直流电机的用途、基本原理和结构
有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理
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有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理
有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理哎呀，今天小智就来给大家聊聊有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理，让我们一起揭开它们神秘的面纱吧！我们来看看有刷直流电机。
有刷直流电机的“刷子”就是它的转子上的电刷，它的作用就是给转子提供电流。
有刷直流电机的结构比较简单，主要包括定子、转子和电刷三个部分。
定子上有很多槽，槽里面有绕组，绕组的两端分别接电源的正负极；转子上也有很多槽，槽里面也有绕组，绕组的两端分别接电源的正负极；电刷就是用来给转子提供电流的。
当电源接通后，电流会通过定子的绕组流到转子的绕组，由于磁场的存在，转子就会转动起来。
接下来，我们再来看看无刷直流电机。
无刷直流电机没有电刷，它的转子上有一个永磁体和霍尔传感器。
永磁体的作用是产生磁场，霍尔传感器的作用是检测转子的转速。
无刷直流电机的结构相对于有刷直流电机来说要复杂一些，主要包括定子、转子、永磁体和霍尔传感器四个部分。
定子上也有很多槽，槽里面有绕组，绕组的两端分别接电源的正负极；转子上也有很多槽，槽里面也有绕组，绕组的两端分别接电源的正负极；永磁体就是用来产生磁场的；霍尔传感器就是用来检测转子的转速的。
当电源接通后，电流会通过定子的绕组流到转子的绕组，由于磁场的存在，转子就会转动起来。
霍尔传感器会检测到转子的转速，并将这个信息传递给控制器，控制器再根据这个信息来控制电机的运行。
那么，有刷直流电机和无刷直流电机的工作原理有什么区别呢？其实很简单，主要就是在于是否有电刷。
有刷直流电机需要通过电刷来给转子提供电流，而无刷直流电机则不需要电刷。
因此，无刷直流电机在寿命、噪音等方面都要优于有刷直流电机。
但是，由于无刷直流电机的结构比较复杂，所以价格也要贵一些。
有刷直流电机和无刷直流电机各有优缺点，大家在选择的时候要根据自己的需求来决定哦！好了，今天小智就给大家聊到这里啦，希望大家能够喜欢！下次再见啦！。
直流电机的原理及优缺点
直流电机的原理及优缺点直流电机是一种将直流电能转化为机械能的设备，其基本原理是运用洛伦兹力和法拉第电磁感应定律。
直流电机的基本结构由定子、转子、电刷和电枢组成。
定子是由绕组绕成的电磁铁，用于产生磁场。
转子是由绕组绕成的电刷，与定子的磁场相互作用产生转矩。
电刷则通过与转子电刷相接触并提供电能，将电能转化为机械能。
电刷由碳刷和电刷架组成，能够保持电源与电枢之间的通路，并传递电流。
直流电机的工作原理是利用洛伦兹力。
当电流通过电枢绕组时，电流产生的磁场与定子磁场相互作用，产生转矩。
转子在转动过程中，电刷不断地改变电源和电刷之间的连接，使电流的方向相对于磁场方向发生改变。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量改变时，会产生感应电动势，从而推动电流产生转矩。
这种转矩作用使得转子在磁场的作用下继续转动，将电能转化为机械能。
直流电机具有许多优点。
首先，直流电机具有良好的调速性能。
通过改变电压或者改变电枢绕组的连接方式，可以实现电机的调速。
其次，直流电机起动特性良好，起动电流可控，不会对电网产生冲击。
此外，直流电机转矩平稳，转速范围广，同时能够产生较高的转矩，适用于许多工况。
此外，直流电机的结构相对简单，制造和维修成本较低。
然而，直流电机也存在一些缺点。
首先，直流电机需要电刷与电刷架之间的摩擦接触，容易产生电火花和摩擦磨损，并且需要定期更换电刷。
其次，直流电机的结构相对较复杂，需要配备专门的控制器和启动器，增加了系统的复杂性。
此外，直流电机的电刷与电枢之间存在摩擦和磨损，使得电机效率相对较低。
最后，直流电机容量相对较小，功率有一定的限制。
总的来说，直流电机的工作原理是利用洛伦兹力和法拉第电磁感应定律，具有调速性能好、起动特性良好和转矩平稳等优点。
然而，直流电机的摩擦和磨损问题以及结构复杂、效率低和功率限制等缺点仍然需要改进。
有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理
有刷直流电机和无刷直流电机的结构及工作原理一、有刷直流电机的结构及工作原理1.1 有刷直流电机的组成部分有刷直流电机主要由以下几个部分组成：定子、转子、电刷、换向器和轴承。
其中，定子和转子是电机的核心部件，电刷和换向器则起到传输电流和实现换向的作用，轴承则保证了电机的正常运转。
1.2 有刷直流电机的工作原理有刷直流电机的工作原理主要是利用电刷在换向器表面产生摩擦力，使电流在定子和转子之间的线圈中产生磁场，从而实现电机的转动。
当电流通过定子线圈时，会产生一个磁场，这个磁场会与转子上的永磁体相互作用，使转子产生旋转力矩。
而电刷则在换向器表面不断滑动，当电流方向改变时，电刷与换向器之间的接触点也会随之改变，从而实现电流方向的切换。
这样，电机就能连续不断地转动下去。
二、无刷直流电机的结构及工作原理2.1 无刷直流电机的组成部分无刷直流电机与有刷直流电机相比，最大的区别在于它采用了无刷设计，即没有传统的电刷。
因此，无刷直流电机的主要组成部分包括：定子、转子、霍尔传感器、电子控制器和轴承等。
其中，定子和转子是电机的核心部件，霍尔传感器用于检测转子的转速，电子控制器则负责控制电机的运行，轴承则保证了电机的正常运转。
2.2 无刷直流电机的工作原理无刷直流电机的工作原理与有刷直流电机类似，也是通过电磁感应原理实现的。
当电流通过定子线圈时，会产生一个磁场，这个磁场会与转子上的永磁体相互作用，使转子产生旋转力矩。
由于无刷直流电机采用了无刷设计，因此不需要传统的电刷来实现换向。
相反，霍尔传感器会实时监测转子的转速，并将这些信息传递给电子控制器。
电子控制器根据这些信息来判断是否需要进行换向操作，从而实现连续不断地转动下去。
三、总结有刷直流电机和无刷直流电机虽然在结构上有所不同，但其工作原理都是基于电磁感应原理。
有刷直流电机通过电刷在换向器表面产生摩擦力来实现换向和连续转动；而无刷直流电机则采用霍尔传感器和电子控制器来实现换向和连续转动。
简述直流电动机的基本结构和工作原理
简述直流电动机的基本结构和工作原理直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的装置，广泛应用于各种工业和家用设备中。
它的基本结构包括定子、转子、电刷和电枢等部分。
定子是直流电动机的静止部分，由定子铁芯和绕组组成。
定子铁芯是由硅钢片堆叠而成，具有较高的磁导率和低的磁滞损耗，以提高磁场的稳定性。
定子绕组则是由若干匝的导线绕制而成，通过通电产生磁场。
转子是直流电动机的旋转部分，也是电动机的主要运动部件。
它由铁芯、电枢和电枢绕组组成。
转子铁芯通常由硅钢片制成，以降低铁芯的磁滞损耗。
电枢则是由许多个绕组组成，通常采用绝缘导线绕制而成。
电枢绕组的导线数量和排列方式根据具体需求而定。
电刷是直流电动机的关键部件之一，它位于转子的两侧，通过与电枢绕组的接触实现电能的传递。
电刷通常由碳材料制成，具有良好的导电性能和耐磨性。
电枢是直流电动机的核心部件，也是将电能转化为机械能的关键。
当电流通过电枢绕组时，会在电枢绕组中产生一个磁场。
根据左手定则，磁场与电枢绕组中的电流方向相互垂直，产生一个力矩，使电枢开始旋转。
通过不断改变电枢绕组中的电流方向，可以实现电机的正反转。
直流电动机的工作原理可以简单概括为：当电流通过定子绕组时，产生一个恒定的磁场。
这个磁场会与电枢绕组中的电流相互作用，产生一个力矩，使电枢开始旋转。
同时，通过电刷与电枢绕组的接触，可以不断改变电枢绕组中的电流方向，从而实现电机的正反转。
总结起来，直流电动机的基本结构包括定子、转子、电刷和电枢等部分。
其工作原理是利用定子绕组产生的磁场与电枢绕组中的电流相互作用，产生一个力矩，实现电能到机械能的转换。
直流电动机在各种设备中具有广泛的应用，是现代工业和家庭生活中不可或缺的重要装置。
直流电动机的原理及特性
直流电机
定子
机座 换向极 主磁极 电刷装置 电枢铁心 换向器
转子
电枢绕组 轴承
风扇 转轴
2.1.2 直流电动机的励磁方式 定义：直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式。 实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何联接，就决定了它是什么 样的励磁方式。
1.他励式
若励磁绕组不与电枢 绕组联接，励磁绕组单独 由其他电源供电的直流电 机称为他励式直流电机。
2.1.2 直流电动机的励磁方式
并励式
励磁绕组与电枢绕组并联，称为并励式直流电机。 并励式直流电机的电枢电流Ia。励磁绕组流过的 电流为If ，经过负载或电源供给电机的总电流 为 I，三者须满足以下关系： 直流发电机：Ia ＝I＋If 直流电动机：Ia ＝I－If
2.1.2 直流电动机的励磁方式
第2章 直流电动机的原理及特性
直流电机的用途
测速
伺服
励磁机
电源
直流电机的特点
• 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 • 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动性能良好。
• 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高
2.1直流电动机的基本结构和工作原理
端盖 —— 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支 撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还 起防护作用。
定子部分
电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入） 装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右 图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在 刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋 转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在 刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同 极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆 装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。
直流无刷电机工作原理应用和结构
电机控制技术《直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用》直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用一、直流无刷电机的工作原理直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响： N=120．f / P。
在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。
直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。
也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图 (1) ：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。
电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。
不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器 (inverter)转成3相电压来驱动电机。
换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(Q1～Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂 (Q2、Q4、Q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。
控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。
直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall- sensor)，做为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。
但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。
图一：直流无刷驱动器包括电源部及控制部要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器 (inverter)中功率晶体管的顺序，如下（图二） inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。
直流电机的基本工作原理及结构
直流电 动机的 工作原 理示意 图:
1.1.3 直流电机的铭牌数据 额定功率 PN
指轴上输出 指电刷间输出的 电动机 额定条件下电机 发电机 的机械功率 额定电功率 所能提供的功率 额 定 电U 压 N
在额定工况下，电机 出线端的平均电压
额定电流 IN
额定功率时对应的电流 在额定电压、额定电流下，运 电动机：是指输入额定电压。 行于额定功率时对应的转速. 电机铭牌上还标有其它数 额定励磁电流 I fN 据，如励磁电压、出厂日 对应于额定电压、额定电流、额 期、出厂编号等。 定转速及额定功率时的励磁电流
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。 电枢磁动势可以分解 为两个垂直分量：交轴电 F aq 枢磁动势 和直轴电枢磁 动势 。 F ad
电刷顺转向偏移
发电机 电动机 交轴和直轴去磁 交轴和直轴助磁
电刷逆转向偏移
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
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%。
0
N
A
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。
0
I fN
I f0 I f F f 0 IN
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额定励磁电流 I fN
电机铭牌上还标有其它数据，如励
对应于额定电压、额定电流、额定转速及额
磁电压、出厂日期、出厂编号等。
定功率时的励磁电流
➢ ➢
发 电电动机机：：PPNN＝＝UUNNIINNηN
(输出电功率) (输出机械功率)
h
32
课堂小结
直流电机及其用途 直流电机的工作原理
直流发电机 直流电动机
h
30
h
31
指轴上输出的机 械功率
电动机
额定功率PN
额定条件下电机所能提发电机
供的功率
额定电压UN
在额定工况下，电机出线端的
指电刷间输出的额定电 功率
额定电流IN
平均电压
发电机：是指输出额定电压； 电动机：是指输入额定电压。
额定转速nN
在额定电压下，运行于额定功 率时对应的电流
在额定电压、额定电流下，运行于额定功 率时对应的转速.
h
16
3 直流电机的基本结构
定子
旋转 电机
转子
气隙
h
17
直流 电机
定子
转子
主磁极 换向磁极 机座 端盖 电刷装置
转轴
换向器 电枢铁心 电枢绕组
h
磁极铁心 励磁绕组
（产生励 磁磁场）
电刷 刷握 绝缘支架 压紧力调整装置
（产生电动势，流过电流，产 生电磁转矩）
18
h
19
h
20
① 主磁极 ② 励磁绕组
直流电机的主要结构 直流电机的分类
h
33
励磁绕组套在主磁 极极身上
主磁极钢板冲片（11.5mm厚）
主磁极由钢板冲片叠
压而成
h
21
N极和S极只能成对出现且沿圆周均
匀交替分布；
极对数：N极或S极的个数，通常用
p 表示；
N
S
极数：主磁极的个数，等于 2p 。
p=2 即4极电机
S
N
h
22
③ 电枢铁心 ④ 电枢绕组
均匀开槽
h
涂绝缘漆冲片叠 压而成
项目五
直流电机的应用
1 任务一 认识直流电机 2 任务二 直流电动机的调速 3 任务三 直流电动机的启动、反转和制动
目录
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3
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4
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5
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6
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7
1、直流电机的用途
电机
直流电机 交流电机
直流电动机 直流发电机
用途：
直流发电机把机械能转化为电能； 直流电动机把电能转化为机
电枢电流 Ia 定子磁场
Bli
电磁力F
n 顺时针方向
左手定则
h
15
直流电动机运行时的几点结论：
• 外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流是交流。直流电机 换向器将外部的直流电变成了内部交替变化的电流。
• 线圈中感应电势与电流方向相反 • 线圈是旋转的，电枢电流是交变的。
• 产生的电磁转矩Tem与转子转向相同，是驱动性质
h
12
➢ 增加导体减小感应电动势脉动。当 每极下导体数大于8时，脉动可小 于1%。
h
13
② 直流电动机
导体中的电动势 和电流为交流
h
14
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。
电枢绕组通直流电
电磁转矩Tem
电刷
Fb
N
a
F Ia
n
dTem
– U+
c
Ia
S 换向片
h
26
4、直流电动机的分类
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27
h
28
5、 直流电机的铭牌
① 额定功率 ② 额定电压 ③ 额定电流 ④ 额定励磁电压 ⑤ 额定励磁电流 ⑥ 额定转速 ⑦ 额定效率 ⑧ 额定转矩
PN UN
单位W或kW 单位V
IN UfN IfN nN
单位A 单位V 单位A 单位r/min
ηN TN
单位N·m
h
29
电枢铁心冲片 (0.35-0.5mm厚)
（硅钢片）
23
绕组实物图
h
24
⑤ 换向器
作用：整流（发电机）或逆变（电动机）。 构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间
用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而
构成。
⑥电刷： 电刷是用石墨等做成的导电块，放在刷握内，用弹簧压指将
它压触在换向器上。
h
25
换向器
① 调速范围宽，且易于平滑调速； ② 易于控制，快速性高； ③ 调速时能量损耗小。
直流电机的缺点：换向困难，可靠性差
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9
直流电机的物理模型
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10
2 直流电机的工作原理
① 直流发电机
通过换向器和电刷将交流变成直流
h
11
导体感应电动势
e Bδlv Bδ
结论：由于旋转电刷和静止换向器的作用，
e A B 为脉动的直流电动势。