电机学第20章直流电机的工作原理和基本结构
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21
3、直流电枢绕组展开图
直流电枢绕组
2
3
1
2
1
4
AB
8
3
AB
8
5
7
4
7 12
6 34
6 81
5 23
A
B
A
B
87 65
7 6 54
结论：整个电枢绕组通过换向片22 连成一个闭合回路。
直流电枢绕组
1
Ia ＋
e Ae
8
23
ee e Ee
76
4
1
e eB
Ia
－＋
e Ae
5
8
23
ee e Ee
76
4
e eB －
③ 换向器 ④ 转轴与风扇
(a) 转子主体
(b) 电枢钢片
直流电机的转子
13
直流电机的换向器
14
电机装配图
15
20.3 直流电机的电枢绕组
16
1、直流电枢绕组的构成
组成绕组的基本单元称为元件。元件有单匝的，也有多 匝的。一个元件由两个元件边和端接线组成。元件边置于槽 内称为有效边，端接线置于铁心外，不切割磁场，仅起到连 接作用。
26
(4) 额定转速 nN
(5) 额定励磁电压 UfN
(6) 额定励磁电流 IfN
※ 额定状态 ： 指 U、I、P、n 均为额定值的状态。
※ 满载状态 ：
指 I = IN 的状态。
27
20.5 励磁方式
(1) 直流电动机按励磁方式分类
+ Ia
If +
Leabharlann Baidu
+ I Ia If
他 Ua
M
Uf
U
M
并
励－
－
－
元件的一条有效边放在槽的上部，另一条有效边放在另一 槽底部，每一槽内有上层和下层两个元件边构成双层绕组。 元件首尾按一定规律接到不同的换向器片上，最后使整个绕 组通过换向片连接成一个闭合回路。
电枢绕组元件
17
两匝元件
若电枢每槽上、下层只有一个元件边，则整个绕组元件 数S应等于槽数Z，即S=Z。
在大型电机中每槽上、下层包含u个元件，此时S=uZ. u为槽内一层嵌放的元件边数。通常把一个上层边和一 个下层边在槽内所占的空间作为一个虚槽，故虚槽数为： Zi=S=uZ
励
+I
串U
励－
Ia
M
+I
U
－
28
Ia If
M 复 励
(2) 直流发电机按励磁方式分类
+ If 他 Uf
励－
Ia If
串G 励
Ia +
G
Ua
－
自 I+ 励
U
－
If Ia I +
G
U并
－励
If
Ia
G
29
I+
U复
－励
练习题
* 以课本习题为准。
30
y1
Zi 2p
=整数
Zi 2p
Da 2p
19
（2）第二节距y2 相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上 层边在电枢表面所跨过的虚槽数，称为第二节距，用y2表示， 也用虚槽数计算。
（3）合成节距y
相串联的两个元件对应边在电枢表面所跨过的虚槽数，称为合 成节距。不同类型绕组的差别，主要表现在合成节距上。
一个线圈内有两个元件（u=2）的绕组
由于一个换向片与不同元件的两个出线端相连接，所以
换向片数K=S,则K=S=Zi
18
2、直流电枢绕组的节距
电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征的。
（1）第一节距y1 一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的虚槽数，称 为第一节距，用y1表示。 常采用短距绕组，可节省用铜。
※ 习惯称 “电刷放在 几何中心线位置”。
几何中心线
25
20.4 额定值
(1) 额定电压 UN 发电机的 UN ：指输出电压的额定值。 电动机的 UN ：指输入电压的额定值。
(2) 额定电流 IN 发电机的 IN ：指输出电流的额定值。 电动机的 IN ：指输入电流的额定值。
(3) 额定功率 PN 发电机的 PN ：指输出电功率的额定值(UN IN ) 。 电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值 (UN INηN ) 。
第 20 章 直流电机的工作原理和基本结构
20.1 直流电机的工作原理 20.2 直流电机的基本结构 20.3 直流电机的电枢绕组 20.4 电流电机的额定值 20.5 直流电动机的励磁方式
1
20.1 直流电机的工作原理
1. 直流电动机的工作原理
电刷
N
＋
U
－
S
换向片
N
＋
U
－
S
线圈边切割磁感线会产生什么？
叠绕组元件在电枢上的联接
波绕20组元件在电枢上的联接
叠绕组指各极下元件依次连接，后一个元件总是叠在前一个元 件上；波绕组指把相隔约为一对极下的同极性磁场下的相应元 件串联起来，像波浪一样延伸。
（4）换向片节距yk 一个元件的两个出线端所连接的两个换向片之间所跨的距离， 其大小用换向片数表示。
（5）绕组的型式 按照绕组的连接方法，电枢绕组可分为5 种：单叠绕组，复叠绕组，单波绕组， 复波绕组，蛙绕组（混合绕组）
5
电动机
发电机
两匝元件
23
单叠绕组的展开图
1 2 3 N 5 6 S 8 9 N 11 12S
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A1
B1
A2
B2
3 6' 4 7' 5 8'
B1
11' 8 10' 7 9' 6
A1 A2
9 12' 10 1' 11 2'
B2
5' 2 4' 1 3' 12
※ 并联支路对数：a = 2。 ※ 电刷的中心线对着磁极的中心线。
24
单叠绕组的展开图
磁极中心线
1 2 3N 5 6S 8 9N 11 12S
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A1
B1
A2
B2
※ 电刷的中心线对 着磁极的中心线：
① 电刷之间的电动 势最大。
② 被电刷短接的元 件电动势为零。
换向
输出 直流电
电磁转矩
（阻转矩）
7
20.2 直流电机的基本结构 直流电机的结构
电枢
8
1. 主要部件
(1) 定子 ①主磁极 ②换向磁极 ③机座 ④端盖等
(a) 主磁极
(b) 机座
直流电机的定子
9
直流电机模型
10
直流电机的定子
更多的图片
11
直流电机的定子 装配图
12
(2) 转子（电枢） ① 电枢铁心 ② 电枢绕组
2
直流电机模型
磁极
产生旋转
支柱
半环形 金属环
3
直流电机模型
转轴
换向片
电刷
4
直流电机模型
转向 电流方向 换向片
线圈 磁极
5
电磁关系
直流 电流
换向
交流 电流
Φ
克服
电磁转矩 (拖动转矩)
旋转
机械 负载
反电 做功 动势
6
2. 直流发电机的工作原理
N
－
E
＋
S
N
－
E
＋
S
电磁 关系
原动机 做功 Φ
感应电动 势、电流
3、直流电枢绕组展开图
直流电枢绕组
2
3
1
2
1
4
AB
8
3
AB
8
5
7
4
7 12
6 34
6 81
5 23
A
B
A
B
87 65
7 6 54
结论：整个电枢绕组通过换向片22 连成一个闭合回路。
直流电枢绕组
1
Ia ＋
e Ae
8
23
ee e Ee
76
4
1
e eB
Ia
－＋
e Ae
5
8
23
ee e Ee
76
4
e eB －
③ 换向器 ④ 转轴与风扇
(a) 转子主体
(b) 电枢钢片
直流电机的转子
13
直流电机的换向器
14
电机装配图
15
20.3 直流电机的电枢绕组
16
1、直流电枢绕组的构成
组成绕组的基本单元称为元件。元件有单匝的，也有多 匝的。一个元件由两个元件边和端接线组成。元件边置于槽 内称为有效边，端接线置于铁心外，不切割磁场，仅起到连 接作用。
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(4) 额定转速 nN
(5) 额定励磁电压 UfN
(6) 额定励磁电流 IfN
※ 额定状态 ： 指 U、I、P、n 均为额定值的状态。
※ 满载状态 ：
指 I = IN 的状态。
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20.5 励磁方式
(1) 直流电动机按励磁方式分类
+ Ia
If +
Leabharlann Baidu
+ I Ia If
他 Ua
M
Uf
U
M
并
励－
－
－
元件的一条有效边放在槽的上部，另一条有效边放在另一 槽底部，每一槽内有上层和下层两个元件边构成双层绕组。 元件首尾按一定规律接到不同的换向器片上，最后使整个绕 组通过换向片连接成一个闭合回路。
电枢绕组元件
17
两匝元件
若电枢每槽上、下层只有一个元件边，则整个绕组元件 数S应等于槽数Z，即S=Z。
在大型电机中每槽上、下层包含u个元件，此时S=uZ. u为槽内一层嵌放的元件边数。通常把一个上层边和一 个下层边在槽内所占的空间作为一个虚槽，故虚槽数为： Zi=S=uZ
励
+I
串U
励－
Ia
M
+I
U
－
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Ia If
M 复 励
(2) 直流发电机按励磁方式分类
+ If 他 Uf
励－
Ia If
串G 励
Ia +
G
Ua
－
自 I+ 励
U
－
If Ia I +
G
U并
－励
If
Ia
G
29
I+
U复
－励
练习题
* 以课本习题为准。
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y1
Zi 2p
=整数
Zi 2p
Da 2p
19
（2）第二节距y2 相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上 层边在电枢表面所跨过的虚槽数，称为第二节距，用y2表示， 也用虚槽数计算。
（3）合成节距y
相串联的两个元件对应边在电枢表面所跨过的虚槽数，称为合 成节距。不同类型绕组的差别，主要表现在合成节距上。
一个线圈内有两个元件（u=2）的绕组
由于一个换向片与不同元件的两个出线端相连接，所以
换向片数K=S,则K=S=Zi
18
2、直流电枢绕组的节距
电枢绕组的连接规律是通过绕组的节距来表征的。
（1）第一节距y1 一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的虚槽数，称 为第一节距，用y1表示。 常采用短距绕组，可节省用铜。
※ 习惯称 “电刷放在 几何中心线位置”。
几何中心线
25
20.4 额定值
(1) 额定电压 UN 发电机的 UN ：指输出电压的额定值。 电动机的 UN ：指输入电压的额定值。
(2) 额定电流 IN 发电机的 IN ：指输出电流的额定值。 电动机的 IN ：指输入电流的额定值。
(3) 额定功率 PN 发电机的 PN ：指输出电功率的额定值(UN IN ) 。 电动机的 PN ：指输出机械功率的额定值 (UN INηN ) 。
第 20 章 直流电机的工作原理和基本结构
20.1 直流电机的工作原理 20.2 直流电机的基本结构 20.3 直流电机的电枢绕组 20.4 电流电机的额定值 20.5 直流电动机的励磁方式
1
20.1 直流电机的工作原理
1. 直流电动机的工作原理
电刷
N
＋
U
－
S
换向片
N
＋
U
－
S
线圈边切割磁感线会产生什么？
叠绕组元件在电枢上的联接
波绕20组元件在电枢上的联接
叠绕组指各极下元件依次连接，后一个元件总是叠在前一个元 件上；波绕组指把相隔约为一对极下的同极性磁场下的相应元 件串联起来，像波浪一样延伸。
（4）换向片节距yk 一个元件的两个出线端所连接的两个换向片之间所跨的距离， 其大小用换向片数表示。
（5）绕组的型式 按照绕组的连接方法，电枢绕组可分为5 种：单叠绕组，复叠绕组，单波绕组， 复波绕组，蛙绕组（混合绕组）
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电动机
发电机
两匝元件
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单叠绕组的展开图
1 2 3 N 5 6 S 8 9 N 11 12S
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A1
B1
A2
B2
3 6' 4 7' 5 8'
B1
11' 8 10' 7 9' 6
A1 A2
9 12' 10 1' 11 2'
B2
5' 2 4' 1 3' 12
※ 并联支路对数：a = 2。 ※ 电刷的中心线对着磁极的中心线。
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单叠绕组的展开图
磁极中心线
1 2 3N 5 6S 8 9N 11 12S
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A1
B1
A2
B2
※ 电刷的中心线对 着磁极的中心线：
① 电刷之间的电动 势最大。
② 被电刷短接的元 件电动势为零。
换向
输出 直流电
电磁转矩
（阻转矩）
7
20.2 直流电机的基本结构 直流电机的结构
电枢
8
1. 主要部件
(1) 定子 ①主磁极 ②换向磁极 ③机座 ④端盖等
(a) 主磁极
(b) 机座
直流电机的定子
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直流电机模型
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直流电机的定子
更多的图片
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直流电机的定子 装配图
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(2) 转子（电枢） ① 电枢铁心 ② 电枢绕组
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直流电机模型
磁极
产生旋转
支柱
半环形 金属环
3
直流电机模型
转轴
换向片
电刷
4
直流电机模型
转向 电流方向 换向片
线圈 磁极
5
电磁关系
直流 电流
换向
交流 电流
Φ
克服
电磁转矩 (拖动转矩)
旋转
机械 负载
反电 做功 动势
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2. 直流发电机的工作原理
N
－
E
＋
S
N
－
E
＋
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电磁 关系
原动机 做功 Φ
感应电动 势、电流