1直流电机的工作原理和基本结构
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2020年3月8日 第13页
• 2．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。电 刷是石墨或金属石墨做成的导电块，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 螺钉夹紧在剧杆上。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接线 连在一起，再引到出线盒。刷杆装在可移动 的刷杆座上，以便调整电刷位置。
• 此时换向器起到将外电路的直流电流改变为 线圈内的交变电流的“逆变”作用。这是直 流电动机的工作原理。
2020年3月8日 第9页
ຫໍສະໝຸດ Baidu
四、直流电机运行的可逆性
• 从以上对直流发电机和直流电动机的分析可 看出一台直流电机即可作为发电机运行，也 可以作为电动机运行，只是外界条件不同而 已。一个是输入机械能，一个是输入电能， 这种既能作发电机运行，又能作电动机运行 的原理,在电机理论中称为可逆原理。
2020年3月8日 第21页
• 励磁绕组与电枢绕组并联的就是并励式。并励时， 励磁绕组上的电压就是电枢绕组的端电压。
• 励磁绕组与电枢绕组串联的就是串励式。串励时励 磁电流就是电枢电流，或是电枢电流的分流。
• 具有复励方式的直流电机，主极铁心上装有两个励 磁绕组，一个是与电枢并联的并励绕组，另一个是 与电枢串联的串励绕组。若串励绕组产生的磁动势 与并励绕组磁动势方向相同，就称为积复励；若两 者方向相反，则称为差复励。
• 在调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推进器、电车、电气 铁道牵引，高炉送料、造纸、纺织拖动、吊车、挖掘机械、 卷扬机拖动等方面，直流电动机均得到广泛的应用，直流发 电机用作直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电以及交流 发电机的励磁等的直流电源。
• 主要缺点是换向困难，它使直流电机的容量受到限制，不能 做得很大。目前极限容量也不过1万kW左右。
2020年3月8日 第18页
• 2．电枢绕组
• 电枢绕组由一定数目的电枢线圈 按一定的规律连接组成，它是直 流电机的电路部分，也是感生电 动势、产生电磁转矩进行机电能 量转换的部分。线圈用绝缘的圆 形或矩形截面的导线绕成，分上、 下两层嵌放在电枢铁心槽内，上、 下层以及线圈与电枢铁心之间都 要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。 大型电机电枢绕组的端部通常紧 扎在绕组支架上。
2020年3月8日 第20页
§1.4励磁方式
• 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。直流电机分成 他励和自励二大类。
• 他励式 他励式直流电机的励磁绕组由其他电源供电， 励磁绕组与电枢绕组不相连接，其接线圈如图所示。 永磁式直流电机亦归属这一类，因为永磁电机的手 磁场由永久磁铁建立，与电枢电流无关。
• 自励式 自励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组按一 定的关系相连接。在直流发电机中，利用自身发出 的电流励磁；在直流电动机中，励磁绕组和电枢绕 组由同一电源供电。自励直流电机又可分为并励、 串励和复励等三种。
2020年3月8日 第14页
2020年3月8日 第15页
• 3．换向极 • 换向极装在两个主磁极之间，用以改善换向。
换向极亦由铁心和绕组组成，如图所示。铁 心常用整块钢或厚钢板制成，匝数不多的换 向极与电枢绕组串联。换向极的极数一般与 主磁极的极数相同。换向极与电枢之间的气 隙可以调整。
2020年3月8日 第16页
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。
2020年3月8日 第25页
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。
磁极由主极铁心和套装在铁心上 的励磁绕组构 成。 • 当励磁绕组中通有直流励磁电流 时，气隙中就会形成一个恒定的 主磁场。 • 为了减少电枢转动时由于齿、槽 移动造成主极极靴表面磁通密度 变化所引起的铁心损耗，主极铁 心通常用1～1.5mm厚的钢板冲片 叠压紧固而成。套装在各磁极上 的励磁绕组既可串联、也可并联， 但连接时应使相邻的主磁极呈N、 S交替排列。
• (3) 额定电流IN 指电机在额定电压下运行，输出功 率为额定功率时，电机的线电流，以A表示。
2020年3月8日 第24页
• (4) 额定转速nN 指额定状态下运行时转子的转速，以r ／min表示。
• (5) 额定励磁电压UfN (仅对他励电机)。 • （6）励磁方式：并励，串励，他励，复励。 • （7）定额：连续，短时，间歇三种定额工作方式。
二、直流发电机的工作原理
• 线圈内的电动势为交流电动势，由于换向器的“整 流”作用，电刷间的输出电动势却是直流电动势。 这就是直流发电机的工作原理。
2020年3月8日 第8页
三、直流电动机的工作原理
• 外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷 A、B和换向器再加到线圈上。
• 导体中的电流随其所处磁极极性的改变而同 时改变其方向，从而使电磁转矩的方向一直 保持不变，并使电动机连续旋转。
2020年3月8日 第2页
§1.1 直流电机及其用途
• 一、直流电机的定义 • 二、直流电机的优缺点 • 三、直流电机的发展状况
2020年3月8日 第3页
一、直流电机的定义
• 定义：直流发电机把机械能变为直流电能， 电动机把直流电能变为机械能。
2020年3月8日 第4页
二、直流电机的优缺点
• 优点：(1)调速范围广，且易于平滑调节。(2)过载、起动、 制动转矩大。(3)易于控制，可靠性高。(4)调速时的能量损 耗较小。
第一章 直流电机的工作原理和基本结构
• 引言 • §1.1直流电机及其用途 • §1.2直流电机的工作原理 • §1.3直流电机的基本结构 • §1.4直流电机的励磁方式 • §1.5直流电机的额定值与铭牌 • 小结
2020年3月8日 第1页
• 主要内容：研究直流电机的稳态运行，对直 流电机的工作原理、结构、电路、磁路及运 行原理和换向问题加以分析，并对直流电机 的启动、调速和制动进行了分析。
安放电枢铁心，铁心与磁极 之间的间隙称为气隙。 • 设铁心表面只敷设了两根导 体ab和cd，并联接成单匝线 圈abcd。 • 线圈首末端分别与弧形钢片 (通称为换向片)相连。 • 由换向片构成的整体叫换向 器。而整个转动部分称为电 枢。 • 为了把电枢与外电路连通， 特别装置了两把电刷A和B
2020年3月8日 第7页
2020年3月8日 第19页
• 3．换向器 • 前面已经指出，在直流发电
机中，换向器起整流作用， 在直流电动机中，换向器起 逆变作用，因此换向器是直 流电机的关键部件之—。换 向器由许多具有鸽尾形的换 向片排成一个圆筒、其间用 云母片绝缘，两端再用两个 V形环夹紧而构成．如图所 示。每个电枢线圈首端和尾 端的引线，分别焊入相应换 向片的升高片内。小型电机 常用塑料换向器，这种换向 器用换向片排成圆筒，再用 塑料通过热压制成。
2020年3月8日 第22页
2020年3月8日 第23页
§1.5直流电机的额定值与铭牌
• (1) 额定功率PN 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kW表示。对电动机，额 定功率是指轴上输出的机械功率；对发电机，是指 线端输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的 乘积。
• (2) 额定电压UN 指额定状态下电枢出线端的电压， 以V表示。中小型电动机：110，220，440V；中小 型发电机：115，230，460V；大型电机：800V左右。
• 4．机座 • 机座有两个作用，一是作为主磁路的一部分，
二是作为电机的结构框架。机座中 作为磁通 通路的部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯 成筒形以后焊成，或者用铸钢件(小型机座用 铸铁件)制成。机座的两端装有端盖。
2020年3月8日 第17页
二、转子部分
• 1．电枢铁心 • 电枢铁心既是主磁路的组成
2020年3月8日 第26页
• 旋转电机的结构有定子和转子两大部分，定 子和转子之间存在着空气隙。直流电机的定 子主要用来建立磁场并起机械支撑和防护的 作用。转子是电枢，用来感应电势，通过电 流，起着机电能量转换的作用。通过学习这 一章的内容，应了解定、转子各主要部分的 功用和结构特点。
2020年3月8日 第27页
• 旋转电机都有定子和转 子两部分，在定、转子 之间有一个储存磁能的 气隙。
• 直流电机的定子由主磁 极、机座和电刷装置等 部件组成。转子是电枢， 它由电枢铁心和电枢绕 组、换向器等部件组成。 图示出了国产直流电机 的结构图。
2020年3月8日 第12页
一、定子部分
• 1．主磁极 • 主磁极的作用是建立主磁场。主
• 电动机方面，采用电力电子技术配合同步电动机， 构成电子换向的无换向器电动机，也可具有直流电 动机的性能，已在大容量、高电压、高转速方面显 示了很大优越性，并得到实际应用。但总的来说， 还未做到全面代替直流电动机的程度。
2020年3月8日 第6页
§1.2直流电机的工作原理
• 一、直流电机的构成 • 瓦形永磁体N极与S极之间，
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10页
五、脉动的减小
• 为了减少电枢感应电动势和电磁转矩的脉动，实际的电枢绕组由许多个线 圈串联而成。
• 图示由6个线圈连接而成的电枢绕组。此时电刷上的电动势其脉动程度将 大为减小。
• 若每极下的导体数大于8时，电势脉动的幅度已小于1％。
2020年3月8日 第11页
§1.3直流电机的基本结构
• 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。
• 直流电机的性能随着励磁方式的不同而有很 大差异。按励磁方式可分为他励，并励，串 励和复励直流电机。对电机的额定值的含义 及我国常用直流电机的型号和应用，应有一 个初步的了解。
2020年3月8日 第28页
• 2．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。电 刷是石墨或金属石墨做成的导电块，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 螺钉夹紧在剧杆上。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接线 连在一起，再引到出线盒。刷杆装在可移动 的刷杆座上，以便调整电刷位置。
• 此时换向器起到将外电路的直流电流改变为 线圈内的交变电流的“逆变”作用。这是直 流电动机的工作原理。
2020年3月8日 第9页
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四、直流电机运行的可逆性
• 从以上对直流发电机和直流电动机的分析可 看出一台直流电机即可作为发电机运行，也 可以作为电动机运行，只是外界条件不同而 已。一个是输入机械能，一个是输入电能， 这种既能作发电机运行，又能作电动机运行 的原理,在电机理论中称为可逆原理。
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• 励磁绕组与电枢绕组并联的就是并励式。并励时， 励磁绕组上的电压就是电枢绕组的端电压。
• 励磁绕组与电枢绕组串联的就是串励式。串励时励 磁电流就是电枢电流，或是电枢电流的分流。
• 具有复励方式的直流电机，主极铁心上装有两个励 磁绕组，一个是与电枢并联的并励绕组，另一个是 与电枢串联的串励绕组。若串励绕组产生的磁动势 与并励绕组磁动势方向相同，就称为积复励；若两 者方向相反，则称为差复励。
• 在调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推进器、电车、电气 铁道牵引，高炉送料、造纸、纺织拖动、吊车、挖掘机械、 卷扬机拖动等方面，直流电动机均得到广泛的应用，直流发 电机用作直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电以及交流 发电机的励磁等的直流电源。
• 主要缺点是换向困难，它使直流电机的容量受到限制，不能 做得很大。目前极限容量也不过1万kW左右。
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• 2．电枢绕组
• 电枢绕组由一定数目的电枢线圈 按一定的规律连接组成，它是直 流电机的电路部分，也是感生电 动势、产生电磁转矩进行机电能 量转换的部分。线圈用绝缘的圆 形或矩形截面的导线绕成，分上、 下两层嵌放在电枢铁心槽内，上、 下层以及线圈与电枢铁心之间都 要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。 大型电机电枢绕组的端部通常紧 扎在绕组支架上。
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§1.4励磁方式
• 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。直流电机分成 他励和自励二大类。
• 他励式 他励式直流电机的励磁绕组由其他电源供电， 励磁绕组与电枢绕组不相连接，其接线圈如图所示。 永磁式直流电机亦归属这一类，因为永磁电机的手 磁场由永久磁铁建立，与电枢电流无关。
• 自励式 自励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组按一 定的关系相连接。在直流发电机中，利用自身发出 的电流励磁；在直流电动机中，励磁绕组和电枢绕 组由同一电源供电。自励直流电机又可分为并励、 串励和复励等三种。
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• 3．换向极 • 换向极装在两个主磁极之间，用以改善换向。
换向极亦由铁心和绕组组成，如图所示。铁 心常用整块钢或厚钢板制成，匝数不多的换 向极与电枢绕组串联。换向极的极数一般与 主磁极的极数相同。换向极与电枢之间的气 隙可以调整。
2020年3月8日 第16页
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。
2020年3月8日 第25页
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。
磁极由主极铁心和套装在铁心上 的励磁绕组构 成。 • 当励磁绕组中通有直流励磁电流 时，气隙中就会形成一个恒定的 主磁场。 • 为了减少电枢转动时由于齿、槽 移动造成主极极靴表面磁通密度 变化所引起的铁心损耗，主极铁 心通常用1～1.5mm厚的钢板冲片 叠压紧固而成。套装在各磁极上 的励磁绕组既可串联、也可并联， 但连接时应使相邻的主磁极呈N、 S交替排列。
• (3) 额定电流IN 指电机在额定电压下运行，输出功 率为额定功率时，电机的线电流，以A表示。
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• (4) 额定转速nN 指额定状态下运行时转子的转速，以r ／min表示。
• (5) 额定励磁电压UfN (仅对他励电机)。 • （6）励磁方式：并励，串励，他励，复励。 • （7）定额：连续，短时，间歇三种定额工作方式。
二、直流发电机的工作原理
• 线圈内的电动势为交流电动势，由于换向器的“整 流”作用，电刷间的输出电动势却是直流电动势。 这就是直流发电机的工作原理。
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三、直流电动机的工作原理
• 外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷 A、B和换向器再加到线圈上。
• 导体中的电流随其所处磁极极性的改变而同 时改变其方向，从而使电磁转矩的方向一直 保持不变，并使电动机连续旋转。
2020年3月8日 第2页
§1.1 直流电机及其用途
• 一、直流电机的定义 • 二、直流电机的优缺点 • 三、直流电机的发展状况
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一、直流电机的定义
• 定义：直流发电机把机械能变为直流电能， 电动机把直流电能变为机械能。
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二、直流电机的优缺点
• 优点：(1)调速范围广，且易于平滑调节。(2)过载、起动、 制动转矩大。(3)易于控制，可靠性高。(4)调速时的能量损 耗较小。
第一章 直流电机的工作原理和基本结构
• 引言 • §1.1直流电机及其用途 • §1.2直流电机的工作原理 • §1.3直流电机的基本结构 • §1.4直流电机的励磁方式 • §1.5直流电机的额定值与铭牌 • 小结
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• 主要内容：研究直流电机的稳态运行，对直 流电机的工作原理、结构、电路、磁路及运 行原理和换向问题加以分析，并对直流电机 的启动、调速和制动进行了分析。
安放电枢铁心，铁心与磁极 之间的间隙称为气隙。 • 设铁心表面只敷设了两根导 体ab和cd，并联接成单匝线 圈abcd。 • 线圈首末端分别与弧形钢片 (通称为换向片)相连。 • 由换向片构成的整体叫换向 器。而整个转动部分称为电 枢。 • 为了把电枢与外电路连通， 特别装置了两把电刷A和B
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• 3．换向器 • 前面已经指出，在直流发电
机中，换向器起整流作用， 在直流电动机中，换向器起 逆变作用，因此换向器是直 流电机的关键部件之—。换 向器由许多具有鸽尾形的换 向片排成一个圆筒、其间用 云母片绝缘，两端再用两个 V形环夹紧而构成．如图所 示。每个电枢线圈首端和尾 端的引线，分别焊入相应换 向片的升高片内。小型电机 常用塑料换向器，这种换向 器用换向片排成圆筒，再用 塑料通过热压制成。
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§1.5直流电机的额定值与铭牌
• (1) 额定功率PN 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kW表示。对电动机，额 定功率是指轴上输出的机械功率；对发电机，是指 线端输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的 乘积。
• (2) 额定电压UN 指额定状态下电枢出线端的电压， 以V表示。中小型电动机：110，220，440V；中小 型发电机：115，230，460V；大型电机：800V左右。
• 4．机座 • 机座有两个作用，一是作为主磁路的一部分，
二是作为电机的结构框架。机座中 作为磁通 通路的部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯 成筒形以后焊成，或者用铸钢件(小型机座用 铸铁件)制成。机座的两端装有端盖。
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二、转子部分
• 1．电枢铁心 • 电枢铁心既是主磁路的组成
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• 旋转电机的结构有定子和转子两大部分，定 子和转子之间存在着空气隙。直流电机的定 子主要用来建立磁场并起机械支撑和防护的 作用。转子是电枢，用来感应电势，通过电 流，起着机电能量转换的作用。通过学习这 一章的内容，应了解定、转子各主要部分的 功用和结构特点。
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• 旋转电机都有定子和转 子两部分，在定、转子 之间有一个储存磁能的 气隙。
• 直流电机的定子由主磁 极、机座和电刷装置等 部件组成。转子是电枢， 它由电枢铁心和电枢绕 组、换向器等部件组成。 图示出了国产直流电机 的结构图。
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一、定子部分
• 1．主磁极 • 主磁极的作用是建立主磁场。主
• 电动机方面，采用电力电子技术配合同步电动机， 构成电子换向的无换向器电动机，也可具有直流电 动机的性能，已在大容量、高电压、高转速方面显 示了很大优越性，并得到实际应用。但总的来说， 还未做到全面代替直流电动机的程度。
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§1.2直流电机的工作原理
• 一、直流电机的构成 • 瓦形永磁体N极与S极之间，
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10页
五、脉动的减小
• 为了减少电枢感应电动势和电磁转矩的脉动，实际的电枢绕组由许多个线 圈串联而成。
• 图示由6个线圈连接而成的电枢绕组。此时电刷上的电动势其脉动程度将 大为减小。
• 若每极下的导体数大于8时，电势脉动的幅度已小于1％。
2020年3月8日 第11页
§1.3直流电机的基本结构
• 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。
• 直流电机的性能随着励磁方式的不同而有很 大差异。按励磁方式可分为他励，并励，串 励和复励直流电机。对电机的额定值的含义 及我国常用直流电机的型号和应用，应有一 个初步的了解。
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