块，放在刷握内，用弹簧压指将
它压触在换向器上。
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换向器
① 调速范围宽，且易于平滑调速； ② 易于控制，快速性高； ③ 调速时能量损耗小。
直流电机的缺点：换向困难，可靠性差
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直流电机的物理模型
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2 直流电机的工作原理
① 直流发电机
通过换向器和电刷将交流变成直流
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导体感应电动势
e Bδlv Bδ
结论：由于旋转电刷和静止换向器的作用，
e A B 为脉动的直流电动势。