电机拖动基础 第二章 直流电机_直流电机电机

第二章直流电机(DC machine)

本章主要讨论

直流电机的基本结构和工作原理

直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向及

改善换向方法

从应用角度分析直流电动机的工作特性和直流发电机的运行特性

1 直流电机的工作原理及结构

(basic operation principle and structure of DC machine)

一、直流电机的工作原理(basic operation principle)

直流电动机实质上是一台装有换向装置的交流电动机；直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。

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，f=BiL 。

在直流电动机中，线圈中的电流是交变的，但产生的电磁转矩方向是恒定的。把电刷A 、B 接到直流电源上，电刷A 接正极，电刷B 接负极。此时电枢线圈中将有电流流过。如图1。

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。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。

图1 图2

当电枢旋转到图2所示位置时, 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。

直流发电机实质上是一台装有换向装置的交流发电机；原理导体切割磁力线产生感应电动势，e=BLV；原动机驱动电机转子逆时针旋转，如图3。

图3 图4

转过1800后如图4。导体ab 在S 极下，a 点低电位，b 点高电位；导体cd 在N 极下，c 点低电位，d 点高电位；电刷A 极性仍为正，电刷B 极性仍为负。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。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 两端可获得直流电动势。

线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。

直流电机的可逆性

一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。

二、直流电机的结构(basic structure)

定子主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；转子电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴。气隙

**注意同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。

主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场, 使电枢绕祖在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩.

电枢绕组是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。

直流电机的主要结构

定子主磁极换向磁极电刷装置机座端盖电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承

转子2直流电机的铭牌数据(type and rated values)

型号机座号

第二次改型设计直流

额定值

①额定功率额定条件下电机所能提供的功率。发电机P N 指电刷间输出的额定电功率；

电动机P N 指轴上输出的机械功率。

②额定电压U N ；在额定工况下，电机出线端的平均电压。发电机是指输出额定电压；电动机是指输入额定电压。

③额定电流I N ；在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流。④额定转速n N ；在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速。⑤额定值之间的关系发电机额定容量P N=UN IN ；

电动机额定功率P N=UN I N ηN 。

⑥额定励磁电压U F n ；

额定励磁电流I f N ；对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流。

励磁方式指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式。

电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状态。电机的运