直流电动机的结构及其工作原理

第1章直流电动机的结构及其工作原理

1.1直流电动机的结构

一台直流电动机从面对轴端看的剖面图，它是由定子部分和转子部分构成的，定子和转子靠两个端盖连接。

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

图3-2 直流电机基本结构

图1.1 直流电动机基本结构

1．定子部分

定子部分主要包括有机座、主磁极、换向极、和电刷装置等。

一般直流电机都用整体机座。所谓整体机座，就是一个机座同时起两

方面的作用：一方面起导磁的作用；一方面起机械支撑的作用。由于机座要起导磁的作用，所以它是主磁路的一部分，叫做钉子磁轭，一般多用导磁效果较好的铸钢材料制成，在小

型直流电机中也有用厚钢板的。主磁极、换向极以及两个端盖（中、小型电机）都固定在

电机的机座上，所以机座又起了机械支撑的作用。

主磁极又叫主极，它的作用是在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气隙磁密。绝大多数直流电机的主磁极都是由直流电源来励磁的，所以主磁极上还应该装有励磁线圈。只有小直流电机的主磁极才用永久磁铁，这种电机叫永磁直流电机。

励磁线圈有两种，即并励和串励，并励线圈的导线细，匝数多；串励线圈的导线粗，

匝数少，磁极上的各励磁线圈分别可以连成并励绕组和串励绕组。

换向极的形状比主磁极的简单，一般用整块钢板制成。换向极的外面套有换向极绕组。

由于换向极绕组里流的是电枢电流，所以起导线截面积较大，匝数较少。

电刷装置的作用是把电机转动部分的电流引出到静止的电路，或者反过来把静止电路

里的电流引入到旋转的电路里。电刷装置与换向器配合才能使交流电机获得直流电机的效

果。电刷放在电刷盒里，用弹簧压紧在换向器上，电刷上有个铜辫，可以引入、引出电流。

直流电机里，常常把若干个电刷盒装在同一个绝缘的刷杆上，在电路连接上，把同一个绝

缘刷杆上的电刷盒并联起来，成为一组电刷。一般直流电机中电刷组的数目可以用电刷杆

数表示，刷杆数与电机的主极数相等。各电刷杆在换向器外表面上沿圆周方向均分布，正常运行时，电刷杆相对于换向器表面有一个正确的位置，如果电刷杆的位置放得不合理，将直接影响电机的性能。

定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成，其剖面结构示意图如图1.2所示。

图1.2 定子结构剖面图

2．转子部分

直流电机转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、转轴和轴承等。

电枢铁心是直流电机主磁路的一部分。当电枢旋转时，铁芯中磁通方向发生变化，会在铁心中引起旋流与磁滞损耗。为了减小这部分损耗，通常用0.5mm 厚的低硅硅钢片或者冷轧硅钢片冲成一定形状的冲片，然后把这些冲片两面涂上漆再叠装起来，成为电枢铁心，安装在转轴上。电枢铁心沿圆周上有均分布的槽，里面可嵌入电枢绕组。

用包有绝缘的导线绕制成一个个电枢线圈，线圈也称为元件，每个元件有两个出线端。电枢线圈嵌入电枢铁心的槽口，每个元件的两个出线端都与换向器的换向片相连，连接时都是由一定的规律，构成电枢绕组。

图1.3所示为直流电机电枢装配示意图。

图1.3 转子结构图

转

图3-4 直流电机的电枢图2.2 直流电机的电枢

换向器安装在转轴上，主要由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。换向片数与线圈件数相同。

转子上还有轴承和风扇等。

3端盖

端盖把定子和转子连为一个整体，两个端盖分别固定在定子机座的两端，并支撑着转子。端盖还起保护等作用。另外，电刷杆也固定在端盖上。

永磁无刷直流电动机的基本工作原理

永磁无刷直流电动机的基本工作原理无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。 1. 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。无刷直流电动机的原理简图如图一所示：永磁无刷直流电动机的基本工作原理主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生T1-T4导通、T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5-T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。 2. 无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。电动机的转矩正比于绕组平均电流： Tm=KtIav （N·m）电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度： ELL=Keω （V）所以电动机绕组中的平均电流为： Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A）其中，Vm=δ·VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，δ是调制波的占空比，Ra为每相绕组电阻。由此可以得到直流电动机的电磁转矩： Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra） Kt、Ke是电动机的结构常数，ω为电动机的角速度（rad/s），所以，在一定的ω时，改变占空比δ，就可以线性地改变电动机的电磁转矩，得到与他励直流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特性。

交流伺服电机的工作原理

交流伺服电机的工作原理伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 4. 什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。永磁交流伺服电动机 20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： ⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 ⑵定子绕组散热比较方便。 ⑶惯量小，易于提高系统的快速性。 ⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧只瘮或摶旌鲜綌、撊只瘮的永磁交流伺服系统。到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000 r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24％降低到7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足

直流电机原理与控制方法

专业资料电机简要学习手册 2015-2-3

一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介直流电机（DM）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机由转子（电枢）、定子（励磁绕组或者永磁体）、换向器、电刷等部分构成，以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展，直流电机的弊端也逐渐显现，在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位，广泛用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械，龙门刨床等等，所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。 2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构

如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定

直流电动机分类

直流电动机分类直流电动机按结构及工作原理可划分：（1）无刷直流电动机和（2）有刷直流电动机。（1）无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。（2）有刷直流电动机可划分：（2、1）永磁直流电动机和（2、2）电磁直流电动机。（2、1）永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。（2、1、1）稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等。

（2、1、2）铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域。（2、1、3）铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。（2、2）电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。（2、2、1）串励直流电动机：电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。（2、2、2）并励直流电动机：并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。（2、2、3）他励直流电动机：励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。

直流电动机设计方案

直流电动机设计方案第1章前沿 1.1 课题研究的背景及意义直流电动机以其良好的起动、制动性能，较宽范围内平滑调速的优点，在许多调速要求较高、要求快速正反向、以蓄电池为电源的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术得到了很快的发展，在某些领域交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流调速系统系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用，比如轧钢机、电气机车等都还有用直流电机；而且从控制规律的角度来看，交流拖动控制系统的控制方式是建立在直流拖动控制系统的基础之上的，从某种意义上说有相似的地方。因此，掌握和了解直流拖动控制系统的控制规律和方法是非常必要的。从生产机械的要求的角度看，电力拖动控制系统分为调速系统、伺服系统、多电动机同步控制系统、张力控制系统等多种类型。而各种系统大多都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是电力拖动控制系统最基本的系统[1]。从直流电机在国民生产生活中所占位置的角度来看，直流电机目前依旧应用于工业生产中，并广泛应用于人们的生活中。因此直流电机的控制技术的发展很大程度上影响着国民经济的增长，影响着人们的生产生活水平，因此，对直流电机调速系统的研究还是很有必要的。 1.2 课题发展历程及趋势在很长的一段时间里直流电动机作为最主要的电力拖动工具，其应用已经渗透到人们的工作、学习、生活的各个方面。早期电动机调速控制器主要由模拟器件构成，由于模拟器件存在的固有缺点，比如存在温漂，零漂电压等，使系统控制精度和可靠性降低。后来，随着可编程控制器比如AT89C51，PLC等和IGBT、GTR等电力电子开关器件，传感器技术等的发展使得直流电机调速系统进入了数字控制的阶段，这使得直流电机调速系

直流电动机的工作原理

直流电动机的工作原理：在电枢线圈中通入直流电流，电枢在磁场中旋转，换向器和电枢一起旋转。电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由线圈边ab，cd流入，使线圈边只要处于N极下，其中通过电流的方向总是从电刷A流入的方向，在S极下，电流总是从电刷B流出的方向。由此保证了每个磁极线圈边中的电流始终是一个方向，使电动机连续旋转。直流发电机的工作原理：把电枢线圈感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时为直流电动势。直流电机的结构：定子（主磁极，换向极，机座，端盖，电刷装置）作用：产生磁场转子（电枢铁心，电枢绕组，换向器，轴，风扇）主要是电枢，作用：产生电磁转矩和感应电动势可逆原理：同一台电机，既能做电动机运行，又能做发电机运行的原理，称为可逆原理。直流电机的励磁方式：4种，串励，并励，他励，复励。直流电机的空载磁场：直流电机不带负载时运行的状态称为空载运行。空载运行时电枢电流为零或近似为零，所以空载磁场是指主磁极励磁磁动势单独产生的励磁磁场。电枢磁动势：由电枢电流所建立的磁动势. 电枢反应：电枢磁动势对励磁磁动势所产生的气隙磁场的影响，称为电枢反应。电枢反应影响电动机转速，发电机端电压。电枢反应的作用：1负载时气隙磁场发生了畸变。2呈去磁作用。改变电动机转向的方法：1改变电枢两端电压极性。2互换励磁绕组极性。电机圆周在几何上分成360度，这个角度成为机械角度或空间角度。导体切割磁场，经过N，S一对磁极，因而一对磁极占有的空间是360度直流电机的3种调速方法:1改变电枢电压调速，2电枢回路串电阻调速，3改变励磁调速。并励直流发电机的自励条件：1电机磁路中有剩磁 2励磁绕组并联到电枢两端 3励磁回路的总电阻小于临界点组换向:元件内电流方向改变的过程。变压器的分类：电力变压器，特种变压器. 变压器的主要部件：铁心，绕组，油箱。铁心和绕组装配组成器身。变压器的特性指标：变压器二次侧的电压变化，变压器的效率三相异步电动机的工作原理：就是通过一种旋转磁场与由这种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所感生的电流互相作用，以产生电磁转矩来实现拖动作用。旋转磁场：一种极性不和大小不变，以一定转速旋转的磁场。三相异步电动机的结构：定子（定子铁心，定子绕组，机座，端盖，风扇）转子（转子铁心，转子绕组，转轴，气隙）机械角度：电机圆周在几何上分成360度，机械角度总是360度。电角度=P×机械角度=p×360 p:极对数

直流电机原理与控制方法

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2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构如下图，是直流电机结构图，电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用，产生转矩。定子按照励磁可分为直励，他励，复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角，称为电枢反应，通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理如图所示给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和 cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所

示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。发电机的原理则是电机的逆过程：原动机提供转矩，利用法拉第电磁感应产生直流电流。如下图，比较清晰的说明了直流电动机的原理。 3直流电机重要特性如下图，更加清晰的揭示了直流电机电流电压与转速转矩之间的关系。我们可以得到直流电机的四个基本方程：

直流无刷电动机工作原理控制方法

直流无刷电动机工作原理控制方法 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

直流无刷电动机工作原理与控制方法序言由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。三相直流无刷电动机的基本组成直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。图1所示为三相两极直流无刷电机结构，图1 三相两极直流无刷电机组成三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。

直流电动机工作原理

7.2.2 直流电动机工作原理与结构图7-4 直流电动机模型图7-4是一个最简单的直流电动机模型。在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕Z-Z'轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的两端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环1和2上。换向片1和2之间是彼此绝缘的，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间是滑动接触的。来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。

图7-5 换向器在直流电机中的作用当电刷A和B分别与直流电源的正极和负极接通时，电流从电刷A流入，而从电刷B流出。这时线圈中的电流方向是从a流向b，再从c流向d。我们知道，载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则来决定。当电枢在图7-5（a）所示的位置时，线圈ab边的电流从a流向b，用表示，cd边的电流从c流向d，用⊙表示。根据左手定则可以判断出，ab边受力的方向是从右向左，而cd边受力的方向是从左向右。这样，在电枢上就产生了反时针方向的转矩，因此电枢就将沿着反时针方向转动起来。当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N极时，与线圈a端联接的换向片1跟电刷B接触，而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触，如图7-5（b）所示。这样，线圈内的电流方向变为从d流向c，再从b流向a，从而保持在N极下面的导体中的电流方向不变。因此转矩的方向也不改变，电枢仍然按照原来的反时针方向继续旋转。由此可以看出，换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。

交流电动机的工作原理

交流电动机的工作原理目前较常用的交流电动机有两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。一、三相异步电动机的旋转原理三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。观察图1还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C 相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。??? 定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。二、单相交流电动机的旋转原理单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。三.同步电动机的原理同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的。同步电动机在结构上大致有两种： 1、转子用直流电进行励磁。这种电动机的转子如图1所示，从图中可看出来，它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并

直流电动机的PWM调压调速原理

直流电动机的PWM调压调速原理直流电动机转速N的表达式为：N=U-IR/Kφ 由上式可得，直流电动机的转速控制方法可分为两类：调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法。其中励磁控制方法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制方法。对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中，对半导体器件的使用上又可分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式。线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是：控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小；但是功率器件在线性区工作时由于产生热量会消耗大部分电功率，效率和散热问题严重，因此这种方式只用于微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。在PWM调速时，占空比α是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值。（1）定宽调频法这种方法是保持t1不变，只改变t2，这样使周期T（或频率）也随之改变。（2）调频调宽法这种方法是保持t2不变，只改变t1，这样使周期T（或频率）也随之改变。（3）定频调宽法这种方法是使周期T（或频率）保持不变，而同时改变t1和t2。前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。直流电动机双极性驱动可逆PWM控制系统双极性驱动则是指在一个PWM周期里，作为在电枢两端的脉冲电压是正负交替的。双极性驱动电路有两种，一种称为T型，它由两个开关管组成，采用正负电源，相当于两个不可逆控制系统的组合。但由于T型双极性驱动中的开关管要承受较高的反向电压，因此只用在低压小功率直流电动机驱动。另一种称为H型。 H型双极性驱动一、显示接口模块方案一：液晶显示器也是一种常用的显示器件。它的优点是功耗低，寿命长，本身无老化问题，显示信息量大（可以显示字母和数字），在显示字符上没有限制。但价格高，接口电路较为复杂。其只在一些（袖珍型）设备上作为显示之用。

直流电动机数学模型的建立

直流电动机数学模型的建立 4.1 数学模型的建立建立电动机动态数学模型的方法的要点是：首先列写出电动机主电路电压平衡方程式，轴上力矩平衡方程式和励磁电路电压平衡方程式等基本关系式，加以整理，然后进行拉普拉斯变换，根据此变换，即可求出电动机的动态结构图和传递函数的表达式[1，10]。图4—1 上图为一他励直流电动机的等效电路，其中： a U E----分别为电动机电枢端电压和反电势； d I f I ---电动机电枢电流和励磁电流； a R a L ---电枢电路电阻和电感； f R f L ---励磁电路电阻和电感； f U -------电动机的励磁电压； ω-------电动机的角速度； J--------电动机轴上的转动惯量； e T l T ----电动机转矩和负载阻转矩。 4.1.1 写出平衡方程式、拉普拉斯变换由上图可写出下列基本关系式： a U -E= a R (1+a T S ?) d I e T -l T =J ?S ? ω

f U = f R ()f f I T S ??+1 E= ω ωφ???=??f e I M p K Te= d f d m I I M p I K ???=??φ 其中:a a a R L T = 为电枢电路时间常数；f f f R L T = 为励磁电路时间常数；p 为电动机磁极对数；M 为励磁绕组和电枢绕组的互感； 4.1.2 动态结构图将S=d/dt 看作算子，则上述诸式也就是它们的拉氏变换。所以由上式可画出直流电动机的结构。如图4—2所示。图4—2 如果将讨论的问题限制在稳态工作点附近的小偏差情况，经过化简，可得此时系统的增量方程为：d a a a I T S R E U ??+?=-)1( ω ??=-S J T T l e f f f f I T S R U ??+?=)1( 0Ω???+???=f f I M p I M p E ω 0 0d f d f e I I M p I I M p T ???+???= 为简化起见，式中表示增量的下标1已删去。由诸式可画出直流电动机在独立电枢电压和磁场控制下的动态结构图如下所示：

电动机的基本结构及工作原理

电动机的基本结构及工作原理交流电机分异步电机和同步电机两大类。异步电机一般作电动机使用，拖动各种生产机械作功。同步电机分分为同步发电机和同步电动机两类。根据使用电源不同，异步电机可分为三相和单相两种型式。一、异步电动机的基本结构三相异步电动机由定子和转子两部分组成。因转子结构不同又可分为三相笼型和绕线式电机。 1、三相异步电动机的定子：定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子的作用是通入三相对称交流电后产生旋转磁场以驱动转子旋转。定子铁心是电动机磁路的一部分，为减少铁心损耗，一般由0.35～0.5mm厚的导磁性能较好的硅钢片叠成圆筒形状，安装在机座内。定子绕组是电动机的电路部分，安嵌安在定子铁心的内圆槽内。定子绕组分单层和双层两种。一般小型异步电机采用单层绕组。大中型异步电动机采用双层绕组。机座是电动机的外壳和支架，用来固定和支撑定子铁心和端盖。电机的定子绕组一般采用漆包线绕制而成，分三组分布在定子铁心槽内（每组间隔120O），构成对称的三相绕组。三相绕组有6个出线端，其首尾分别用U1、U2；V1、V2；W1、W2表示，连接在电机机壳上的接线盒中，一般3KW以下的电机采用星形接法（Y接），3KW以上的电机采用三角形接法（△接）。当通入电机定子的三相交流电相序改变后，因定子的旋转磁场方向改变，所以电机的转子旋转方向也改变。 2、三相异步电动机的转子：

转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。转子的作用是产生感应电动势和感应电流，形成电磁转矩，实现机电能量的转换，从而带动负载机械转动。转子铁心和定子、气隙一起构成电动机的磁路部分。转子铁心也用硅钢片叠压而成，压装在转轴上。气隙是电动机磁路的一部分，它是决定电动机运行质量的一个重要因素。气隙过大将会使励磁电流增大，功率因数降低，电动机的性能变坏；气隙过小，则会使运行时转子铁心和定子铁心发生碰撞。一般中小型三相异步电动机的气隙为0.2～1.0mm，大型三相异步电动机的气隙为1.0～1.5mm。三相异步电动机的转子绕组结构型式不同，可分为笼型转子和绕线转子两种。笼型转子绕组由嵌在转子铁心槽内的裸导条（铜条或铝条）组成。导条两端分别焊接在两个短接的端环上，形成一个整体。如去掉转子铁心，整个绕组的外形就像一个笼子，由此而得名。中小型电动机的笼型转子一般都采用铸铝转子，即把熔化了的铝浇铸在转子槽内而形成笼型。大型电动机采用铜导条；绕线转子绕组与定子绕组相似，由嵌放在转子铁心槽内的三相对称绕组构成，绕组作星形形联结，三个绕组的尾端连结在一起，三个首端分别接在固定在转轴上且彼此绝缘的三个铜制集电环上，通过电刷与外电路的可变电阻相连，用于起动或调速。 3、三相异步电动机的铭牌：每台电动机上都有一块铭牌，上面标注了电动机的额定值和基本技术数据。铭牌上的额定值与有关技术数据是正确选择、使用和检修电动机的依据。下面对铭牌中和各数据加以说明：型号异步电动机的型号主要包括产品代号、设计序号、规格代号和特殊环境代号等。产品代号表示电动机的类型，用汉语拼音大写字母表示；设

直流无刷电动机工作原理与控制方法

直流无刷电动机工作原理及控制方法

由於直流無刷電動機既具有交流電動機の結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優點，又具備直流電動機の運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多優點，故在當今國民經濟各領域應用日益普及。一個多世紀以來，電動機作為機電能量轉換裝置，其應用範圍已遍及國民經濟の各個領域以及人們の日常生活中。其主要類型有同步電動機、異步電動機和直流電動機三種。由於傳統の直流電動機均采用電刷以機械方法進行換向，因而存在相對の機械摩擦，由此帶來了噪聲、火化、無線電幹擾以及壽命短等弱點，再加上制造成本高及維修困難等缺點，從而大大限制了它の應用範圍，致使目前工農業生產上大多數均采用三相異步電動機。針對上述傳統直流電動機の弊病，早在上世紀30年代就有人開始研制以電子換向代替電刷機械換向の直流無刷電動機。經過了幾十年の努力，直至上世紀60年代初終於實現了這一願望。上世紀70年代以來，隨著電力電子工業の飛速發展，許多高性能半導體功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相繼出現，以及高性能永磁材料の問世，均為直流無刷電動機の廣泛應用奠定了堅實の基礎。三相直流無刷電動機の基本組成直流無刷永磁電動機主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關線路三部分組成。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等），轉子由永久磁鋼按一定極對數（2p=2,4,…）組成。圖1所示為三相兩極直流無刷電機結構，圖1 三相兩極直流無刷電機組成三相定子繞組分別與電子開關線路中相應の功率開關器件聯結，A、B、C相繞組分別與功率開關管V1、V2、V3相接。位置傳感器の跟蹤轉子與電動機轉軸相聯結。當定子繞組の某一相通電時，該電流與轉子永久磁鋼の磁極所產生の磁場相互作用而產生轉矩，驅動轉子旋轉，再由位置傳感器將轉子磁鋼位置變換成電信號，去控制電子開關線

无刷直流电动机简介和基本工作原理

无刷直流电动机简介和基本工作原理无刷直流电动机简介和基本工作原理无刷直流电动机简介直流无刷电机 :又称“无换向器电机交一直一交系统”或“直交系统” 。是将交流电源整流后变成直流，再由逆变器转换成频率可调的交流电,但是,注意此处逆变器是工作在直流斩波方式。无刷直流电动机Brushless Direct Current Motor ,BLDC,采用方波自控式永磁同步电机,以霍尔传感器取代碳刷换向器,以钕铁硼作为转子的永磁材料;产品性能超越传统直流电机的所有优点,同时又解决了直流电机碳刷滑环的缺点,数字式控制,是当今最理想的调速电机。无刷直流电动机具有上述的三高特性,非常适合使用在24小时连续运转的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压缩机负载;低速高转矩及高频繁正反转不发热的特性，更适合应用于机床工作母机及牵引电机的驱动;其稳速运转精度比直流有刷电机更高,比矢量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高,性能价格比更好,是现代化调速驱动的最佳选择。基本工作原理无刷直流电动机由同步电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。同步电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。而转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始

直流电动机PWM控制系统设计

毕业论文毕业设计论文设计（论文）题目：直流电动机PWM控制系统设计下达日期：2014 年07 月02 日开始日期：2014 年09 月9 日完成日期：2014 年月日指导教师：高文华学生专业：电气自动化班级：自动化1207班学生姓名：ZHAO 教研室主任：王永康学院：电气工程

陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书一、设计（论文）内容及要求：（一）设计（论文）内容本设计采用PWM控制技术，利用斩波原理改变脉冲宽度，改变直流电动机两端的直流平均电压的大小，来实现对直流电动机的速度控制。（二）要求 1．PWM控制器（或单片机）为核心。 2．运用PWM控制器（单片机）为核心，构建控制系统电路。 3.利用PWM控制器（单片机）、大功率开关器件、隔离电路、驱动芯片等硬件，设计建立直流电动机PWM控制系统，力求实用、简单、经济。 4. 保护电路二、技术指标： 1、采用速度、电流双闭环控制以提高系统控制精度； 2、输出信号稳定，以此来驱动大功率开关器件； 3、控制信号通过PWM控制器（单片机）对功率开关进行控制，使其满足按要求进行速度调节的要求。 4、电动机额定数据为：10kW、220V、55A、1000r/min，电枢电阻Ra为0.5Ω， C e =0.122V·min/r时间常数：T l =0.02s,T m =0.16s。 5、调速范围D=10。 6、稳态指标：无静差。 7、动态指标：电流超调量不大于5%；转速超调量不大于10%。三、主要参考资料： 1电机控制专用集成电路谭建成主编机械工业出版社 2电气传动的脉宽调制控制技术吴守箴主编机械工业出版社3电力电子技术王兆安黄俊主编机械工业出版社 4电力拖动自动控制系统陈伯时主编机械工业出版社 5自动控制原理与系统孔凡才主编机械工业出版社 6单片机原理与应用王津主编重庆大学出版社

电动机工作原理

电动机工作原理 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

电动机工作原理电动机无所不在！您在房内四周所见到的机械运动几乎都是由AC（交流）或DC（直流）电动机产生的。通过了解电动机的工作原理，我们可以了解有关磁铁、电磁铁和电学的许多常识。本文将介绍是什么原因使电动机不断运转。电动机内部结构我们首先看看简易型双极直流电动机的总平面图。简易电动机包括六个部分，如下图所示：电枢或转子整流子电刷轴场磁铁某种类型的直流电源

电动机的组成部分电动机的工作方式不外乎与磁铁和磁性相关：电动机使用磁铁产生运动。如果您曾经玩过磁铁的话，就知道所有磁铁都具有以下基本法则：同极相斥，异极相吸。因此，如果有两根磁铁，并且每根的两端分别标有“北”和“南”，则一根磁铁的北极将会吸住另一根磁铁的南极。反之，一根磁铁的北极将会排斥另一根磁铁的北极（对于南极，情况与此相同）。在电动机的内部，就是这些吸引力和排斥力产生了旋转运动。在上图中，您可以看到电动机中有两块磁铁：电枢（或转子）是电磁铁，场磁铁是永久磁铁（场磁铁也可以充当电磁铁，但在大多数小型电动机中，人们为了省电而不将其用作电磁铁）。玩具电动机此处分解的电动机是在玩具中常见的简易型电动机：

您可以看到这是一个小型电动机，与一毛钱的美元硬币差不多大小。从外部看，可以看到构成电动机机体的钢结构、一根轴、一个尼龙端盖和两条电池导线。如果将电动机的电池导线接到手电筒的电池上，轴就会转动。如果将导线反接，则轴会朝反方向转动。下面是同一电动机的其他两个视图。（请注意第二个视图中钢壳一侧的两个槽，稍后您就会明白它们是用来干什么的了）

交流电动机工作原理

交流电动机分类及工作原理一、交流电机的分类交流电机是实现机械能与交流电能之间互相转换的一种装置，其分类可以分为以下几类： 1.按其功能分交流发电机和交流电动机两大类，交流电动机是将交流电能转换成机械能的装置。 2.按其原理不同，交流电动机可分为同步电动机和异步电动机两大类，同步电动机的旋转速度与交流电源的频率有严格的对应关系，在运行中转速严格保持恒定不变；异步电动机的转速随着负载的变化稍有变化。 3.按所需交流电源相数的不同，交流电动机又可分为单相和三相两大类，目前使用最广泛的是三相异步电动机，这是由于三相异步电动机具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便等优点。在没有三相电源的场合及一些功率较小的电动机则广泛使用单相异步电动机。 4.三相异步电动机根据其转子结构的不同又可分鼠笼式和绕线式两大类，其中鼠笼式应用最为广泛。二、三相异步电动机的结构三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，结构如图1所示图1异步电动机结构 1.定子部分包括机座，定子铁心和定子绕组。机座通常用铸铁或铸钢制成，铁

心用硅钢片叠成圆筒形，铁心的内圆上有若干分布均匀的平行槽，槽内安装定子绕组。定子绕组是电动机的电路部分，三相电动机的定子绕组由三相对称的绕组组成。三相绕组的各相绕组彼此独立，按互差1200电角度嵌放在定子，各绕组起绐端分别为U1、U2、V1、V2、W1、W2，从机座上的接线盒中引出。根据要求将三相定子绕组接成星形（Y形）或三角形（△形），具体接线方式如图2所示。图2三相异步电动机定子绕组的接线图电动机如果接成星形，则电机每相绕组承受电压是电源的相电压，如果接成三角形，则电机每相绕组承受电压是电源的线电压。具体是星形连接还是三角形连接应考虑电机的额定电压值。例如：电机额定电压是220V应采用星形连接，如额定电压是380V 应采用三角形连接。 2.转子部分由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。转子铁心也由硅钢片叠成，并固定在转轴上。转子的外圆周上也有若干分布均匀的平行槽，用于安置转子绕组。转子绕组根据其结构可分为鼠笼式和绕线式两种（1）鼠笼式转子鼠笼式转子是在转子铁心的每一条槽内，插入一根裸导条，在铁心两端分别用两处短路环把导条连接成一个整体，形成一个自身闭合的短路绕组。如去掉铁心，整个绕组就像一个鼠笼，所以称为鼠笼式电动机，中小型电动机的笼型转子一般采用铸铝，大型电动机则采用铜导条，如图3所示。