直流永磁电机基本知识

直流永磁电机基本知识

一.直流电机的工作原理

1.直流电机的工作原理

这是分析直流电机的物理模型图。

其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)

上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。

直流电机的原理图

对上上图所示的直流电机，如果去掉原动机，并给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。

此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。

实用中的直流电机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。

将直流电机的工作原理归结如下

A.将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。

B.电机部有磁场存在。

C.载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 f=Bli a（左手定则）

D.所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载。

2. 归纳

A. 所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路。

B. 电枢绕组的支路数（2a）永远是成对出现，这是由于磁极数(2p)是一个偶数.

注：a－支路对数 p－极对数

C. 为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何中线上的导体相接触。

D. 每根电枢导体的电势性质是交流电，而经电刷引出的电势为直流电势。

为什么要将电刷与q轴上的导体

相接触，才能得到最大的直流电势？

可由左图解释，设电刷A，B分别移到

A'，B'位置。电刷B'构成的左支路或右

支路中的总电势大小确是大大减小了。

此图中虽然两个支路的感应电势对称，

但对于在磁场外面的导体电势为0，在磁

场里面的两部分导体形成的四个支路，

其中有一部分电势大小相同，方向相反互相抵消，故A'B'电刷间的电势大小减小了。因此，结论是正确的。

二．直流电机的结构

这是一台尤奈特电机的结构装配图和结构剖面图。旋转电机都是由定子和转子两大部分组成，每一部分也都由电磁部分和机械部分组成，以便满足电磁作用的条件。换向极用来改善换向。

电磁部分

定子

机械部分

旋转电机 机械部分

转子

电磁部分

● 电机结构部件：

定子：

转子：

◇ 主磁极（磁瓦） ◇ 电枢绕组 ◇ 机座（机壳和底脚）

◇ 电枢铁心 ◇ 电刷端盖 ◇ 换向器 ◇ 电刷底板

◇ 电刷 ◇ 弹簧

定子： 直流电机的定子由主磁极（永磁电机为磁瓦）、机座（机壳）组成，主要的功能是为直流电动机提供稳定的磁场。 电刷端盖： 电刷端盖由电刷端盖、电刷、电刷架、刷架底板、电刷弹簧、电源线等零件组成。主要功能是为电动机提供电源通路。

三． 额定值

额定值是制造厂对各种电气设备（本文指直流电机）在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。

直流电机的主要额定值主要有： ⒈额定功率 P N

指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以 "W" 为量纲单位。若 大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。

★★★-----------------注意---------------------★★★

对于直流发电机，P N 是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。P N ＝U N I N 对于直流电动机，P N 是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率ηN 存在。P N ＝U N I N ηN

★★★------------------------------------------★★★

⒉额定电压 U N

指额定状态下电枢出线端的电压，以 "V" 为量纲单位。 ⒊额定电流 I N

： 转子： 转子是电机的旋转部分，主要 由转子铁芯、芯轴、换向器等零件组成，主要的作用是提供换向和旋转的功能。

指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 "A" 为量纲单位。

⒋额定转速n N

指额定状态下运行时转子的转速，以r/min（转/分）为量纲单位。

5.额定扭矩T N

指电机在额定状态下的输出扭矩，以N·m（牛·米）为量纲单位电压

基本公式扭矩（N·m）= 9.5493×功率(瓦)÷转速(转/分)

四．直流电机的励磁方式

1. 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。

2. 分类：

他励式

并励式

自励式串励式

复励式

3. 四种励磁方式接线

（a）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。他励直流电机电枢电流I

a 和负荷电流I

f

相等；

（b）并励式

顾名思义，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I a。励磁绕组流过的电流为I f，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：I a＝I＋I f

直流电机：I a＝I－I f

（c)串励式

励磁绕组与电枢绕组串联再接通直流电源称为串励直流电机。由于串励式直流电机作为发电机用时，其电压大小随负载变化而有较大的变化，故一般不用串励式直流发电机，只作