电机与拖动直流电机原理
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发电机的 PN ：指输出电功率的额定值。 电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值。
➢额定转速 nN(r/min)
PN UNIN
PN UNINN
➢额定励磁电压 UfN(V) ➢额定励磁电流 IfN(A) ※ 额定状态 ：
指 U、I、P、n 均为额定值的状态。 ※ 满载状态 ：
指 I = IN 的状态。
国产直流电机的系列产品代号采用大写汉语拼音字母表示，型 号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组合表示，例如：“Z2-72”表 示直流电动机、第二次改进设计型，“7”表示机座号，7后面的2 表示长铁心（2号表示长铁心，1号表示短铁心）。
Z2系列是普通中小型直流电机。 ZZJ系列是一种冶金起重辅助传动直流电动机适用于轧钢
机、起重机、升降机、电铲等。 其他系列的直流电机型号、技术数据可从产品目录或相关
的手册中查到。
2.2 电机的电枢绕组和磁场
2.2.1 直流电机电枢绕组
1. 绕组的基本概念
单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、
复波绕组、蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。
(1) 元件 是构成电枢绕组的基本
上元件边
单元，其两端分别与两
[例2－1]一台Z2型直流发电机，UN=230V，nN=1450r/min， PN=145kW， N＝90％，求该发电机的额定电流和额定输入功率
[例2－2]一台直流电动机，UN=110V，nN=1000r/m，PN=22kW， N＝84％，求该电动机的额定电流和额定输入功率
2.直流电机的型号和系列
般用槽数表示，即有：
=
Z 2p
电枢总槽数 主磁极极对数
2. 单叠绕组连接
单叠绕组是以相邻元件依次串联的联接规律连成的，每个元 件的两个出线端分别接到相邻的两个换相片上，最后形成一闭合 回路。
2.1 直流电机的结构和基本原理 2.2 直流电机的电枢绕组和磁场 2.3 直流电机的感应电动势和电磁转矩 2.4 直流电动机运行原理 2.5 直流发电机运行原理
2.1 直流电机的结构和基本原理 2.1.1 直流电机的结构
直流电机结构图
电枢绕组 电枢铁心 换向器
电刷装置
磁轭
主磁极
励磁绕组 风扇 轴承 轴
(3) 节距
各元件在电枢表面的几何关系一般用元件的节距表示
第一节距y1 指同一元件的二个有效边在电枢表面跨过的距离，用槽数
表示。其表达式为：
y1
Qu 2p
整数
式中ε为把y1凑整的小于1的分数。 当ε=0，y1=τ（极距）称为整距元件； 当ε>0称为长距元件；当ε<0称为短距元件， 实际电机中采用短距元件，可节省铜。
第二节距y2 指两个相串联的元件中第一个元件的下层边与第二个元
件的上层边所跨的距离，用槽数表示。
合成节距y 指直接串联的两个元件的对应边所跨的距离。
换相器节距yk 指同一元件的两个出线端所接的两换相片之间所跨的距
离，用换相片数表示。
(4) 极距
相邻两个主磁极轴线之间的距离称作极距，记作 ，一
转轴和风扇
2.1.2 直流电机工作原理
电动机工作原理
f
N
＋A
ia
U ia
－X S
Tem
f
Tem
N
ia
－X
f
U ia
f
＋A
S
线圈边中电流不改变方向，则平均 Tem = 0。
电动机工作原理
电刷
＋ U －
换向片
f
Tem
f
eNa B1 A ia
ea ＋
B1 X
Nea ia
iaX S B2
fU
－
iAa S B2
气隙磁场的分布波形及线圈电动势波形
B
N
A
0
X
A
2
t
3
+
eXA
0
e
π
－
0
t
X×
eB1B2
S
0
t
每极下有 3 个串联线圈时的电动势波形
e
0
2
3 t
在直流发电机中，换向器和电刷的共同作用： ①将线圈中的交流电动势整流成刷间的直流电动势； ②把转动的电路与外面不转的电路联接。
电磁关系
原动机 做功
感应电动 势和电流
7001 他励 220V 连续 定子B转子B 685kg 年月
2.额定值
➢额定电压 UN(V)
发电机的 UN ：指输出电压的额定值。 电动机的 UN ：指输入电压的额定值。
➢额定电流 IN(A)
发电机的 IN ：指输出电流的额定值。 电动机的 IN ：指输入电流的额定值。
➢额定功率 PN (kW)
电磁转矩 (阻转矩)
换向
输出 直流电
机械能 气隙磁场
电刷和换向器
电枢绕组内部
转子
2.1.3 直流电机额定值
1. 铭牌
型号 结构类型 功率 电压 电流 转速 标准编号
直流电动机
Z3－95
产品编号 励磁方式
30kW
励磁电压
220V
工作方式
160.5A
绝缘等级
750r/min
重量
JB1104－68 出厂日期
片换向片相连的单匝或
多匝线圈。
后端接
前端接 下元件边
(2) 叠绕组和波绕组
元件边 (有效边)
叠绕元件
波绕元件
匝数为1的是单匝元件，匝数大于1的是多匝元件。由于 工艺等原因，电枢不宜开太多的槽，在一实际的槽中，上、 下层嵌放多个(设为u个)元件边。
将一个上层边和一个下层边在槽内所占的空间称为一个虚槽。 若电枢每槽上、下层只有一个元件边，则总元件数Z等于实槽数 Q；若每槽的上、下层各有u个元件边时，则有：Z=uQ=Qu， Qu为虚槽数。
电刷和换向片的作用是什么？
线圈边切割磁力线会产生什么？
Tem
ea
f
有磁场，电源通过电 刷和换向器向电枢绕组 通入直流电。根据电磁 力定律，直流电动机电 枢绕组产生电磁力矩， 驱动机械负载。同时， 根据电磁感应定律，电 枢绕组内部也产生感应 电势——反电动势。输 入的直流电能克服反电 动势，通过气隙磁场做 功，电能转换成机械能。
电动机的电磁关系
直流 电流
换向
交流 电流
电磁转矩 (拖动转矩)
旋转
机械 负载
外加电源 电刷和换向器
克服
反电 做功 动势
电枢绕组内部 气隙磁场
转子
直流发电机
T1
f
ea
T1
f
ea
B1 N
B1
N
－
A
－
X
Ea
ea
f
Ea
ea
f
＋
XS
＋
AS
B2
B2
电刷和换向片的作用是什么？
载流导体在磁场中会产生什么？
原动机拖动转子旋转，根据电磁感应定律，直流发电机电 枢绕组产生感应电势，同时，根据电磁力定律，旋转的电枢绕 组切割磁场，也产生电磁转矩——与旋转方向相反。
端盖
换向极绕组 换向磁极
端盖
1. 定子(stator)
产生磁场和作电机的机械支撑
主磁极和机座 螺栓 机座
来自百度文库
绝缘 框架
励磁 绕组
换向极 主磁极 主磁极铁心
电枢铁心
主磁极
机座
换向极和电刷
换向极绕组
换向极铁心
铜丝辫 压紧弹簧 电刷
刷握
2. 转子(rotor) (电枢armature) 电枢铁心和绕组 换向器
➢额定转速 nN(r/min)
PN UNIN
PN UNINN
➢额定励磁电压 UfN(V) ➢额定励磁电流 IfN(A) ※ 额定状态 ：
指 U、I、P、n 均为额定值的状态。 ※ 满载状态 ：
指 I = IN 的状态。
国产直流电机的系列产品代号采用大写汉语拼音字母表示，型 号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组合表示，例如：“Z2-72”表 示直流电动机、第二次改进设计型，“7”表示机座号，7后面的2 表示长铁心（2号表示长铁心，1号表示短铁心）。
Z2系列是普通中小型直流电机。 ZZJ系列是一种冶金起重辅助传动直流电动机适用于轧钢
机、起重机、升降机、电铲等。 其他系列的直流电机型号、技术数据可从产品目录或相关
的手册中查到。
2.2 电机的电枢绕组和磁场
2.2.1 直流电机电枢绕组
1. 绕组的基本概念
单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、
复波绕组、蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。
(1) 元件 是构成电枢绕组的基本
上元件边
单元，其两端分别与两
[例2－1]一台Z2型直流发电机，UN=230V，nN=1450r/min， PN=145kW， N＝90％，求该发电机的额定电流和额定输入功率
[例2－2]一台直流电动机，UN=110V，nN=1000r/m，PN=22kW， N＝84％，求该电动机的额定电流和额定输入功率
2.直流电机的型号和系列
般用槽数表示，即有：
=
Z 2p
电枢总槽数 主磁极极对数
2. 单叠绕组连接
单叠绕组是以相邻元件依次串联的联接规律连成的，每个元 件的两个出线端分别接到相邻的两个换相片上，最后形成一闭合 回路。
2.1 直流电机的结构和基本原理 2.2 直流电机的电枢绕组和磁场 2.3 直流电机的感应电动势和电磁转矩 2.4 直流电动机运行原理 2.5 直流发电机运行原理
2.1 直流电机的结构和基本原理 2.1.1 直流电机的结构
直流电机结构图
电枢绕组 电枢铁心 换向器
电刷装置
磁轭
主磁极
励磁绕组 风扇 轴承 轴
(3) 节距
各元件在电枢表面的几何关系一般用元件的节距表示
第一节距y1 指同一元件的二个有效边在电枢表面跨过的距离，用槽数
表示。其表达式为：
y1
Qu 2p
整数
式中ε为把y1凑整的小于1的分数。 当ε=0，y1=τ（极距）称为整距元件； 当ε>0称为长距元件；当ε<0称为短距元件， 实际电机中采用短距元件，可节省铜。
第二节距y2 指两个相串联的元件中第一个元件的下层边与第二个元
件的上层边所跨的距离，用槽数表示。
合成节距y 指直接串联的两个元件的对应边所跨的距离。
换相器节距yk 指同一元件的两个出线端所接的两换相片之间所跨的距
离，用换相片数表示。
(4) 极距
相邻两个主磁极轴线之间的距离称作极距，记作 ，一
转轴和风扇
2.1.2 直流电机工作原理
电动机工作原理
f
N
＋A
ia
U ia
－X S
Tem
f
Tem
N
ia
－X
f
U ia
f
＋A
S
线圈边中电流不改变方向，则平均 Tem = 0。
电动机工作原理
电刷
＋ U －
换向片
f
Tem
f
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B1 X
Nea ia
iaX S B2
fU
－
iAa S B2
气隙磁场的分布波形及线圈电动势波形
B
N
A
0
X
A
2
t
3
+
eXA
0
e
π
－
0
t
X×
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S
0
t
每极下有 3 个串联线圈时的电动势波形
e
0
2
3 t
在直流发电机中，换向器和电刷的共同作用： ①将线圈中的交流电动势整流成刷间的直流电动势； ②把转动的电路与外面不转的电路联接。
电磁关系
原动机 做功
感应电动 势和电流
7001 他励 220V 连续 定子B转子B 685kg 年月
2.额定值
➢额定电压 UN(V)
发电机的 UN ：指输出电压的额定值。 电动机的 UN ：指输入电压的额定值。
➢额定电流 IN(A)
发电机的 IN ：指输出电流的额定值。 电动机的 IN ：指输入电流的额定值。
➢额定功率 PN (kW)
电磁转矩 (阻转矩)
换向
输出 直流电
机械能 气隙磁场
电刷和换向器
电枢绕组内部
转子
2.1.3 直流电机额定值
1. 铭牌
型号 结构类型 功率 电压 电流 转速 标准编号
直流电动机
Z3－95
产品编号 励磁方式
30kW
励磁电压
220V
工作方式
160.5A
绝缘等级
750r/min
重量
JB1104－68 出厂日期
片换向片相连的单匝或
多匝线圈。
后端接
前端接 下元件边
(2) 叠绕组和波绕组
元件边 (有效边)
叠绕元件
波绕元件
匝数为1的是单匝元件，匝数大于1的是多匝元件。由于 工艺等原因，电枢不宜开太多的槽，在一实际的槽中，上、 下层嵌放多个(设为u个)元件边。
将一个上层边和一个下层边在槽内所占的空间称为一个虚槽。 若电枢每槽上、下层只有一个元件边，则总元件数Z等于实槽数 Q；若每槽的上、下层各有u个元件边时，则有：Z=uQ=Qu， Qu为虚槽数。
电刷和换向片的作用是什么？
线圈边切割磁力线会产生什么？
Tem
ea
f
有磁场，电源通过电 刷和换向器向电枢绕组 通入直流电。根据电磁 力定律，直流电动机电 枢绕组产生电磁力矩， 驱动机械负载。同时， 根据电磁感应定律，电 枢绕组内部也产生感应 电势——反电动势。输 入的直流电能克服反电 动势，通过气隙磁场做 功，电能转换成机械能。
电动机的电磁关系
直流 电流
换向
交流 电流
电磁转矩 (拖动转矩)
旋转
机械 负载
外加电源 电刷和换向器
克服
反电 做功 动势
电枢绕组内部 气隙磁场
转子
直流发电机
T1
f
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T1
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B1 N
B1
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－
A
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X
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f
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XS
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AS
B2
B2
电刷和换向片的作用是什么？
载流导体在磁场中会产生什么？
原动机拖动转子旋转，根据电磁感应定律，直流发电机电 枢绕组产生感应电势，同时，根据电磁力定律，旋转的电枢绕 组切割磁场，也产生电磁转矩——与旋转方向相反。
端盖
换向极绕组 换向磁极
端盖
1. 定子(stator)
产生磁场和作电机的机械支撑
主磁极和机座 螺栓 机座
来自百度文库
绝缘 框架
励磁 绕组
换向极 主磁极 主磁极铁心
电枢铁心
主磁极
机座
换向极和电刷
换向极绕组
换向极铁心
铜丝辫 压紧弹簧 电刷
刷握
2. 转子(rotor) (电枢armature) 电枢铁心和绕组 换向器