第一章直流电机概论
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在恒定的磁场中，导体切割磁力线产生 感应电动势。
大小：e=Blv 方向：由右手定则确定
一、直流发电机的工作原理
定子——磁场 转子——电枢 气隙
交流发电机工作原理图
电枢转一周时线圈中感应电动势 波形
换向片 直流发电机工作原理图
一个线圈的脉动电动势波形
二、直流电动机的工作原理
电磁力定律： 大小：f Bli 方向：左手定则
(四)转轴
起转子旋转的支撑作用，一般用圆钢加工 而成
三、直流电机的铭牌数据 和主要系列
（一）铭牌数据:
铭牌上标注额定值，是电机运行的基 本依据。
直流电动机
型 号 Z3—95 结构类型
产品编号 7001 励磁方式 他 励
功率 30 kW 励磁电压 220V
电压 220 V
工作方式 连续
电流 160.5 A 绝缘等级 定子B转子B
直流电机径向剖面图
直流电机轴向结构剖面
一、直流电机的定子
作用：①建立主磁场 ②起固定支撑作用
(一)主磁极:产生主磁场： ①永久磁铁 ②电磁铁 成对出现
电磁铁:(1)主磁极铁心:
由1～1.5mm厚的钢板
冲叠成(包括极靴) (2)主磁极绕阻:励磁绕
阻套在铁心外
(二) 换向极(或附加极)
作 用：改善换向，减小电刷与换向 器之间的火花
F或L A或S Rf>>Ra
二、直流电机的转子
能量转换的关键部分→电枢 组成:电枢铁心、电枢绕组、
换向器、转轴风扇等
(一)电枢铁心 作用：①作为磁路
②嵌放绕组 组成:由0.5mm厚的硅钢片叠装而成
以减少涡流和磁滞损耗
(二)电枢绕组
作用：感应电 动势、通过电 流、产生电磁 转矩、实现能 量转换 组成:以一定 的规律嵌放在 电枢铁心的槽 内
Y1
Y1=Z/2p±=±
Y
②合成节距 Y：串联的两个
元件对应边间 N
S
的距离
Y=1 (单叠) ③换向器节距Yk：一个元件
两出线端换向片
123 Yk
的距离
Y=Yk=1(单叠)
3.单叠绕组的联接方法和特点：
例：一台直流发电机：p=2 z=16 s=k=16 作出：绕组展开图和绕组的电路图
(1)绕组展开图： ①绕组连接表： y1=16/4=4
安装地点：两主磁极之间 结 构：铁心+绕组 铁 心：整块钢板或薄钢板迭成 绕 组：套在铁心上，与电枢绕组串联
(三) 机座:
材料：由导磁性能较好的铸钢或厚钢板焊成 作用：①固定主磁极、换向极和端盖
②作为电机磁路的一部分
(四)电刷
作用：引入 或引出电枢 电流 组成：电刷、 刷握、汇流 条等
(五)接线盒(板)
转速 750 r /min 重量 685kg
标准编号 JB1104-68 出厂日期 年 月
1.型 号 z3-95 z：直流 3：第三次改型设计 9：机座号 5：铁心长度
2.额定功率PN(kW)
电机在额定运行时的输出功率。
3.额定电压UN(V) 额定状况下，电机的输入或输出电压。
4.额定电流IN(A) 长期工作时的最大正常工作电流。
y yk 1
y2 y1 y 3
②绕组展开图： 第一步：画元件边 第二步：画换向片 第三步：联绕组 第四步：画磁极 第五步：定电动势方向 第六步：放电刷
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16
N
S
N
S
16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1.电枢绕组的分类:
(1)叠绕组：单叠 复叠 (2)波绕组：单波 复波
123
2.电枢绕组的一般介绍 (以单叠绕组为例)
（1）元件：组成电枢绕组的基本单元 （2）极距τ：一个磁极在空间所占据的位置
z：电枢圆周开的槽数 p：磁极对数
Z
2p
12
(3)节距：
①第一节距 Y1：一个元件两
有效边间的距离
U
I=Ia=If
IMa
IGa
(四)复励直流电机
主磁极有两个励磁绕: 一并一串 两绕组产生的磁通势 同方向→积复励 两绕组产生的磁通势 反方向→差复励
在UN和额定负载下，电机的输入 或输出电流。
5.额定转速nN(r/min) 额定状况下转子的旋转速度。
（二）主要系列
1．Z，ZF，ZD系列 2．Z4，ZO2系列 3．ZJF，ZJD系列 4．S，SZ，SY系列 5．ZCF，CYD，ZYS和CY系列
第三节 直流电机的磁场
重点 （1）励磁方式 （2）气隙磁场的分布情况 （3）影响气隙磁场的因素(电枢反应） （4）气隙磁场的分布波形
13
14
13 B2
14
+
-
A
B
每个极面下电动势相同的元件 组成一条支路
①单叠绕组a=p ( a:支路对数)
Ia=2aia ②为获最大感应电动势，
电刷应放在磁极轴线上 ③电刷数=2a=2p
(三)换向器：重要的 部件:
结构：由多片彼此绝缘的换向片组成
作用
电动机中：将直流电流→交变电流
发电机中：将交变电动势→直流电动势
一、直流电机的励磁方式
励磁绕组的供电方式 (一)他励直流电机
励磁绕组与电枢绕
组之间无电的联系 永磁电机也属于此 类
I =I a
+
IMa
U
-
IGa
If
+
Uf
-
(二)并励直流电机
励磁绕组与电
枢绕组并联
+ IM
U
IG
M:I=Ia+If G:Ia=I+If
If
(三)串励直流电机
励磁绕组与电枢 绕组串联起来 +
重点：直流电机的基本工作原理 直流电机的磁场 直流电机的基本公式 直流电机的平衡关系 直流电机的工作特性
第一节 直流电机的基本原理
重点：应用电磁感应定律、电磁力定律、 左手定则、右手定则分析直流电机的 基本工作原理
直流电机的工作原理 电动生磁 磁动生电 电磁生力
一、直流发电机的工作原理
电磁感应定律：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 1415 16
N
S
N
S
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
A1
B1
A2
B2
_
A+
B
(2) 电枢绕组的电路示意图及特点:
2
3
8
7
A1 2
A2 9
1
9
1
10
10
11
16 15
4
65
5 B源自文库 6
12
直流电动机的工作原理图
三、直流电机的换向
换向：电机在旋转过程 中，线圈中电流方
向改变的过程
换向的危害： 电刷和换向器之间产生火花
改善换向的方法：
S
1.主磁极之间安装换向极
2.移动电刷
SK
nM
nG
NK
3.采用补偿绕阻
N
第二节 直流电机的结构
两个主要部分： ①静止部分—定子：主磁极、换向极、 机座、电刷、端盖及 轴承等 ②旋转部分—转 子(电枢)：转 子铁心、 转子绕组、 换向器等
大小：e=Blv 方向：由右手定则确定
一、直流发电机的工作原理
定子——磁场 转子——电枢 气隙
交流发电机工作原理图
电枢转一周时线圈中感应电动势 波形
换向片 直流发电机工作原理图
一个线圈的脉动电动势波形
二、直流电动机的工作原理
电磁力定律： 大小：f Bli 方向：左手定则
(四)转轴
起转子旋转的支撑作用，一般用圆钢加工 而成
三、直流电机的铭牌数据 和主要系列
（一）铭牌数据:
铭牌上标注额定值，是电机运行的基 本依据。
直流电动机
型 号 Z3—95 结构类型
产品编号 7001 励磁方式 他 励
功率 30 kW 励磁电压 220V
电压 220 V
工作方式 连续
电流 160.5 A 绝缘等级 定子B转子B
直流电机径向剖面图
直流电机轴向结构剖面
一、直流电机的定子
作用：①建立主磁场 ②起固定支撑作用
(一)主磁极:产生主磁场： ①永久磁铁 ②电磁铁 成对出现
电磁铁:(1)主磁极铁心:
由1～1.5mm厚的钢板
冲叠成(包括极靴) (2)主磁极绕阻:励磁绕
阻套在铁心外
(二) 换向极(或附加极)
作 用：改善换向，减小电刷与换向 器之间的火花
F或L A或S Rf>>Ra
二、直流电机的转子
能量转换的关键部分→电枢 组成:电枢铁心、电枢绕组、
换向器、转轴风扇等
(一)电枢铁心 作用：①作为磁路
②嵌放绕组 组成:由0.5mm厚的硅钢片叠装而成
以减少涡流和磁滞损耗
(二)电枢绕组
作用：感应电 动势、通过电 流、产生电磁 转矩、实现能 量转换 组成:以一定 的规律嵌放在 电枢铁心的槽 内
Y1
Y1=Z/2p±=±
Y
②合成节距 Y：串联的两个
元件对应边间 N
S
的距离
Y=1 (单叠) ③换向器节距Yk：一个元件
两出线端换向片
123 Yk
的距离
Y=Yk=1(单叠)
3.单叠绕组的联接方法和特点：
例：一台直流发电机：p=2 z=16 s=k=16 作出：绕组展开图和绕组的电路图
(1)绕组展开图： ①绕组连接表： y1=16/4=4
安装地点：两主磁极之间 结 构：铁心+绕组 铁 心：整块钢板或薄钢板迭成 绕 组：套在铁心上，与电枢绕组串联
(三) 机座:
材料：由导磁性能较好的铸钢或厚钢板焊成 作用：①固定主磁极、换向极和端盖
②作为电机磁路的一部分
(四)电刷
作用：引入 或引出电枢 电流 组成：电刷、 刷握、汇流 条等
(五)接线盒(板)
转速 750 r /min 重量 685kg
标准编号 JB1104-68 出厂日期 年 月
1.型 号 z3-95 z：直流 3：第三次改型设计 9：机座号 5：铁心长度
2.额定功率PN(kW)
电机在额定运行时的输出功率。
3.额定电压UN(V) 额定状况下，电机的输入或输出电压。
4.额定电流IN(A) 长期工作时的最大正常工作电流。
y yk 1
y2 y1 y 3
②绕组展开图： 第一步：画元件边 第二步：画换向片 第三步：联绕组 第四步：画磁极 第五步：定电动势方向 第六步：放电刷
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16
N
S
N
S
16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1.电枢绕组的分类:
(1)叠绕组：单叠 复叠 (2)波绕组：单波 复波
123
2.电枢绕组的一般介绍 (以单叠绕组为例)
（1）元件：组成电枢绕组的基本单元 （2）极距τ：一个磁极在空间所占据的位置
z：电枢圆周开的槽数 p：磁极对数
Z
2p
12
(3)节距：
①第一节距 Y1：一个元件两
有效边间的距离
U
I=Ia=If
IMa
IGa
(四)复励直流电机
主磁极有两个励磁绕: 一并一串 两绕组产生的磁通势 同方向→积复励 两绕组产生的磁通势 反方向→差复励
在UN和额定负载下，电机的输入 或输出电流。
5.额定转速nN(r/min) 额定状况下转子的旋转速度。
（二）主要系列
1．Z，ZF，ZD系列 2．Z4，ZO2系列 3．ZJF，ZJD系列 4．S，SZ，SY系列 5．ZCF，CYD，ZYS和CY系列
第三节 直流电机的磁场
重点 （1）励磁方式 （2）气隙磁场的分布情况 （3）影响气隙磁场的因素(电枢反应） （4）气隙磁场的分布波形
13
14
13 B2
14
+
-
A
B
每个极面下电动势相同的元件 组成一条支路
①单叠绕组a=p ( a:支路对数)
Ia=2aia ②为获最大感应电动势，
电刷应放在磁极轴线上 ③电刷数=2a=2p
(三)换向器：重要的 部件:
结构：由多片彼此绝缘的换向片组成
作用
电动机中：将直流电流→交变电流
发电机中：将交变电动势→直流电动势
一、直流电机的励磁方式
励磁绕组的供电方式 (一)他励直流电机
励磁绕组与电枢绕
组之间无电的联系 永磁电机也属于此 类
I =I a
+
IMa
U
-
IGa
If
+
Uf
-
(二)并励直流电机
励磁绕组与电
枢绕组并联
+ IM
U
IG
M:I=Ia+If G:Ia=I+If
If
(三)串励直流电机
励磁绕组与电枢 绕组串联起来 +
重点：直流电机的基本工作原理 直流电机的磁场 直流电机的基本公式 直流电机的平衡关系 直流电机的工作特性
第一节 直流电机的基本原理
重点：应用电磁感应定律、电磁力定律、 左手定则、右手定则分析直流电机的 基本工作原理
直流电机的工作原理 电动生磁 磁动生电 电磁生力
一、直流发电机的工作原理
电磁感应定律：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 1415 16
N
S
N
S
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
A1
B1
A2
B2
_
A+
B
(2) 电枢绕组的电路示意图及特点:
2
3
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7
A1 2
A2 9
1
9
1
10
10
11
16 15
4
65
5 B源自文库 6
12
直流电动机的工作原理图
三、直流电机的换向
换向：电机在旋转过程 中，线圈中电流方
向改变的过程
换向的危害： 电刷和换向器之间产生火花
改善换向的方法：
S
1.主磁极之间安装换向极
2.移动电刷
SK
nM
nG
NK
3.采用补偿绕阻
N
第二节 直流电机的结构
两个主要部分： ①静止部分—定子：主磁极、换向极、 机座、电刷、端盖及 轴承等 ②旋转部分—转 子(电枢)：转 子铁心、 转子绕组、 换向器等