直流电动机励磁方式
直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性直流电动机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。
下面一常用的他励和并励电动机为例介绍其机械特性、起动、反转和调速，他励和并励电动机只是连接方式上的不同，两者的特性是一样的。
直流电机的接线图图是他励和并励直流电动机的接线原理图。
他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由励磁电源电压Uf和电枢电源电压U两个直流供电；而在并励电动机中两者是并联的，由同一电压U供电。
并励电动机的励磁绕组与电枢并联，其电压与电流间的关系为：U=E+RaIa 即：Ia=（Ra为电枢电压）If=I=Ia+If≈Ia当电源电压U和励磁电路的电阻Rf（包括励磁绕组的电阻和励磁调节电阻）保持不变时，励磁电流If以及由它所产生的磁通Φ也保持不变，即Φ=常数。
则电动机的转距也就和电枢电流成正比，T= KTΦIa= KIa这是并励电动机的特点。
当电动机的电磁转距T必须与机械负载转距T2及空载损耗转距T0相平衡时，电动机将等速转动；当轴上的机械负载发生变化时，将引起电动机的转速、电流及电磁转距等发生变化。
，称为：n===－Ｔ＝n0－式中并励电动机的起动与反转并励电动机在稳定运行时，其电枢电流位：Ia＝，因电枢电阻Ra很小，所以电动机在正常运行时，电源电压U与反电动势E近似相等。
在起动时，n=０，所以E＝kEΦn＝０。
这时电枢电流及起动电流为Iast=，由于Ra很小，因此起动电流I ast可达额定电流IN的10～20倍，这时不允许的。
同时并励电动机的转距正比于电枢电流Ia，这么大的起动电流引起极大的起动转距，会对生产机械的传动机构产生冲击和破坏。
限制起动电流的方法就是在起动时的电枢电路中串接起动电阻Rst，见图。
这时起动电枢中的起动电流的初始值为：Iast=则起动电阻为：Rst=－Ra一般：Iast=（1.5～2.5）IN起动时，可将起动电阻Rst放在最大值处，待起动后，随着电动机转速的上升，再把它逐段切除。
注意：直流电动机在起动或工作时，励磁电路一定要保持接通，不能断开（满励磁起动）。
新能源汽车驱动电机技术 学习情境四 直流电动机
学习情境四 直流电动机
学习任务1 直流电机的基本结构
知识准备：直流电动机是指通入直流电而产生机械运动的电动机，按励磁方式的不同，直流 电动机分为励磁绕组式电动机和永磁式电动机，前者的励磁磁场是可控的，后者的励磁磁场 是不可控的。由于控制方式简单，控制技术成熟，直流电动机曾广泛应用于早期电动汽车驱 动系统。 直流电动机由静止的定子（励磁）和旋转的转子（电枢）两部分组成。定子和转子之间的间 隙称为气隙。
问题4：直流电动机的铭牌数据有哪些？
学习任务2 直流电机的工作原理
问题4：直流电动机的铭牌数据有哪Байду номын сангаас？
凡表征电动机额定运行情况的各种数据称为额定值。额定值一般都标注在电动机的铭牌上，所以也称 为铭牌数据，它是正确合理使用电动机的依据。 直流电动机的额定数据主要有以下几种。 1）额定电压UN（V）。在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。 2）额定电流IN（A）在额定情况下，允许电动机长期流出或流入的电流。 3）额定功率（额定容量）PN（KW）。电动机在额定情况下允许输出的功率。 对于发电机，是指向负载输出的电功率。即PN=UNIN；对于电动机，是指电动机轴上输出的功率。即 PN=UNINηN
学习任务2 直流电机的工作原理
问题1：什么是直流电动机的模型？ 在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕中心横轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面
装有矩形和线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的末端a和d分别接到叫做换向 片的两个半圆形铜环上。换向片之间彼此绝缘，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，他们和换向片之间滑动接触，来自直流电源的电 流就是通过电刷和换向片留到电枢的线圈。
直流电动机的原理及特性
直流电机
定子
机座 换向极 主磁极 电刷装置 电枢铁心 换向器
转子
电枢绕组 轴承
风扇 转轴
2.1.2 直流电动机的励磁方式 定义：直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式。 实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接，就决定了它是什么 样的励磁方式。
1.他励式
若励磁绕组不与电枢 绕组联接，励磁绕组单独 由其他电源供电的直流电 机称为他励式直流电机。
2.1.2 直流电动机的励磁方式
并励式
励磁绕组与电枢绕组并联，称为并励式直流电机。 并励式直流电机的电枢电流Ia。励磁绕组流过的 电流为If ，经过负载或电源供给电机的总电流 为 I，三者须满足以下关系： 直流发电机：Ia ＝I＋If 直流电动机：Ia ＝I－If
2.1.2 直流电动机的励磁方式
第2章 直流电动机的原理及特性
直流电机的用途
测速
伺服
励磁机
电源
直流电机的特点
• 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 • 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，起动和制动性能良好。
• 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高
2.1直流电动机的基本结构和工作原理
端盖 —— 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支 撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还 起防护作用。
定子部分
电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入） 装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右 图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在 刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋 转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在 刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同 极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆 装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。
励磁方式
励磁方式简介获得励磁电流的方法称为励磁方式。
目前采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。
现说明如下：1 直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。
采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。
如图15.5所示。
2 静止整流器励磁同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。
副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。
副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。
(见图15.6）3 旋转整流器励磁静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。
因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，如图15.7所示。
主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。
交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。
由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。
三相交流发电机励磁原理2008-01-02 21:48利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。
同步发电机由定子和转子两部分组成。
定子是发出电力的电枢，转子是磁极。
定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。
转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。
汽轮发电机的极数多为两极的，也有四极的。
转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。
直流电机的基本理论
交轴磁势和直轴磁势
发电机 电动机
β
发电机 电动机
2β
发电机 电动机
2β
电枢磁势
交轴分量
Faq
直轴分量
Fad
分析直流电动机电刷移位
N N
电动机
2β
逆向移刷
顺向移刷
电刷偏移对主磁场的作用
电刷顺转向偏移 发电机 电动机 直轴去磁 直轴助磁 电刷逆转向偏移 直轴助磁 直轴去磁
以直流电机为例思考电枢反应
N
N
3-5 电磁转矩和电磁功率
一、电磁转矩
电枢绕组中有电枢电流流过时, 电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受 电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电 电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电 磁转矩。 磁转矩。
一根导体的平均电磁力： 一根导体的平均电磁力：
fav = Bav ⋅ l ⋅ ia
1、当电刷在几何中性线上时
将主磁场分布和电枢 磁场分布叠加， 磁场分布叠加，得到 的负载电机磁场分布 情况如图。 情况如图。
合成磁势曲线
饱和时磁阻 不为常数不 能简单叠加
电枢磁场磁通 密度分布曲线
Bδx
主磁场的 磁通密度 分布曲线 不饱和两条曲线逐点叠 加后得到负载时气隙磁 场的磁通密度分布曲线
直流电机的损耗 损耗和 3-6 直流电机的损耗和基本方程 一、直流电机中的损耗
轴承摩擦/ 机械损耗 pm :轴vs轴承摩擦/电刷 换向器摩擦/通风损耗等。 轴承摩擦 电刷vs 换向器摩擦/通风损耗等。 这些损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。 这些损耗主要与转速有关，转速变化不大时，基本为常量。 电枢铁心中磁场交变， 铁心损耗 pFe :电枢铁心中磁场交变，会产生涡流损耗和磁滞损 铁耗近似与磁密的平方及转速的1.2~1.5次方成正比。 次方成正比。 耗。铁耗近似与磁密的平方及转速的 次方成正比 2 励磁损耗 pf : pf = U f I f = I f Rf
直流电动机的四种励磁方式
直流电动机的四种励磁方式
直流电动机的四种励磁方式包括：
1. 系列励磁：将励磁绕组与电动机的电枢绕组串联，使得励磁电流和电动机的电流通过相同的通路。
系列励磁方式适用于需要大起动转矩和较宽速度调节范围的应用。
2. 并联励磁：将励磁绕组与电动机的电枢绕组并联，励磁电流和电动机的电流分别通过独立的通路。
并联励磁方式适用于需要高速运行和较小起动转矩的应用。
3. 复合励磁：是系列励磁和并联励磁的结合，既能得到系列励磁的大起动转矩，又能得到并联励磁的高速运行特性。
通过调节系列励磁绕组和并联励磁绕组的比例，可以实现不同的转速和转矩要求。
4. 独立励磁：独立励磁方式是将励磁绕组与电源独立连接，励磁电流和电动机的电流完全分离。
这种方式适用于需要精确控制励磁电流的应用，可以实现更精确的速度和转矩控制。
电机控制与调速技术项目训练教-项目教程思考与练习参考答案
项目教程 思考与练习 参考答案项目一任务一1、什么是励磁方式？直流电动机的励磁方式有哪些？答：通俗地讲，励磁应该是产生磁场的意思，根据电磁感应原理使发电机转子形成旋转磁场的过程称为励磁。
励磁线圈是产生磁场的线圈,励磁方式是产生磁场的方式。
直流电动机励磁方式有他励、并励、串励、复励四种。
2、直流电动机主要由哪几部分组成？答：直流电动机主要由磁极、电枢、换向器三部分组成。
3、什么是直流电动机的平衡方程？答：直流电动机电枢的电压平衡方程式为： U=E+IaRa 式中：U －电枢外加电源电压； Ra ，Ia －电枢绕组的电阻和电流。
任务二1、一台他励直流电动机的额定数据：17N P KW = ，220N U V = ，68.6N I A = ，1500/min N n r = ，0.225a R =Ω 。
负载转矩为额定值不变，求：电压降至151.4V 时人为机械特性方程及电动机转速。
解：由T=KT •Φ•Ia 可知，在保持负载转矩和励磁电流不变的条件下，电流也保持不变。
电压降低后的转速n ′对原来的转速n 之比n ′/n=(E ′/KE •Φ)/(E/KE •Φ)=E ′/E=(U-Ia•Ra)/（U-Ia•Ra)=(151.4-68.6×0.225)/(220-68.6×0.225)=135.965/204.565≈0.665即在保持负载转矩不变的条件下，转速降低到原来的66.5%。
2、电枢电压调速的优缺点是什么？答：电枢电压调速方法有下列优点：机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性较好；调速幅度大；可均匀调节电枢电压；得到平滑的无级调速。
这种调速方法的缺点：调压需用专门的设备，投资较高。
3、电枢电压调速需要的调速装置有哪些？答：电枢电压调速一般采用可控硅整流电源。
近年来由于采用了可控硅整流电源对电动机进行调压和调速，使这种方法得到了广泛应用。
印刷设备中直流电动机的调速多采用这种方法。
直流电机
1.1.1直流电机的主要结构：直流电机由静止的部分定子和旋转的部分转子两大部分构成：1、定子部分：定子包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。
1）主磁极：在大多数直流电机中，主磁极是电磁铁，为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用1～1.2mm厚的低碳钢板叠压而成。
整个磁极用螺钉固定在机座上。
主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场,使电枢绕组在此磁场的作用下感应电动势和产生电磁转矩.2）、换向极：换向极又称附加极或间极,其作用是用以改善换向。
换向极装在相邻两主极之间，它也是由铁心和绕组构成。
3）、机座：一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支承的作用。
因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强度与刚度。
机座通常用铸钢或厚钢板焊成。
4）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。
2、转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。
1）电枢铁心：示电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
2）电刷装置：电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。
2、转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。
1）电枢铁心：示电机主磁路的一部分，用来嵌放电枢绕组的，为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
2）电枢绕组：电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。
1.1.2 直流电机的工作原理：1、直流发电机的工作原理：如图所示：从以上分析可以看出，线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使外电路得到方向不变的直流电。
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第一节 直流电动机及应用
定子
基本 结构
主磁极 1－主极铁心 2－励磁绕组 3－机座
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第一节 直流电动机及应用
定子
基本 结构
机座 ——机座有两个作用，一是作为主磁 极的一部分，二是作为电机的结构框架。 机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。机 座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者 用铸钢件（小型机座用铸铁件）制成。机 座的两端装有端盖。
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• 第一节 直流电动机及应用 • 第二节 三相异步电动机及应用 • 第三节 特种电动机及应用
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第一节 直流电动机及应用
现有一台出现故障的Z342型直流电动机，要求 工程技术人员维修这台电
动机。
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第一节 直流电动机及应用
1
直流电动机的工作原理
第一节 直流电动机及应用
定子
定子： •主磁极（励磁绕 组 主极铁心） •换向极（绕组和 铁心） •机座 •端盖 •电刷装置
转子
转子： •电枢绕组 •电枢铁心 •换向器 •转轴 •风扇
基本 结构
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第一节 直流电动机及应用
定子
基本 结构
主磁极： 主磁极的作用是建立主磁场。 绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通
基本 结构
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第一节 直流电动机及应用
转子
基本 结构
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第一节 直流电动机及应用
转子
电枢绕组——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，也是感生电 动势，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。大型电机电枢绕组的 端部通常紧扎在绕组支架上。
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第一节 直流电动机及应用
定子
换向极 ——换向极是安装在两相邻主磁极 之间的一个小磁极，它的作用是改善直流 电机的换向情况，使电机运行时不产生有 害的火花。换向极结构和主磁极类似，是 由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组 构成，并用螺杆固定在机座上。换向极的 个数一般与主磁极的极数相等，在功率很 小的直流电机中，也有不装换向极的。换 向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的， 要流过较大的电流，因此和主磁极的串第一节 直流电动机及应用
基本 结构
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第一节 直流电动机及应用
基本 结构
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第一节 直流电动机及应用
基本 结构
1－风扇；2－机座； 3－电枢；4－主磁极； 5－刷架；6－换向器； 7－接线板；8－出线盒 9－换向极；10－端盖
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以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的 励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴， 它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕 组容易固定。为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主 磁极铁心采用1～1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。 主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁 极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极 性按 N、S 极交替出现。
2
直流电动机基本结构
3
直流电动机励磁方式
4
直流电动机铭牌参数
5
直流电动机应用
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第一节 直流电动机及应用
1.能了解直流电动机的工作原理、基本结构、 励磁方式、铭牌参数； 2.能了解直流电动机的应用。 3.能进一步提高自学、观察、表达、交流等个 人能力。
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第一节 直流电动机及应用
基本 结构
槽楔 线圈绝缘
导体 层间绝缘 槽绝缘
槽底绝缘
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第一节 直流电动机及应用
转子
基本 结构
电枢绕组
单波绕组
单叠绕组
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第一节 直流电动机及应用
转子
换向器—在直流发电机中，换向器起整流作 用，在直流电动机中，换向器起逆变作用， 因此换向器是直流电机的关键部件之一。换 向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆 筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形 环夹紧而构成，如图所示。每个电枢线圈首 端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升 高片内。小型电机常用塑料换向器，这种换 向器用换向片排成圆筒，再用塑料通过热压 制成。
电机 应用
工作 原理
学习 内容
基本 结构
铭牌 数据
励磁 方式
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第一节 直流电动机及应用
工作 原理
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第一节 直流电动机及应用
结论：
直流电动机是基于通电导 体在磁场中受到电磁力作用 这一电磁力定律、利用换向 器和电刷使电动机沿固定方 向旋转。
工作 原理
线圈内的感应电动势是一种交变电动势， 而在电刷 B 端的电动势却是直流电动势。
基本 结构
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第一节 直流电动机及应用
定子
基本 结构
端盖 —— 端盖装在机座两端并通过端盖中的 轴承支撑转子，将定转子连为一体。同时端盖 对电机内部还起防护作用。
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第一节 直流电动机及应用
定子
基本 结构
电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入） 装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成， 如图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块， 放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表 面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺 钉夹紧在刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个 电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到 出线盒。刷杆装在可移动的刷杆座上，以便调整电 刷的位置。
心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的型号为
DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成，如左
图所示。小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴
上，大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架
上，然后再将支架固定在轴上。为改善通风，冲
片可沿轴向分成几段，以构成径向通风道。
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第一节 直流电动机及应用
转子
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第一节 直流电动机及应用
定子
基本 结构
压紧弹簧
电刷装置 1－电刷；2－刷握；3－弹簧压板；
4－座圈；5－刷杆
电刷架结构
电刷 刷握
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第一节 直流电动机及应用
转子
基本 结构
电枢铁心 —— 电枢铁心既是主磁路的组成部分，
又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢
铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁