第01章 直流电机1

知道了BX的分布曲线，也就可以知道线圈电动势的变化规 律。 为此可以假想把电枢从外圆上某点切开，把圆周拉成一
直线作为横坐标，并以磁通密度BX为纵坐标，而绘出BX的分布 曲线，如图1-2所示。一般假定以N极下的磁通密度为负值，S
极下的磁通密度为正值。
录 目
页
? 有了BX的分布曲线以后，因为
上
eXA∝ BX，所以只要改变坐标
组成电枢绕组的基本 单元称为“元件”， 一个元件由两条元件 边和端接线组成。
绕组元件可以是一匝 或多匝，匝数的多少 也就等于每一元件边 所包含的串联导体数。
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绕组元件在槽中的位置 1-上元件边 2-后端接线 页 3-下元件边 4-前端接线 上
页 下
出 退
二、虚槽
? 为了确切地说明每个元件边所处的具体位置，引入“虚槽” 的概念。
页
体连成的一个电枢线
上
圈是放置在可旋转导
图1-1
页
磁圆柱体上（称为电
下
枢铁心），线圈连同
导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首端和末端分别 出 连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片1和2上。 退
电枢线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的
电刷B1和B2进行的。
当原动机驱动电机转子以恒定的转速n逆时针方向转动 ， 设在图1-1所示瞬间，如右图。
电机拖动基础及机械特性仿真
?
第1章 直流电动机的基础知识
录 目
页 上
页 下
出 退
第一章 直流电动机的基础知识
本章主要研究直流电机的工作原理，直流电机的基本结构，各部件的
作用等；分析直流电机的电路系统和磁路系统、运行时的电磁反应，
并对直流电机的换向及换向不良介绍；分析直流电机电动势、功率及 录 转矩方程式等。
件边，所以绕组的元件数S、换
退
向片数K和虚槽数Zi三者应相等， 即S=K=Zi=uZ
三、第一节距y1
一个元件的两个有效边之间的距离称为第一节距或后节距，用
虚槽数表示。
在电机中，若沿电枢圆周表面相邻两磁极的距离称为极距 , 录
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则为了获得较大的线圈电动势，第一节距y1应等于或接近于一 目
个极距?，极距按下式计算：
的线圈电流总是由末端流向首端，所以N极下和S极下的线圈
受到的电磁力的方向是始终不变的，它们产生的转矩的方向 页
也就不变。
上
这个转矩使电枢始终
页
沿一个方向旋转，就
下
把电能变换成机械能，
出
使之成为一台直流电
退
动机而带动生产机械
图1-1
工作。
三.直流电机的可逆性
? 从上述直流电机的工作原理来看，一台直流电机若在电刷
根据右手定则，可以判定导体A的电动势方向为穿出纸面，用 录
⊙表示；导体x的电动势方向为进入纸面，用 ? 表示。
目
由图可见，此时电刷B1与导 体A所连的换向片1相接触；
页
而电刷B2则与导体x所连的换
上
向片2相接触，因此电刷B1的
极性为“＋”，电刷B2的极
性为“－”。
图1-1
页 下
? 根据电磁感应定律，导体的感应电动势为e=BxLV 。 则整 出 个线圈从x→A的感应电动势eXA=2BxLV。由于转速n是恒定的，退 故V为一定值；对于已制成的电机，L也是一定的，所以电 动势eXA与磁通密度BX成正比，这说明线圈电动势的变化规 律与气隙磁场沿圆周的分布规律相同。
目
? 1.1 直流电机的工作原理
? 1.2 直流电机的基本结构、铭牌及主要系列
页
上
? 1.3 直流电机的磁场
? 1.4 直流电机的换向
页
下
? 1.5 直流电机的平衡方程式
出
退
1.1. 直流电机的工作原理
一 直流发电机的工作原理
右图表示一台最
录
简单的两极直流电机
目
的模型。N、S为定子
磁极，由A和x两根导
刻度，曲线也可以表示为线圈
电动势随时间的变化规律。可
图1-1
以看出，线圈电动势是交变的。
页 下
? 当电枢转过180°后，导体x到
出
了原来导体A的位置，导体A则
退
到了原来导体x的位置。根据右 手定则，此时导体x的电动势方 图1-2
向为⊙,导体A的电动势方向为?
? 由于电刷在空间是固定不动的，这时电刷B1与换向片2相
1.1.1直流电机的基本结构
定子 转子
主磁极
电刷装置 换向磁极 机座 端盖
电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 风扇
1-换向器 2-电刷装置 3-机座4- 录 主磁极5-换向极6-端盖7-风扇8- 目 电枢绕组9-电枢铁心
页 上
页 下
出 退
直流电机剖面图
直流电机的电枢绕组
直流电机电枢绕组的一般介绍
一 、元件
? ? ? Da
2p
式中 Da——电枢外径；P——磁极对数。
页 上
若极距用虚槽数表示，则 ? ? Z i
2p
页
下
由于Zi不一定能被极数2P整除，而y1又必须为整数，所
以应使
y1
?
Zi 2p
m?
?
整数
出 退
若ε=0，则y1= ? ，称为整距绕组；若ε≠0，则y1﹥? 时，
页
化的，因此在实际电机中，电
图1-1
下
枢绕组是由许多线圈按照一定
规律连接起来而构成的，这就
出
使电刷间电动势的脉动程度大
退
大降低，实用时可以认为产生
的是一个恒定直流。
图1-2
二.直流电动机的工作原理
如果不用原动机去带动电枢旋转，而是由外电源从电刷
B1、B2输入直流电流，使电流从正电刷B1流入，从负电刷B2 录 流出，则此时N极下的线圈电流总是由首端流向末端。S极下 目
接触，电刷B2与换向片1相接触。，所以电刷B1的极性仍为
“＋”，电刷B2的极性仍为“－”，这样就在电刷B1与B2
之间得到一个方向不变电动势。
录
目
? 若在B1、B2之间接上一个负载，负载上就会流过一个方向
不变的电流，这就是直流发动机的工作原理。
页
? 显然在一个线圈的情况下，电
上
刷B1与B2之间的电动势的方向 虽然不变，但在数值上却是变
录 目
两端加上直流电压，输入电能，即可拖动生产机械，将电
页
能变为机械能而成为电动机；反之若用原动机带动电枢旋 上
转，输入机械能，就可在电刷两端得到一个直流电动势作
页
为电源，将机械能变为电能而成为发电机。这种一台电机 下
既能作电动机又能作发电机运行的原理，在电机理论中称
为电机的可逆原理。
出
退
1.2直流电机的基本结构、铭牌和主要系列
录
设槽内每层有u个元件边，则把每个实际槽看作包含有u个 目
“虚槽”，每个虚槽的上、下层各有一个元件边，如图表
示u=3时，元件边的布置情况。 若实槽数为Z，虚槽数为Zi，页
则Zi=uZ
上
? 因为每一个元件有两个元件边，
页
而每一换向片连接一个元件的
下
始端和另一个元件的末端；又
因为每一个虚槽包含着两个元
出