直流电动机的工作原理结构及分类
直流电动机(原理)
电动机 PN U N I N N 103 kW 发电机 PN UNIN 103 kW
2、直流电动机工作原理
2、直流电动机工作原理
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。 此时电枢线圈中将有电流流过。 在磁场作用下，有导体产生F=BIL。该电磁力形成电磁转矩,使 电机转子旋转。
思考：电磁力的方向怎么判断？大小与哪些因素有关？分析转动过程？
换向极绕组与电枢绕组串联, 换向磁极的作用是消弱电枢磁场。
（3）电刷装置 与换向器配合,完成交直流的互换。数目与主磁极相同。
电刷座
电刷
3.转子 又称为电枢
（1）电枢铁心
既是主磁路的一部分， 又可以放置电枢绕组。 （2）电枢绕组 电枢绕组与换向器联结。 主要作用产生感应电动势和电 磁转矩，实现机电能量的转换。 （3）换向器 换向器由许多彼此绝缘的钢 质换向片组成一个圆柱体，装在 转子转轴的一端，与电刷装置配 合,完成直流与交流的互换。
二、直流电动机的种类和铭牌
1. 直流电机绕组端子标号： 电枢绕组：始端A1－末端A2 ；换向绕组：始端B1－末端B2 ； 补偿绕组：始端C1－末端C2 ；串励绕组：始端D1末端D2 ； 并励绕组：始端E1－末端E2 ；他励绕组：始端F1－末端F2 2.直流电动机的分类 直流电动机按产生磁场的方式来进行区分，分为两大类：他励和自励。 他励是指通入电动机定子中，产生磁场的电 流If与通入电动机转子，产生转矩的电流 Ia分 别由两个电源提供。 他励的特点是,励磁电流If的大小与 电枢电压U及负载等参数无关。
直流电动机的结构与工作原理
直流电动机的结构与工作原理直流电动机（DC Motor）是一种将电能转化为机械能的装置，它由固定不动的定子和绕在定子上的可旋转转子组成。
直流电动机的结构和工作原理是实现电能转换的关键。
一、直流电动机的结构直流电动机的结构包括定子（Stator）、转子（Rotor）、换向器（Commutator）和碳刷（Carbon Brushes）。
1. 定子（Stator）：定子是直流电动机的固定部分，由铁心和绕组组成。
铁心通常采用硅钢片制成，绕组则由若干个线圈组成。
当外加电压施加在绕组上时，形成的磁场将影响转子的运动。
2. 转子（Rotor）：转子是直流电动机的旋转部分，它由线圈、铁芯和轴组成。
转子的线圈通常由导电材料绕制而成，铁芯可以通过提高磁导率来增强磁场。
当电流通过转子的线圈时，线圈将受到力的作用而旋转。
3. 换向器（Commutator）：换向器是直流电动机的关键部件之一，它位于转子一端的轴上。
换向器由多个导电片和绝缘片交替组成。
当转子旋转时，换向器将不断地改变电流的方向，使得转子能不断地顺时针或逆时针旋转。
4. 碳刷（Carbon Brushes）：碳刷是直流电动机中的另一个重要部件，它与换向器接触并提供电流给转子。
碳刷通常由碳材料制成，它具有良好的导电性能和耐磨损性能。
二、直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦茨力原理。
1. 法拉第电磁感应定律：当导体在磁场中运动时，导体两端将产生感应电动势。
在直流电动机中，定子绕组通过外加电压形成的磁场作用下，当转子旋转时，转子上的线圈将切割磁场线，引发感应电动势。
2. 洛伦茨力原理：导体通电后，在磁场中会受到洛伦茨力的作用。
直流电动机中，当电流通过转子的线圈时，线圈受到的洛伦茨力将使转子旋转。
基于以上原理，直流电动机的工作可以总结为以下几个步骤：a. 施加电源电压：通过碳刷与换向器接触，将电源电压施加在定子绕组上形成磁场。
b. 电流传递至转子：经过换向器和碳刷的作用，电流将传递到转子的线圈上。
第2章直流电动机
Ia2Ra (0.5 ~ 0.75)(1N )U N IN
Q Ia IN
Ra
(0.5
~
0.75)(1 PN UNIN
)UN IN
机电传动与控制
第二章 直流电动机
2.4.1 他励直流电动机的机械特性
4．机械特性的绘制
1）固有机械特性的绘制
(2) 求 KeN
额定运行条件Ra 下的反电势为：
EN
求出电枢电阻Ra 、KeφN 后，各种人为机械特性的绘制也就容易了。
Ra N
机电传动与控制
第二章 直流电动机
Ra N
机电传动与控制
第二章 直流电动机
Ra N
机电传动与控制
第二章 直流电动机
Ra N
机电传动与控制
第二章 直流电动机
2.4.2 串励直流电动机的机械特性 串励直流电动机的电路原理图如图2-19（a）所示，其最大特
直流电源接在电刷之间而使电流通入电枢线圈。当线 圈的有效边从N（S）极下转到S（N）极下时，其中电流的 方向必须同时改变，使电磁力的方向不变，即电磁转矩的 方向不变而使转子以n的转速旋转。
机电传动与控制
ej Bjlv
第二章 直流电动机
2.2 直流电动机的的工作原理
2．直流电动机的感应电动势和电磁转矩
2.3 直流电动机的额定参数
4．额定转速nN 额定转速是指在额定电压、额定电流和输出额定功率的情
况下运行时，直流电动机的旋转速度，单位为r/min（转/分）。 5．额定励磁电流IfN
额定励磁电流指直流电动机在额定状态时的励磁电流值， 单位为A（安培）。 6．额定励磁电压UfN
额定励磁电压指直流电动机在额定情况下工作时，励磁绕 组所加的电压，单位为V（伏） 7. 额定转矩
第1章 直流电动机基本理论及结构
上一页 下一页 返回
1.1 直流电动机的原理与结构
电动机铭牌上所标的数据为额定数据.具体含义有以下几点。 电动机铭牌上所标的数据为额定数据 具体含义有以下几点。 具体含义有以下几点 1.型号 型号 电动机的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯 数字表示。 数字表示。 2.直流电动机的额定值 直流电动机的额定值 (1)额定功率 N是指电动机在额定状态下运行时轴上输出的 额定功率P 额定功率 机械功率.又称为额定容量 又称为额定容量(W) 机械功率.又称为额定容量(W) 。它等于额定电压和电流的 乘积再乘上电动机的效率. 乘积再乘上电动机的效率 (2)额定电压 N是指电动机寿命期内安全工作的最高电压 额定电压U 额定电压 (V). (3)额定电流 N是指电动机轴上带有额定机械负载时的输人 额定电流I 额定电流 电流(A). 电流 (4)额定转速 N是指在额定电压、额定电流和额定输出功率 额定转速n 额定转速 是指在额定电压、 的情况下电动机运行时的旋转速度(r/min) . 的情况下电动机运行时的旋转速度
上一页 下一页 返回
1. 2 直流电动机电枢绕组
1.2.2 电枢绕组的基本要求及绕制规则
对电枢绕组的基本要求是:一方面能够产生足够大的电动势 对电枢绕组的基本要求是 一方面能够产生足够大的电动势. 一方面能够产生足够大的电动势 通过一定大小的电流.产生足够的转矩 产生足够的转矩;另一方面要尽可能节 通过一定大小的电流 产生足够的转矩 另一方面要尽可能节 约材料.结构简单 结构简单。 约材料 结构简单。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 元件边放在槽内.能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘ 能切割磁力线产生感应电动势.称为“‘有 元件边放在槽内 能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘有 效边” 端接线放在槽外 不切割磁力线.仅作为连接线使用 端接线放在槽外.不切割磁力线 仅作为连接线使用。 效边”;端接线放在槽外 不切割磁力线 仅作为连接线使用。 为了便于嵌线.每个元件的一个边放在某一个槽的上层 每个元件的一个边放在某一个槽的上层.称为 为了便于嵌线 每个元件的一个边放在某一个槽的上层 称为 上层边.另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。 另一个边则放在另一个槽的下层.称为下层边 上层边 另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。绘图 为了表达清晰.将上层边用实线表示 时.为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。
直流电动机实验原理
直流电动机实验原理引言直流电动机是一种将直流电能转换为机械能的电机。
它广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。
本文将介绍直流电动机的实验原理，包括其工作原理、组成结构以及实验过程。
一、工作原理直流电动机的工作原理基于电磁感应和洛伦兹力。
当直流电流通过电动机的定子绕组时，产生的磁场与电动机的磁场相互作用，产生力矩使转子转动。
二、组成结构直流电动机主要由定子、转子和集电器三部分组成。
1. 定子：定子由绕组、磁极和铁芯构成。
绕组通电产生磁场，磁极将磁场集中在空间中。
2. 转子：转子由绕组和铁芯构成。
当定子磁场与转子绕组中的电流相互作用时，产生力矩使转子转动。
3. 集电器：集电器是连接电源和电动机绕组的部分，用于实现电流的正向传递。
三、实验过程进行直流电动机实验时，需要准备以下实验器材和材料：1. 直流电源：提供电流给电动机。
2. 直流电动机：用于转换电能为机械能。
3. 电流表和电压表：用于测量电动机的电流和电压。
4. 电阻器：用于调节电动机的负载。
5. 电线和连接器：用于连接电动机和电源。
实验步骤如下：1. 将直流电源连接到电动机的正负极。
2. 将电流表和电压表分别连接到电动机的电流和电压测量点上。
3. 打开直流电源，调节电阻器使电动机转速适中。
4. 分别记录电动机的电流和电压值。
5. 改变电阻器的阻值，观察电动机的转速变化，并记录相应的电流和电压值。
6. 分析实验结果，得出直流电动机的特性曲线。
四、实验结果与分析通过实验可以得到直流电动机的特性曲线，其中包括电流-转速曲线和电压-转速曲线。
这些曲线可以用来评估电动机的性能和效率。
在实验中，我们可以观察到当负载增加时，电动机的转速会下降，电流和电压也会相应增加。
这是因为在负载增加的情况下，电动机需要提供更大的力矩来克服负载的阻力，因此需要更多的电流和电压来保持转速稳定。
通过实验可以得出直流电动机的效率公式为：η = Pout / Pin，其中η表示效率，Pout表示输出功率，Pin表示输入功率。
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。
《直流电机的工作原理及特性》PPT模板课件
2．电磁转矩TM
电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和 电磁转矩，其大小可用如下公式表示：
TKtIa
式中：T——电磁转矩（N·m）； Φ——对磁极的磁通（Wb）； Ia——电枢电流（A）； Kt——与电机结构有关的常数，Kt=9.55 Ke
3.2 直流他励电动机的机械特性
一、机械特性的一般形式
根据 0,n0、TN,nN
两点，就可作出他励直流电动机近似是机械特性曲线 nfT。
三、人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压U和励磁磁
通Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Rad所得到的机械特性。
1. 电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 U U N , N
n
Rad
If
U
Ia M E
3．3 直流他励电动机的启动特性
nN △n
决于 Rf、 Uf的大小，当 Rf、 Uf
的大小一定时, If为定值，即磁
△T
通为定值。
0
TN T
n 理想空载点 n0
nN △n
1. 理想空载转速： T=0时的转速称为理想空
载转速，用n0表示。 根据机械特性可知：
U
△T
n0 Ke
0
TN T
2. 机械特性硬度
为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性
直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的
发电机的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或 原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时， 原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩T及空载损耗 转矩T0相平衡。
电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此， 电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损 耗转矩T0相平衡。
直流电动机工作原理和分类
•
E=CEΦn
• 式中：CE—与电机结构有关的常 数；Φ—磁通量
• n—电动机转速
2.电枢绕组中电压的平衡关系
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。由基尔 霍夫定律得到电枢绕组中电压的平衡关系式： U=E+IaRa 式中：U—外加电压 Ra—电枢回路电阻，其中包括电枢绕组的电阻和电刷 与换向器的接触电阻。
直流电动机工 作原理和分类
一、直流电动机的工作原理
• 当励磁绕组上加上直流电压，电枢绕组在固定的磁场中旋转。由于电刷 固定不动，换向片和电源固定联接，这样线圈无论怎样转动，总是上半 边的电流流向里（在图中是从a流向b），下半边的电流流向外（在图中 是从c流向d），电枢导体的电流的方向不变，根据电磁力（安培力）定 律，电枢绕组通入直流电后，每根有效导体均受到电磁力的作用。
• 电磁力的方向可由左手定则确定，其方向如左图所示， 这一对电磁力以产生恒定的电磁转矩，使电枢逆时针 旋转。
二、直流电动机的分类
1.他励式直流电动机
这种电机的励磁绕组和电枢绕组各自分开。励磁电流由另外单独的直流电源提 供，如图所示。由于这种电机的励磁电流仅取决于他励电源，而不受电枢端电 压的影响，因而称为他励式。
4.复励式直流电动机
这种电机有两个励磁绕组，一个同电枢并联，一个同电枢串 联，如图所示。
三、直流电动机转矩自动调节
1.电枢中的感应电动势
电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电
线• 圈根在据磁右场手中定则转知动，，E又和会原在通线入圈的中产生感应电动势（用E表示）。
电流方向相反，如图所示，其大 小为：
• T=TL+T0
• 式中：TL—负载转矩，T0—空载转矩。 • 转矩平衡过程：当负载转矩TL发生变化时，通过电机转速、电动
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2）转子(电枢)
• 转子是直流电动机实现能量转换的枢纽，又称为 “电枢”，它包括电枢铁心、电枢绕组及换向器。
• 电枢铁心的作用：导磁和嵌放电枢绕组; • 电枢绕组的作用：作发电机时产生感应电动势； • 换向器的作用：作发电机时将电枢导体感应的交
流电压经由电刷转变成直流电压输出，作电动机 时将电路中的直流电压经由电刷转变成交流电压 输入电枢。
1 直流电动机的工作原理（难点）
2
电动机的结构和分类（重点）
直流电动机的铭牌数据（扩展知识点）
3
2.1.1直流电动机工作原理
• 直流电动机与交流 电动机原理大致相 似， 也是基于电磁 感应的原理， 使得 转轴受到一个力的 作用旋转起来。
• 电磁感应原理
产生感应电压或感应电 流的 现象。
1）直流电动机线圈动态转动图
2）线圈受力和转动分析
受力分析：由左手定则 得ab受力向上，cd受 力向下。这两个力不 是平衡力。
运动分析：在这两个力 作用下，线圈作顺时 针转动。
线圈到了90°
• 受力分析：此时换 向器与碳刷没接触， 线圈不受力。
• 运动分析：由于惯 性线圈将继续转动。
线圈过了90°后
• 换向器：线圈转过 90°后，换向器换 向，线圈上电流发 生变化。
• 本章节难点是直流电动机的分类，注意4种 励磁方式及其接线图
• 电动机在日常生产生活当中应用广泛，通 过本章节的学习应该熟悉了解直流电动机 的相关知识。
课后作业
• 课本30页填空题1.2.3.4
❖换向器可自动改变线圈中电流方向，使线圈不停地转动下去。
2.2.2直流电动机的构造
• 直流电动机基本结构： 定子、转子和结构件（端盖、轴承等）
三大部分组成。
1）定子
定子包括机座、主磁极、换向磁极、前 后端盖和电刷装置等几部分。
其中主磁极的作用：用来在电机中产生磁场，分为永 磁式和励磁式。
永磁式: 由永久磁铁做成。 励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电 ，形成电磁铁。
2.额定电压 对于电动机， 额定电压是指电动机
额定工作状态下电动机的输入电压； 对于发电机， 额定电压是指电动机额定工作状态下电动机的输 出电压。 3.额定电流
对于电动机， 额定电流是指电动机 长期连续运行时从电源输入的电流； 对于发电机， 额定电流是指长期连续运行时供给负载的电流。
4.额定转速
2.1.4直流电动机的铭牌数据
• 每台直流电动机的外壳上都有一个铭牌， 上面标 有该电机的技术数据， 主要包括其型号和额定值。 型号
• 直流电动机的型号如Z2—41， • Z表示直流电动机， 2表示第二次统一设计，
41中的4表示机座号， 1表示电枢铁心的长度序号。
直流电动机还有其他的型号表示方法， 如ZF2— 151—1B、 ZD2—121—1B等
• 受力分析：线圈转 过90°后ab受力向 下，cd受力向上。
• 运动分析：线圈继 续顺时针转动70°时，换向器又和 碳刷没接触，线圈不 受力。
• 运动分析：由于惯性 线圈继续转动。
• 换向器：此时，换向 器又换向，电流方向 也变化，线圈仍继续 顺时针转动。
电动机在额定运行时， 转轴的转速称为 额定转速。
5.额定功率
电动机额定运行状态下， 电动机轴上输 出的机械功率称为额定功率； 发电机的额定功率 是指供给负载的电功率。
6.额定励磁电流
电动机在额定运行的情况下， 通过励磁 绕组的电流称为额定励磁电流。
课后小结
• 本章节重点掌握直流电动机的工作原理和 结构
2.1直流电 动机的工 作原理、
电动机和我们日常生活的联系：
大型电动机
小型电动机
通过上面图片的观赏我们可以看到电动机 和我们平时日常生产生活息息相关，那么 本章节的学习就是围绕它展开。
上新课之前大家思考两个小问题：
1）电动机是如何工作的呢？
2) 它内部结构到底是怎样的呢？
接下来，我们带着这样的疑问正式进入本 章节的新课学习：
2.1.3直流电动机的分类
• 励磁绕组与电源的连接方式 被称为励磁方式。 按照不 同的励磁方式， 直流电动 机可以分为他励、 并励、 串励和复励四种。
I ＋a
U
M
－ (a)
I
f＋ ＋
Ia
If
U1 U M
－－ (b)
＋ Ia＝If
U M
－ (c)
＋
Ia＝If1
If2
U
M －
(d)
(a) 他励； (b) 并励； (c) 串励； (d) 复励