电力机车电机第1章 直流电机的结构及运行
直流电动机的工作原理
身，既可以调整气隙中磁场的分布，
又便于固定励磁绕组。励磁绕组用
绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁
心上。整个主磁极用螺钉固定在机
座上，换向极是改善换 向来自减小电机运行时 电刷与换向器之间可 能产生的换向火花， 一般装在两个相邻主 磁极之间，由换向极 铁心和换向极绕组组 成。换向极绕组用绝 缘导线绕制而成，套 在换向极铁心上，换 向极的数目与主磁极 相等。
电枢铁心冲片
永磁测速发电机
直流电机的名牌额定值
发电机额定功率：指输出电功率，PN=UNIN
电动机额定功率：指轴上输出机械功率
PN=TNΩN=2πTNnN /60
额定输 出转矩
额定角 速度
额定转速
额定电压，额定电流，额定转速，额定转矩，额
定温升，励磁方式等。
直流发电机参数 额定转速2850转/分的发电机
Z2型直流电动机技术数据表
Z2系列小型直流电机共分11个机座号，每个机座号有两种铁心 长度，制造有直流电动机、直流发电机、直流调压发电机三种，适 用于一般正常的工作环境。电动机作一般传动用，发电机作为一般 直流电源用，调压发电机作蓄电池组充电用。
励磁方式：电动机为带有少量稳定绕组的并激或他激励磁。 发电机为复激或他激励磁（额定电压为230伏的发电机），调压发 电机为并激励磁（不带串激绕组）。 电机的他激励磁电压制成有110伏或220伏二种。电动机额定电压 110伏的仅有他励电压110伏一种。
系列电机根据使用要求可制成湿热地区使用的具有防潮、防霉 、防盐雾性能的湿热带型（TH）直流电机。
型号含义：Z表示“直”流，2表示第二次全国定型设计，横线 后数字表示机座号与铁心长短，例如Z2-11前一个1代表1号机座， 后一个1代表短铁心，而Z2-112中11代表11号机座，2代表长铁心。
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。
第1章 直流电机的结构与工作原理
（3）额定电流ＩＮ 指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为A 。 直流发电机额定电流为 直流电动机额定电流为
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
*
电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为电枢。
1.2.1 基本知识
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1直流电机的结构与工作原理
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构
电枢铁芯
电枢绕组
换向磁极
主磁极
电刷装置
机座
端盖
定子
转子
换向器
转轴
轴承
直 流 电 机
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.2 直流电机的电枢绕组
*
单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。
1.单叠绕组的链接规律 绘制展开图的步骤是： 第一步：计算绕组的各节距。包括 、y、y1。 第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两条短线表示，实线表示上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。
1.1 直流电机的结构与工作原理
*
2. 直流电动机工作原理
把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
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。
电力机车直流电机检修与维护—直流电机启动、调速、反转与制动
任务七 直流电动机的起动、调速、反转与制动
牵引电动机的传动与悬挂
1、个别传动： 指一台牵引电动机只驱动一个轮对，它是借助电
机轴上的小齿轮驱动轮对轴上的大齿轮来实现机车牵 引运行的。
个别传动的优点：当一台牵引电动机发生故障时 ，可单独切除，不会影响其他电机工作，而且充分利 用了机车下部空间。
故这种悬挂方式也称为半 悬挂。一般适用于速度不超过 120km/h的客、货两用机车。
牵引电动机的传动与悬挂 （1）抱轴式悬挂
1 2
3
1、机座 2、出线盒 3、抱轴油盒
牵引电动机的传动与悬挂
牵引电动机的传动与悬挂
（2）架承式悬挂 架承式悬挂是将牵引电动机完全固定在转向架
上，这样，牵引电动机的全部重量都成为转向架减 振弹簧以上的重量，即成为簧上重量。
直流电动机的起动、调速、反转与制动
1.直流牵引电动机的起动
• 电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速
到稳定运行状态的过程。
• 直流电动机的启动过程中不仅转速发生变化，而且转 矩、电流也发生变化。
• 当忽略电枢绕组电感时，电枢电流Ia，如果他励直流电
动机在额定电压下直接起动，由于起动瞬间n=0， Ea=0，
直流电动机的起动、调速、反转与制动
3.直流牵引电动机的调速
在电动机机械负载不变的条件下，用人为方法调节电动 机转速叫做调速。
电动机转速为：
U Ia Ra
n Ce
当负载不变时，影响电机转速的有三个因素： （1）电机电枢端电压U； （2）电枢回路的总电阻∑Ra； （3）主极磁通量Φ。
直流电动机的起动、调速、反转与制动
Ia
U Ea Ra RL
电力机车工作原理
电力机车工作原理引言概述：电力机车是一种以电力作为动力源的铁路机车，它具有高效、环保的特点。
本文将详细介绍电力机车的工作原理。
一、电力机车的基本构成1.1 牵引系统- 牵引变流器：将来自电网的交流电转换为适合电力机车牵引电动机的直流电。
- 牵引电动机：将电能转化为机械能，驱动机车运行。
1.2 供电系统- 变电所：将电网的交流电转换为适合电力机车使用的直流电。
- 高压集电装置：通过接触网或者第三轨将电能传输到机车上。
1.3 控制系统- 主控制器：根据驾驶员的操作信号，控制牵引变流器的输出电流，实现机车的加速、制动等功能。
- 保护装置：监测机车的各种参数，如电流、电压、温度等，保证机车运行的安全性。
二、电力机车的工作过程2.1 启动过程- 驾驶员通过控制器发送启动信号，启动牵引变流器。
- 牵引变流器将电网的交流电转换为直流电，供给牵引电动机。
- 牵引电动机受到电流的驱动，开始转动，带动机车运动。
2.2 加速过程- 驾驶员通过控制器调整输出电流，控制牵引电动机的转速。
- 牵引电动机输出的转矩驱动机车加速，使其达到目标速度。
2.3 制动过程- 驾驶员通过控制器发送制动信号，控制牵引变流器的输出电流减小。
- 牵引电动机输出的转矩减小，机车减速，实现制动功能。
三、电力机车的优势3.1 高效节能- 电力机车采用电能直接驱动，能够充分利用电能，提高能源利用率。
- 与传统内燃机车相比，电力机车的能效更高，能够节省能源。
3.2 环保低碳- 电力机车没有尾气排放，不会产生有害气体，对环境污染较小。
- 采用电力作为动力源，可以减少对化石燃料的依赖，降低碳排放。
3.3 高可靠性- 电力机车的控制系统和保护装置能够实时监测机车的运行状态，确保安全可靠。
- 电力机车的电动驱动系统相对简单，故障率较低，可靠性较高。
四、电力机车的应用领域4.1 高速铁路- 电力机车在高速铁路上具有较高的牵引能力和运行速度，能够满足高速列车的需求。
电机的结构及工作原理
步进电机：电脉冲信号→角位移或直线位移。给步进电动机输入一个电脉冲 信号时，它就转过一定的角度或移动一定的距离。由于其输出的 角位移或直线位移可以不是连续的，因此称为步进电动机。
铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子
鼠笼转子
铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。 (2) 绕线式转子
同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。
转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电 流。
鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：
鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改
直流电机的工作原理
2.1 三相异步电动机的构造
转轴
接线盒
端盖
定子 铁心
定子 绕组
风扇
接线盒
转轴 机座
转子 罩壳
电气学院 李志平
1.定子 三相异步电动机的定子
是由机座、定子铁心和定
子绕 组组成。
机座
定子绕组
定子铁 心冲片
铁心
U1 （U相） U2 三相定子绕组
电气学院 李志平
2.转子 鼠笼式
绕线式
变电动机的机械特性。
绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子
外加电阻可人为改变电动机的机械特性。
7.2 三相异步电动机的转动原理
7. 2. 1 旋转磁场
1.旋转磁场的产生
iA Im sint
定子三相绕组通入三 iB Im sint 120
相交流电(星形联接)
iA
iC Im sint 120
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。
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一、电势平衡方程 二、转矩平衡方程 三、功率平衡方程
1. 电机的损耗
1）铜耗 pCu 2）铁耗 pFe
3）机械损耗 4）附加损耗 2. 电磁功率
p
pad
3. 功率平衡方程式
四、电机的效率
p P2 P P2 1 P P P2 1 1
p
100%
一、他励（并励）直流电动机的工作特性
3. 换向器
4. 转
轴
转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，
一般用圆钢制成。
三、空气隙
主极极靴和电枢间的间隙称为空气隙，简称气隙。气隙 既保证了电机的安全运行，又是磁路的重要组成部分。
由于空气磁阻远大于铁磁物质的磁阻，而电机的能量转
换是依靠气隙磁通为媒介进行的，所以气隙的大小和形 状对电机的性能有很大影响。
一、定子部分
1. 主磁极 2. 机 座
3. 换向极
4. 电刷装置 5. 端 盖
二、转子部分
转子又称电枢，是电机的转动部分，其作用是产生感应电动
势和电磁转矩，从而实现能量的转换，转子由电枢铁心、电 枢绕组、换向器、转轴、轴承和风扇组成。 1. 和波绕组
第一章
直流电机的结构及运行
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。作直流发电机使用时，将机械能转换成直流电
能输出；作直流电动机使用时，则将直流电能转换成机
械能输出。
一、直流电机的模型结构
二、直流发电机的工作原理 三、直流电动机的工作原理
置，使两者之间有一个间隙，称为空气隙（简称气隙）。此外，
直流和脉流牵引电动机还有—套电刷装置，电刷和换向器接触， 以实现电枢电路与外电路的连接。
电机换向不良会产生电火花或环火，严重时将烧毁电
刷，导致电机不能正常运行，甚至引起事故。
一、换向概述
二、换向元件中的电势
1. 电抗电势 er 2. 电枢反应电势 3. 换向电势 ek
ea
三、改善换向的方法
1. 选用合适的电刷，增加电刷与换向片之间的接触电阻 2. 装设换向极 3. 装补偿绕组
一、牵引电机的主要特点及要求
从直流电机基本工作原理的分析可知，发电机将机械能转换 为电能，电动机将电能转换为机械能，其必要条件之一是必 须具有气隙磁通。因此，必须在直流电机主磁极的励磁绕组
中通以励磁电流来产生磁势，以产生气隙磁通，使电枢绕组
切割气隙磁通而产生感应电势；或者由电枢电流与气隙磁通 相互作用而产生电磁转矩，从而实现机电能量的转换。
1. 转速特性
2. 转矩特性 3. 效率特性
二、串励直流电动机的工作特性
三、复励直流电动机的工作特性
四、直流电动机的机械特性
五、不同励磁方式的直流电动机特性比较
直流电动机的起动、调速和制动是应用电动机必须解决 的问题，其实质都是电动机转速的调节，电机的转速表
达式均适用。
一、直流电动机的起动
电动机由静止状态达到正常运转状态的过程称为起动过 程。直流电动机在起动过程中不仅转速发生变化，而且
把直流电源接到电刷A、B上，电刷A接电源的正极，电刷B接
电源的负极，电枢线圈中将有电流流过，如图1.2所示。
四、电机的可逆原理
任何一台电机既可作发电机运行，也可作电动机运行，这一
性质称为电机的可逆原理。直流电机也具有可逆性，当输入 机械转矩将机械能转换成电能时，电机作发电机运行；当输 入直流电流产生电磁转矩，将电能转换成机械能时，电机作 电动机运行。例如电力机车在牵引工况时，牵引电机作电动
转矩、电流等也发生变化。
1. 降低电源电压起动（降压起动） 2. 电枢回路串电阻起动（变阻起动）
二、直流牵引电动机的调速
1. 电枢回路串接电阻调速
2. 改变电源电压调速 3. 改变主磁通调速
三、改变直流牵引电动机转向的方法
四、直流牵引电动机的制动
1. 能耗制动
2. 回馈制动
换向是直流电机运行时的薄弱环节，对电机正常运行 有很大的影响，也是评定电机质量优劣的标准之一。 由于牵引电动机特殊的工作条件，其换向更为困难。
2）额定连续功率
3）额定电压 4）额定电流 5）额定转速 6）串励电动机的励磁率
2. 铭 牌
脉流牵引电动机的结构与普通的直流电机基本相同，主要由静止
的定子和旋转的转子两大部分组成。定子的作用是产生磁场、提
供磁路和作为牵引电动机的机械支撑，它由机座、主磁极、换向 极、端盖和轴承等部件组成。转子是用来产生感应电势和电磁转 矩，从而实现能量转换的主要部件，它由转轴、电枢铁心、电枢 绕组和换向器等部件组成。转子通过电枢轴承与定子保持相对位
一、直流电机的励磁方式
1. 他励电机
2. 并励电机 3. 串励电机 4. 复励电机
二、直流电机中的磁场
1. 空载时直流电机中的磁场 2. 电枢磁场
3. 电枢反应
三、直流电机的电枢电动势
电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也
就是每个支路里的感应电动势。当电机的气隙中有磁场存在
，且电枢旋转使电枢导体切割磁力线时，在电枢绕组中会产 生感应电动势。
四、直流电机的电磁转矩
电枢绕组通过电流时，在磁场中将受到电磁力的作用，电磁 力在电枢轴上产生的转矩称电磁转矩。电磁转矩的大小，可
根据电磁力定律求得。
直流电机的基本方程包括电压平衡方程、电磁转矩平衡
方程和功率平衡方程。这些基本方程将直流电机中电、 磁、机械等物理量联系起来，符合电学、力学及能量守 恒定律。直流电机的基本方程是分析直流电机运行特性 的基础。
1. 牵引电机的主要特点
1）使用环境恶劣
2）外形尺寸受限制 3）动力作用大 4）换向困难 5）负载分配不均匀
2. 牵引电动机必须满足的要求
二、牵引电动机的传动和悬挂方式
1. 个别传动
1）抱轴式悬挂
2）架承式悬挂 2. 组合传动
三、脉流牵引电机的额定数据及铭牌
1. 脉流牵引电机的额定数据
1）额定小时功率
机运行，产生牵引力；在制动工况时，牵引电机作发电机运
行，将机车和列车的动能转换成电能，产生制动力对机车进 行电气制动。
直流电动机和直流发电机的结构基本相同，都具有旋转部 分和静止部分。旋转部分称为转子，静止部分称为定子， 在定子和转子之间存在着空气隙。小型直流电动机的结构
如图1.3所示，其剖面结构如图1.4所示。