第二章 直流电机资料
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第 2 章 直流电机
• 直流电机的基本原理和结构 • 直流电机的电枢绕组 • 直流电机的磁场 • 直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率 • 直流发电机和直流电动机的运行特性 • 直流电动机的起动、调速和制动 • 直流电机的换向
2.1 直流电机的原理和结构
直流电机分为直流发电机和直流电动机。
⃝ 直流电动机用于驱动负载。优良的启 动性能和调速性能，控制简单，在电气 传动系统中应用广泛。
对电枢绕组的要求：
在通过规定的电流时产生尽可能大的电势和电磁转 矩前提下，所消耗的材料最少、 强度高（机械、电 气、热）、 运转可靠、结构简单、下线方便等。
电枢绕组基本形式：叠绕组、波绕组和蛙绕组
2.2.1 直流电枢绕组的基本形式
叠绕组 边在NS极下，转子转动
波绕组
绕组实物图
有关电枢绕组名词、术语
短复励
长复励
2.1.4 直流电机的额定值
额定容量PN： 输出功率 额定电压UN：额定状态下出线端电压； 额定电流IN：额定状态下出线端电流； 额定转速n： 额定状态下的电机转速
★
直流发电机： PN＝UN·IN 直流电动机： PN＝UN·IN ·
直流电机的铭牌数据
2.2 直流电机电枢绕组
转子＝电枢 电枢绕组: 直流电机的电磁感应的关键部件之一, 是直流电机的电路部分。
1、主磁极和换向极
主磁极用来产生气隙磁场，并使电枢表面的气隙磁通密度按一 定波形沿空间分布。主磁极包括主磁极铁芯和励磁绕组。主磁 极铁芯由１mm～1.5mm厚的低碳钢薄板冲片叠压而成。励磁 绕组用圆形或矩形纯铜绝缘电磁线制成。各磁极的励磁绕组串 联连接成一路，以保证各主极励磁绕组的电流相等。
大的直流电机在极靴上开槽, 槽内嵌放补偿绕组，与电枢绕 组串联，用以抵消极靴范围内的电枢反应磁动势，从而减少气 隙磁场的畸变，改善换向，提高电机运行可靠性。
换向器是直流电机特有的关键部件，将电枢绕组内 部的交流电势转换成电刷间的直流电势。换向器由 许多称为换向片的、彼此互相绝缘的铜片组合而成，
线圈（绕组）
焊接
3、电刷装置 电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成， 电刷装置与换向器配合将转动的电枢绕组和静止 的外电路联通。
电刷装置
直流电机电刷结构
Ad
b
a
B
直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
致； 3. 从空间看， 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不
变的磁场； 4. 产生的电磁转矩Tem与转子转向相反， 是制动性质；
2 直流电动机的工作原理
b
a
c
d
b a
c d
主磁极示意图
换向极示意图
主极产生磁场的磁密波形
2、电枢铁芯、电枢绕组 和换向器
电枢铁心用来通过磁通并嵌放电枢绕组，是主磁路的一部分。 由于转子在定子主磁极产生的恒定磁场内旋转，因此电枢铁 芯内的磁通是交变的，为减少涡流和磁滞损耗，通常用两面 涂绝缘漆的0.5mm硅钢片叠压而成。冲片上有均匀分布的嵌 放电枢绕组的槽和轴向通风孔。 电枢绕组是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量转 换的关键部件。
直流电机
理想的电枢绕组通电情况
2.2.2 单迭绕组
迭： 两个相临联接的元件， 后一元 件的端部紧迭在前一元件的端部。
单迭： 首末端相联的两换向片相 隔一个换向片的宽度。
y=yk=1
画单匝和多匝示意图
特点： 槽数Z、元件数S和换向片数K三者相等
单迭绕组分析实例
实例： P＝2， Z＝S＝K＝16 1。 数据计算：
直流电机的可逆原理
同一台直流电机， 通过改变外界条件， 可当发电机运行， 也可当电动机运行。
2.1.3 直流电动机分类－励磁方式
他励
I Ia
串励
I Ia I f
并励
I Ia I f
注： I ：电源输入电流； I a ：电枢电流； I f ：励磁电流
复励:同时具有并励绕组和串励绕组称为复励
电流正方向：dcba 转矩方向：顺时针 电势方向：abcd
电流正方向：abcd 转矩方向：顺时针 电势方向：dcba
c
d
b
a
直流电动机运行时的几点结论
1. 外施电压、电流是直流， 电枢线圈内电流是交流； 2. 线圈中感应电势与电流方向相反； 3. 线圈是旋转的，电枢电流是交变的。 电枢电流产
生的磁场在空间上是恒定不变的； 4. 产生的电磁转矩Tem与转子转向相同， 是驱动性质；
合成节距 y＝yk＝1
计算数据y和y1 画绕组展开图
第一节距
y1
Z 2p
16 22
4
安放电刷和磁极
绕组放置
•元件1：定义 上元件边在1槽， 下元件边放在相距y1=4即5槽下层。
•元件2： 上元件边在2槽， 下元件边放在相距y1=4即6槽下层。
⃝ 直流发电机是将机械能转换为电能。
2.1.1 直流电机的结构
定子和转子
基本说明
直流电机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）。
直流电机定子部分包括机座、主磁极、换向极、 端盖、轴承和电刷装置等； 转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、风 扇和转轴等。
直流电机的基本结构总结
主要由定子、转子两部分组成
直流电机
定子
转子
机座 主磁极
电枢铁心
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
2.1.2 直流电机的工作原理
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
Aa
b c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向： dcba B+,A-
c
极轴线：磁极中心线 几何中心线：
磁极之间的平分线 极距：电枢铁心表面， 一个极所占的距离。
有关电枢绕组名词、术语
有关电枢绕组名词、术语
元件：
第一节距y1
y1 Zi 2P
第二节距y2
y=y1＋
y2
合成节距y：
换向器节距yk：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
场移
为了使绕组各元件能沿着电枢表面分布，相邻元件在磁场中 必须移过一定的距离，场移m用虚槽数或换向器数来表示。
对于叠绕组来说，相邻的两个元件处于同一极面下，为了 使绕组能分布开，y2的绝对值不能等于y1。显然，叠绕组的合 成节距y与场移m相等，
对于波绕组，相串联的两个元件处于相邻的两个同极性的 磁极面下，为了使绕组能分布，合成节距y不能恰好等于一对 极距，
我们希望的电枢绕组
电动机的原理模型
我们希望的电枢绕组
• 直流电机的基本原理和结构 • 直流电机的电枢绕组 • 直流电机的磁场 • 直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率 • 直流发电机和直流电动机的运行特性 • 直流电动机的起动、调速和制动 • 直流电机的换向
2.1 直流电机的原理和结构
直流电机分为直流发电机和直流电动机。
⃝ 直流电动机用于驱动负载。优良的启 动性能和调速性能，控制简单，在电气 传动系统中应用广泛。
对电枢绕组的要求：
在通过规定的电流时产生尽可能大的电势和电磁转 矩前提下，所消耗的材料最少、 强度高（机械、电 气、热）、 运转可靠、结构简单、下线方便等。
电枢绕组基本形式：叠绕组、波绕组和蛙绕组
2.2.1 直流电枢绕组的基本形式
叠绕组 边在NS极下，转子转动
波绕组
绕组实物图
有关电枢绕组名词、术语
短复励
长复励
2.1.4 直流电机的额定值
额定容量PN： 输出功率 额定电压UN：额定状态下出线端电压； 额定电流IN：额定状态下出线端电流； 额定转速n： 额定状态下的电机转速
★
直流发电机： PN＝UN·IN 直流电动机： PN＝UN·IN ·
直流电机的铭牌数据
2.2 直流电机电枢绕组
转子＝电枢 电枢绕组: 直流电机的电磁感应的关键部件之一, 是直流电机的电路部分。
1、主磁极和换向极
主磁极用来产生气隙磁场，并使电枢表面的气隙磁通密度按一 定波形沿空间分布。主磁极包括主磁极铁芯和励磁绕组。主磁 极铁芯由１mm～1.5mm厚的低碳钢薄板冲片叠压而成。励磁 绕组用圆形或矩形纯铜绝缘电磁线制成。各磁极的励磁绕组串 联连接成一路，以保证各主极励磁绕组的电流相等。
大的直流电机在极靴上开槽, 槽内嵌放补偿绕组，与电枢绕 组串联，用以抵消极靴范围内的电枢反应磁动势，从而减少气 隙磁场的畸变，改善换向，提高电机运行可靠性。
换向器是直流电机特有的关键部件，将电枢绕组内 部的交流电势转换成电刷间的直流电势。换向器由 许多称为换向片的、彼此互相绝缘的铜片组合而成，
线圈（绕组）
焊接
3、电刷装置 电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成， 电刷装置与换向器配合将转动的电枢绕组和静止 的外电路联通。
电刷装置
直流电机电刷结构
Ad
b
a
B
直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
致； 3. 从空间看， 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不
变的磁场； 4. 产生的电磁转矩Tem与转子转向相反， 是制动性质；
2 直流电动机的工作原理
b
a
c
d
b a
c d
主磁极示意图
换向极示意图
主极产生磁场的磁密波形
2、电枢铁芯、电枢绕组 和换向器
电枢铁心用来通过磁通并嵌放电枢绕组，是主磁路的一部分。 由于转子在定子主磁极产生的恒定磁场内旋转，因此电枢铁 芯内的磁通是交变的，为减少涡流和磁滞损耗，通常用两面 涂绝缘漆的0.5mm硅钢片叠压而成。冲片上有均匀分布的嵌 放电枢绕组的槽和轴向通风孔。 电枢绕组是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量转 换的关键部件。
直流电机
理想的电枢绕组通电情况
2.2.2 单迭绕组
迭： 两个相临联接的元件， 后一元 件的端部紧迭在前一元件的端部。
单迭： 首末端相联的两换向片相 隔一个换向片的宽度。
y=yk=1
画单匝和多匝示意图
特点： 槽数Z、元件数S和换向片数K三者相等
单迭绕组分析实例
实例： P＝2， Z＝S＝K＝16 1。 数据计算：
直流电机的可逆原理
同一台直流电机， 通过改变外界条件， 可当发电机运行， 也可当电动机运行。
2.1.3 直流电动机分类－励磁方式
他励
I Ia
串励
I Ia I f
并励
I Ia I f
注： I ：电源输入电流； I a ：电枢电流； I f ：励磁电流
复励:同时具有并励绕组和串励绕组称为复励
电流正方向：dcba 转矩方向：顺时针 电势方向：abcd
电流正方向：abcd 转矩方向：顺时针 电势方向：dcba
c
d
b
a
直流电动机运行时的几点结论
1. 外施电压、电流是直流， 电枢线圈内电流是交流； 2. 线圈中感应电势与电流方向相反； 3. 线圈是旋转的，电枢电流是交变的。 电枢电流产
生的磁场在空间上是恒定不变的； 4. 产生的电磁转矩Tem与转子转向相同， 是驱动性质；
合成节距 y＝yk＝1
计算数据y和y1 画绕组展开图
第一节距
y1
Z 2p
16 22
4
安放电刷和磁极
绕组放置
•元件1：定义 上元件边在1槽， 下元件边放在相距y1=4即5槽下层。
•元件2： 上元件边在2槽， 下元件边放在相距y1=4即6槽下层。
⃝ 直流发电机是将机械能转换为电能。
2.1.1 直流电机的结构
定子和转子
基本说明
直流电机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）。
直流电机定子部分包括机座、主磁极、换向极、 端盖、轴承和电刷装置等； 转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、风 扇和转轴等。
直流电机的基本结构总结
主要由定子、转子两部分组成
直流电机
定子
转子
机座 主磁极
电枢铁心
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
2.1.2 直流电机的工作原理
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
Aa
b c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向： dcba B+,A-
c
极轴线：磁极中心线 几何中心线：
磁极之间的平分线 极距：电枢铁心表面， 一个极所占的距离。
有关电枢绕组名词、术语
有关电枢绕组名词、术语
元件：
第一节距y1
y1 Zi 2P
第二节距y2
y=y1＋
y2
合成节距y：
换向器节距yk：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
场移
为了使绕组各元件能沿着电枢表面分布，相邻元件在磁场中 必须移过一定的距离，场移m用虚槽数或换向器数来表示。
对于叠绕组来说，相邻的两个元件处于同一极面下，为了 使绕组能分布开，y2的绝对值不能等于y1。显然，叠绕组的合 成节距y与场移m相等，
对于波绕组，相串联的两个元件处于相邻的两个同极性的 磁极面下，为了使绕组能分布，合成节距y不能恰好等于一对 极距，
我们希望的电枢绕组
电动机的原理模型
我们希望的电枢绕组