电机学直流电机
电机学-直流电机原理与绕组
几何中性线
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
+－
+
－
N
+S
－N
S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
+
－
整理课件
－
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕组的并联支路数正好等 于电机的极数。 这是单整迭理课绕件组的重要特点之一。
D a (弧长)
2p
Z （槽数）
2p
（电角度）
整理课件
有关电枢绕组名词、术语
元件（线圈）：
第一节距y1 y1
每一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离， 常用槽数来表示
第二节距y2（y2<0）
联接在同一个换向片上两个不同元件的元件 边在电枢表面跨过的距离
合成节距y： y=y1+y2
0
整理课件
A
If0 If
I fN F f 0 IN
直流电机的空载磁场
空载时，励磁磁动势主要消
耗在气隙上。当忽略铁磁材料的
极靴
磁阻时，主磁极下气隙磁通密度
极身
的分布就取决于气隙的大小和形 状。
磁极中心及附近的气隙小且
几何中性线
均匀，磁通密度较大且基本为常 数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，
（a）气隙形状
整理课件
三、直流电机的额定值
额定容量PN： 输出功率 额定电压UN：额定状态下出线端电压； 额定电流IN：额定状态下出线端电流； 额定转速n： 额定状态下的电机转速
★
直流发电机： 电功率PN＝UN·IN 直流电动机： 机械功率PN＝UN·IN ·
电机学总复习要点大全资料
电机学总复习要点大全资料1.电机分类：-直流电机：按励磁方式分为永磁直流电机和电梯直流电机。
-交流电机：按形状分为异步电机和同步电机。
异步电机包括感应电动机和异步永磁电动机；同步电机包括同步感应电动机和永磁同步电动机。
2.电机工作原理：-直流电动机：利用安培力和洛伦兹力的相互作用实现电能与机械能的转换。
-交流电动机：利用磁场旋转和感应原理实现电能与机械能的转换。
3.直流电机的构造：-励磁系统：提供磁场，分为永磁励磁和电梯励磁。
-转子系统：可以是铁芯或者铁心绕组。
-定子系统：通常由定子绕组、定子铁芯和机壳组成。
4.直流电机的性能参数：-额定功率：在额定工作条件下，电机所能提供的机械功率。
-额定电压：在额定工作条件下，电机所需的电压。
-额定电流：在额定工作条件下，电机所需的电流。
-额定转速：在额定工作条件下，电机的转速。
-效率：电机所输出的有用功率与输入的电能之比。
5.交流电机的构造：-感应电动机：由定子和转子组成，定子绕组通常为三相绕组，转子可以是鳄鱼绕组或者铜条短路绕组。
-同步电动机：由定子和转子组成，转子一般为永磁体，定子绕组可以是三相绕组或者单相绕组。
6.交流电机的性能参数：-引入功率：电机所需的电能。
-输出功率：电机输出的机械功率。
-功率因数：引入功率与输出功率的比值。
-正弦波方程：描述电机的电压和电流之间的关系。
7.电机的运行和控制方法：-直流电机的运行和控制方法：电流控制和电势控制。
-交流电机的运行和控制方法：-异步电动机：变频调速技术，通过改变电源频率改变电机的转速。
-同步电动机：电势控制和电流控制。
8.电机的应用：-家用电器：洗衣机、冰箱、风扇等。
-工业机械：泵、风机、压缩机等。
-车辆和交通：电动汽车、铁路车辆等。
-可再生能源：风力发电、太阳能发电等。
电机学
产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,
该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。
pN ΦI a CT ΦI a 大小: Tem 2 πa pN 其中C T 为电机的转矩常数，有 CT 9.55Ce 2 πa
可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电 流成正比
性质: 发电机——制动(与转速方向相反)；
Ce为电势的结构常数， 由绕组结构决定。可 见感应电势正比于每 极磁通量和转子转速。 这一感应电势公式把 电量Ea、机械量n、磁 场量Φ联系起来了。
第2章 直流电机的基本理论 一、电枢绕组的感应电动势
设气隙磁场的分布所示，则每 根导体的感应电动势为 式中，
— 导体所在处的气隙磁密；
v
l
— 导体的有效长度； — 导体相对气隙磁场的速度。
第2章 直流电机的基本理论 二、发电机功率平衡方程
功率流程图（永磁式时）
第2章 直流电机的基本理论
功率平衡方程 P1=PM+pm+pFe+pΔ=P2+pa+pb+pf+pm+pFe+pΔ =P2+Σp 电磁功率PM：从机械功率转化为电功率的那一部分功 率,它是能量形态变化的基础。 PM= TΩ=CTΦIaΩ=pN/(2πa)ΦIa*(2πn/60) =pN/(60a)ΦnIa= EaIa
第2章 直流电机的基本理论 2.4电枢绕组中的感应电势
• 当电枢以一定的转速n向一个方向转动时，电枢绕 组的导体便会切割磁力线，产生感应电势。 • 由电刷引出的感应电势Ea也就是每条支路的感应 电势，即一条支路中所有串联导体的感应电势之 和。 • 本节将推导感应电势的计算公式。
电机学(刘颖慧)课件第2章直流电机基本理论
电机学 Electric machinery
2.1.5 直流电机的结构
❖ 直流电机由定子和转子两大部分构成，两者之间存在气隙。 ❖ 定子主要用来建立主磁场，并作为电机的机械支撑，包括主
磁极、换向极、机座、电刷装置和端盖等部件。 ❖ 转子又称为电枢，主要包括电枢铁心、电枢绕组和换向器等
❖ 换向器
❖ 对于发电机，换向器的作用是将电枢绕组中的交变电动势转 变为直流电动势向外部输出直流电压；
❖ 对于电动机，它是将外界供给的直流电流转变为绕组中的交 变电流以使电机旋转。
（a) 换向片
图2.1.7 换向器结构
（b) 换向器
Department of Electrical Engineering, HUT
第2章 直流电机基本理论
直流电机是指能输出直流电流的发电机或通入直 流电流而产生机械运动的电动机。
直流电动机具有良好的启动性能和宽广平滑的调 速特性。
直流发电机主要做直流电源。
电机学 Electric machinery
2.1 直流电机的基本原理与结构
❖ 电机的分类： ❖ 应用电磁原理实现电能与机械能互换的旋转机械，统称为电
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
电枢绕组设计的基本要求：
1.电动势大，波形好； 2.电流大，产生并承受的电磁力和电磁转矩大； 3.结构简单，连接可靠； 4.便于维修； 5.换向性能好；
电枢绕组的类型：
1.叠绕组：单叠绕组和复叠绕组； 2.波绕组：单波绕组和复波绕组； 3.蛙绕组：叠绕组和波绕组的组合；
电机学PPT课件-直流发电机
contents
目录
• 直流发电机的概述 • 直流发电机的结构 • 直流发电机的工作特性 • 直流发电机的应用和维护
01
CATALOGUE
直流发电机的概述
直流发电机的定义
总结词
直流发电机是一种将机械能转换 为直流电能的装置。
详细描述
直流发电机是一种将机械能转换 为直流电能的旋转电机，其输出 电流方向保持不变。
03
在电信、数据中心、医院等重要设施中，直流发电机作为备用电源， 确保设备在停电时仍能正常运行。
04
在野外或偏远地区，直流发电机可作为便携式电源，为电子设备和照 明提供电力。
直流发电机的维护
01
定期检查发电机的运行 状态，确保无异常声音 和振动。
02
清洁发电机表面，保持 整洁，防止灰尘和杂物 影响散热。
03
检查润滑系统，确保轴 承和齿轮得到充分润滑 。
04
定期更换磨损的零件， 如碳刷、轴承等，以延 长发电机使用寿命。
常见故障及排除方法
01
02
03
04
电压不稳定
检查发电机转速和励磁电流是 否正常，调整或更换励磁绕组
。
发电机过热
检查冷却系统是否正常工作， 清除通风障碍物，增加通风量
。
碳刷磨损严重
更换碳刷，调整碳刷压力至合 适值。
。
当励磁电流If恒定时，输出电压 Ua随转速n的增加而增加。
外特性
外特性是指直流发电机的输出 电压Ua与输出电流Ia的关系。
当发电机转速n和励磁电流If恒 定时，输出电压Ua随输出电流 Ia的增加而减小。
外特性是直流发电机的输出特 性，反映了发电机的带负载能 力。
电机学-第二章直流电机习题
直流电机一、填空1.直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是。
答：交流的。
2.一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为倍的额定电流（假设磁路不饱和）。
T em=φIa答：倍。
3.并励直流电动机，当电源反接时，其中I a的方向，转速方向。
答：反向，不变。
4.直流发电机的电磁转矩是转矩，直流电动机的电磁转矩是转矩。
答：制动，驱动。
5.：6.直流电动机电刷放置的原则是：。
答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。
7.直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速。
答：升高，降低。
8.电磁功率与输入功率之差对于直流电动机包括损耗。
答：绕组铜损耗。
9.串励直流电动机在负载较小时，I；当负载增加时，aT e，I；负载增加时，n下降的程度比并励电a动机要。
答：小，增加，增加，严重。
10.并励直流电动机改变转向的方法有，。
答：将电枢绕组的两个接线端对调，将励磁绕组的两个接线端对调，但二者不能同时对调。
11./12.串励直流电动机在电源反接时，电枢电流方向，磁通方向，转速n的方向。
答：反向，反向，不变。
13.当保持并励直流电动机的负载转矩不变，在电枢回路中串入电阻后，则电机的转速将。
答：14.直流电机单叠绕组的并联支路数为答：2p。
13．直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是；若为电动机，则直轴电枢反应是。
答：去磁的，增磁的。
二、选择填空1.]2.一台串励直流电动机，若电刷顺转向偏离几何中性线一个角度，设电机的电枢电流保持不变，此时电动机转速。
A：降低B：保持不变，C：升高。
答：C3.一台直流发电机，由额定运行状态转速下降为原来的30℅，而励磁电流及电枢电流不变，则。
A：E a下降30℅，B：Tem下降30℅，C：E a和Tem都下降30℅，D：端电压下降30℅。
《电机学》学习笔记
总体基础：导线的感应电动势：e=Blv 电机感应电动势E=C Eφn=pN60a*φn导线所受电磁力：f=Bxli 电磁转矩Tem=pN2πaφIa=C TφI a电机内气隙磁场：F m=F a+F f1第一部分直流电机一、结构：定子为永磁极，为电机提供一个固定的磁场，成对出现。
绝大多数不采用永磁体，由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。
转子上面为电枢绕组。
电动机时，转子通以直流电压，经过换向器变在转子内部体现为每根导体上的交变电流，用以驱动旋转。
发电机时，由于转子切割磁场，电枢内每根导线上产生交变电流，通过换向器对外体现为直流电。
换向器通过电刷连接外电路。
电枢铁心用于固定支撑电枢绕组和导通磁路。
为了减少涡流损耗，采用0.5~0.35的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
额定值：额定功率P N（W），额定电压U N（V），额定电流I N（A），额定转速n N（r/min）,额定效率η，额定转矩T N。
发电机：P N=U N*I N 电动机：P N=U N*I N*η额定值是电机运行的基本依据，一般希望电机按照额定值运行。
运行于额定值时称为满载。
运行时超过额定容量，称为过载。
运行远低于额定容量，称为轻载。
过载使电机过热，降低使用寿命，甚至损坏电机，应避免。
轻载浪费容量和降低了效率，不建议采用。
二、直流电机分类和通用方程1、分类：他励：励磁电流和电枢电路采用不同电源。
并励：励磁绕组和电枢并联串励：励磁绕组和电枢串联复励：电机里同时存在并励绕组和串励绕组。
并励和串励绕组磁动势相加称积复励，相减称差复励。
并励绕组与电枢绕组并接，串励绕组与电枢串接，称短复励。
并励绕组与串励绕组串联后与电枢绕组并联，称长复励。
2、直流电机可逆性：当电机以较高转速n旋转时，产生E>U，则电机电枢电流与E同向，电磁转矩Tem与n反向，电机为发电机运行状态。
当电机以较低转速n旋转时，产生E<U，则电机电枢电流与E反向，电磁转矩Tem与n同向，电机为电动机运行状态。
《电机学》(华中科大出版社,辜承林,第二版)课后答案
第二章 直流电机 2．1 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流，“换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。
2．2 试判断下列情况下，电刷两端电压性质 （1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转； （2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
(1)交流 ∵电刷与电枢间相对静止，∴电刷两端的电压性质与电枢的相同。
（2）直流 电刷与磁极相对静止，∴电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 ∴是直流。
2．3 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？ 直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到N 极下，还是S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩 2．4 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？有7个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记2．5 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，∴线圈太多，无处嵌放。
2．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。
漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换，δΦ与饱和系数有关。
2．7 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？磁化曲线：00()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 励磁磁动势设计在低于“膝点”，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是0Φ（根据E 和m T 公式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。
直流电机实验
电机学实验一直流电机实验1实验目的: 理解掌握直流机发电、电动工作特性。
2实验电路:图 1 直流电机实验系统结构图3 实验内容与步骤3.1系统基本连接与参数调节--由教师完成:（1）连接电路实线部分。
直流机按正转接线, 交流机按反转接线。
（2）电流调节器调最大Uc为1V。
调电流反馈: Ui/Ia=2V/0.5A。
（3）直流稳压源限流值调到1.5A。
3.2直流机发电实验--交流机作同步恒速运行, 驱动直流机发电, 电流闭环控制整流调压器吸收其电流。
3.2.1实验准备(1) 完成直流机电枢回路、励磁回路连接, 励磁开关Kf断开, RA.RB置最大。
（2）整流器：Uct只接电流调节器输出Uc！Ublf断开, 整流器先关闭。
（3）交流机RC调最大。
直流稳压源断开Kz, 通电调到Uz=15V。
（4）实验台通电。
（5）给定电路置“负”, 并调输出0V。
--注：电流调节器的运放“反相”, 故给定为负, 反馈为正3.2.2 启动交流机（1）接通主电路。
（2）减RC起动交流机反转到~1000rpm, 接通直流稳压源Kz, RC回最大。
使交流机进入同步恒速（1500rpm）运行, 驱动直流机发电。
3.2.3直流发电机空载Uf-E特性（即if -φ磁化特性）实验断Kf使Uf=0, 测量记录对应的直流机剩磁发电电势E(｜Ua｜)。
接通Kf后调RA+RB使Uf= 90, 160, 220V。
测量记录E。
3.2.4 直流发电机负载特性实验--用电流闭环恒定吸收直流机发电电流, 并转为交流功率送电网。
（1）调RA+RB保持励磁Uf=220V。
（2）测Ud应为负！(否则查改直流机电枢接线)。
整流器Ubf接通, 允许其工作。
（3）加负载: 用负给定电位器调-Ui*到Ia=（0）, 0.3, 0.6A, 测量记录Ia、Ua。
*(4) 可用RA+RB降Uf=200V, 测量记录Ia、Ua—观察电流环恒流效果。
(5) 停车：先用-Ui*减Ia到0, 再断开Kz, 电机停车后断主电路。
电机学(第三版)第二章 直流电机
P EI a em
机械输入功率
P P pmec pFe p来自d P p0 1 em em
P P2 pCua pCuf pmec pFe pad 1 P2 pCu p0 P2 p
I
电压变化率
U U N U 0 100% U0
4.调节特性: n=常数、U=常 数时，If=f(I)
直流电机总体结构
长沙理工大学电气工程学院
主磁极
长沙理工大学电气工程学院
换向极
长沙理工大学电气工程学院
机 座
长沙理工大学电气工程学院
电枢铁芯及绕组
长沙理工大学电气工程学院
电枢绕组在槽中的绝缘情况
长沙理工大学电气工程学院
换向器
长沙理工大学电气工程学院
电刷装臵
长沙理工大学电气工程学院
直流电机的额定值
长沙理工大学电气工程学院
电枢绕组在槽内的放臵
长沙理工大学电气工程学院
单叠绕组的连接
长沙理工大学电气工程学院
D a 2 p或 Z i 2 p
Z 整数 y 2p
i 1
y y 叠绕组 y 0
1 2 2
y
波绕组的 y 0
2
长沙理工大学电气工程学院
单叠绕组－展开图
Bavl
（1）
n （ 5） v 2 p 60
故式（2）最终可改写为
（4 ）
E
令
Na / 2 a
k 1
ek lv
Na / 2 a
k 1
B ( x)
（ 2）
pN a E n C E n 60a
电机学知识点总结
电机学知识点总结电机学是电气工程领域的重要学科，研究电能转换的原理和方法。
在现代社会中，电机广泛应用于各行各业，推动着社会的发展。
本文将对电机学的相关知识点进行总结，包括电机的分类、基本原理及应用等内容。
一、电机的分类电机根据其工作原理和结构特点可以分为直流电机和交流电机两大类。
1. 直流电机直流电机是最早发展的一种电机，其工作原理基于洛伦兹力。
直流电机按照其励磁方式可以分为永磁直流电机和电磁励磁直流电机。
永磁直流电机：其励磁方式采用永磁体产生磁场，具有结构简单、使用方便等优点。
常见的家用电器中常用永磁直流电机。
电磁励磁直流电机：其励磁方式采用外部电源提供磁场，具有磁场可调性的特点。
在工业领域中，电磁励磁直流电机更为常见。
2. 交流电机交流电机是现代工业中最常见的一种电机，根据其转子结构和工作原理可分为异步电机和同步电机。
异步电机：其转子的转速永远低于定子的旋转频率，适用于大多数家用电器和工业设备。
同步电机：其转子的转速与定子的旋转频率同步，精度高。
同步电机在高精度的控制系统中得到广泛应用。
二、电机的基本原理电机的工作原理是基于电磁感应的。
1. 动磁场与定子相互作用电机中，转子通过外部电源的电流产生动磁场，而定子的绕组周围由于交变电流的存在而产生定磁场。
转子的磁场与定子的磁场相互作用，产生转矩使转子运动。
2. 转矩与功率输出电机的转矩与转子的磁场强度以及转子与定子之间的相对位置有关。
转矩越大，功率输出越高。
3. 动转子与同步转子的区别动转子的磁极是通过电流流过线圈产生的，转子的转速取决于电源频率。
而同步转子的磁极是通过外部励磁产生的，转子的转速与电源频率同步。
三、电机的应用电机作为一种能量转换设备，在各个领域都有广泛的应用。
1. 工业应用电机在工业领域中应用广泛，常见于工厂的生产线、机械设备、自动化控制系统等。
不同类型的电机可以满足不同的工艺要求。
2. 家用电器家用电器中也广泛使用电机，如空调、洗衣机、电风扇等。
容易看懂的电机学
容易看懂的电机学电机学是研究电动机的原理、结构和运行特性的学科。
它是电气工程中非常重要的一门课程，也是电力系统和工业自动化领域不可或缺的基础知识。
电机学的学习内容很广泛，包括直流电机、交流电机和特种电机等。
其中，直流电机是最基础的一种电机，它的结构相对简单，容易理解。
直流电机是通过电流在磁场中产生力矩，使得电机转动。
它的转子上有一个可以转动的电枢，电枢上通过电刷和电刷架与外部电源相连。
当电枢通电时，就会在磁场中产生力矩，使得电枢转动。
直流电机可以通过改变电枢电流的方向来改变转动方向，这使得它在实际应用中非常灵活。
交流电机是一种更为复杂的电机，它根据不同的转子结构可以分为异步电机和同步电机。
异步电机是最常见的一种交流电机，它的转子上有一个绕组，通过不断变化的磁场来产生力矩，使得电机转动。
同步电机则是通过与外部电源同步的磁场来产生力矩，从而实现转动。
特种电机是指应用于特定场景的电机，比如步进电机、无刷直流电机等。
步进电机是一种将电信号转化为角位移的电机，它的转子可以按照一定的步长旋转。
无刷直流电机则是一种没有碳刷和电刷架的直流电机，它的转子是通过电子控制器来驱动的。
这两种电机在自动化控制领域得到了广泛应用。
电机学的学习不仅仅是理论知识的学习，更重要的是实践能力的培养。
通过实验，我们可以更加直观地了解电机的工作原理和特性。
同时，电机的故障诊断和维修也是电机学的重要内容之一。
掌握这些技能，可以帮助我们更好地运用电机，并保证电机的正常运行。
电机学是电气工程中的重要学科，它的学习内容广泛而深入。
通过学习电机学，我们可以了解电机的原理和结构，掌握电机的运行特性，并具备电机的故障诊断和维修能力。
电机学的学习不仅仅是为了应付考试，更是为了能够在实际工作中灵活运用电机，提高工作效率。
希望通过这篇文章的阅读，能让读者对电机学有一个初步的了解，并对电机学的重要性有所认识。
电机学-直流电机
左行
y
yK
K -1 p
右行
y
yK
K 1 p
单波绕组元件
直流电机-电枢绕组
➢ 单叠绕组
并联支路数恒等于2，并联支路数a==1
单波绕组电路图
单波绕组展开图
➢ 总结
直流电机-电枢绕组
直流电机的电枢绕组总是自成回路; 电枢绕组的支路数（2a）永远是成对出现，因为磁极数(2p)是一个偶数；且至少 有2条并联支路；
直流电机-励磁方式
➢ 励磁方式
主磁极的励磁方式有永磁式和电励磁两种。电励磁式是给励磁绕组供电，产生励磁 磁动势而建立主磁场的方式。根据供电方式的不同，它又可以分为他励和自励两类，而自励 又被分为并励、串励和复励三种。
他励
I Ia
并励
I Ia +I f
串励
I Ia =I f
复励
I I f ' =Ia +I f
主磁极的中心线称为直轴，相邻N极和S极的分界线称为
交轴。
直流电机-磁动势和磁场
➢ 电枢磁动势和磁场（电刷位于几何中性线）
N
Hdl D 2x ia
Nia 2x A 2x
D
Fax
1 2
A2x
Ax
Faq
Fa
A
2
τ= D/2p
Bax
0Hax
0
Fax
k
直流电机-磁动势和磁场
➢ 负载气隙磁场（电刷位于几何中性线）
单叠绕组：a= p, 即并联支路对数恒等于电机极对数 单波绕组：a = 1, 即并联支路对数恒等于1 电刷放置的一般原则是空载时通过正、负电刷间的电动势最大，或者说，被电刷 短路的元件中的电动势为零; 对于端接对称的元件，电刷也就放置在主极轴线下的换向片上，电刷总是与位于 几何中线上的导体相接触。
电机学PPT课件-直流电动机
3
机电一体化设计
结合机械、电子、信息等多学科知识，进行直流 电动机的优化设计，实现高效、紧凑、可靠的设 计目标。
THANKS
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电动车与新能源汽车
随着电动车和新能源汽车的普及，直流电动机作为动力源将得到 更广泛的应用。
智能家居与家电
直流电动机在智能家居和家电领域的应用将不断拓展，如智能吸 尘器、电动窗帘等。
直流电动机的创新研究
1 2
新材料与新工艺
研究新型材料和制造工艺，提高直流电动机的性 能和可靠性。
控制策略优化
研究先进的控制算法和策略，提高直流电动机的 响应速度和稳定性。
电机学ppt课件-直 流电动机
目录
• 直流电动机简介 • 直流电动机的特性 • 直流电动机的控制 • 直流电动机的常见故障与维护 • 直流电动机的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
直流电动机简介
直流电动机的基本结构
定子
固定部分，包括主磁极和换向器。
转子
旋转部分，由导电的电枢绕组和铁芯组成。
换向器
大。
转矩与磁通关系
02
在一定范围内，转矩与磁通成正比。但当磁通增加到一定程度
时，转矩增加趋缓。
转矩与转速关系
03
在一定转速范围内，转矩与转速成反比。转速越高，转矩越小
。
直流电动机的机械特性
机械特性方程
直流电动机的机械特性方 程表示了电动机的转速、 转矩和电源电压之间的关 系。
固有机械特性
固有机械特性是指在一定 励磁电流和电枢电压下的 机械特性。
当电机发生缺相故障时，自动切断电源，防 止电机因缺相而损坏。
04
CATALOGUE
电机学直流电机的换向
如果换向元件中电势为零， 则在被电刷短路的闭合 回路中不会有环流。
换向元件中的电流由电刷与相邻两换向片的接触面 积决定。变化曲线时一条直线， 称为直线换向。
i
但是换向过程中，
+ia
不可能没有电势！
t
-ia
2. 换向元件中的感应电势
(1) 电抗电势er
换向元件中由于换向电流的变化所引起的自感电 Lr
di dt
er的平均值：
Lr：换向元件的电抗系数， 包括自感和互感
er
Lr
i t
Lr
2ia Tk
设电刷宽度bs等于换向片宽度bk， 换向片数为K，
换向周期Tk：
Tk
bs vk
bk vk
Dk / K Dk n / 60
60 K n
电抗电势的特点
•抗电势er越大Tiak 。 Ia n 电机负载越重或转速越高， 电
（3）电刷下产生火花的原因
换向元件中存在两个方向相同的电势er和ea， 合成电势：
e ea er 0
合成电势在换向元件闭合回路中产生的环流：
ik
e R
ea er
R
i
由闭合转为断开时，由ik建立 的电磁能量以火花的形式释放 出来。
ik t
二、改善换向的方法
减少换向元件的感应电势和旋转电势，可以有效地 改善换向。最有效的办法：装换向极。
三、环火及其防止
• 电枢反应使气隙磁场发生畸变， 使处于Bδmax处的元件的 感应电势增大。 当片间电压Uk超过一定值时， 换向片间 产生火花，称为电位差火花。
•电位差火花与换向火花连成一片， 构成环火。
•防止环火的措施：在主磁极的极靴装补偿绕组， 并 与电枢绕组串联。产生的磁势方向与电枢反应磁势相 反。
电机学直流电机
励磁回路 U I f rf r j I f R f
电流方程 I a I I f
2.4.1基本方程
2、功率平衡方程 电磁功率：电枢绕组感应电动势E与电枢电流Ia的乘积
PemEIa Pem6p0NaaΦnIa 2pπNaaΦIa3π0nTemΩ PemUIUIf Ia2Ra P2pCuf pCua P2pCu
2.3.2直流电机的空载磁场
➢磁通：空载是电机中的磁场是对称分布的,分为两部分
✓主磁通：经气隙、电枢、相邻主极下的气隙、主极铁芯、定 子磁轭闭合,
主磁通同时交链与励磁绕组和电枢绕组； 在电枢绕组中产生感应电动势,实现机电能量交换；
用0表示，
✓漏磁通：经主极间的空气或定子磁轭闭合， 不穿过气隙； 不参与机电能量交换；
2.2.1电枢绕组基本特点
➢ 基本概念
✓ 绕组元件：两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈, ✓ 元件边：放在槽中切割磁力线、感应电动势的有效边， ✓ 上下元件边：放在某一槽上下层， ✓ 端接：元件槽外的部分前端接、后端接，
2.2.1电枢绕组基本特点
➢ 基本概念
✓ 槽内每层元件边数：u ✓ 槽数Z与虚槽数Zi：Zi=uZ ✓ 元件数S、换向片数K与虚槽数Zi：S=K=Zi
P 1 P e m p C u a p C u f P e m p C u P e m P 2 p m e c + p F e p a d P 2 p 0
P 1 P 2 p C u a p C u f p m e c + p F e p a d P 2 p C u p 0 P 2 p
CT
30 π
CE
2.4直流发电机的基本特性
2.4.1基本方程
If
电机学第三章 直流电机的稳态分析
展开直流电机的转子
N
1 2 3 4 5
单叠绕组的设计
τ
τ
τ
τ
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
N
11 12 13 14
S
15 16 1
单叠绕组的设计
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
N
11 12 13 14
S
15 16
1
2
单叠绕组的设计
N
1 2 3 4 5 6
S
7 8 9 10
一 、空载气隙磁场
气隙磁场是产生感应电动势并进行能量转换的场所
平顶波
二 、负载时的电枢磁动势和电枢反应
安培环路定律 当电枢电流Ia不是零时（负载时电枢输出或输入电流），绕 组中的电流也会产生磁场，称其为电枢磁场。 此时，气隙磁场就由主机磁动势和电枢磁动势两者合成的磁 动势建立磁场。 由前面分析直流电机中电刷（固定的）是电枢表面导体中电 流方向的分界线（电枢磁势的轴线总是与电刷轴线重合）， 因此电枢电流建立的电枢磁动势与电刷位置有关，下面分别 讨论不同电刷位置时的电枢磁动势。
叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前 一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。 波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串 联起来，象波浪式的前进。
元件的概念
上元件边 前端接
N S
前端接
下元件边
换向片
电枢绕组的元件
线圈在槽中的安排
1. 元件数等于虚槽数 2.每一个元件两个边接到两个换向片上，每一个换向片接两个 元件的边，因此元件数等于换向片数
第三章 直流电机的稳态分析
直流电机是电机的主要类型之一 1.直流电动机以其良好的启动性能和调速性能著称。 2.直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源。 结构较复杂 直流电机 成本较高 可靠性较差 近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能 的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽 管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值! 使它的应用受到限制
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元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端，另一 根称为末端。
极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示。
D
2p
Qu
2p
叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一个元件端接部分， 整个绕组成折叠式前进。
波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的 前进。
直流电枢绕组的元件数S、换向片数K和虚槽数Qu三者相等。
3.5 直流电机的电枢绕组
2. 电枢绕组的节距
y 第一节距 ：1一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。 y 第二节距 ：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下层边与第二个元件
的上层边间的距2离。
y 合成节距 ：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。
指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 “A” 为单位。 ⒋ 额定转速 nN
指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。 此外，还有一些物理量的额定值，如额定效率ηN、额定转矩TN、额定温升 等，不一 定标在电机铭牌上。
N
3.4 直流电机的励磁方式
1、他励式：其励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连。
3.1 直流电机的工作原理
➢当原动机驱动电机转子逆时针旋转
后，如右图18。00
➢导体ab在S极下，导体cd在N极下，线 圈abcd的感应电势方向由a 到d 。此时a 端经换向片与电刷B接触，d端经换向片 与电刷 A接触，所以电刷A极性仍为正， 电刷B极性仍为负。
➢ 可见，和电刷A接触的导体总是位于N 极下，和电刷B接触的导体总是位于S极 下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B 的极性总是负的，在电刷A、B两端可获 得直流电势。
2、自励式 发电机 ：利用自身发出的电流励磁； 电动机 ：励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。
并励式： 励磁绕组与电枢绕组并联； 串励式： 励磁绕组与电枢绕组串联； 复励式：装有两个励磁绕组，一个与电枢并联，二个与电枢串联。
3.5 直流电机的电枢绕组
1. 电枢绕组的构成 元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。
第三章 直流电机的工作原理和基本结构
内容：
3.1 直流电机的工作原理 3.2 直流电机的基本结构 3.3 直流发电机的额定值 3.4 直流电动机的励磁方式 3.5 直流电机的电枢绕组
3.1 直流电机的工作原理
直 流 发 电 机
磁极 电枢铁心 气隙 电枢绕组 换向器（换向片） 电枢 电刷
பைடு நூலகம்
在图示时刻，线圈abcd的感应电势方向由d到a。此时a端经换向片与电刷A接 触，d端经换向片与电刷B接触，所以电刷A为正极性而电刷B为负极性。
3.1 直流电机的工作原理
直流电动机
➢把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极， 电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右 上图。
➢在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向 左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力 形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻 力转矩时，电机转子逆时针方向旋转。
➢电枢旋转180º后，右下图，原N极性下导体ab 转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体 cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形 成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成 的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。
3.2 直流电机的基本结构
直流电机
定子 转子
主磁极 换向极 电刷装置 机座 端盖 电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 轴承
3.3 直流电机的额定值
⒈ 额定功率 PN 指电机额定状态下运行时，电机的输出功率
对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。PN＝ UNIN
对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，PN＝UNINηN ⒉ 额定电压 UN
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 IN
换向器节距
：y同c 一元单单件叠波首绕绕末组组端连接的换向片之yy 间的yy距11离。yy22