第一章 直流电机概述
《电机原理》直流电机PPT课件
绕组端部
图1-4 直流电机横剖面示意图
一、结构
1、定子
（1）主磁极 作用：产生直流磁场。 分类：永磁式、电磁式 电磁式的构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板冲压而成。 ②励磁绕组，通入的是直流电。
（2）换向极 作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。 组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组 串联。
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2
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1
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5
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瞬时电路图
单波绕组的特点：
•同名磁极下各元件串联起来组成一条支路， 支 路对数a＝1，与磁极对数p无关。 •电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线， 支路电动势最大。 •电刷数量等于主磁极数（采用全额电刷）; •电枢电流 Ia＝2ia 。
二、直流电机的额定数据
1、额定容量PN：输出功率，单位kW。 直流发电机：PN＝UN· IN
直流电动机：PN＝UN· IN ·
2、额定电压UN：额定状态下出线端电压，单位V 3、额定电流IN：额定状态下出线端电流，单位A 4、额定转速nN： 额定状态下的电机转速，单位r/min 5、额定励磁电流
6、励磁方式
第一章 直流电机
1-1 直流电机的结构与工作原理
一、结构 1、定子 （1）主磁极： 作用：产生直流磁场。 分类：永磁、电磁 电磁铁构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板叠压而成。 ②励磁绕组，励磁绕组中通入的是直流电。 （2）换向极 作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。 组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组 串联。
第一章-直流伺服电机
图1-1 电枢控制原理图
控制方式
2．磁场控制
电枢绕组电压保持不变，变化励磁回路旳电压。若电 动机旳负载转矩不变，当升高励磁电压时，励磁电流 增长，主磁通增长，电机转速就降低；反之，转速升 高。变化励磁电压旳极性，电机转向随之变化。 尽管磁场控制也可到达控制转速大小和旋转方向旳目 旳，但励磁电流和主磁通之间是非线性关系，且伴随 励磁电压旳减小其机械特征变软，调整特征也是非线 性旳，故少用。
1.2.2 运营特征
（2）电枢电压对机械特征旳影响
n0和Tk都与电枢电压成正比，而斜率k则与电枢电压无关。 相应于不同旳电枢电压能够得到一组相互平行旳机械特征曲线。
直流伺服电动机由放大器供电时， 放大器能够等效为一种电动势源 与其内阻串联。内阻使直流伺服 电动机旳机械特征变软。
图 1-3 不同控制电压时旳机械特征
较小、 电枢电阻 Ra 较大、转动惯量 J 较大
时是这种情况。
图1-6 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
(2)
当
4 e
m
时，由
p1，.2
1 2 e
1
1 4 e m
， p1 和
p2
两根是共轭复数。
在过渡过程中，转速和电流随时间旳变化是周期性旳。
由e
La Ra
和m
2JRa 60CeCt
2
可知，电枢
电感 La 较大、 电枢电阻 Ra 较小、转动
惯量 J 较小时，就会出现这种振荡现象。
图1-7 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
⑶ 当4 e m 时（多数情况满足这一条件）， e 很小能够忽视不计。
于是式
m e
纪真 电机学 讲义
纪真电机学讲义全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：纪真电机学讲义第一章电机原理概述电机是将电能转换为机械能的设备，是现代工业中不可或缺的重要组成部分。
电机的基本原理是根据安培法则和洛伦兹力定律，利用导体在磁场中受到力的作用，从而实现电能向机械能的转换。
电机的工作原理十分复杂，涉及电磁理论、力学、热力学等多个领域的知识。
本章将介绍电机的分类、工作原理以及电机在现代社会中的应用。
第二章直流电机直流电机是最早被发明和广泛应用的电机类型之一。
它由定子、转子、电刷和换相器等部分组成，利用直流电流在磁场中的作用力来实现机械转动。
直流电机具有结构简单、运行可靠、速度调节范围广等优点，在工业生产、家用电器等领域都有着广泛的应用。
本章将详细介绍直流电机的结构、工作原理及控制方法。
除了直流电机和交流电机，还有一些特种电机用于特定的工作场景。
例如步进电机用于精确位置控制，无刷电机用于高速运动，线性电机用于直线运动等。
这些特种电机在航天航空、精密仪器、医疗器械等领域都有着重要的应用。
本章将介绍几种特殊电机的结构、工作原理以及应用领域。
第五章电机控制与调速电机控制是电机应用中的一个重要环节，可以通过改变电机的电流、电压、频率等参数来实现对电机的控制。
电机调速是电机控制的一种重要方式，可以根据需要调整电机的转速和功率输出。
现代电机控制技术包括直流调速、变频调速、矢量控制等多种方法，能够实现电机的高效、精准控制。
本章将介绍电机控制技术的发展历程以及各种调速方法的原理和应用。
第六章电机故障诊断与维护电机在长期运行过程中可能会出现各种故障，如温升过高、轴承损坏、绝缘老化等。
及时发现并排除电机故障对于延长电机寿命、保证生产运行具有重要意义。
电机故障诊断是电机维护的重要内容，可以通过振动分析、红外热像仪、超声波检测等工具和方法来对电机进行检测。
本章将介绍电机故障的常见原因、诊断方法以及维护保养的技巧。
能源消耗是现代社会面临的一个严重问题，提高电机的能源利用效率对于节约能源、减少环境污染具有重要意义。
直流电机工作原理简述
直流电机工作原理简述
直流电机是一种常见的电动机，工作原理是利用直流电流通过电枢产生磁场，与永磁体的磁场作用而旋转。
其主要构成部分包括电枢和永磁体。
电枢是电机的转子，由许多绕组组成。
当直流电流通过电枢绕组时，产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，产生力矩。
这个力矩使得电机转子开始旋转。
永磁体是电机的定子，由永磁材料制成。
永磁体产生的磁场始终保持不变，使得电枢受力始终保持方向一致，使电机保持正常运转。
通过改变直流电流的方向或大小，可以控制电枢的磁场与永磁体的相互作用关系，从而实现电机的转速和方向的控制。
总结来说，直流电机工作的原理是通过利用直流电流在电枢绕组中产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，产生力矩从而驱动电机旋转。
通过控制电流的方向和大小，可以控制电机转速和方向。
直流电动机的概述
直流电动机的概述
直流电动机的概述
直流电动机（Direct Current Motor，DCM）是一种利用电能将
能量传递到机械设备的设备。
它可以用于驱动车辆、制冷设备等各种电气设备。
直流电动机的结构是由一个外磁场的永磁体，一个内磁场的旋转电枢和一个导电片组成的。
两个磁场之间的交互作用使电枢的转子转动，从而产生机械能。
直流电动机具有调速精度高、工作稳定可靠、结构简单、制造维修方便等优点，是目前应用最为广泛的电动机形式。
由于其转子由永磁体构成，因此励磁结构也较为简单，可以全负载工作，当采用矢量变频调速控制时，可实现无级调速功能，具有良好的运行性能。
直流电动机的种类非常多，典型的直流电动机有单相直流电动机、三相异步电动机、齿轮直流电动机、永磁同步电动机等。
直流电动机的应用非常广泛，它可以用于汽车的发动机、摩托车的驱动以及多种机械设备的驱动。
在工业生产中，直流电动机可用于铝制品的淬火、冶金行业的淬火、精细件的砂光处理等。
- 1 -。
直流电机机械特性介绍课件
2
转子绕组： 缠绕在转子 铁芯上的线 圈，产生感
应电流
5
风扇：用于 冷却电机，
提高效率
3
换向器：将 电能转换为 机械能的关
键部件
6
端盖：保护 转子和轴承，
防止灰尘和 杂物进入
电刷结构
01 电刷的作用：将直流电引入电 机，实现电能与机械能的转换
02 电刷的种类：石墨电刷、金属 电刷等
03 电刷的安装位置：电机的转子 上或定子上
直流电机在工业设备中的应用
01
直流电机在工业机器人中的应用： 02
直流电机在数控机床中的应用：
驱动机器人关节，实现精确控制
驱动主轴，实现高精度加工
03
直流电机在自动化生产线中的应
04
直流电机在包装设备中的应用：
用：驱动传送带，实现物料输送
驱动包装机，实现快速包装
05
直流电机在食品加工设备中的应
06
03
直流电机的工作 原理是基于电磁 感应原理，通过 改变励磁电流的 大小和方向来控 制转子的转速和 转向。
04
直流电机具有结 构简单、运行可 靠、调速性能好 等优点，广泛应 用于各种电气设 备中。
直流电机的分类
按励磁方式分类： 按用途分类：
他励直流电机、 驱动直流电机、 串励直流电机、 控制直流电机、 并励直流电机 发电机
直流电转换为转子绕组中的
交流电
04
换向器的类型：机械式、电
05
换向器的性能指标：换向速
子式、磁阻式等
度、换向精度、寿命等
直流电机的特性
机械特性
直流电机的机械 特性是指电机的 转速、转矩和功 率之间的关系。
直流电机的机械 特性可以分为三 种：恒转矩特性、 恒功率特性和调 速特性。
第01章-直流电机概述
电机学
13
主讲教师：阎治安
电机学
1-2 直流电机的结构 直流电机的结构
旋转电机都是由定子和转子两大部分组成 旋转电机都是由定子和转子两大部分组成 定子
定子 Stator
主磁极（ 主极铁心） 主磁极（励磁绕组 主极铁心） 换向极（绕组和铁心） 换向极（绕组和铁心） 机座 端盖 电刷装置
转子 Rotor
16 主讲教师：阎治安
电机学
电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连
接组成，他是直流电机的电路部分， 接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动 产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。 势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈 用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层 用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成， 嵌放在电枢铁心槽内， 嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心 之间都要妥善地绝缘（右图），并用槽楔压紧。 ），并用槽楔压紧 之间都要妥善地绝缘（右图），并用槽楔压紧。大 型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。 型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。
11
14 13 12 11 10
14 13
N
16 15 15 16 1
1 2
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9
8 7 8
S
主讲教师：阎治安
电机学
三、直流电动机的原理 直流电动机的原理 电动机
将直流电源通过电刷和换向器接入 电枢绕组，使电枢导体有电流i 通过。 电枢绕组，使电枢导体有电流 a 通过。
b
N
电机内部有磁场存在。 电机内部有磁场存在。
a d
载流的转子（即电枢） 载流的转子（即电枢）导体将受到电 左手定则） 磁力 f 的作用 f = B l ia （左手定则）
第1章直流电机
直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应 电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增 加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得 多，大约是主磁通的20%。
第1章 直流电机
空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材 料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的 大小和形状。
第1章 直流电机
2、当电刷不在几何中性线上时
电刷从几何中性线偏移
角，电枢磁动势轴线也随
之移动 角，如图(a)(b)
所示。 电枢磁动势可以分解
为两个垂直分量：交轴电 枢磁动势 和直Fa轴q 电枢磁 动势 。 Fad
电刷顺转向偏移
发电机 交轴和直轴去磁
电动机 交轴和直轴助磁
电刷逆转向偏移 交轴和直轴助磁 交轴和直轴去磁
弱，物理中性线偏离几何中性线角，磁通密度的曲线与空载
时不同。
2)、对主磁场起去磁作用
磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此 每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部， 主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增 加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中 性线时的电枢反应为交轴去磁性质。
在额定电压下，运行于 额定功率时对应的电流
在额定电压、额定电流下，运
电动机：是指输入额定电压。
行于额定功率时对应的转速.
额定励磁电流I fN
对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流
电机铭牌上还标有其它数 据，如励磁电压、出厂日 期、出厂编号等。
第1章 直流电机
此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、 出厂编号等。
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提问
(1) 哪些部件转动、哪些部件不动？ (2) 绕组线圈电流性质、电刷端电流的性质？ (3) 实际电机结构要在物理模型上作哪些改动？ 参考答案： (1) 转动：绕组线圈、换向器；
静止：主磁极、电刷 (2) 绕组线圈：交流；电刷端：直流 (3) 增加铁心、绕组线圈数、轴承、端盖等
二
直 流 电 机 的 结 构
PN U N I NN
直流电机的优缺点
（1）优点：
➢直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。 ➢直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 ➢直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。
（2）缺点：
➢由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。
讨论
1. P16 1-2 2. 在保证电机输出功率不变的情况下，加大电机
4、额定转速 nN：指额定状态下运行时转子的转速， 以“r/min”为量纲单位。
5、额定励磁电流 I f：N 指电机在额定状态时的励磁电 流值。
直流电机的主要额定值
对于直流发电机， 是PN指输出的电功率 ，它等于额定电压和额定电流的乘积。
PN U N I N
对于直流电动机， 是PN指输出的机械功 率，所以公式中还应有效率 存在N 。
第一章 直流电机概述
• 直流电机的用途
➢作电源用——直流发电机 ➢作动力用——直流电动机 ➢信号的传递
作为测量元件——直流测速发电机 作为执行元件——直流伺服电动机
本章主要内容
一、直流电机的基本原理 二、直流电机的基本结构 三、型号及其额定数据
一、直流电机基本工作原理
1、直流电机的原理模型 2、直流电机的发电原理 3、直流电机的电动原理 4、直流电机的可逆性原理
转速对电机的体积、重量有何影响？ 3. 航空直流电动机，额定功率PN＝60W，额定电
压UN=27V，额定效率 N 0.44 ，求其额定电 流。
对于一匝线圈，电 功率 eABi 2B lvi，机械功 率 Tem 2 fv 2B lvi。即 电势所形成的电功率等 于电磁力所产生的机械 功率。在旋转的电机中 ，不论是发电机还是电 动机，这两种功率是等 量存在的，这两种能量 形式是可逆的。
• 增加导体数可减少感应电动势和电磁转 矩的脉动。当每极下导体数大于8时，脉 动可小于1%。
换向器实物图
电刷实物图
5、转轴
三、直流电机的主要额定值
1、额定功率 PN ：指电机在铭牌规定的额定状态下运 行时，电机的输出功率，以 “W” 为量纲单位。若 大于1kW或1MW时,则用 kW 或 MW 表示。
2、额定电压 UN：指额定状态下电枢出线端的电压， 以 “V” 为量纲单位。
3、额定电流 IN：指电机在额定电压、额定功率时的 电枢电流值，以 “A” 为量纲单位。
分解 图
风叶 磁极 电刷
换
转
向
轴
器
换向片 换向器
电枢转子 压紧环
电枢绕组
绕组端部
直流电机定子/转子
转子 Rotor
直流电机的主要结构部件
1、主磁极和换向极
•极数：主磁极的个数，等
于2p
2、主磁极和励磁绕组
励磁绕பைடு நூலகம்实物图
3、电枢铁心和电枢绕组
4、换向器和电刷
1 V形套筒 2 云母环 3 换向片 4 连接片
1、直流电机的原理模型
2、直流电机的发电原理
右 手 定 则
ba A+ B-
ba A+ B-
2、直流电机的发电原理
e B lv B
通过电刷和换向器 将交流变成直流， 其作用相当于单相 全波整流器。
3、直流电机的电动原理
左 手 定 则
ba n逆时针转向
f B il
ba n逆时针转向
4、直流电机的可逆性原理