DC电机讲解

极身 极靴
几何中性线

（a）气隙形状
1.3 直流电机的电枢反应
1.3.1 直流电机的空载磁场
空载时的气隙磁通密度为一平 顶波，如下图(b) 所示。
Bx
（b）气隙磁密分布

空载时主磁极磁通的分布情况， 如右图(c) 所示。
1.3 直流电机的电枢反应
1.3.1 直流电机的空载磁场
为了感应电动势或产生电磁转 矩，直流电机气隙中需要有一定量 的每极磁通 0 ，空载时，气隙磁 通 0 与空载磁动势F f 0 或空载励磁 电流 I f 0 的关系，称为直流电机的空 载磁化特性。如右图所示。 为了经济、合理地利用材料， 一般直流电机额定运行时，额定磁 通 N 设定在图中A点，即在磁化特 性曲线开始进入饱和区的位置。
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电动机的工作原理
二、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， 在磁场作用下，N极性下导体 电刷A接正极，电刷B接负极。此时 ab受力方向从右向左，S 极下导体 电枢线圈中将电流流过。如右图。 cd受力方向从左向右。该电磁力形 成逆时针方向的电磁转矩。当电磁 转矩大于阻转矩时，电机转子逆时 针方向旋转。
1.3 直流电机的电枢反应
1.3.2 直流电机负载时的负载磁场
如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布，则电 枢磁动势在气隙圆周方向空间 分布呈三角波，如图中 Fax 所 示。 由于主磁极下气隙长度基 本不变，而两个主磁极之间， 气隙长度增加得很快，致使电 枢磁动势产生的气隙磁通密度 为对称的马鞍型，如图中Bax 所示。
y y1 y2 y y1 y2
换向节距 ky ：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。
1.2 直流电机的电枢绕组简介
1.2.2 单叠绕组
单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节 y 距均为1，即： yk 1 。 单叠绕组的展 开图是把放在铁心 槽里、构成绕组的 所有元件取出来画 在一张图里，展示 元件相互间的电气 连接关系及主磁极、 换向片、电刷间的 相对位置关系。
1.3.3 直流电机的电枢反应
电刷不在几何中性线时的电枢反应可用下列表格说明
电刷顺转向偏移
电刷逆转向偏移
发电机
电动机
交轴和直轴去磁
交轴和直轴助磁
交轴和直轴助磁
交轴和直轴去磁
1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩
1.4.1 直流电机的电枢电动势
产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电
1.2 直流电机的电枢绕组简介
1.2.2 单叠绕组
根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图(下图)。 单叠绕组的的特点： 1） 同一主磁极下的元件 串联成一条支路，主磁极 数与支路数相同。 2）电刷数等于主磁极数， 电刷位置应使感应电动势 最大，电刷间电动势等于 并联支路电动势。 3）电枢电流等于各支路 电流之和。
1.3 直流电机的电枢反应
1.3.3 直流电机的电枢反应
电枢磁场磁通 密度分布曲线
Bx
主磁场的 磁通密度 分布曲线 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
B0 x
Bax
1.3 直流电机的电枢反应
1.3.3 直流电机的电枢反应
由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 1)、使气隙磁场发生畸变 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢 反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理 中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载时不同。 2)、对主磁场起去磁作用 磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每 极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主 磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的 磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时 的电枢反应为交轴去磁性质。
Bax Fax
1.3 直流电机的电枢反应
1.3.3 直流电机的电枢反应
当励磁绕组中有励磁电流，电 机带上负载后，气隙中的磁场是励 磁磁动势与电枢磁动势共同作用的 结果。电枢磁场对气隙磁场的影响 称为电枢反应。电枢反应与电刷的 位置有关。 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， 可得到负载后电机的磁场分布情况， 如图（a）所示。
本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电 机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向 及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流 电动机的工作特性。 1.1 直流电机的基本工作原理与结构 1.2 直流电机电枢绕组简介 1.3 直流电机的电枢反应 1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 1.5 直流电机的换向
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电机的工作原理
一、直流发电机工作原理 当原动机驱动电机转子逆时针 旋转 1800 后 ，如右图。 导体ab在S极下，a点低电位， b点高电位；导体cd在N极下，c 点低电位，d点高电位；电刷A极 性仍为正，电刷B极性仍为负。 可见，和电刷A接触的导体总 是位于N极下，和电刷B接触的导 体总是位于S极下，
1.3 直流电机的电枢反应
1.3.1直流电机的空载磁场 漏磁通
磁力线不进入电枢铁心， 直接经过气隙、相邻磁极 或定子铁轭形成闭合回路 漏磁路
主磁通
磁力线由N极出来，经气隙、 电枢齿部、电枢铁心的铁轭、 电枢齿部、气隙进入S极， 再经定子铁轭回到N极
主磁路
直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应 电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增 加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得 多，大约是主磁通的20%。
1.2 直流电机的电枢绕组简介
1.2.3 单波绕组
单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图如下图 所示。
两个串联元件 放在同极磁极下， 空间位置相距约两 个极距；沿圆周向 一个方向绕一周后， 其末尾所边的换向 片落在与起始的换 向片相邻的位置。
1.2 直流电机的电枢绕组简介
1.2.3 单波绕组
1.2 直流电机的电枢绕组简介
1.2.1 直流枢绕组基本知识
元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。 元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中 一根称为首端，另一根称为末端。 极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示。 D 2p 叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前 一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。 波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串 联起来，象波浪式的前进。
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电机的工作原理
一、直流发电机工作原理 可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触 的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的 极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。
实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈 分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来， 构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。
1.3 直流电机的电枢反应
1.3.3 直流电机的电枢反应
2、当电刷不在几何中性线上时 电刷从几何中性线偏 移 角，电枢磁动势 轴线也随之移动 角，如图(a)(b)所示。 这时电枢磁动势可以 分解为两个垂直分量： 交轴电枢磁动势 Faq 和直轴电枢磁动势Fad 。 如图(a)(b)所示。
1.3 直流电机的电枢反应
发电机：是指输出额定电压； 电动机：是指输入额定电压。
在额定电压、额定电流下，运 行于额定功率时对应的转速
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.3 直流电机的铭牌数据
额定励磁电流 fN I
对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流
励磁方式 指直流电机的励磁线圈 与电枢线圈的连接方式
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.3 直流电机的铭牌数据
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出的 额定条件下电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率
额定功率PN
额定电压U N
在额定工况额定转速 N n
在额定电压下，运行于 额定功率时对应的电流
1.6 直流发电机
1.7 直流电动机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.1直流电机的主要结构
主磁极 换向磁极 电刷装置 机座 端盖 电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 轴承
定子
转子
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电机的工作原理
一、直流发电机工作原理
直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机 械。 当原动机驱动电机转子逆时针旋转时同，线圈 abcd将感应电动势。 如右图，导体ab在N极下，a点高电位，b点低电位； 导体cd在S极下，c点高电位，d点低电位；电刷A极 性为正，电刷B极性为负。右图为直流发电机的物理 模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁 圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的 转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝 缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外 电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷 进行的。
1.3 直流电机的电枢反应
直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生 电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为 电枢反应。
1.3.1直流电机的空载磁场
右图为一台四极直 流电机空载时的磁场示 意图。 当励磁绕组的串联匝数 为 N f ，流过电流为 I f ， 每极的励磁磁动势为：
Ff I f N f

1.2 直流电机的电枢绕组简介
1.2.1 直流枢绕组基本知识