1-1直流电机工作原理结构(精)

第一章教案

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绪论

一、电机及电机学概念

1.电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。

2.电机分类：（按运动方式分类）

静止电机-----------------变压器

电机直流电机

旋转电机

交流电机异步电机

同步电机

二、本课程的任务

1.电机学及性质：专业基础课

2.基本要求：

了解电机、变压器的基本结构

掌握正常稳态运行时的分析方法

了解空载运行和负载运行时电机内部的物理情况

掌握电机的运行特性

掌握电机的基本实验方法和操作技能

3.本门课学习方法：①抓住主要矛盾；

②理论联系实际；

③善于运用对比的方法。

三、电机在国民经济中的作用

1.电能是现代常用的一种能源

2.电机是一种进行机电能量转换的电磁机械装置

3.电机在工农业生产、航空航天等起重要作用。

磁路

1.1磁路基本定律

一、磁路的概念

1.两种常见的磁路

2

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2.主磁通和漏磁通

二、磁路基本电磁定律 1.全电流定律—安培环路定律

NI dl H l

=⎰ ∑∑=NI Hl

电流方向的判断：凡导体电流的方向与积分路径的方向符合右手螺旋关系，则电流为正，反之为负。 2.磁路欧姆定律：F S

l

R F m μ==

Φ S l R m μ= 铁磁材料的m R 不为常数。 3.电磁感应定律： dt

d N dt d

e Φ

-=ψ-

= 变压器电动势：同上；运动电动势：Blv e = 判断方向：右手定则。 4.电磁力定律：Bil f =

判断方向：左手定则（主要用于分析旋转电机的电磁转矩） 1.2常用铁磁性材料及其特性 一、 铁磁物质的磁化

铁磁材料：铁、镍、钴及其合金 二、 磁化曲线

1.磁化曲线：)(H f B =

特性：①具有高的导磁性能；②磁化曲线呈非线性（饱和特性） 2.磁滞回线

磁滞现象：B 的变化总是滞后H 的变化；0=H 时B 的值，称为剩磁r B ； 三、 铁磁材料

软磁材料：μ高，r B 小，磁滞回线窄而长，如：铸钢、硅钢片、制作电机铁心；

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硬磁材料：μ不高，Br 大，磁滞回线宽，如：铁氧体、钕铁硼等制造永久磁铁；四、磁滞损耗和涡流损耗

①磁滞损耗：磁畴之间产生摩擦而产生的，2

m h fB p ∝

②涡流损耗：涡流与铁心电阻相作用产生的损耗，e m Fe R d B f p /222=

③铁损：磁滞损耗+涡流损耗，23.1m fe B f p ∝。

第一节 直流电机的基本工作原理

一、基本工作原理 直流电机的构成

（1）.定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置； （2）.转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴 （3）.气隙

**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。

1.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；

（1） 原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转

子转动起来

（2） 特点：Bil f =

a 、 外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈

b 、 电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩的方向

不变。

c 、 电枢电动势——反电势（与I 反向）；Blv e =

d 、 电磁转矩——驱动转矩（与n 同向）

**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。 2、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成

第二节 直流电机的基本结构

一、主磁极——建立主磁场（N 、S 交替排列） a 、 主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm 厚钢板构成 b 、 励磁绕组——电路、由电磁线绕制

二、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚 三、电枢铁心——磁路，0.5mm 厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）

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四、电枢绕组——电路。电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路） 五、换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料） 六、电刷装置

a 、 电刷——石墨或金属石墨

b 、 刷握、刷杆、连线（铜丝辨）

七、换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电枢

绕组串联）

三、励磁方式

1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；

2.分类：以直流发电机为例

分为：他激式和自激式（包括并激式、串激式和复激式）

他激：激磁电流较稳定；并激：激磁电流随电枢端电压而变；串激：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复激：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。

**说明：为了减小体积，小型直流电机采用永磁式。 7． 直流电机的型号和额定值(type and rated values) 1.型号：

Z 2-9 2

铁心长度代号 机座号 第二次改型设计 直流 2.额定值

①额定功率:输出电功率N P

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②额定电压：N U ； ③额定电流：N I ；

④额定值之间的关系： 电动机：N N N N I U P η=。

第三节 空载和负载时直流电机的直流电机的磁动势和磁场

一、 空载时直流电机的气隙磁场 1、 主磁通和漏磁通 2、 气隙磁场波形图

3、 特点：（1）I 单独产生，即F 单独产生；（2）平顶波 （3）几何中性线B 为零

二、 负载时的电枢磁动势——电枢电流I （一）交轴电枢磁动势 1、 电刷放在几何中性线 2、 电刷是电枢电流的分界线 3、 磁动势分布波形为三角形 4、 磁场波形——马鞍形

5、 电刷位于几何中心线上，F 为交轴电枢磁动势

6、 磁动势的计算

（1） 电负荷（线负荷）A ——电枢表面单位长度上的安培导体数

A=Z*I/π*D

式中：Z ——电枢绕组总导体数 I ——导体内的电流（即支路电流） D ——电枢直径（外径）

（2） 距原点为+x 及-x 的闭合回路的磁动势（两个磁极即一对磁极） （3） 距原点x 处每个气隙的磁动势（即每极磁动势）

（4） 交轴电枢磁动势的最大值（距原点τ/2处，即几何中型线处） （二）直轴电枢磁动势

若电刷从几何中性线移过β角，则可把电枢磁动势a F 分解成直轴磁动势

ad F 和交轴磁动势aq F

三、 电枢反应