第2章直流电机详解

一、主要部件
1. 定子 (1) 主磁极 (2) 换向极 (3) 机座 (4) 端盖
直流电机的定子
2. 转子（电枢）
(1) 电枢铁心 主磁路的一部分，电枢绕组的支撑部分
(2) 电枢绕组 直流电机的电路部分
(3) 换向器
发电机：整流作用。 电动机：逆变作用。
(4) 转轴与风扇
直流电机的转子
二、直流电枢绕组
为什么？
• 转子铁心上放置的绕组称为电枢绕组。
• 电动机：线圈中通过电流，产生电磁转矩，线圈 转动，于是在线圈中产生反电动势，吸收电功率， 转换为机械功率，实现电能转换为机械能。
• 发电机：线圈在磁场中转动，产生感应电动势， 电刷接上负载后，电流流过线圈，产生制动的转 矩，吸收机械功率，转换为电功率输出。
式中 S—元件数; K—换向片数; Z—电枢实际槽数。 包含虚槽的电机中元件数等于换向片数等于虚槽数， 即 S=K=Qu
a）元件边嵌放 直流绕组构成示意图
b）元件截面
◆极距——在电枢表面，一对磁极所跨过的距离 （可用槽数表示）。
τ=πD/2p
其中，τ表示极距，D表示电枢直径，p表 示磁极对数。
实际上，常用一个磁极表面所占的虚槽Qu 来计算极距，即
● 电刷的中心线对 着磁极的中心线：
(1) 电刷之间的电 动势最大；
(2) 被电刷短接的元 件电动势为零。
几何中性线
如假定电刷直接与导体接触，电刷放置在磁 极的几何中性线位置
N
3
2
4
1
1
几
4
2
何 中
S 3
电刷
性
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线
三、按励磁方式分类
1. 直流发电机按励磁方式分类
+ If Uf
－
Ia +
G
Ua
他励 －
2 单叠绕组
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，后一个元件紧叠在前一 个元件之上，整个绕组成褶叠式前进。
通过以下方法反映连接规律： • 绕组展开图 • 并联支路图 • 元件联接次序
◆ 单叠绕组的展开图: Q=12, 2p=4, y1=3
3 6' 4 7’ 5 8'
1 2 3 N 5 6 S 8 9 N 11 12S1 2 A1
• 线圈是直流电机实现机电能量转换的枢纽。
电枢绕组的绕制要求： • 在能产生足够的转矩和电动势的前提下，节省材
料，结构简单，运行可靠。
电枢绕组构成原则：
• （1）电枢绕组是一个通过换向片连接起来的闭合 绕组（产生足够的转矩或电动势）。
• （2）一个线圈的两个边在圆周上的跨矩等于或接 近于一个极矩（是一个线圈的两个边的电动势相 等或差不多）。
τ=Qu /2p
◆元件的第一节距——元件的上层边与下层边在电 枢表面之间的距离（可用槽数表示，接近一个极 距）。
为了让绕组能感应出最大的电动势，应使接近 或等于极距.即
y1 =(Qu /2p) ±ε 式中ε——正分数，是将y1补成整数的一 个正分数。
• 若ε=0，则y1 =τ，称为整距绕组; • 若取正号，则y1 >τ称为长距绕组; • 若取负号，则y1 <τ，称为短距绕组.
• （3）直流电机的电枢绕组都是双层绕组（为端接 部分整齐排列）。
1. 直流电枢绕组 基本概念
◆ 元件——线圈
• 构成绕组的线圈称为绕组元件，是用绝缘铜线 绕制的。
• 每个元件一个边放在一个槽的上层，另一个边 放在其它槽的下层。
• 上层边用实线表示，下层边用虚线表示。
◆元件数、槽数、换向片数的关系 元件数等于换向片数等于槽数，即 S=K=Q
• （3）电枢电流等于各并联支路电流之和。
• （4）每一磁极下元件边的电流方向一致，相 邻磁极下电流方向相反。
• (5)被电刷短路的元件位于磁极的几何中心 线．
◆ 电刷放置
磁极中心线
1 2 3N 5 6S 8 9N 11 12S
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A1
B1
A2
B2
◆元件第二节距y2 指相串联的两个相邻线圈中，第一个线圈的下层 边与相邻的第二个线圈的上层边之间的距离，用 虚槽数表示。
◆元件换向片节距yk 线圈的两端所联结的换向片之间距离，用该线圈 跨过的换向片数来表示。
◆元件合成节距y 它是指相串联的两个相邻线圈对应的有效边之间的 距离，用虚槽数表示。
◆ 绕组形式：叠绕、波绕 叠绕元件（2匝） 波绕元件（2匝）
S
换向片
电源 电枢绕组
直流 电流
换向
交流 电流
Φ
电磁转矩 （拖动转矩）
旋转
机械 负载
克服
反电 做功 动势
电能
机械能
直流电动机的工作原理
二、直流发电机 机械能
电能
F
N
－
e
E
＋
S
N
－
E
＋
S
原动机 做功
Φ
感应电动 势、电流
换向
电磁转矩 （阻转矩）
输出 直流电
eabcd t
线圈的电动势波形
eAB
t 电刷间的电动势波形
7
6
1 2 34
结论：整个电枢绕组通
Ia +
e Ae
ee e Ee
e eB
－
过换向片连成一个闭合
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回路。
发电机
单叠绕组的特点 • （1）2a=2p;一个主磁极下的元件串联在一起
组成一个支路，有几个主磁极就有几条支路;
• （2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支 路感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支 路电动势;
第 2 章 直流电机
2.1 直流电机的工作原理 2.2 直流电机的基本结构和额定值 2.3 直流电机的磁场和电枢反应 2.4 电流电机的感应电动势和电磁转矩 2.5 直流电动机的运行分析 2.6 直流发电机的运行分析
2.1 直流电机的工作原理
一、直流电动机的工作原理
电刷
N
N
i
e
＋
F
＋
U －
S
U －
B1
11' 8 10' 7 9' 6
A2
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A1
B1
A2
B2
9 12' 10 1' 11 2'
B2
5' 2 4' 1 3' 12
※ 电刷的中心线对着磁极的中心线。
2
3
1
4
AB
8
5
1 2 34
Ia +
e Ae
ee e Ee
e eB
－
8 7 65
电动机
直流电机的关键：换向器和电刷的配合。
2.2 直流电机的基本结构和额定值
主磁极
直流电机的结构
主磁极 换向磁极
磁极铁心 （产生励 励磁绕组 磁磁场）
定子 机座
直 流 电
端盖 电刷装置
电刷 刷握
绝缘支架
机
转轴
压紧力调整装置
转子
换向器 （产生电动势，流 电枢铁心 过电流，产生电磁
电枢绕组 转矩）
直流电机
自
I+
励
G
U
串励
－
I+
G
U
并励 －
I+
G
U
复励 －
2. 直流电动机按励磁方式分类
+ Ia
If +
Ua
M