直流电机原理

Z“2
-72 ” 表示直流电动机、第二次改进设计型， 7 ”表示机座号， 7 后面的 2 表示长铁芯（ 2
号表示长铁芯， 1 号表示短铁芯）。
国产直流电机主要系列产品
Z2系列 一般用途 中小型 Z和ZF系列 一般用途 大中型 电动、发电 ZT系列 恒功调速范围广 拖动 ZZJ系列 冶金起重 ZQ系列 直流牵引 ZH系列 船用 ZA系列 防爆安全 ZU系列 龙门刨床 ZKJ系列 冶金、矿山挖掘机用
换向器
⑥电刷
固定部分与运动部分间滑动接触
直流电机 绕线式异步电机 同步电机
1.4 直流电机额定值
额定功率 PN ：电机在铭牌规定的额定状态下 运行时电机的输出功率 (W/kW)
额定电压UN：电机出线端电压 (V) 额定电流IN：电机出线电流 (A) 额定转速nN：(r/min,r.p.m) 额定励磁电压UfN：(V) 额定励磁电流IfN：(A) 额定转矩TN：(Nm) 额定效率ηN：（直流电动机） (%)
+
φ N
in d
a F
φ S
i c 线圈
F i
b 电枢
气隙
电动机模型1
-
(4) 直流电动机原理－换向
几何中性线
磁极的几何分界线
电刷和换向器配合 电流换向＝电流逆变
导体运动经过磁极的几 何中性线期间
交换线圈电源极性 交换线圈电流方向 电磁力方向维持不变
+
i A
F n
B -
φi
b
N
a
ic
方向反向 平均电磁转矩为0
若要维持电磁力方向不变，必须:
– 改变磁极极性 – 改变电流方向 – 二者改变且仅改变一个
主磁极
+
φ N
in d
a F
φ S
i c 线圈
F i
b 电枢
气隙
电动机模型1
-
(3) 两种位置电磁力对比
主磁极
+
i
F n
φ N
a
d
φ S
i
b 线圈
i c 电枢
气隙
F
电动机模型1
-
主磁极
直流电机原理
直流电机原理
直流电机基本工作原理、结构和额定数据 直流电机绕组 直流电机磁场 直流电机基本方程 直流电机特性 直流电机换向 直流电机拖动
1 直流电机原理、结构及额定数据
直流电动机的工作原理 直流发电机的工作原理 直流电机的基本结构 额定值 电机可逆原理
1.1 直流电动机的工作原理
调节2（达到理想空载状态）
减小T1到 T1=0，达到新平衡后
输入机械功率＝0 输出电功率＝0 感应电势E＝U 电机转速n≠0 电枢电流Ia＝0
结果
不将机械能转换成电能 也不将电能转换成机械能 称为理想空载
调节3（最终为电动机运行状态） 在T1=0，再减小T1（T1<0) → 转速n下降 → 感
电网容量无限大
网压U=常数 → Ia 产生电磁转矩
感应电势 E<U → 从电网吸收 电能
克服阻力T2旋转,输出机械功率 稳定运行
TemT2
Jd0 dt
发电机运行状态
电网容量无限大 网压U=常数 外转矩T1 → 转速n旋转 感应电势E >U → 输出
电能,电枢电流Ia 稳定运行
T1TemJddt0
(2) 调节(发电机电动机）
调节1（初始发电机状态） 保持磁场不变，不计电机损耗 减小机械输入转矩T1 → 转速n下降 → 感应电
势E减小 → Ia减小/输出电功率减小 → 电磁转 矩减小 重新稳定后 T1=Tem ，达到新平衡 结果
输入机械功率减小 输出电功率减小
应电势E减小(E<U) → Ia减小(Ia<0)/输出电功率 减小(<0) → 电磁转矩减小(<0)
输入机械功率 < 0 ，输出机械能 输出电功率<0，从电网吸收电能
结果：电机进入电动机运行状态
(3) 调节（电动机发电机） 同理，电动机运行状态也可以调节至发电机运
行状态 一台直流电机，既可作发电机运行也可作电动
(1) 具体构成
(2) 直流电机整体实物结构图
(3) 直流电机主要部件 ①主磁极 ②励磁绕组
励磁绕组套在 主磁极极身上
主磁极钢板冲片 （1-1.5mm厚）
主磁极由钢板冲片 叠压而成
③电枢铁心 ④电枢绕组
均匀开槽
涂绝缘漆冲 片叠压而成
电枢铁心冲片 (0.35-0.5mm厚)
（硅钢片）
⑤换向器
直流电机额定值的计算
发电机
PNUNIN
电动机
P NU NIN N
1.5 直流电机可逆性原理
(1) 直流电机的可逆性原理
一台直流电机，既可作发电机运行也可作电动 机运行 结构一样 所处状态，由运行环境决定 输出电能为发电机，输出机械能为电动机
掌握：如何判断直流电机的运行状态？
电动机运行状态
直流发电机
建立磁场 → 产生感应电势的条件 导体运动 → 产生感应电势 外加负载 → 对外输出电能 换向器和电刷 → 换向 整流，产生直流电动势
1.3 直流电机的基本结构
静止部分（定子）
主磁极、励磁绕组、电刷、轴承、磁轭和电 刷装置等
旋转部分（转子、电枢）
电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴等
φ N
导体感应电势交变
An a
感应电势换向＝整流
d
eb
c e
经过磁极的几何中性线
交换线圈输出极性
B
输出直流
-
否则，输出交流
φ S 发电机模型
(4) 线圈感应电势波形 线圈旋转，转过一对磁极的感应电势波形
单线圈换向后的感应电势波形
小结：直流电机原理要求结构组成
直流电动机
建立磁场 → 产生电磁力的条件 载流导体 → 产生电磁力 线圈运动 → 对外输出机械功 换向器和电刷 → 换向 逆变换流，产生持续电磁力
(1) 状态一
磁极建立磁场
主磁极
外加直流电压
在线圈中产生电流
+
载流导体在磁场中产生 电磁力
i
F n
φ N
a
i
b 线圈 i c 电枢
d
气隙
f Bxli
φ
F
克服阻力旋转
S
对外输出机械能
电动机模型1角度
直流电源供电 电流方向不变 旋转180电角度后电磁力
d
φ
F
S
电动机模型
1.2 直流发电机的工作原理
(1) 状态一
主磁极建立磁场 外加机械转矩 线圈在磁场中旋转 运动导体在磁场中产
生感应电势
eBlv
带电负载 对外输出电能
(2) 两种位置电动势对比
(3) 直流发电机原理－换向
线圈旋转方向不变
导体感应电势
在不同极性磁极下感应电 + 势方向不同