直流电机(10)直流电机的基本原理和结构
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。
直流电机
第一章直流电机直流电机是一种通过磁场的耦合作用实现机械能与直流电能相互转换的旋转式机械，包括直流发电机和直流电动机。
将机械能转换为电能的是直流发电机，将电能转换为机械能的是直流电动机。
与交流电机相比，直流电机结构复杂，成本高，运行维护较困难。
但直流电动机调速性能好，启动转矩大，过载能力强，在启动和调速要求较高的场合，仍获得广泛应用。
作为直流电源的直流发电机虽已逐步被晶闸管整流装置所取代，但在电镀、电解行业中仍被继续使用。
第一节直流电机的基本原理与基本结构直流电机是根据导体切割磁感线产生感应电动势和载流导体在磁场中受到电磁力的作用这两条基本原理制造的。
因此，从结构上看，任何电机都包括磁路和电路两部分；从原理上讲，任何电机都体现了电和磁的相互作用。
一、直流电机的工作原理（一）直流发电机工作原理图 1-1 所示两极直流发电机模型，可说明直流发电机的基本工作原理。
图中，N 、S 是一对固定不动的磁极。
磁极可以由永久磁铁制成，但通常是在磁极铁心上绕制励磁绕组，在励磁绕组中通入直流电流，即可产生N 、S 极。
在N 、S 磁极之间装有由铁磁性物质构成的圆柱体，在圆柱体外表面的槽中嵌放了线圈abcd ，整个圆柱体可在磁极内部旋转。
整个转动部分称为转子或电枢。
电枢线圈abcd 的两端分别与固定在轴上相互绝缘的两个半圆铜环相连接，这两个半圆铜环称为换向片，即构成了简单的换向器。
换向器通过静止不动的电刷 A 和 B ，将电枢线圈与外电路接通。
电枢由原动机拖动，以恒定转速按逆时针方向旋转，转速为n （r/min ）。
若导体的有效长度为 l ，线速度为v ，导体所在位置的磁感应强度为B ，根据电磁感应定律，则每根导体的感应电动势为e Blv =，其方向可用右手定则确定。
当线圈有效边ab 和cd 切割磁感线时，便在其中产生感应电动势。
如图1-1所示瞬间，导体ab 中的电动势方向由b 指向a ，导体cd 中的电动势则由d 指向 c ，从整个线圈来看，电动势的方向为d 指向a ，故外电路中的电流自换向片1流至电刷A ，经过负载，流至电刷B 和换向片2，进入线圈。
直流电机的工作原理及特性
特性变软
Rad
If
U
Ia M E
Uf
Ra
Ф
n n0
Rad1< Rad1
0
Rad=0 Rad1 Rad2
T
2. 改变电枢电压U时的人为特性 N ,R a d 0
把nKU e NNKeK RtaN2T 与 nKU eNKeK RtaN2T
➢空载速度随着U的减小而减小；
硬度的概念，其定义为： dTΔT10% 0
dn Δn
n n0 nN △n
△T
即转矩变化与所引起的 转速变化的比值，称为机械 特性的硬度。
根据值的不同，可将
电动机机械特性分为三类。
0
TN T
（1）绝对硬特性
（2）硬特性>10
（3）软特性<10
dTΔT10% 0
dn Δn
二、固有机械特性
直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件
2. 额定电压 UN： 指额定状态下电枢出线端的 电压，以 V为量纲单位。
3. 额定电流 IN： 指电机在额定电压、额定功率 时的电枢电流值，以 A为量纲单位。
4. 额定转速 nN： 指额定状态下运行时转子的 转速，以r/min为量纲单位。
5. 额定励磁电流 If： 指电机在额定状态时的励 磁电流值。
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。
直流电机电动机的结构与工作原理
直流电机电动机的结构与工作原理直流电机（直流电动机）的结构与工作原理直流电机是一种经常被使用的电动机类型，它通过电流的流动产生机械运动。
本文将详细介绍直流电机的结构与工作原理。
一、直流电机的结构直流电机由以下几个主要部分组成：1. 定子（Stator）：定子是由一组绕组和磁场构成的，它通常是由永磁体或允许通电的绕组构成。
定子的结构和性质直接决定了电机的输出性能。
2. 转子（Rotor）：转子是由一组导体和磁极构成的，它可以旋转在定子的磁场中。
转子通常由铁心、铜线和轴承组成，它的旋转产生了机械能。
3. 磁极（Magnetic Pole）：磁极是直流电机中的主要磁场源，它由永磁体或电磁体构成。
磁极的极性决定了电机的旋转方向与运行效果。
4. 刷子（Brush）：刷子是与转子导体接触的装置，它通常由碳或者铜制成。
刷子的功能是在电机运行过程中，将电流传递给转子导体，使得转子能够继续旋转。
5. 端盖（End Cap）：端盖位于电机的两端，它的主要作用是固定转子轴承和导线等部件，同时防止灰尘和杂质进入电机内部。
6. 轴承（Bearing）：轴承通常由金属滚珠或滑动材料组成，它负责在转子旋转时提供支撑和减小摩擦。
二、直流电机的工作原理直流电机的工作原理可归纳为施加力矩和生成电动势两个方面。
1. 施加力矩：当电流通过定子绕组时，定子绕组会受到洛仑兹力的作用。
根据左手定则，这个力会使得定子绕组和转子之间产生一个力矩，从而转动转子。
2. 生成电动势：当直流电机运转时，转子上的导线会切割磁场线，产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，这个电动势的方向与电机的旋转方向相反。
同时，刷子将电流传递给转子，保证了电磁力的持续产生。
三、直流电机的工作过程直流电机的工作可以简要概括为以下步骤：1. 施加电源：将直流电源的正负极分别连接到电机的刷子位置，使得电流能够流经定子绕组。
2. 产生磁场：根据电流的方向，定子绕组产生的磁场与转子磁极之间形成相互作用力，从而使转子开始旋转。
直流电机PPT精品课件
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单迭绕 组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零，
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
二、直流电机的工作原理
磁场定义
直流电机的物理模型
1 直流发电机的工作原理
（1）、换流过程
b
Aa
c
d
B
b
a
A
c
Bd
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向：电势正方向： dcba
B+,A-
c
Ad
b
a
B
（2）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
2-2 柴油发电机型号和规格的选择
三、容量计算的原则：
1.柴油发电机的额定容量所供负荷的计算容量
2.柴油发电机的允许起动容量电动机有效起动容
量
柴油发电机额定容量(Sfe) ------主力发电功率(铭牌数据)
所供负荷的计算容量(SJ) ------发电机可能提供负荷的计算容量
柴油发电机允许起动容量(Sfq) ------发电机出口压降达20%时的允许起动容量(铭
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
（2）直流电动机运行时的几点结论
直流电机
n0 U
n
n01 n02 n03 n04
U1 > U2 > U 3 > U4
U1 U2 U3 U4
0
TL
T
（2）直流电动机工作特性
U UN I f I fN
n, Tem , f ( P2 )
n f ( P2 )或n f ( I a ) 转速特性 转矩特性 Tem f ( P2 )或Tem f ( I a ) 效率特性 f ( P )或 f ( I ) 2 a
Na
电枢绕组感应电势
pN Ea n Ce n 60 a
pN 其中 Ce 称为直流电机的电势常数 60 a
(2) 直流电机电磁转矩
一根导体产生的电磁力
f x Bxli
设电枢绕组总导体数为N，有2a条并联支路电枢绕 组总电流为Ia，电枢外径为Da 每条支路电流
人为特性
通过人为改变电机运行条件形成的 机械特性
改变电枢回路电阻 改变电枢电压 改变磁通
U n0 Ce Ra Rs 2 Ce CT
B改变电枢电压的机械特性
Ra Rs U n T 2 Ce CT C e
N，RS 0
c
串励：励磁绕组与电枢绕组串联 I Ia I f 复励：兼有串励绕组和并励绕组
3 直流电机基本方程
导体感应电势
ex Bx l v
导体电磁力
f x Bx l i
(1) 直流电机感应电动势
导体感应电势
ex Bx l v
设电枢绕组总导体数为N，有2a条并联支路 每条支路串联导体数
直流电机—直流电机结构与工作原理(列车电机)
此时直流电机即为直流电动机
PART 04
总结
SUMMARY
4 总结
01
直流发电机与原动机相连，利用换向器和电刷将输入的机械功率转换电功率 为输出发电，此时电磁转矩为阻转矩；
02
直流电动机外接电源，利用换向器和电刷将输入的电功率转换为机械功率为 输出电动，此时感应电动势为反电动势。
2 直流电机的结构组成
3. 其他部分
通风器（即风扇）实现了电机的 散热冷却，保证电机的额定温升 及正常运行。
当电机旋转时，风扇将冷却的空 气吸入电机对换向器、励磁绕组、 电枢铁心和电枢绕组冷却，然后 再经风扇经出风口排出机外。
直流电机的工作原理
CONTENTS
1
直流电机简单模型 SIMPLE MODEL OF DC MOTOR
3 直流电动机工作原理
当电枢转过90°，电刷不与换向片接 触，而与换向片间的绝缘片相接触， 此时线圈中没有电流流过，故电磁转 矩为0。
但由于惯性，电枢仍能转过一个角度， 电刷A、B则又将分别与换向片2、1 接触。
3 直流电动机工作原理
线圈中又有电流i流过，此时，导体ab、cd 中电流改变了方向，即为b→a,d→c,且导 体ab转到S极下，ab所受的电磁力f方向从 左向右，cd转到N极下，cd所受的电磁力f 方向从右向左。
03Biblioteka 直流电机具有可逆性，是发电机和电动机的总称。
直流电机定子的作用是产生 磁场和作为电机的机械支撑， 主要由
机座
主磁极
换向极
电刷装置
…
2 直流电机的结构组成
机座兼起机械支撑和导磁磁路两个作 1 用。机座通常为铸钢件，也有釆用钢
直流电机的基本工作原理和结构
直流电机的基本工作原理和结构直流电机是一种将电能转化成机械能的设备。
它的基本工作原理是基于电磁感应和洛伦兹力的相互作用。
下面将从两个方面详细介绍直流电机的基本工作原理和结构。
一、基本工作原理：直流电机由电枢和磁极组成。
电枢是由若干个串联的绕组和电刷组成，绕组中通有直流电流。
磁极包括永磁体或电磁铁。
当通入电源后，电枢绕组中会产生一个磁场，磁极的磁场与电枢绕组的磁场相互作用，产生一个作用于电枢绕组的力矩，导致电枢绕组转动。
转动时，电枢绕组和磁极的相对位置不断发生变化，因此电枢绕组中的电流的方向和大小都会不断变化，从而生成了交流电。
交流电进一步作用于电枢绕组和磁极，使得电枢绕组持续转动。
二、结构：1.电枢：电枢是直流电机的核心部件，通常由绕组和电刷组成。
绕组通常由铜线绕制而成，并固定在电枢铁心上。
绕组中通过电流产生磁场，使得电枢能够旋转。
电刷是连接电枢绕组和外部电源的导电碳刷，通过摩擦和电枢的接触来提供电流。
2.磁极：磁极也是直流电机的重要组成部分，它提供了电枢绕组所需的磁场。
磁极可以是永磁体或者电磁铁。
永磁体通常由稀土磁体或者铁氧体磁体制成，具有较强的磁场。
电磁铁则通过通电产生磁场，磁场的强弱可以通过控制电流的大小来调节。
3.单向采用：直流电机一般采用单向传动方式，即通过电刷和电枢绕组的摩擦来传递电流。
这种传动方式可以保持电流的持续通路，从而使得电枢能够持续地旋转。
4.输出轴和机械负载：直流电机的输出轴是连接电枢绕组和机械设备的部件，通过输出轴将电机的机械能转移到外界。
机械负载是电机输出轴上需要驱动的设备，可以是风扇、泵、机床等各种机械设备。
总的来说，直流电机的基本工作原理是通过电枢绕组和磁极之间的相互作用产生旋转力矩，利用单向传动方式将电流传递到电机的旋转部分，从而实现将电能转化成机械能。
直流电机的结构包括电枢、磁极、单向传动方式、输出轴和机械负载等组成部分。
通过以上的工作原理和结构的介绍，我们可以更好地理解直流电机的运行机制。
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直流电机的基本工作原理和基本结构
22.2 直流电机的基本工作原理
三、直流电机的可逆原理
n同一台直流电机， 通过改变外界条件，既可以作为电动机运 行，也可以作为发电机运行。在电机理论中称为可逆原理。 n如果用原动机拖动电枢旋转，可以从电刷端引出直流电动势 而作为直流电源对负载供电，此为发电机运行。 n如果在电刷端外加直流电压，则可以带动轴上的机械负载旋 转，从而把电能转变成机械能，此为电动机运行。
22.2 直流电机的基本工作原理
一、直流发电机的工作原理
e Bxlv Bx
l线圈中的电动势和电流均为交流 l通过换向片，电刷固定接于某一 磁极下的导体 l换向器将电枢绕组中的交流电转 化为电刷两端的直流电
直流电机的基本工作原理和基本结构
22.2 直流电机的基本工作原理
一、直流发电机的工作原理
增加导体可减小感应电动势的脉动。 当有足够多的线圈和换向片时，可 获得稳定直流电势。当每极下导体 数大于8时，脉动可小于1%。
匀交替分布；
n 极对数：N极或S极的个数，通
N
S
常用 p 表示；
n 极数：主磁极的个数，等于
2p 。
S
N
p=2 即4极电机
21
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.3 直流电机的基本结构
直流电机的基本工作原理和基本结构
22.3 直流电机的基本结构
一、主磁极
励磁绕组套在
l作用：产生主磁场 主磁极极身上
直流电机的基本工作原理和基本结构
22.3 直流电机的基本结构
主要由定子、转子两部分组成
直流电机
定子
转子
机座
端盖
电枢铁心
电枢绕组
主磁极 换向极 电刷装置 换向器 主极铁心 励磁绕组
刷杆 电刷 刷握 刷杆座
风扇 转轴
轴承
(产生电动势，流过 电流，产生电磁转矩)
(产生励磁磁场)
直流电机的基本工作原理和基本结构
直流电机的基本工作原理和基本结构
22.2 直流电机的基本工作原理
二、直流电动机的工作原理
f Bxli
在直流电动机中，虽然外加电 源为直流，但通过换向器的作 用，导体中的电流将随其所处 磁极极性的改变而同时改变其 方向，从而使电磁转矩的方向 始终保持不变。即线圈中的电 流是交变的，但产生的电磁转 矩方向是恒定的。
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.2 直流电机的基本工作原理
二、直流电动机的工作原理
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.2 直流电机的基本工作原理
二、直流电动机的工作原理
直流电机的基本工作原理和基本结构
22.2 直流电机的基本工作原理
二、直流电动机的工作原理
n结论： 1）外施电压、电流是直流， 电枢绕组内电流是交流； 2）电枢绕组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）产生的电磁转矩与转子转向相同， 为驱动性质； 5）电磁转矩克服负载转矩作功，将电能转换为机械能。
u优点：
动力用直流电动机
信号传递 直流伺服电动机
•直流发电机：波形平滑性好，电磁干扰小
•直流电动机： ① 调速范围宽，平滑性好； ② 起动、过载、制动转矩大； ③ 易于控制，可靠性高； ④ 调速时能量损耗小，经济，系统成本低。
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.1 概述
u缺点： 成本高、结构和工艺复杂、维修困难、安全可靠性差。
u应用实例：
•直流发电机：直流电动机的电源、同步机的励磁、电镀、电 解、电冶炼等的直流电源
•直流电动机： 给粉系统、卷扬机、大型机床、电力机车、 电车、电气机车牵引、造纸、纺织拖动、吊 车、挖掘机械、轧钢机、船舶推进等
u发展趋势： 直流发电机逐步被电力电子整流电源所取代； 直流电动机逐步被交流电动机所取代；
22.3 直流电机的基本结构
电枢
铁心和绕组
主磁极 电刷
机座 风扇
换向器
端盖
励磁绕组
接线板 接线盒
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.3 直流电机的基本结构
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.3 直流电机的基本结构
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.3 直流电机的基本结构
n N极和S极成对出现且沿圆周均
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.2 直流电机的基本工作原理
一、直流发电机的工作原理
n结论： 1）电枢绕组内电势、电流为交流电； 2）电刷间为直流电势。绕组中感应电势与电流方向一致； 3）电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场； 4）产生的电磁转矩与转子转向相反， 为制动性质； 5）原动机克服电磁制动转矩作功，将机械能转换为电能。
第四篇 直流电机
第二十二章 直流电机的基本工作原理和基本结构
直流电机的基本工作原理和基本结构 本章基本要求
1.掌握直流电机的基本工作原理 2.了解直流电机的的基本结构 3.了解直流电机的额定值
直流电机的基本工作原理和基本结构 主要内容
Ø概述 Ø直流电机的基本工作原理 Ø直流电机的基本结构 Ø直流电机的型号和额定值
l构成：⑴主极铁心：1~1.5mm厚的钢板
⑵励磁绕组：用绝缘铜线构成
主磁极钢板冲片 （1-1.5mm厚）
主磁极由钢板 冲片叠压而成
23
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.3 直流电机的基本结构
一、主磁极
24
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.3 直流电机的基本结构
二、换向极（附加极） l作用：改善换向 l构成：铁心：整块钢或钢板 绕组：和电枢绕组串联 l位置：两个主磁极的中心线上→几何中心线 l个数：一般和主极个数一样。也有是主极个数的一半。
直流电机的基本工作原理和基本结构
22.1 概述
u直流电机是根据电磁感应定律和电磁力定律实现机械能与直流 电能转换的机器
u分类： 直流电机
u用途：
直流发电机：机械能 直流电动机：电能
电能 机械能
•直流发电机：
电源
励磁机
信号传递 测速发电机
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.1 概述
u用途： •直流电动机：
直流电机的基本工作原理和基本结构 22.2 直流电机的基本工作原理
一、直流发电机的工作原理
直流电机的基本工作原理和基本结构
22.2 直流电机的基本工作原理
一、直流发电机的工作原理
通过换向 片，电刷 A总与位 于N极下 的导体相 连，极性 为正。
电刷B总 与位于S 极下的导 体相连， 极性为负
直流电机的基本工作原理和基本结构