4电机学-直流电机
电机学-直流电机原理与绕组
几何中性线
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
+－
+
－
N
+S
－N
S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
+
－
整理课件
－
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。 这是单整迭理课绕件组的重要特点之一。
D a (弧长)
2p
Z （槽数）
2p
（电角度）
整理课件
有关电枢绕组名词、术语
元件（线圈）：
第一节距y1 y1
每一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离， 常用槽数来表示
第二节距y2（y2<0）
联接在同一个换向片上两个不同元件的元件 边在电枢表面跨过的距离
合成节距y： y=y1+y2
0
整理课件
A
If0 If
I fN F f 0 IN
直流电机的空载磁场
空载时，励磁磁动势主要消
耗在气隙上。当忽略铁磁材料的
极靴
磁阻时，主磁极下气隙磁通密度
极身
的分布就取决于气隙的大小和形 状。
磁极中心及附近的气隙小且
几何中性线
均匀，磁通密度较大且基本为常 数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，
（a）气隙形状
整理课件
三、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： 电功率PN＝UN·IN 直流电动机： 机械功率PN＝UN·IN ·
电机学随堂理解练习答案解析
《电机学》随堂练习参考答案第一篇直流电机 1.在直流发电机中，电刷顺着电枢旋转方向移动一角度后，负载时， （）A 只有直轴电枢反应磁势。
B 只有交轴电枢反应磁势。
C 直轴和交轴电枢反应磁势都有，而且直轴电枢反应为去磁性质。
D 直轴和交轴电枢反应磁势都有，而且直轴电枢反应为助磁性质。
A 励磁电流恒定时，发电机端电压与线路电流之间的关系。
B 发电机端电压恒定时，励磁电流与线路电流之间的关系。
C 发电机线路电流恒定时，发电机端电压与励磁电流之间的关系D 发电机端电压恒定时，励磁电压与线路电流之间的关系。
参考答案：C 2. 单波绕组的并联支路数应等于（ A2 B 极对数p 参考答案：A 3. 电磁转矩应等于（ ） A Ce ① n B CT ① la 参考答案：B 3. 电磁转矩应等于（ ） A Ce ① n B CT ① la参考答案：B 4. 他励发电机外特性是指转速恒定且C 极数2pD 换向片数kC P2/ QD CeKflflaC P2/ QD CeKflflaC P2-p0D T2 Q)C极数2p D换向片数k C P2 /la D CTKfIfIaA能量回馈到电网。
C电机变成他励发电机B电机内仍有主磁场。
D电磁转矩为制动性转矩。
5. 他励发电机的调整特性是（）A下垂B上翘C水平 D 没准参考答案：B6. 下列说法错误的是（）A直流电动机制动的方法有能耗制动、反接制动和回馈制动。
B直流电动机起动的方法有直接起动、电枢回路串电阻起动和降压起动。
C串励电动机允许空载运行。
D串励电动机的优点是有较大的起动转矩和过载能力。
参考答案：C7. 电磁功率应等于（）A Ea laB P1+pO参考答案：A8. 单叠绕组的并联支路数应等于（A 2 B极对数p参考答案：C9. 感应电动势应等于（）A Ce ① nB CT① la参考答案：A10. 对于能耗制动来说，下列说法错误的是（）11. 直流电机的励磁方式有（A 他励B 并励C 串励D 复励D 实槽数C 换向器节距D 合成节距)0C P1-pcuf-pcuaD Eala0 0B 改变电枢电压 D 改变励磁电流参考答案：ABCD 12.直流电机的换向片数等于（）。
电机学
产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,
该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。
pN ΦI a CT ΦI a 大小: Tem 2 πa pN 其中C T 为电机的转矩常数，有 CT 9.55Ce 2 πa
可见，制造好的直流电机其电磁转矩与气隙磁通及电枢电 流成正比
性质: 发电机——制动(与转速方向相反)；
Ce为电势的结构常数， 由绕组结构决定。可 见感应电势正比于每 极磁通量和转子转速。 这一感应电势公式把 电量Ea、机械量n、磁 场量Φ联系起来了。
第2章 直流电机的基本理论 一、电枢绕组的感应电动势
设气隙磁场的分布所示，则每 根导体的感应电动势为 式中，
— 导体所在处的气隙磁密；
v
l
— 导体的有效长度； — 导体相对气隙磁场的速度。
第2章 直流电机的基本理论 二、发电机功率平衡方程
功率流程图（永磁式时）
第2章 直流电机的基本理论
功率平衡方程 P1=PM+pm+pFe+pΔ=P2+pa+pb+pf+pm+pFe+pΔ =P2+Σp 电磁功率PM：从机械功率转化为电功率的那一部分功 率,它是能量形态变化的基础。 PM= TΩ=CTΦIaΩ=pN/(2πa)ΦIa*(2πn/60) =pN/(60a)ΦnIa= EaIa
第2章 直流电机的基本理论 2.4电枢绕组中的感应电势
• 当电枢以一定的转速n向一个方向转动时，电枢绕 组的导体便会切割磁力线，产生感应电势。 • 由电刷引出的感应电势Ea也就是每条支路的感应 电势，即一条支路中所有串联导体的感应电势之 和。 • 本节将推导感应电势的计算公式。
电机学教学课件第4章
PN U N I N
在电动机中，输出功率是机械功率，因此
PN U N I NN
4.2 直流电机的气隙磁场与电枢反应
主磁通和主磁路
主磁通 --- 穿过气隙同时匝联定、转子的磁通
主磁路 --- 主磁通的路径 分为 8 段：2 段主磁极、 2 段气隙、 2 段转子齿、
一个导体中的感应电势：
ex Bxlv （1）
电刷两端引出的电枢电势：
N —— 转子绕组 总导体数
N
N
N
2a
2a
2a
Ea ex Bxlv lv Bx
1
1
1
令Bp 表示每极平均磁密，则：
Bp
1
B(x)dx
0
(3)
N
2a
Bx
1
N 2a
B
p
(4)
(2)
S
Bx
Bav n
将式（4）代入式（2）式：
yk＝7
• 特点： N
S
N
S
dq
1). 两个导体连成一个线圈，所有线圈串S 联形成闭N合的
电枢绕组
n
2). 为了在电刷间获得最大感应电势，电刷应与处于几 何中性线上的线圈相接触
12
89
12
Ad
qB
3并).联在支叠路绕，组并中联，支一路对数电2刷a=将2p闭（合极的数电）S枢绕组分成N 两n条
在波绕组中，上层边在同一极性磁极下的线圈串联
举例：复励直流电机 ➢ 复励发电机的功率流程图
P1
机械能
PM pm pFe p
p f pa ps pb
P2
电机学(刘颖慧)课件第2章直流电机基本理论
电机学 Electric machinery
2.1.5 直流电机的结构
❖ 直流电机由定子和转子两大部分构成，两者之间存在气隙。 ❖ 定子主要用来建立主磁场，并作为电机的机械支撑，包括主
磁极、换向极、机座、电刷装置和端盖等部件。 ❖ 转子又称为电枢，主要包括电枢铁心、电枢绕组和换向器等
❖ 换向器
❖ 对于发电机，换向器的作用是将电枢绕组中的交变电动势转 变为直流电动势向外部输出直流电压；
❖ 对于电动机，它是将外界供给的直流电流转变为绕组中的交 变电流以使电机旋转。
（a) 换向片
图2.1.7 换向器结构
（b) 换向器
Department of Electrical Engineering, HUT
第2章 直流电机基本理论
直流电机是指能输出直流电流的发电机或通入直 流电流而产生机械运动的电动机。
直流电动机具有良好的启动性能和宽广平滑的调 速特性。
直流发电机主要做直流电源。
电机学 Electric machinery
2.1 直流电机的基本原理与结构
❖ 电机的分类： ❖ 应用电磁原理实现电能与机械能互换的旋转机械，统称为电
Department of Electrical Engineering, HUT
电机学 Electric machinery
电枢绕组设计的基本要求：
1.电动势大，波形好； 2.电流大，产生并承受的电磁力和电磁转矩大； 3.结构简单，连接可靠； 4.便于维修； 5.换向性能好；
电枢绕组的类型：
1.叠绕组：单叠绕组和复叠绕组； 2.波绕组：单波绕组和复波绕组； 3.蛙绕组：叠绕组和波绕组的组合；
电机学概念以及公式总结
?一、直流电机A.主要概念1. 换向器、电刷、电枢接触压降2?U b2. 极数和极对数3. 主磁极、励磁绕组4. 电枢、电枢铁心、电枢绕组5. 额定值6. 元件7. 单叠、单波绕组8. 第1节距、第2节距、合成节距、换向器节距9.10.11.12.13.14. 15. 16.17.18.19.20. 稳定性21. DM 的启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动22. DM 的调速方法：电枢回路串电阻、调励磁、调端电压23. DM 的制动方法：能耗制动、反接制动、回馈制动 B.主要公式：发电机：P N ＝U N I N (输出电功率)电动机：P N ＝U N I N ηN (输出机械功率)反电势：电磁转矩： 直流电动机（DM ）电势平衡方程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+DM 的输入电功率P 1： DM 的转矩方程：20d d em T T T Jt Ω--= DM 的效率：21112100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑=⨯=⨯=-⨯+∑ 他励DM 的转速调整率：0N N 100%n n n n -∆=⨯ DM 的机械特性：em 2j a j a a )(T R R U R R I U n +-=+-= . 并联A.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.14.15.16.17.18.19.20. 同名端、首端、尾端、中性点21. 联结组、联结组号、时钟表示法22. Y,y 联结组，D,d 联结组各有6个偶数联结组号；Y,d 联结组，D,y 联结组各有6个奇数联结组合23. 主磁通、励磁电流的波形问题24. 在三相变压器中，三次谐波电流通路的重要性，在不同磁路中的影响25. 变压器并联运行的三个理想条件26. 变压器并联运行的负载分配27. 电流互感器、电压互感器的用途，使用中的注意事项28. 对称分量法，正序、负序、零序， 29. 变压器的正序、负序、零序电路，各序激磁阻抗的特点30. 单相对中点短路时，各序电流与短路电流的关系B. 主要公式反电势：E 1=4.44fN 1Φm 、E 2=4.44fN 2Φm磁势平衡方程：112210N I N I N I +=折算前的变压器方程组（数学模型）：折算后的变压器方程组：电压变化率简化计算公式：ΔU =β(R k *cos φ2-X k *sin φ2)×100% 效率：A. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 向滞后 18. 19.B. 主要公式1. 反电势频率、转子转速、极对数的关系：f=n/60/p2. 槽距机械角度：?m =360°/Z3. 槽距角：?e =p*360°/Z4. 每极每相槽数：q=z/2pm5. 导体电动势：E c1=2.22 f ??? 短距系数：k y1=sin(?/2*y 1/?)7. 线圈电动势：E y1=2N c *E c1*k y1=4.44N c f ??k y18. 分布系数：9. 线圈组电动势：E q1=q*E y1*k q1=4.44q*N c *f*?*k y1*k q110. 绕组系数：k N1=k y1*k q111. 相绕组电动势：11144.4ΦfNk E N =φ (N 为每相串联匝数)12. 每相串联匝数： 13. 相绕组脉振磁动势幅值的最大值：p I Nk p I Nk F N N 111m 9.0π22==φ （其中I 是电流的有效值）14. 相绕组磁动势基波的表达式：（其中?=0处为相绕组轴线）15. 相绕组磁动势中的ν次谐波磁动势最大值、瞬时表达式：16. 三相合成磁动势基波的幅值F ： 17. A.1.2.3.4.5.6.7. 8. 等效于一台短路的三相变压器（不过其主磁通是旋转的）F F F +=）。
电机学-第二章直流电机习题
直流电机一、填空1.直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是。
答：交流的。
2.一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为倍的额定电流（假设磁路不饱和）。
T em=φIa答：倍。
3.并励直流电动机，当电源反接时，其中I a的方向，转速方向。
答：反向，不变。
4.直流发电机的电磁转矩是转矩，直流电动机的电磁转矩是转矩。
答：制动，驱动。
5.：6.直流电动机电刷放置的原则是：。
答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。
7.直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速。
答：升高，降低。
8.电磁功率与输入功率之差对于直流电动机包括损耗。
答：绕组铜损耗。
9.串励直流电动机在负载较小时，I；当负载增加时，aT e，I；负载增加时，n下降的程度比并励电a动机要。
答：小，增加，增加，严重。
10.并励直流电动机改变转向的方法有，。
答：将电枢绕组的两个接线端对调，将励磁绕组的两个接线端对调，但二者不能同时对调。
11./12.串励直流电动机在电源反接时，电枢电流方向，磁通方向，转速n的方向。
答：反向，反向，不变。
13.当保持并励直流电动机的负载转矩不变，在电枢回路中串入电阻后，则电机的转速将。
答：14.直流电机单叠绕组的并联支路数为答：2p。
13．直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是；若为电动机，则直轴电枢反应是。
答：去磁的，增磁的。
二、选择填空1.]2.一台串励直流电动机，若电刷顺转向偏离几何中性线一个角度，设电机的电枢电流保持不变，此时电动机转速。
A：降低B：保持不变，C：升高。
答：C3.一台直流发电机，由额定运行状态转速下降为原来的30℅，而励磁电流及电枢电流不变，则。
A：E a下降30℅，B：Tem下降30℅，C：E a和Tem都下降30℅，D：端电压下降30℅。
《电机学》学习笔记
总体基础：导线的感应电动势：e=Blv 电机感应电动势E=C Eφn=pN60a*φn导线所受电磁力：f=Bxli 电磁转矩Tem=pN2πaφIa=C TφI a电机内气隙磁场：F m=F a+F f1第一部分直流电机一、结构：定子为永磁极，为电机提供一个固定的磁场，成对出现。
绝大多数不采用永磁体，由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。
转子上面为电枢绕组。
电动机时，转子通以直流电压，经过换向器变在转子内部体现为每根导体上的交变电流，用以驱动旋转。
发电机时，由于转子切割磁场，电枢内每根导线上产生交变电流，通过换向器对外体现为直流电。
换向器通过电刷连接外电路。
电枢铁心用于固定支撑电枢绕组和导通磁路。
为了减少涡流损耗，采用0.5~0.35的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。
额定值：额定功率P N（W），额定电压U N（V），额定电流I N（A），额定转速n N（r/min）,额定效率η，额定转矩T N。
发电机：P N=U N*I N 电动机：P N=U N*I N*η额定值是电机运行的基本依据，一般希望电机按照额定值运行。
运行于额定值时称为满载。
运行时超过额定容量，称为过载。
运行远低于额定容量，称为轻载。
过载使电机过热，降低使用寿命，甚至损坏电机，应避免。
轻载浪费容量和降低了效率，不建议采用。
二、直流电机分类和通用方程1、分类：他励：励磁电流和电枢电路采用不同电源。
并励：励磁绕组和电枢并联串励：励磁绕组和电枢串联复励：电机里同时存在并励绕组和串励绕组。
并励和串励绕组磁动势相加称积复励，相减称差复励。
并励绕组与电枢绕组并接，串励绕组与电枢串接，称短复励。
并励绕组与串励绕组串联后与电枢绕组并联，称长复励。
2、直流电机可逆性：当电机以较高转速n旋转时，产生E>U，则电机电枢电流与E同向，电磁转矩Tem与n反向，电机为发电机运行状态。
当电机以较低转速n旋转时，产生E<U，则电机电枢电流与E反向，电磁转矩Tem与n同向，电机为电动机运行状态。
- 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)。
的磁场； 4. 产生的电磁转矩T与转子转向相反， 是制动性质；
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
3.直流电动机的工作原理
b
a
c
d
b a
c d
电流正方向：dcba 转矩方向：顺时针 电势方向：abcd
电流正方向：abcd 电流正方向转：矩d方cb向a ：顺时针
转矩方向电：势方向：dcba 电势方向：
c
d
b
a
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
1.将转动的电枢与外电路相连 2.与换向器配合作用而获得
直流电压
电刷组数一般等于电机极对数
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
直流电机的基本结构总结
1.主要由定子、转子两部分组成
直流电机
Electrical Machinery
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
2.直流电机的磁路
1. 电枢铁心 2. 由0.5mm厚的硅钢片叠装而成，用作磁路及嵌放电枢绕组。
3. 铁芯外缘均匀冲有槽和齿。电枢绕组元件嵌入槽中，用槽楔固 定 。School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
二、直流电机的结构
电枢 铁心和绕组
机座 风扇
主磁极
电刷 换向器
接线板
端盖
励磁绕组
接线盒
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
直流电机电刷和换向器结构
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
❖ 电枢电流能经旋转的换向器（随转子）通过静止 的电刷（固定在定子上）接通外电路
Electrical Machinery
定子和转子
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
直流电机电枢绕组结构
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
2.直流发电机的工作原理
Aa
b c
d
B
电势正方向：abcd B+,A-
电势正方向： dcba
电势正方向： B+,A-
b
a
A
c
Bd
c
Ad
b
a
B
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
直流发电机运行时的几点结论
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
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
2.直流电机的磁路
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
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T与转子转向相同， 是驱动性质；
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
4.脉动的减少方法
电枢绕组由多个线圈串联而构成的。
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
5.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。
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
1.直流电机的物理模型
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
Electrical Machinery
§3－1 直流电机的原理和结构 一、直流电机的工作原理--磁场
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University
Electrical Machinery
电磁作用
Aa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
b c
d
B
❖ 运动的导体切割磁力线，产生感应电动势； ❖ 载流导体在磁场中，受到磁场力
Electrical Machinery
主要内容
❖ 直流电机的基本原理和结构 ❖ 直流电枢绕组 ❖ 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 ❖ 直流电动机 ❖ 直流电机的换向
School of Electrical and Engineering , Jiangsu University