直流电机的感应电动势与电机结构
直流电动机构成及工作原理
直流电动机构成及⼯作原理⼀、直流电动机构成直流电动机由定⼦和转⼦两⼤部分组成。
（⼀）、定⼦部分：1) 机座机座⼀般⽤导磁性能较好的铸钢件或钢板焊接⽽成。
机座有两⽅⾯的作⽤：⼀⽅⾯起导磁作⽤，作为电机磁路的⼀部分。
另⼀⽅⾯起安装、⽀撑作⽤。
2) 主磁极主磁极通⼊直流励磁电流，产⽣电机⼯作的主磁场，它由主磁极铁⼼和励磁绕组组成。
主磁极铁⼼为电机磁路的⼀部分，主磁极绕组的作⽤是通⼊直流电产⽣励磁磁场。
3) 换向磁极换向磁极是位于两个主磁极之间的⼩磁极，⼜称为附加磁极，其作⽤是产⽣换向磁场，改善电机的换向。
它由换向磁极铁⼼和换向磁极绕组组成。
4) 电刷装置电刷装置的作⽤是通过电刷与换向器的滑动接触，把电枢绕组中的电动势（或电流）引到外电路，或把外电路的电压、电流引⼊电枢绕组。
（⼆）、转⼦(电枢)：直流电动机的转⼦⼜称电枢，它是产⽣感应电动势、电流、电磁转矩⽽实现能量转换的部件。
1) 电枢铁⼼电枢铁⼼是直流电动机主磁路的⼀部分，在铁⼼槽中嵌放电枢绕组。
电枢铁⼼⼀般采⽤硅钢⽚叠压⽽成。
2) 电枢绕组电枢绕组的作⽤是通过电流产⽣感应电动势和电磁转矩实现能量转换。
3) 换向器换向器的作⽤是将电枢中的交流电动势和电流转换成电刷间的直流电动势和电流，从⽽保证所有导体上产⽣的转矩⽅向⼀致。
4) 转轴转轴作⽤是⽤来传递转矩。
为了使电机能可靠地运⾏，转轴⼀般⽤合⾦钢锻压加⼯⽽成。
5) 风扇风扇⽤来降低运⾏中电机的温升。
⼆、直流电动机的⼯作原理直流电动机的⼯作原理如下：如下上图所⽰为最简单的直流电动机的原理图。
其换向器是由⼆⽚互相绝缘的半圆铜环（换向⽚）构成的，每⼀换向⽚都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷A、B相接触。
若电刷A是正电位，B是负电位，那么在N极范围内的转⼦绕组ab中的电流从a流向b，在S极范围内的转⼦绕组cd中的电流从c流向d。
转⼦载流导体在磁埸中要受到电磁⼒的作⽤，根据磁场⽅向和导体中的电流⽅向，利⽤电动机左⼿定则判断，如图中ab边受⼒⽅向是向左，⽽cd则向右。
直流电机的感应电动势与电机结构
1.8 直流发电机
他励发电机的运行特性
一、空载特性
定义:当n C1 、 I 0 时， U f(I f )
空载时 U Ea 空载特性实质上就是 Ea f ( I f ) 。 所以空载特性曲线的形状与空载磁 化特性曲线相同。 直流发电机的空载特性是非线 性的的，上升与下降的过程是不相 同的。实际中通常取平均特性曲线 作为空载特性曲线。
T T2 T0
式中，T为电磁转矩，T2为轴上所带生产机械的转矩，T0为电动机空载 损耗转矩。
（3）功率平衡方程式
直流电动机稳态运行的基本关系式
将电压平衡方程两边同乘以电枢电流Ia，得到：
UIa=EaIa+ Ia2Ra
可以写成：
P 1 P em pcua
——电磁功率； ——电枢回路的铜损耗。
0
Ia
并励直流电动机的工作特性
3、效率特性
定义：当
f (I a ) U UN 、 I I fN 时，
由方程式可得
p Fe pmec pCuf pCua P2 p 100% (1 ) 100% (1 ) 100% P P U (I a I f ) 1 1
额定负载时的转速降 nN 对额定转速 n N 的比值用百 分数表示时称为额定转速变化率：
n N n0 n N n N % 100% 100% nN nN
中小型他励直流电动机的 n N % 为5%~10%。
2.人为机械特性
使用直流电动机时，其固有机械特性往往不能满足要 求，这时可改变电源电压U、每极磁通Φ和电枢回路串接 的附加电阻Rsa三个量中的某个量，从而改变电动机的机 械特性，如此得到的机械特性称为人为机械特性。 注意：只讨论改变其中一个量，其他值在额定条件下的人 为机械特性。
第1章 直流电动机基本理论及结构
上一页 下一页 返回
1.1 直流电动机的原理与结构
电动机铭牌上所标的数据为额定数据.具体含义有以下几点。 电动机铭牌上所标的数据为额定数据 具体含义有以下几点。 具体含义有以下几点 1.型号 型号 电动机的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯 数字表示。 数字表示。 2.直流电动机的额定值 直流电动机的额定值 (1)额定功率 N是指电动机在额定状态下运行时轴上输出的 额定功率P 额定功率 机械功率.又称为额定容量 又称为额定容量(W) 机械功率.又称为额定容量(W) 。它等于额定电压和电流的 乘积再乘上电动机的效率. 乘积再乘上电动机的效率 (2)额定电压 N是指电动机寿命期内安全工作的最高电压 额定电压U 额定电压 (V). (3)额定电流 N是指电动机轴上带有额定机械负载时的输人 额定电流I 额定电流 电流(A). 电流 (4)额定转速 N是指在额定电压、额定电流和额定输出功率 额定转速n 额定转速 是指在额定电压、 的情况下电动机运行时的旋转速度(r/min) . 的情况下电动机运行时的旋转速度
上一页 下一页 返回
1. 2 直流电动机电枢绕组
1.2.2 电枢绕组的基本要求及绕制规则
对电枢绕组的基本要求是:一方面能够产生足够大的电动势 对电枢绕组的基本要求是 一方面能够产生足够大的电动势. 一方面能够产生足够大的电动势 通过一定大小的电流.产生足够的转矩 产生足够的转矩;另一方面要尽可能节 通过一定大小的电流 产生足够的转矩 另一方面要尽可能节 约材料.结构简单 结构简单。 约材料 结构简单。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 元件边放在槽内.能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘ 能切割磁力线产生感应电动势.称为“‘有 元件边放在槽内 能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘有 效边” 端接线放在槽外 不切割磁力线.仅作为连接线使用 端接线放在槽外.不切割磁力线 仅作为连接线使用。 效边”;端接线放在槽外 不切割磁力线 仅作为连接线使用。 为了便于嵌线.每个元件的一个边放在某一个槽的上层 每个元件的一个边放在某一个槽的上层.称为 为了便于嵌线 每个元件的一个边放在某一个槽的上层 称为 上层边.另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。 另一个边则放在另一个槽的下层.称为下层边 上层边 另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。绘图 为了表达清晰.将上层边用实线表示 时.为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。
直流发电机的工作原理及结构
直流发电机的工作原理及结构电机的可逆运行原理两个定理与两个定则1、电磁感应定理在磁场中运动的导体将会感应电势，若磁场、导体和导体的运动方向三者互相垂直，则作用导体中感应的电势大小为： e = B- l • v符号物理量单位B磁场的磁感应强度Wb/m2 v导体运动速度米/秒I导体有效长度me感应电势V电势的方向用右手定则2.电磁力定律载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直（见下图），作用在导体上的电磁力大小为： f = B • I • i单位符号物理量Ai导体中的电流mI导体有效长度Nf电磁力力的方向用左手定则（一）直流发电机的工作原理1.直流发电机的原理模型图1 1 B 直猱友电机工作炽理2•发电机工作原理團直猱我电机工作原建a、直流电势产生用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边a b和c d分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中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变为直流电动势因为电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势。
所以电刷A始终有正极性，同样道理，电刷B始终有负极性。
所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势b、结论线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷AB端的电动势却是直流电动势。
直流发电机［浏览次数：约145次］*直流发电机是一种把机械能转换为直流电输岀的电机，流电动机具有良好的起动性能和调速性能，因此广泛应用于要求调速平滑，调速范围广等对调速要求较高的电气传动系统中，如电力机车、无轨电车、轧钢机起重设备等。
目录*直流发电机的结构*直流发电机的部件功能・直流发电机的工作原理*直流发电机的额定值直流发电机的结构直流电机I區I的结构可分为静止和转动两部分，静止部分称为定子，旋转部分称为转子（也称电枢）图1与图2分别为直流电机的纵剖面示意图和横剖面示意图。
1.1直流电机的工作原理和结构
2
§1-1 直流电机的工作原理和结构
一、直流电机的工作原理
直流电机是直流发电机和直流 电动机的总称。直流电机具有可 逆性，既可作直流发电机使用， 也可作直流电动机使用。
14
§1-1 直流电机的工作原理和结构
（2）电枢绕组
电枢绕组的作用是产生 感应电势和通过电流产生 电磁转矩，实现机电能量 转换。它是直流电机的主 要电路部分。
电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成，再按一定 规律嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要 妥善地绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外，槽口处需用槽楔 将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部分用玻璃丝带绑紧。绕组端 头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升高片槽内，并用锡焊或氩 弧焊焊牢。
12
（3）换向极
§1-1 直流电机的工作原理和结构
换向极又称附加极，安装在相邻两主磁极的几何 中心线上。 Why？在1.7讲
换向极的作用是改善直流电机换向。在小容量电 机（1kw以下）中，有时换向极只有主磁极的一半， 或不安装换向极。 （4）电刷装置
电刷与换向器相配合，在电动机中起到逆变（将 直流变为交流）作用；而在发电机中则起到整流 （将交流变为直流和结构
（3）换向器 换向器的作用是
在电刷间得到直流电 动势，并保证每个磁 极下电枢导体电流方 向不变，以产生恒定 方向的电磁转矩。
16
§1-1 直流电机的工作原理和结构
3、气隙
气隙是定子和转子（电枢）之间自然形成的间 隙。它是电机主磁路的一部分,是电机能量转换的 媒介。气隙的大小对电机运行的影响很大。小容 量电机约为1-3mm，大容量电机可为几毫米。
电机电动势公式
电机电动势公式
1. 电机感应电动势的基本公式。
- 对于直流电机，感应电动势公式为E = C_evarPhi n。
- 其中E为感应电动势，C_e是电动势常数，它与电机的结构有关（对于已经制造好的电机，C_e是一个定值），varPhi是每极磁通，n是电机的转速。
- 对于交流电机（以同步电机为例），感应电动势的有效值公式为E =
4.44fNk_wvarPhi。
- 这里E是感应电动势有效值，f是电源频率，N是定子绕组每相串联匝数，k_w是绕组系数（它考虑了电机绕组分布和短距对感应电动势的影响），varPhi 是每极磁通。
- 对于异步电机，感应电动势公式与同步电机类似，
E_1=4.44f_1N_1k_w1varPhi_m。
- 其中E_1是定子绕组感应电动势，f_1是定子电源频率，N_1是定子绕组每相串联匝数，k_w1是定子绕组系数，varPhi_m是气隙主磁通幅值。
电机与拖动 直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值
电机与拖动直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值主题：直流电机的辅导文章——直流电机的工作原理、直流电机的基本结构和额定值、直流电机的磁场和电枢反应、直流电机的感应电动势和电磁转矩学习时间：2016年10月10日--10月16日内容：我们这周主要学习课件第2章直流电机的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对直流电机相关知识的理解。
一、直流电机的工作原理（重点掌握）直流电机按其能量转换方向的不同分为直流发电机和直流电动机，两者之间具有可逆性。
1.直流电动机的工作原理：当给电枢绕组通入直流电流时，通过电刷和换向器转换为交变电流，使处于主极磁场中绕组的线圈始终受到相同方向电磁转矩的作用，保证了电动机连续转动，从而实现电能到机械能的转换。
图1 直流电动机的工作原理图2.直流发电机的工作原理：当原动机拖动电枢转动时，电枢绕组的线圈切割主极磁场而产生交变感应电动势，再通过电刷和换向器转换为直流电动势，由电枢绕组输出直流电流，从而实现机械能到电能的转换。
图2 直流发电机的工作原理图二、直流电机的基本组成和额定值（重点掌握）1.直流电机主要由定子和转子两大部分组成，其基本组成如图3所示。
转子称为电枢，它是能量转换的枢纽。
电枢绕组构成了直流电机的主要电路，它是由很多元件按一定规律连接起来的闭合绕组。
按元件的连接方式和端接形状分类，电枢绕组主要有叠绕组和波绕组两大类。
电枢绕组是电机的重要部件。
直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组。
换向器是直流电机所特有的部件，与电刷配合，实现电枢绕组端部的直流电流与电枢绕组内部的交变电流之间的转换，即在直流电动机中起到了“逆变器”的作用，在直流发电机中起到了“整流器”的作用。
图3 直流电机的基本组成2.直流电机的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定转速等。
1）额定电压N U ：对于直流电动机，N U 是输入电压的额定值；对于直流发电机，N U 是输出电压的额定值。
电机与拖动教案——第二章 直流电机
第二章直流电机2.1直流电机的基本工作原理及结构一、基本工作原理（一）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.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；（1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势（2）特点：e=BLV；a、电枢绕组中电动势是交流电动势b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向）2.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：f=BiLa、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）；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。
3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成（二）直流电机的基本结构1、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2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚3.电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）4.电枢绕组——电路。
电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路）换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料）电刷装置a、电刷——石墨或金属石墨b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨）5.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：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）他励：激磁电流较稳定；并励：激磁电流随电枢端电压而变；串励：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；复励：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
直流电动机稳态运行的基本关系式
他励直流电动机的功率流程图
并励直流电动机的功率平衡方程式
P 1 P 2 pcuf pcua p Fe pmec P 2 p
p pcuf pcua pFe pmec ——并励直流电动机 式中， 的总损耗。
直流电动机
并励直流电动机的工作特性
将转矩平衡方程两边乘以机械角速度Ω，得
T T2 T0
可写成
Pem P2 p0 P2 pmec pFe
式中， 耗 p Fe
Pem T ——轴上输出的机械功率； P2 T2
p0 T0
——电磁功率；
——空载损耗，包括机械损耗
pmec
和铁损
由前述功率方程可以作出并励直流电动机的功率流 程图：
2）平均电磁力乘以电枢的半径，即得到一根导体所受的平 均转矩：
电枢绕组的感应电动势与电磁转矩
3）电机总的电磁转矩则为：
Ia D I a 2 p T Bav l N l N 2 a 2 l 2 a 2 pN I a CT I a 2a
pN 式中： CT 2a
是一个常数，称为转矩常数，
式中，
P 1 UI a ——电动机从电源输入的功率；
Pem Ea I a
2 pcua I a Ra
又，
Pem E a I a
pN pN 2a nI a I a T 60 a 2a 60
式中，
2n 60
——电动机的机械角速度，单位为弧度/秒。
直流电动机稳态运行的基本关系式
空载损耗为不变损耗，不随负载电流 变化，当负载电流较小时效率较低，输入 功率大部分消耗在空载损耗上；负载电流 增大，效率也增大，输入的功率大部分消 耗在机械负载上；但当负载电流增大到一 定程度时铜损快速增大此时效率又变小。 如图所示。
1.6.1 直流电动机稳态运行的基本关系式
如图，并励直流电动机的示意图。接通直流电源时，励磁 绕组中流过励磁电流If，建立主磁场，电枢绕组流过电枢电流 Ia，电枢旋转时，电枢导体又切割气隙磁场，产生电枢电动势 Ea，其方向与Ia相反，称反电动势。
直流电动机稳态运行的基本关系式
图1.25 并励直流电动机
第 1 章 直流电机
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
直流电机的工作原理 直流电机的结构和额定值 直流电机的电枢绕组 直流电机的电磁场 直流电机的感应电动势和电磁转矩 直流电动机 他励直流电动机的机械特性 直流发电机
电枢绕组的感应电动势
电枢绕组的感应电动势是指直流电机正负电刷 之间的感应电动势，也就是电枢绕组一条并联支 路的电动势。 我们可以先求一根导体的在一个极距范围内所 产生的平均电动势，再求一条支路的。 一个磁极极距范围内，平均磁密用 Bav 表示， 极距为 电枢的轴向有效长度为L ，每极磁通为 Ф，则
直流电动机稳态运行的基本关系式
当电动机稳态运行时，有几个平衡关系，分别用方 程式表示。 U=Ea+ IaRa （1）电压平衡方程式 I=Ia+If
式中，Ra为电枢回路电阻，其中包括电刷和换向器之间的接触电阻。 显然，直流电动机在电动机运行状态下的电枢电动势Ea总小于端电 压 U。
（2）转矩平衡方程式
磁转矩的大小正比与每极磁通和电枢电流。
I a 2aia 是电枢总电流，从表达式可以看出，电
电枢绕组电磁转矩
Ce ，CT 对于一个具体的电机而言，是一个常数，
并且通过换算，两者之间有一固定的关系，
CT 9.55Ce
或
CT 60 9.55 Ce 2
直流电动机 直流电动机平衡方程式
一般情况下，若额定励磁电压与电枢电压相等，他励和 并励直流电动机就无实质性区别。本章以分析并励直流电动 机为重点。
Bav
l
电枢绕组的感应电动势
一根导体的平均电动势为：
eav Bav lv
又因为：
n v 2 p 60
e av n 2 p 60
所以：
电枢绕组的感应电动势
因为一条支路里的串联总导体数 为 电枢总导体数），于是，电枢电动势为： N N n Ea eav 2 p 2a 2a 60 pN n C e n 60a
并励直流电动机的工作特性是指当电动机的端电压U=UN、励磁电流 If=IfN、电枢回路不串外加电阻时，转速n、电磁转矩T、效率η分别与电枢电流 I a之间的关系。 1、转速特性
定义：当
U UN
I 、
I fN
时， n
f (I a )
n n
由方程式可得
n
UN Ra Ia Ce Ce
pN （电动势常数） 其中 Ce 为电机的结构常数 60 a
N 2 a （N
可见，直流电机的感应电动势与电机结构、气隙 磁通及转速有关。
电枢绕组的电磁转矩
如果电动势和发电机相关，那么，电磁转矩和电动机 可以联系在一起，求解电磁转矩的过程和求解电动势是 一样的： 1）先求一根导体的平均电磁力：
f av Bav l ia
T T2 T0
式中，T为电磁转矩，T2为轴上所带生产机械的转矩，T0为电动机空载 损耗转矩。
（3）功率平衡方程式
直流电动机稳态运行的基本关系式
将电压平衡方程两边同乘以电枢电流Ia，得到：
UIa=EaIa+ Ia2Ra
可以写成：
P 1 P em pcua
——电磁功率； ——电枢回路的铜损耗。
忽略电枢反应的去磁作用，转速与负载电流按线性 关系变化。如图所示。
ห้องสมุดไป่ตู้
0
Ia
并励直流电动机的工作特性
2、转矩特性
定义：当
U UN
、I
I fN
时， T
em
f (I a )
转矩表达式
T CT N I a
考虑电枢反应的作用，转矩上升的速 n T 度比电流上升的慢。如图所示。
Tem
n
T2
T0
0
Ia
并励直流电动机的工作特性
3、效率特性
定义：当
f (I a ) U UN 、 I I fN 时，
由方程式可得
p Fe pmec pCuf pCua P2 p 100% (1 ) 100% (1 ) 100% P P U (I a I f ) 1 1