第三章：直流电机

U E I a Ra
直流发电机动画演示
3.1.2 直流电机的结构
主磁极 换向磁极
磁极铁心 （产生励 励磁绕组 磁磁场）
定子
直 流 电 机
机座 端盖 电刷装置
转轴
电刷 刷握 绝缘支架 压紧力调整装置
转子
换向器
电枢铁心 （产生电动势，流过电 电枢绕组 流，产生电磁转矩）
Z2系列直流电动机外形 Z4系列直流电动机外形
极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示。
Z
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。
1、2—有效部分；3—端接部分；4—换向器；
电枢绕组的元件及在槽内的放置情况
第三章 直流电机
学习要点：
1、直流电机的工作原理； 2、直流电机的感应电动势和电磁转矩； 3、直流电动机的机械特性； 4、并励直流发电机的自励条件；
用途：直流发电机把机械能转化为电能； 直流电动机把电能转化为机械能。
直流电机的优点：
（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
3.2.3 单叠绕组
单叠绕组的连接规律是相邻元件(线圈)依次串联,每个元件的出
线端依次连接到相邻的换向片上。合成节距与换向器节距均为1，
即：
y yc 1
单叠绕组的展开图：
单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所 有元件取出来画在一张图里，展示元件相互间的电气连 接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系。
3.2.2 直流枢绕组的节距
第一节距 y1：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。
第二节距 y2：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。
单叠绕组
y y1 y2
单波绕组
y y1 y2
换向器节距 yc：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。
1—刷握；2—电刷；3—压紧弹簧；4—铜丝辫
图1.8电枢冲片形状
1—齿；2—槽；3—轴向通风孔
图1.9 换向器结构
1—V形套筒；2—云母片； 3—换向片；4—联结片
3.1.3 直流电机的额定值
① 额定功率： PN，kW 输出功率
② 额定电压： UN，V 额定状态下出线端电压
③ 额定电流： IN，A 额定状态下出线端电流
应用：
（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等 调速范围大的大型设备。 （2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。 （3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
直流电机的用途
测速 伺服
电源
励磁机
3.1 直流电机的工作原理和基本结构 3.1.1 直流电机的工作原理
直流电机的物理模型
一、 直流电动机的工作原理
电
路
图
A+
B --
单叠绕组的的特点：
1. 同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。 2. 电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电 势等于并联支路电势。 3. 电枢电流等于各支路电流之和。
3.2.4 单波绕组 单波绕组的合成节距与换向节距相等。
以2p=4，S=K=Qu=15，u=1，左行为例 ：
3. 电刷数等于磁极数； 4. 电枢电动势等于支路感应电动势；
5. 电枢电流等于两条支路电流之和。
3.3 直流电机的磁场和基本方程式
直流电机的励磁方式
他励电机：励磁绕组与电枢绕组的电源分开。
并励电机：励磁绕组与电枢绕组并联到同一电源上。
串励电机：励磁绕组与电枢绕组串联接到同一电源上。
复励电机：励磁绕组与电枢绕组的联接有串有并，接在 同一电源上。
直流发电机：
IN
PN 103 [ A] UN
直流电动机：
IN
PN 103
UN •N
[ A]
④ 额定转速： nN，r/min 额定状态下电机转 速
3.2 直流电机的电枢绕组
3.2.1 直流枢绕组的构成
元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。
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。
If
Ia
If
Uf
MU U
M
U
MU
M
他励
并励
串励
复励
1. 磁极 用来在电机中产生磁场。
永磁式: 由永久磁铁做成。 励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，
电刷
N
+
a
Ia
A
E
1 2
d Ia
B
–
S
换向片
b
c
电枢线圈
直流电源
电刷
换向器
线圈
c F
电刷
N
+ E
–
d
A
Ia
1
a
2 B
Ia
S
b
F
换向片
注意：换向片和线圈固定联接，线圈无论怎样转 动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。 电刷压在换向片上。
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
反电
直流电机的纵剖面图
小型直流电动机的横剖面结构
直流电动机的各种主要部件图
定子主要包括：主磁极（励磁绕组 主极铁心）， 换向极（绕组和铁心），机座，端盖和电刷装置
图1.5直流电机主磁极的结构
1—机座；2—主磁极铁芯；3—励磁绕组
图1.6 直流电动机换向极结构
1—换向极铁芯；2—换向极绕组
图1.7 电刷的结构
K 1 15 1 y yc p 2 7
y1
Qu 2p
15 4
3 4
3
y2 y y1 7 3 4
单 波 绕 组 展 开
图
单 波 绕 组 电 路 图
单波绕组的特点
1. 同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，与磁极对 数无关； 2. 当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主 磁极中心线，支路电动势最大；
ห้องสมุดไป่ตู้
动势
eb
电刷
NF
+ E
–
a
A
Ia
1 2
B
d
Ia
S
c Fe
换向片
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中 产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的 方向相反。
直流电动机的工作原理动画演示
二、 直流发电机 的工作原理
eb
用右手定则判 感应电动势e的方向
N
Ia a
+A
1
d
2
-B
S
输出电压
F
c
F
e
电枢绕组 电阻Ra
3. 单叠绕组的连接
单叠绕组：相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节距均为1。
以2p=4，S=K=Qu=16，u=1为例说明单叠绕组绕法的特点 。
y yc 1
y1
Qu 2p
16 4
4
y2 y y1 4 1 3
绕组的并联支路电路图
单
1
5
9
13
叠
绕
组
A1 +
B1 --
A2 +
B2 --