电机学_第5篇_直流电机
电机学-直流电机原理与绕组
几何中性线
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
+－
+
－
N
+S
－N
S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
+
－
整理课件
－
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕组的并联支路数正好等 于电机的极数。 这是单整迭理课绕件组的重要特点之一。
D a (弧长)
2p
Z （槽数）
2p
（电角度）
整理课件
有关电枢绕组名词、术语
元件（线圈）：
第一节距y1 y1
每一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离， 常用槽数来表示
第二节距y2（y2<0）
联接在同一个换向片上两个不同元件的元件 边在电枢表面跨过的距离
合成节距y： y=y1+y2
0
整理课件
A
If0 If
I fN F f 0 IN
直流电机的空载磁场
空载时，励磁磁动势主要消
耗在气隙上。当忽略铁磁材料的
极靴
磁阻时，主磁极下气隙磁通密度
极身
的分布就取决于气隙的大小和形 状。
磁极中心及附近的气隙小且
几何中性线
均匀，磁通密度较大且基本为常 数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，
（a）气隙形状
整理课件
三、直流电机的额定值
额定容量PN： 输出功率 额定电压UN：额定状态下出线端电压； 额定电流IN：额定状态下出线端电流； 额定转速n： 额定状态下的电机转速
★
直流发电机： 电功率PN＝UN·IN 直流电动机： 机械功率PN＝UN·IN ·
直流电动机工作原理
直流电动机工作原理1. 概述直流电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种电动设备中。
它的工作原理是利用直流电流在电磁场中的相互作用，使得电动机产生旋转运动。
直流电动机通常由定子、转子和电刷组成。
2. 定子定子是直流电动机的固定部分，通常由铁芯和绕组组成。
绕组由导线缠绕在铁芯上，形成多个线圈，每个线圈都经过一段定子绕组。
当电流通过绕组时，会在定子中产生一个磁场。
3. 转子转子是直流电动机的旋转部分，通常由铁芯、电枢和电刷组成。
电枢由导线缠绕在铁芯上，形成多个线圈，每个线圈都经过一段转子绕组。
当电通入电枢时，电枢会在转子上产生一个磁场。
4. 电刷电刷是直流电动机中非常重要的组件，它通常由碳材料制成。
电刷与定子和转子的绕组相连，用于供应电流到转子的绕组上。
电刷通过与转子绕组接触，将电流传递到转子上，同时也负责转子绕组中电流的引导。
5. 工作原理直流电动机的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：•步骤 1: 电流通过定子绕组，产生一个磁场。
•步骤 2: 电流通过电刷传递到转子绕组上，形成转子的磁场。
•步骤 3: 转子的磁场和定子的磁场相互作用，使得转子受到一个力的作用。
•步骤 4: 受到的力使得转子旋转。
•步骤 5: 转子旋转带动机械负载运动。
6. 工作原理详解在直流电动机中，电流在定子和转子的绕组之间形成一个相互作用的环路。
当电通入定子的绕组时，会在定子中产生一个磁场。
这个磁场通过定子的铁芯传导到外部。
同时，电刷将电流传递到转子的绕组上，形成了一个磁场。
由于转子上的磁场受到定子磁场的影响，两者之间形成了相互作用的力。
这个力被称为洛伦兹力，是由电流在磁场中的相互作用引起的。
洛伦兹力使得转子受到一个力的作用，从而产生旋转运动。
转子旋转的动力来自外部施加在转子上的机械负载。
通过调整电流的大小和方向，可以控制直流电动机的转速和转向。
电刷的设计和布局也对电机性能有一定影响。
7. 应用领域直流电动机由于其简单、可靠且易于控制的特点，在工业和家庭中得到广泛应用。
电机学知识点
气隙线 磁化曲线
2.直流电机的电枢绕组
0
2Ff (I f )
直流电机的电枢绕组是直流电机产生感应电势和电磁转矩，
从而实现机电能量转换的重要部件。直流电机的电枢绕组，
无论什么形式，都是将各元件通过相应的换向片依次连接起
来而构成的闭合绕组。直流电机的电枢绕组通过电刷引入或
引出电流，并在正负极性电刷间形成偶数条并联支路。
影响变压器电压调整率U的因素有：___负__载_的__大__小___、 ___负__载_的__性__质____和_短__路_阻__抗__参__数_R_k_、_X_k _。
2）变压器的损耗和效率
变压器的损耗有铁耗和铜耗。
铁耗不随负载的大小而改变，也称为不变损耗， pPe p0
铜耗随负载的大小而改变，也称为可变损耗， pCu I 2 2
第七章 直流电机的磁路和电枢绕组
基本知识：
1. 直流电机的磁化曲线 2. 单叠绕组和单波绕组的特点 3. 单叠绕组和单波绕组节距的计算方法 4. 直流电机的电枢绕组电动势和电磁转矩
第七章 直流电机的磁路和电枢绕组
1.直流电机的空载磁场和磁化特性
直流电机空载运行时的气隙磁场由励磁磁势建立，该磁势由 主极上的励磁绕组通以直流电流所产生。
k 1 Qu 1
p
p
的一类电枢绕组，它是把
上层元件边在同极性主极下的各元件串联起来成一条支路，
所以单波绕组的并联支路对数_a_=_1______。
直流电机电枢绕组的电势是通过电刷引出的，电刷的位置应 使正负电刷间的感应电动势最大。当元件几何形状对称时， 电刷在换向器表面的位置应对准磁极中心线。此时正、负电 刷间感应电势最大，被电刷短路的元件感应电势为零。
E1 j4.44 fN1 m E2 j4.44 fN 2 m
直流电机控制原理图
直流电机控制原理图
直流电机是一种常见的电动机，它通过直流电源驱动，能够将
电能转换为机械能，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等
领域。
直流电机的控制原理图是直流电机控制系统的重要组成部分，它能够帮助我们了解直流电机的工作原理和控制方式，本文将介绍
直流电机控制原理图的相关知识。
首先，直流电机控制原理图包括直流电机、电源、控制器等组件。
直流电机通常由定子、转子、碳刷、电枢等部分组成，电源为
直流电源，控制器则是用来控制电机运行的设备。
在直流电机控制
原理图中，这些组件通过电气连线连接在一起，形成一个完整的控
制系统。
在直流电机控制原理图中，电源为直流电源，它可以是电池、
直流发电机、直流稳压电源等。
电源的电压和电流大小将直接影响
到直流电机的运行性能，因此在设计直流电机控制系统时，需要根
据实际需要选择合适的电源。
控制器是直流电机控制系统中的关键部件，它可以根据外部输
入信号控制电机的启停、正反转、速度调节等功能。
常见的直流电
机控制器有直流调速器、直流电机驱动器、直流电机控制板等，它们可以根据具体的控制要求选择使用。
在直流电机控制原理图中，还会包括一些辅助元件，如限流电阻、过载保护器、电流传感器等。
这些辅助元件能够提高电机控制系统的稳定性和安全性，保护电机免受过载、短路等异常情况的影响。
总的来说，直流电机控制原理图是直流电机控制系统的重要组成部分，它通过电气连线将直流电机、电源、控制器等组件连接在一起，形成一个完整的控制系统。
掌握直流电机控制原理图的相关知识，能够帮助我们更好地理解直流电机的工作原理和控制方式，为实际应用提供参考和指导。
《电机学》(华中科大出版社,辜承林,第二版)课后答案
第二章 直流电机 2．1 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流，“换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。
2．2 试判断下列情况下，电刷两端电压性质 （1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转； （2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。
(1)交流 ∵电刷与电枢间相对静止，∴电刷两端的电压性质与电枢的相同。
（2）直流 电刷与磁极相对静止，∴电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 ∴是直流。
2．3 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？ 直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到N 极下，还是S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩 2．4 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？有7个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记2．5 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，∴线圈太多，无处嵌放。
2．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。
漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换，δΦ与饱和系数有关。
2．7 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？磁化曲线：00()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 励磁磁动势设计在低于“膝点”，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是0Φ（根据E 和m T 公式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。
电机学直流电机的基本方程
第五节 直流电机的基本方程直流电机的基本方程式包括电系统的电动势平衡方程式、能量系统的功率平衡方程式和机械系统的转矩平衡方程式。
一、直流发电机的基本方程式直流电机的基本方程式与励磁方式有关。
下面以并励直流发电机为例来分析直流发电机的基本方程式。
1.电动势平衡方程式当原动机拖动直流发电机旋转时，电枢绕组切割气隙磁场感应出电动势a E 。
当电机带上负载时，电枢绕组中将有电流a I 流过，取a I 与a E 的参考正方向相同。
根据基尔霍夫第二定律，则有电动势平衡方程式ff s a a a R I U U R I U E =∆++=2式中，U 为并励发电机的端电压，也为加在励磁回路的电压；a R 为电枢绕组的电阻；s U ∆2为一对电刷下的接触压降；f I 为励磁回路的电流；f R 励磁回路的电阻。
对并励直流发电机，根据基尔霍夫第一定律，有电流方程式 f a I I I +=式中，I 为发电机的输出电流，即负载电流。
2.功率平衡方程式并励直流发电机的功率流程图。
图中，1P 为原动机输入的机械功率，除去机械损耗Ωp 、铁耗Fe p 和附加损耗∆p 后,余下的部分转化为电磁功率e P 。
因此有如下功率平衡方程式e e Fe P p P p p p P +=+++=∆Ω01式中，0p 为空载损耗，它等于机械损耗Ωp 、铁耗Fe p 和附加损耗∆p 之和。
其中铁耗Fe p 是由于电枢旋转时交变磁通在电枢铁心内引起的损耗；机械损耗Ωp 是指轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗和转子与空气的摩擦损耗(也称为通风损耗)等；附加损耗∆p 也称为杂散损耗，主要包括结构部件在磁场内旋转而产生的损耗、电枢齿槽的影响使气隙磁通产生脉动而在主极铁心中和电枢铁心中产生的脉动损耗、电枢反应使气隙磁场畸变而在电枢铁心中产生的损耗、由于电流分布不均匀而增加的电刷接触损耗以及换向电流所产生的损耗等，这些损耗难于精确计算，一般进行估算，通常约占额定功率的0.5%～1%。
直流电机的工作原理
直流电机的工作原理
直流电机是一种常见的电动机，它通过直流电源提供电能，将电能转换为机械能，驱动机械装置运转。
直流电机的工作原理主要包括磁场产生、电流通路和力矩产生三个方面。
首先，直流电机的工作原理与磁场产生密切相关。
在直流电机中，通常会有一个磁场产生装置，它可以是永磁体或者电磁铁。
当电流通过磁场产生装置时，会在装置周围产生磁场，形成磁极。
这个磁场是直流电机工作的基础，因为它与电流之间会产生相互作用，从而产生力矩，驱动电机运转。
其次，直流电机的工作原理还与电流通路有关。
在直流电机中，电流通路是通过电刷和换向器来实现的。
电刷是连接电源和电机的导电装置，它与换向器配合工作，使得电流可以按照一定的规律在电机的绕组中流动。
这样，电流在磁场中产生作用，产生力矩，从而驱动电机转动。
最后，直流电机的工作原理还涉及到力矩的产生。
在直流电机中，当电流通过绕组时，会在绕组中产生磁场，这个磁场与磁场产生装置的磁场相互作用，产生力矩。
这个力矩会驱动电机转动，实现能量转换。
综上所述，直流电机的工作原理是通过磁场产生、电流通路和力矩产生三个方面相互作用，实现电能到机械能的转换。
通过对这些原理的深入理解，可以更好地掌握直流电机的工作特点，为实际应用提供理论支持。
电机学
频率折算：
因为异步电机定转子回路电动势电流频率不一样。在绕组折算前要进行
频率折算， 方法是； 用一个静止的转子代替实际旋转的转子。
功率因数特性cosφ1=f（p2)
异步电机运行时需要从电网中吸取无功电流进行励磁，所以I1电流中滞后与电源电压U1，功率因数cosφ1<1.空载时，定子电流Io,基本上为励磁电流，这时功率因数很低，cosφ1=0.1-0.2.
在空载时的二次侧电压U20=Un2 ,接负载后电压变为U2，变化量 Un2-U2，与额定电压Un2的比称为电压变化率用Δ=U表示，
△u=(Un2-U2) / Un2; / △u=1-U2*=1-U’2* p107
标幺值：
同一系列的电力变压器无论容量等级，还是电压等级都相差较大，参
数相差也大，为了方便比较分析，用标幺值表示。
电枢内电阻估算值为 Ra=(1/2)(UI-P/I^2) //基于N电枢下标
启动方法：直接启动 降压启动 电枢回路串电阻启动
制动方法：能耗制动 倒拉反接制动 电源反接制动（电压反接） 回馈制动
思考题
1 生产机械特性归纳起来有哪几种基本类型
1 恒转矩特性 2 恒功率特性
2 从运动方程式怎样看出系统处于加速的，减速的，Hale Waihona Puke 定的，静止的工作状态？电机学
第一章直流电机
电磁感应定律
在恒定的磁场中，当道题切割磁力线时，导体中产生感应电动势。
e=Blv
e的大小由磁感强度和导体切割速度决定，e的方向由右手定则决定
电枢绕组：
(原理）线圈切割磁力线线圈中产生直流电流，许多线圈分布在电枢铁心表面不同
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第一节.直流电机的工作原理和结构
二、直流发电机的工作原理
本质：导体切割磁力线产生感应电势 图中：导体ab在N极下产生电势：b→a
在S极下产生的电势： a→b 输出电势为交流
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第一节.直流电机的工作原理和结构
关键：换向 线圈与外电路在适当位置交换连接。
第五篇 直流电机
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直流电机
第一节.直流电机的工作原理 第二节.直流电机的铭牌数据 第三节.直流电机的绕组* 第四节.直流电机的励磁方式及磁场 第六节.感应电动势和电磁转矩的计算 第七节.直流电机的运行原理 第八节.直流电机的换向 *
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第一节.直流电机的 工作原理和结构
•四个元件被电刷短路：1,5,9,13
•不同极面下电流方向相反
•电刷A1、A2 并联， B1、B2并联
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第三节.直流电机的绕组
❖ 单波绕组(了解)
特点：绕组“一路向前走” 一元件的两端子所连两换向片相距很远（即：yk 2 y）1 绕电枢一周后总的所跨过换向片数为 k 1个 即：联接到起始换向片的后（或前）一个换向片，即
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第一节.直流电机的工作原理和结构
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第二节.直流电机的铭牌数据
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第二节.直流电机的铭牌数据
❖ 额定功率： ❖ 额定电压： ❖ 额定电流： ❖ 额定转速：
PN (kw)
UN (V )
电动:输 机出机械 PN 功 UNI率 N
发电:输 机出电PN 功 U率 NIN
IN ( A)
❖ 额定励磁电压：nN(r / min)
❖ 额定励磁电流： U fN (V )
❖ 励磁方式
I fN ( A)
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第三节.直流电机的绕组
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第三节.直流电机的绕组
❖ 单叠绕组：yk=1 第k+1元件的首端与第k元件末端连于一点，并连到
第k个换向片上 双层绕组：元件数S＝换向片数K ＝槽数Q 绕组展开图：上层元件边（首端）－ 实线
下层元件边（末端）－ 虚线 相邻元件依次串联，形成闭合回路。
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第三节.直流电机的绕组
N
y1
S
1 23
yk 1
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第一节.直流电机的工作原理和结构 一、直流电动机的工作原理
1. 皮－萨电磁力定理
通电导体在磁场中受力：设 B垂直于l
大小：f Bil
B磁感应强度（ wb/ m2） i 导体中的电流A（） l 导体的有效长度m（）
方向：左手定则
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第一节.直流电机的工作原理和结构
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第三节.直流电机的绕组
图 116 单叠绕组 2p展 4,开 SK 图 16
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瞬间绕组连接电路图
23 4
A1 A2
5 5 B 1
6
29 8 76
1
9
110
10 11 12 13
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
13 14
1
16 15 14
B2
要点：
•绕组顺次连接
•四个支路：a=p
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第三节.直流电机的绕组
二.绕组的基本形式
❖ 元件：即一个绕组 ❖ 直流电机绕组为双层绕组 ❖ 一个元件的两个边：一个边放一个槽的上层，
另一个边放另一槽的下层。两端子接在两换向 片上 ❖ 两种基本形式：单叠绕组、单波绕组
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第三节.直流电机的绕组
电枢中交变 换 电 向 器 动 ， 电 直 势 刷流电动
图中： A始终“＋”； B始终“－” 电刷输出：大小变化，方向不变的脉振磁势。 实质：带换向器的交流发电机。 可逆原理： 电动 机发电机
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第一节.直流电机的工作原理和结构
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第一节.直流电机的工作原理和结构
❖
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第三节.直流电机的绕组
❖1.单叠绕组
特点：单：元件两个端子联接于相邻两个换向片上。 叠：后一绕组叠加在前一绕组上（向后移一个
槽） 第一节距：元件跨距 （y1槽数） 换向节距：上层元件边与下层元件边所联接 的两个换向片间的距离。y k
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第三节.直流电机的绕组
序
❖ 电动机：
➢ 绕组中流过电流，产生电磁转矩，使线圈在磁场里 转动，在线圈中产生反电动势，吸收功率。
➢ 电能 机械能
❖ 发电机：
➢ 线圈在磁场里转动产生感应电势，换向引出后接负 载，电流流过线圈产生制动的电磁转矩，吸收机械 功率。
➢ 机械能 电能 ❖ 关键：电枢
➢ 电枢表面开槽，槽内放绕组：电枢绕组
三、结构
➢ 两大部分（定子、转子） 1. 静止部分——定子 ❖ 作用：(产生磁场) ❖ 组成：
➢ 主磁极：铁心＋线圈，线圈中通入励磁电流(直流电) →主生磁场
➢ 换向极：位置：在两主磁极之间；作用：改善换向 ➢ 机座： 固定主磁极、换向极等；磁路的一部分 ➢ 电刷装置：换向
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图115单叠绕组元件在 联电 接枢 的上 情况
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第三节.直流电机的绕组
例：直流电动机， p 2 ,Q K S 1 6 ,y 1 4 ,y k 1
N极：磁力线进入纸面 S极：磁力线穿出纸面 → ：电磁转矩方向 编号：元件号＝元件上层边所放槽号＝上层边所边换向
片号；所有元件，从某一号换向片出发，绕过电枢一 周，形成一闭合回路。
2.电磁力形成转矩
❖ 当电流：a流入，x流出， 逆时针受力
❖ A边转过中性面后，若电流 不变，顺时针受力
❖ 交变的电磁转矩，转子摆动， 而不转
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第一节.直流电机的工作原理和结构
❖ 关键：换向： ➢将流过线圈中的电流方向及时的 加以变换。 ➢当线圈通过中性面时，改变线圈中电流方向 ➢则转矩方向不变。 ➢换向由换向器配合电刷进行
第一节.直流电机的工作原理和结构
2. 转动部分——转子（电枢） ❖ 作用：产生电磁转矩和感应电势
组成： ➢ 电枢铁心：作用： 磁路，嵌放绕组 材料：硅钢片 ➢ 电枢绕组：主电路，机电能量转换关键部件 ➢ 换向器：直流←→ 交流 发电机中：绕组中的交流电势→电刷上的直流电 势输出 电动机中：输入直流电流→绕组中的交流电流