直流电动机
电动机分类及原理
电动机分类及原理电动机是将电能转化为机械能的装置，其分类及原理如下：一、电动机的分类：1.直流电动机：直流电动机根据励磁方式的不同可分为永磁直流电动机和电磁励磁直流电动机。
永磁直流电动机的励磁磁场由永磁体提供，无需外接电源；电磁励磁直流电动机的励磁磁场由电磁铁提供，需要外接电源。
2.交流电动机：交流电动机根据转子结构的不同可分为异步电动机和同步电动机。
异步电动机根据励磁方式的不同可分为电刷异步电动机和无刷异步电动机；同步电动机根据励磁方式的不同可分为电刷同步电动机和无刷同步电动机。
二、电动机的工作原理：1.直流电动机：直流电动机的工作原理是利用直流电流在磁场中作用力矩使转子转动。
直流电动机由定子和转子组成，定子上布置有电磁铁，转子安装在轴上，并由碳刷与外部电源相连。
当电流通过定子的电磁铁时，会产生一磁场。
转子上的碳刷卡通常与电源相连，使得定子中的磁场与转子形成一个交叉磁场。
通过电流调节，可以改变定子磁场与转子磁场的交叉程度，从而控制电动机的转速和转矩。
2.交流电动机：交流电动机的工作原理是利用交流电流在磁场中产生感应电动势，从而驱动转子转动。
异步电动机的定子上布置有绕组，由外部电源供电，形成一个旋转磁场。
转子上的绕组会感应出定子旋转磁场，并产生感应电动势。
由于转子上的绕组是短路绕组，会形成一个感应电流，产生一个电磁力，使转子产生转矩，从而沿旋转磁场方向转动。
同步电动机的转子上有磁场绕组，与定子旋转磁场同步运动，产生旋转磁场与转子上的磁场形成一个磁力，使转子产生转矩，从而沿旋转磁场方向转动。
三、电动机的应用：电动机广泛应用于工业、交通、家用等各个领域。
在工业中，电动机常被用作驱动各种机械设备，如风机、泵、压缩机等。
在交通领域，电动机被应用于电动汽车、电动摩托车、轨道交通等。
在家用领域，电动机被用于驱动家电产品，如洗衣机、冰箱、空调等。
综上所述，电动机根据不同的电源和工作原理可以分为直流电动机和交流电动机。
直流电动机的概述
直流电动机的概述一、引言直流电动机(DC motor)是一种将电能转换为机械能的设备，它广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。
直流电动机具有结构简单、转速范围广、启动和调速性能优良等特点，因此在各个行业中都有着重要的地位。
二、直流电动机的分类1.永磁直流电动机(PMDC motor)永磁直流电动机是利用永磁体产生磁场，与线圈之间的交互作用来实现转动。
它具有结构简单、体积小巧、响应快速等特点，广泛应用于家用电器和办公设备中。
2.分别励磁直流电动机(SEDC motor)分别励磁直流电动机是通过外部励磁源提供励磁电流来产生旋转力矩。
它具有高效率、高功率密度等优点，被广泛应用于工业生产领域。
3.串联励磁直流电动机(SERDC motor)串联励磁直流电动机是将线圈和外部励磁源串联在一起，通过线圈和外部励磁源的电流之和来产生旋转力矩。
它具有启动扭矩大、转速范围广等特点，被广泛应用于电动车、电动工具等领域。
4.并联励磁直流电动机(PERDC motor)并联励磁直流电动机是将线圈和外部励磁源并联在一起，通过线圈和外部励磁源的电流之差来产生旋转力矩。
它具有高效率、高功率密度等优点，被广泛应用于工业生产领域。
三、直流电动机的结构直流电动机由定子和转子两部分组成。
定子包括铁芯、线圈和端盖等组件，它们固定在外壳内。
转子由铁芯、线圈和轴等组件构成，可以在定子内自由旋转。
四、直流电动机的工作原理1.运行时当直流电源施加到线圈上时，线圈内会产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场与永久磁体(永磁直流电动机)或者外部励磁源(分别励磁/串联励磁/并联励磁直流电动机)之间会发生相互作用，从而产生一个旋转力矩，使转子开始旋转。
2.启动时在启动时，由于线圈内没有电流，因此没有旋转磁场。
为了使电机启动，需要通过外部的助力器(如起动电阻)来产生一个初始的旋转磁场。
当转子开始旋转后，助力器逐渐减小或消失。
五、直流电动机的应用1.家用电器：吸尘器、搅拌机、风扇等。
直流电动机
直流电动机直流电动机是利用电磁感应原理实现直流电能与机械能的相互转换。
如果将电能转换为机械能则为电动机，反之就是发电机。
直流电动机具有调速范围广且平滑，起动和制动转矩大，过载能力强，且易于控制，常用于对调速有较高要求的场合。
本章主要介绍直流电机的基本结构、工作原理和机械特性。
并以他励电动机为例，讨论了直流电动机的启动、反转与调速等运行问题。
8.1 直流电机的构造常用的中小型直流电动机的结构如图8.1.1所示。
它由定子、转子、电刷装置，端盖，轴承、通风系统等部件组成。
图8.1.1 直流电动机的结构1.定子定子有机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成，其剖面结构示意图见8.1.2所示。
它的作用就是产生主磁场和附加磁场，作电机的机械支架。
图8.1.2 直流电动机定子结构机座用作电机的外壳，并固定主磁极和换向极，并且也是磁路的一部分。
机座常用铸钢或厚钢板制成，保证良好的导磁性能和机械支撑作用。
主磁极由磁极铁心、励磁线圈组成，它能产生一定形状分布的气隙磁密。
主磁通铁心，由1~1.5mm厚的硅钢片冲压叠制而成，用铆钉与电动机壳体相连，铁心外套上预先绕制的线圈，以产生主磁场。
主极掌面呈孤型，以保证主磁极掌面与电枢表面之间的气隙均匀，磁场分布合理。
换向极结构与主磁极相似，只是几何尺寸小主磁极小。
其作用是产生附加磁场，以改善电机的换向。
电刷装置通过固定的电刷与转动的换向片之间的滑动接触，使旋转的转子与静止的外电路相连接，是电机结构中的薄弱之处。
石墨制成的电刷放在刷握内，用压紧弹簧将其压在换向器表面。
刷握固定在刷杆上，通过电刷的刷辩，将电流从电刷引入或引出。
2.转子转子（又称电枢）由电枢铁心，电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成，如图8.1.3所示。
它是产生电磁转矩或感应电动势，实现机电能量转换的关键。
图8.1.3 直流电动机的转子结构电枢铁心也是电机主磁路的一部分。
为了减少涡流和磁滞损耗，铁心采用0.5mm 厚的两面涂绝缘漆的硅钢片选压而成。
直流电机介绍
一、直流电机的磁路
图1.16 直流电机空载时的磁场分布示意图 1— 极靴；2—极身；3—元子磁轭；
4—励磁绕组；5—气隙；6—电枢齿；7—电枢磁轭
0
考虑到电机的运行性能 和经济性，直流电机额定运 行的磁通额定值的大小取在 磁化曲线开始弯曲的地方图 中的a点（称为膝部）。
N
A
If0 If
0
I fN F f 0 IN
图1.18 电机的磁化曲线
§1.3.2 直流电机负载时的磁场
负载时的气隙磁场将由励磁磁通势和电枢磁通势共同作 用所建立。
一、电枢磁通势和电枢磁场
图1.2 直流发电机原理模型
Hale Waihona Puke 从图看出，和电刷 A接触的导体永远位于 N极 下，同样，和电刷 B接触的导体永远位于S 极下。因 此，电刷 A始终有正极性，电刷 B始终有负极性， 所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电 动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律 把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直 流电动势。这就是直流发电机的工作原理。
长期过载或欠载运行都不好。为此选择电机时 ，应根据负载的要求，尽量让电机工作在额定状 态。
直流电动机的铭牌举例
§1.2
§1.2.1 直流电枢绕组基本知识 §1.2.2 单迭绕组 §1.2.3 单波绕组简介
§1.2.1 直流电枢绕组基本知识
电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机中机电能量的转换就是通 过电枢绕组而实现的，所以直流电机的转子也称为电枢。
什么是直流电动机？
什么是直流电动机？一、直流电动机的概念及原理直流电动机是一种将电能转化为机械能的装置。
它利用直流电流通过绕组时产生的磁场与永磁场之间的力作用，使电动机转动。
直流电动机的原理是通过将电流经过电刷和电枢绕组，产生磁场并将磁场作用于转子，从而实现电能到机械能的转换。
直流电动机的结构主要由电枢、磁极、电刷和转子等部件组成。
其中，电枢是通过电流在绕组中产生的磁场将转动力传递给其他部件，磁极则是提供永久磁场的构件，电刷起到连接电源和电枢的作用，而转子则是通过受力扭转，驱动整个电动机运转。
二、直流电动机的应用领域直流电动机具有结构简单、运行可靠、输出扭矩大等优点，广泛应用于各个领域。
下面将详细介绍直流电动机在工业、交通和家用电器等领域的应用。
1. 工业领域直流电动机被广泛应用于工业生产中的各个环节。
例如，在制造业中，直流电动机可用来驱动各种机械设备，如卷绕机、切割机和立式锯等。
此外，在输送带、风机和泵等设备中，直流电动机也是关键的动力源。
通过使用直流电动机，工业生产可以实现自动化、高效化和精确控制。
2. 交通领域直流电动机在交通工具中的应用也非常广泛。
其中，最典型的就是电动汽车。
以电动汽车为例，直流电动机是其驱动装置之一，可以将电能转化为机械能，从而驱动车辆行驶。
与传统内燃机相比，电动汽车具有零排放、低噪音和高效能等优势，成为了未来交通发展的热门选择。
3. 家用电器直流电动机也在家用电器中发挥着重要的作用。
例如，直流电动机可以嵌入到各类家电产品中，如洗衣机、热水器和空调等。
通过使用直流电动机，家用电器可以实现更精确的能量控制，提高用户体验。
三、直流电动机的发展趋势随着科技的不断进步，直流电动机在各行各业中的应用也在不断创新和发展。
下面将介绍几个直流电动机未来发展的趋势。
1. 高效能直流电动机的高效能是其发展的一大趋势。
通过减少能量的损耗，提高电动机的效率，可以实现更为可持续和环保的电动机应用。
2. 智能化直流电动机在智能化方面的发展也是一个突出的趋势。
什么是直流电动机-直流电动机是如何工作的-
什么是直流电动机?直流电动机是如何工作
的?
什么是直流电动机？
直流电动机是将直流电能转换为机械能的设备。
它的优点是具有良好的调速性能和较大的起动转矩，因而广泛地应用于要求调速性能较高和较大起动转矩的生产机械。
但直流电动机的制造工艺简单，生产成本较高，维护较困难，牢靠性较差。
直流电动机是如何工作的?
直流电动机由定子和转子组成。
定子的作用是在励磁绕组中通入直流电流励磁而产生磁场；转子的作用是通电后产生电磁转矩。
直流电源通电导线在磁场中会受到电磁力作用，其方向由左手定则确定。
直流电动机的构造
直流电动机主要由静止的定子和旋转的转子组成。
定子由主磁极、换向极、电刷装置和机座等组成。
转子由转子铁芯、转子绕组、换向器、轴和风扇等组成。
（一）定子
1.主磁极。
主磁极的作用是产生主磁场。
2.机座。
机座是各磁极间磁的通路，同时也是电机的机械支架。
3.换向极。
两个相邻磁极间的小磁极叫做换向极，它的作用是用来产
生附加磁场，用以减弱换向片与电刷之间的火花，避开烧蚀。
（二）转子
1.转子铁芯。
转子铁芯有两个作用：一是用来安放转子绕组；二是作为电动机磁路的一部分。
2.转子绕组。
转子绕组的主要作用是产生感应电动势并通过点流，使电动机实现机、电能量转换。
3.换向器。
在转子轴的一端装有换向器，换向器由很多铜片组成，片与片之间用云母绝缘。
直流电动机的概述
直流电动机的概述1. 什么是直流电动机直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的装置。
它通过直流电源提供的电流产生旋转力，驱动机械运动。
直流电动机广泛应用于工业、交通和家庭设备中，具有高效率、精确控制和稳定性等优势。
2. 直流电动机的工作原理直流电动机主要由电流产生装置、旋转部分和定位部分组成。
电流产生装置通常是采用直流电源或电池，通过接通电路提供电流。
电流经过旋转部分（由电枢和永磁体组成）和定位部分（由电枢和永磁体之间的磁场相互作用产生转矩）后，产生旋转力。
3. 直流电动机的类型直流电动机根据其结构和工作原理的不同，可以分为多种类型。
常见的直流电动机包括：3.1 刷型直流电动机刷型直流电动机是最为常见的一种直流电动机。
它由电枢、磁极和刷子组成。
电流通过电枢产生磁场，与电磁铁的磁场相互作用产生转矩，从而驱动电机旋转。
3.2 无刷直流电动机无刷直流电动机是近年来发展起来的一种新型直流电动机。
它消除了传统电刷和电枢之间的摩擦，并通过电子元器件实现对电流和转矩的精确控制。
3.3 混合型直流电动机混合型直流电动机是刷型直流电动机和步进电动机的结合体。
它集两者的优势于一身，具有较高的转矩密度和精确的位置控制能力。
4. 直流电动机的优点与交流电动机相比，直流电动机具有以下优势：4.1 高效率直流电动机在能量转换过程中损耗较少，具有较高的能量利用率。
这使得直流电动机在能源消耗和成本控制方面更具优势。
4.2 精确控制直流电动机可以通过改变电流大小和方向来实现精确的转矩和速度控制。
这对于需要高精度位置控制的应用非常重要，例如机器人、自动化设备等。
4.3 起动扭矩大直流电动机具有较高的起动扭矩，适用于需要瞬时大功率输出的场合，如电动汽车、起重机等。
4.4 可逆性直流电动机的旋转方向可以通过改变电流的方向来调节。
这使得直流电动机在需要频繁反向运动的应用中非常有用，如卷筒机、搅拌机等。
5. 直流电动机的应用直流电动机由于其优异的性能，在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于：5.1 工业自动化直流电动机在工业自动化设备中广泛应用，如机床、输送机、风机等。
直流电机
Tav = f 2 = Bav l ia N 2
Tav
l Ia N 2 p l 2a 2
pN
2a
Ia
CT Ia
大小：T
pN
2 a
Ia
CT Ia
其中：CT
= pN 2πa
为电机的转矩常数
电磁转矩性质:发电机—制动(与转速方向相反)； 电动机—驱动(与转速方向相同)。
pm pFe p统称为空载损耗(不变损耗)。
负载损耗:电枢回路电阻损耗 pa ;I电a2 R刷a 接触压降损耗
pb （ 2负Δ载Us损Ia 耗又称可变损耗） 杂散损耗 p:Δ齿槽引起磁场脉动引起的铁耗，一些机械部件切
割磁通产生的铁耗等 pΔ (0.5 ~ 1)%P2
二、直流发电机的基本方程
Bx
B0 x
Bax
物理中性线偏离几何中性线
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。
交轴磁势和直轴磁势
P1 PM p0 原动机输入给发电机的机械功率 P1
输入直流发电机后扣除空载损耗，其余为电磁功率 空载损耗p0包括：机械摩擦损耗、铁损耗、附加损耗。
p0 pm pFe p ❖电磁功率是转换成电功率的那部分机械功率
将式 U Ea Ia Ra 两边同乘电枢电流：
UIa Ea Ia Ia2 Ra
A Nia
D 在原点O左右x处取磁力线闭
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0
求得
n
U Ra KEΦ KEΦ
Ia
n f(I a )
Ia
式中：n0
U K EΦ
: 理想空载转速
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8.3 直流电动机的机械特性
Ia
U
Ea Ra
达到新的平衡点(Ia 、 P入) 。
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8.3 直流电动机的运行特性
直流电动机在正常运行时，虽然电源电压U和 励磁电阻保持不变，但随着励磁方式不同，电
动机的转矩、转速和机械特性有很大的区别。
一、并励电动机
1. 转矩特性 T f(I a )
由图可求得
(电枢)和机座等 部分构成。
S
转子
极心
N ···
励磁绕组
···
S 机座
N
直流电动机的磁极和磁路
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1. 磁极 用来在电机中产生磁场。 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。 励磁: 磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称 为励磁。
压与电流的关系式，接线图、机械特性。 3.掌握他励（并励）和串励直流电动机的起
动、反转和调速、制动的基本原理和基本方 法。
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8.1 直流电机的构造
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂， 维修也不便，但由于它的调速性能较好和起 动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或 者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动 机驱动。 直流电机的优点：
2. 转子(电枢) 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
电枢铁心：由硅钢片叠装而成。
电枢绕组：由结构、形状相同的线圈组成
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8.1.2 直流电机的分类
直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并
励电动机、串励电动机和复励电动机
1. 他励电动机
励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。 I
If
U
E
Ia Ra If
Ia U Rf
UE Ra
I Ia If Ia
I
+
+
E
M _
Ia
U
Rst _
Rf
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UE U E Ia Ra Ia Ra
I Ia If Ia
U If Rf
由上分析可知：
当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时, 励
磁电流If和磁通不变，即 = 常数。则
T=KT Ia = KT Ia
即：并励电动机的磁通
= 常数，转矩与电枢电流
nT
T f(I a )
成正比。
2. 转速特性 n f(I a )
0
Ia
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8.3 直流电动机的运行特性
由以下公式
nT n0
T f(I a )
U E Ia Ra
E K EΦ n
T KTΦI a
KT: 与电机结构有关的常数
: 线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
单位: (韦伯)，Ia (安) ，T (牛顿•米)
4. 转矩平衡关系 电动机的电磁转矩T为驱动转矩, 它使电枢转动。
在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空
载损耗转矩相平衡，即
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T T2 T0
+
Uf If
_
+
M Ia U If
_
+
+
E
M _
Ia
U
Rst _
Rf 他励 Rst 2. 并励电动机
Rf
并励
励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。
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3. 串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
If
Ia
+
UM
_
串励
I
+
Ia
U
M
_
复励
4. 复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同
(1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。 应用:
轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井 提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。
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8.1.1 直流电动机的构造
直流电机由定 极掌
子(磁极)、转子
势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向
相反。
1. 电枢感应电动势 KE: 与电机结构有关的常数
E=EK n n: 电动机转速 ：磁通
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电刷
b
N
a
I F
E
F
d
n T
E
cI
S 换向片 – U+
由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外
加电压方向总是相反，所以称反电势。
2. 电枢回路电压平衡式
Ia Ra +
U E IaRa KEn IaRa
式中：U — 外加电压
U
+
M
–
E
Ra — 绕组电阻
–
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3. 电磁转矩 直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁
通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的 电磁转矩公式为
T=KT Ia
一电源上。
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8.2 直流电机的基本工作原理
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8.2 直流电机的基本工作原理
换向器作用： 将外部直流电 转换成内部的 交流电，以保 持转矩方向不 变。
电刷
b
N a
I F
Fn
dT
c
I
S 换向片
–U+ 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流
方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论
线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里, N
极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后
中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。
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电刷
b
N
a
I F
E
F
d
n T
E
cI
S 换向片 – U+ 线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动
第8章 直流电动机
8.1 直流电机的构造 8.2 直流电机的基本工作原理 8.3 直流电动机机械特性 8.4 并励电动机的起动与反转 8.5 并励(他励)电动机的调速 8.5 并励(他励)电动机的制动
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
第8章 直流电动机
本章要求
1. 了解直流电动机的基本构造和工作原理。 2. 掌握他励（并励）和串励直流电动机的电
转矩平衡过程
T2: 机械负载转矩 T0: 空载转矩
当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动 机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自 动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。
例：设外加电枢电压 U 一定，T=T2 (平衡)，此时，
若T2突然增加，则调整过程为
T2
n E KEΦn E
T T KTΦIa Ia