第一章直流电机概论
直流电机教学ppt
换向片接触，仍为正极性；导体ab转至S极下，感应电动势的 方向变为a指向b，电刷B与a所连换向片接触，仍为负极性。可 见，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向是交变的，而
通过换向器和电刷的作用，在电刷Ａ、Ｂ两端输出的电动势是 方向不变的直流电动势。若在电刷Ａ、Ｂ之间接上负载，发电
第一章 直 流 电 机 图1.2.3 主磁极
第一章 直 流 电 机 图1.2.4 换向极
第一章 直 流 电 机
2) 换向极（commutating pole）
两相邻主磁极之间的小磁极叫换向极，也叫附加极或间极。 换向极的作用是改善电机换向，减小电机运行时电刷与换向器 之间可能产生的火花。换向极由换向极铁心和换向极绕组构成， 如图1.2.4所示。换向极铁心一般用整块钢制成。对换向性能 要求较高的直流电机，换向极铁心可用1～1.5 mm厚的钢板冲 制叠压而成。 换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极 铁心上。整个换向极用螺钉固定于机座上。换向极的数目一般 与主磁极相等。
由c流向d。载流导体ab和cd均处于N、S极之间的磁场当中，受
到电磁力的作用，其方向由左手定则确定，可知这一对电磁力 形成一个转矩，称为电磁转矩，电磁转矩的方向为逆时针方向， 使整个电枢逆时针方向旋转。当电枢旋转180°，导体cd转到N 极下，ab转到S极，如图⒈⒈１所示，由于电流仍从电刷A流人， 使cd中的电流方向变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从 电刷B流出，用左手定则可判别，电磁转矩的方向仍是逆时针方 向。
(3)额定电流IN：是指电机按照规定的工作方式运行时电 枢绕组允许流过的最大电流，单位为A(安)。
第1章 直流电机 《Electric Machinery 电机学(英汉双语)》课件
1、磁场分布情况： 主磁通 0 ：与主磁极和电枢绕组相交链。 漏磁通 ：只与主磁极相交链。
2、磁场特点： a、主磁通 0 远大于漏磁通 。
b、主极极靴宽度比一个极距小，且极靴下的气隙 不均匀，所以，主磁通的每条磁力线所经过的磁回 路都不尽相同，在磁极轴线附近的气隙较小， 接近极尖处的磁回路中气隙较大。
它可以通过电机磁路计算求得。 曲线形状与磁通所经材料的B－H曲线形状类似， 即是非线性的。如图：
0＝f (Ff 0 ) 或 0＝f (I f 0 )
0
过原点的直线为气隙线
0
Ff 0(I f 0)
二、直流电机的电枢反应及负载时的磁场： 1、电枢反应(armature reaction)：
电机负载时，电枢绕组中有电流流过，产生一磁势， 称为电枢磁势。此时，气隙磁场由主极磁势和电枢磁势二 者合成建立，电枢磁势的出现必然对空载时的主极 磁场产生影响，使气隙磁密的分布发生变化，这种电枢磁势 对主极所建立气隙磁场的影响称为电枢反应。
注意： 每个线圈边中的电流方向是交变的。
2、直流发电机的工作原理： 当用原动机拖动电枢以恒定方向旋转，线圈
边将切割磁力线感应出电势，电势方向据右手定 则确定。由于电枢连续旋转，线圈边将交替地切 割N极、S极下的磁力线，每个线圈边和整个线圈 中的感应电势的方向是交变的，但由于电刷和换 向器的作用，使流过负载的电流是单方向的（脉 动）的直流电流。这就是直流发电机的工作原理。
(三)、气隙不均匀。
三、直流电机按励磁方式分类： 据励磁电路与电枢电路的联接关系分类(types) 。
1、他励直流电机：励磁回路的电流由外电源供给， 与电枢回路没有电的联系。 2、并励直流电机：励磁回路与电枢回路并联。 励磁回路两端的电压就是电枢回路两端的电压。 3、串励直流电机：励磁回路与电枢回路串联。 励磁回路的电流与电枢回路的电流相等。 4、复励直流电机：主极有两个励磁绕组，其一与电 枢绕组并联，另一个和电枢绕组串联。
第一章 直流电机概述
提问
(1) 哪些部件转动、哪些部件不动？ (2) 绕组线圈电流性质、电刷端电流的性质？ (3) 实际电机结构要在物理模型上作哪些改动？ 参考答案： (1) 转动：绕组线圈、换向器；
静止：主磁极、电刷 (2) 绕组线圈：交流；电刷端：直流 (3) 增加铁心、绕组线圈数、轴承、端盖等
二
直 流 电 机 的 结 构
PN U N I NN
直流电机的优缺点
（1）优点：
➢直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。 ➢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，起动和制动转矩较大。
（2）缺点：
➢由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。
讨论
1. P16 1-2 2. 在保证电机输出功率不变的情况下，加大电机
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 I f：N 指电机在额定状态时的励磁电 流值。
直流电机的主要额定值
对于直流发电机， 是PN指输出的电功率 ，它等于额定电压和额定电流的乘积。
PN U N I N
对于直流电动机， 是PN指输出的机械功 率，所以公式中还应有效率 存在N 。
第一章 直流电机概述
• 直流电机的用途
➢作电源用——直流发电机 ➢作动力用——直流电动机 ➢信号的传递
作为测量元件——直流测速发电机 作为执行元件——直流伺服电动机
本章主要内容
一、直流电机的基本原理 二、直流电机的基本结构 三、型号及其额定数据
一、直流电机基本工作原理
1、直流电机的原理模型 2、直流电机的发电原理 3、直流电机的电动原理 4、直流电机的可逆性原理
转速对电机的体积、重量有何影响？ 3. 航空直流电动机，额定功率PN＝60W，额定电
01第1章直流电机-课件
第1章 直流电机
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
当电枢旋转到右图所示位置时 原N极性下导体ab转到S极下，受力 方向从左向右，原S 极下导体cd转 到N极下，受力方向从右向左。该 电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。 线圈在该电磁力形成的电磁转矩作 用下继续逆时针方向旋转。
在额定电压下，运行于
出线端的平均电压 额定转速nN 额定功率时对应的电流
发电机：是指输出额定电压；
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
第1章 直流电机
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 I fN
励磁方式
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
指直流电机的励磁线圈 与电枢线圈的连接方式
此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、 出厂编号等。
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状 态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运行电流大于额 定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载 运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态 附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。
同直流发电机相同，实际的 直流电动机的电枢并非单一线圈， 磁极也并非一对。
第1章 直流电机
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 的机械功率
电动机
额定功率PN
额定条件下电机
发电机
指电刷间输出的 额定电功率
所能提供的功率
《直流电机教案版》课件
《直流电机教案版》PPT课件第一章：直流电机概述1.1 直流电机的定义介绍直流电机的概念和基本原理解释直流电机的工作原理和特点1.2 直流电机的分类介绍直流电机的主要类型，包括永磁直流电机、有刷直流电机和无刷直流电机解释每种类型的结构和应用场景第二章：直流电机的基本结构2.1 磁铁和线圈介绍磁铁和线圈在直流电机中的作用和结构解释磁铁的极性和线圈的绕组方式2.2 换向器和电刷介绍换向器和电刷的作用和结构解释换向器的工作原理和电刷的维护方法第三章：直流电机的工作原理3.1 电能转换为机械能解释电能如何转换为机械能的过程介绍电机的电磁力和转矩的概念3.2 机械能转换为电能解释机械能如何转换为电能的过程介绍电机反转和制动的概念第四章：直流电机的特性4.1 转速特性介绍转速特性及其与电机参数的关系解释转速与电压、电流和负载之间的关系4.2 转矩特性介绍转矩特性及其与电机参数的关系解释转矩与电流、电压和负载之间的关系第五章：直流电机的控制5.1 开关控制介绍开关控制在直流电机中的应用解释开关控制原理和控制电路5.2 调速控制介绍调速控制在直流电机中的应用解释调速控制原理和控制方法第六章：直流电机的应用6.1 工业应用介绍直流电机在工业生产中的应用，如电动机、搅拌机等解释直流电机在工业应用中的优势和特点6.2 交通工具应用介绍直流电机在交通工具中的应用，如电动汽车、电动自行车等解释直流电机在交通工具应用中的优势和特点第七章：直流电机的维护与保养7.1 日常维护介绍直流电机日常维护的内容和方法解释维护的重要性以及如何延长电机寿命7.2 故障排除介绍常见直流电机故障及其原因解释故障排除方法和预防措施第八章：直流电机的安全操作8.1 操作规范介绍直流电机的安全操作规范和要求解释操作不当可能导致的危险和事故8.2 紧急处理介绍直流电机发生故障时的紧急处理方法解释如何应对突发情况以确保人身和设备安全第九章：直流电机的发展趋势9.1 技术创新介绍直流电机技术发展趋势，如高效、节能、环保等解释新技术在直流电机中的应用和优势9.2 市场前景介绍直流电机市场发展趋势和应用领域分析市场需求和产业发展前景第十章：复习与练习10.1 复习重点内容回顾本课件讲述的主要内容和知识点强调重点和难点，帮助学生巩固记忆10.2 练习题设计一些关于直流电机的问题，包括选择题、填空题和简答题提供答案和解题思路，帮助学生检验学习效果重点和难点解析六、直流电机的应用：这一章节介绍了直流电机在不同领域中的应用，包括工业生产和交通工具。
《直流电机教案》课件
《直流电机教案》课件第一章：直流电机简介1.1 直流电机的概念介绍直流电机的定义和基本原理解释直流电机的工作原理和结构组成1.2 直流电机的类型区分不同类型的直流电机，如永磁直流电机、有刷直流电机和无刷直流电机等介绍每种类型直流电机的特点和应用领域第二章：直流电机的工作原理2.1 电枢绕组和磁极解释电枢绕组和磁极的作用和相互关系介绍电枢绕组和磁极的构造和特点2.2 电磁感应原理讲解电磁感应原理在直流电机中的应用演示电磁感应实验和解释其原理第三章：直流电机的运行特性3.1 转速和转矩介绍直流电机的转速和转矩的概念分析影响转速和转矩的因素，如电流、电压和负载等3.2 电动势和电流解释直流电机的电动势和电流的关系探讨电动势和电流的调节方法及其影响因素第四章：直流电机的控制技术4.1 电枢电压控制介绍电枢电压控制的方法和原理分析电枢电压控制对直流电机运行的影响4.2 电枢电流控制解释电枢电流控制的方法和原理探讨电枢电流控制对直流电机运行的调节作用第五章：直流电机的应用领域5.1 工业应用介绍直流电机在工业领域的应用实例，如电动汽车、和电梯等分析直流电机在工业应用中的优势和局限性5.2 消费电子应用解释直流电机在消费电子领域的应用实例，如电动玩具、吸尘器和风扇等探讨直流电机在消费电子应用中的发展趋势和挑战。
第六章：直流电机的维护与故障排除6.1 维护注意事项介绍直流电机日常维护的基本要点讲解维护过程中应避免的问题和操作错误6.2 故障排除方法分析常见的直流电机故障及其原因教授故障排除的步骤和技巧，包括诊断和修复第七章：直流电机的节能与环保7.1 节能原理与技术解释直流电机节能的原理和方法探讨节能技术在直流电机中的应用和效果7.2 环保法规与标准介绍环保法规对直流电机的影响分析直流电机环保标准的发展趋势第八章：直流电机在新能源汽车中的应用8.1 新能源汽车概述介绍新能源汽车的定义和分类解释新能源汽车与传统汽车的区别8.2 直流电机在电动汽车中的应用探讨直流电机在电动汽车中的关键作用分析电动汽车中直流电机的发展趋势和技术挑战第九章：直流电机在技术中的应用9.1 电机需求解释技术对电机的要求和特点分析电机应用的挑战和解决方案9.2 直流电机在中的应用案例介绍直流电机在各个关节中的应用实例探讨技术发展对直流电机性能的影响第十章：未来直流电机的发展趋势10.1 新材料与技术创新介绍新材料和技术在直流电机发展中的作用分析未来直流电机技术发展的可能性10.2 市场与应用前景探讨全球直流电机市场的趋势预测直流电机在不同应用领域的前景和机遇重点和难点解析1. 第一章：直流电机简介直流电机的概念：理解直流电机的基本原理和工作方式。
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
第01章-直流电机概述
电机学
13
主讲教师：阎治安
电机学
1-2 直流电机的结构 直流电机的结构
旋转电机都是由定子和转子两大部分组成 旋转电机都是由定子和转子两大部分组成 定子
定子 Stator
主磁极（ 主极铁心） 主磁极（励磁绕组 主极铁心） 换向极（绕组和铁心） 换向极（绕组和铁心） 机座 端盖 电刷装置
转子 Rotor
16 主讲教师：阎治安
电机学
电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连
接组成，他是直流电机的电路部分， 接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动 产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。 势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈 用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层 用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成， 嵌放在电枢铁心槽内， 嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心 之间都要妥善地绝缘（右图），并用槽楔压紧。 ），并用槽楔压紧 之间都要妥善地绝缘（右图），并用槽楔压紧。大 型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。 型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。
11
14 13 12 11 10
14 13
N
16 15 15 16 1
1 2
2
3 3 4 5 4 5 6 7
12
11 10
6 9
9
8 7 8
S
主讲教师：阎治安
电机学
三、直流电动机的原理 直流电动机的原理 电动机
将直流电源通过电刷和换向器接入 电枢绕组，使电枢导体有电流i 通过。 电枢绕组，使电枢导体有电流 a 通过。
b
N
电机内部有磁场存在。 电机内部有磁场存在。
a d
载流的转子（即电枢） 载流的转子（即电枢）导体将受到电 左手定则） 磁力 f 的作用 f = B l ia （左手定则）
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②合成节距 Y：串联的两个
元件对应边间 N
S
的距离
Y=1 (单叠) ③换向器节距Yk：一个元件
两出线端换向片
123 Yk
的距离
Y=Yk=1(单叠)
3.单叠绕组的联接方法和特点：
例：一台直流发电机：p=2 z=16 s=k=16 作出：绕组展开图和绕组的电路图
(1)绕组展开图： ①绕组连接表： y1=16/4=4
一、直流电机的励磁方式
励磁绕组的供电方式 (一)他励直流电机
励磁绕组与电枢绕
组之间无电的联系 永磁电机也属于此 类
I =I a
+
IMa
U
-
IGa
If
+
Uf
-
(二)并励直流电机
励磁绕组与电
枢绕组并联
+ IM
U
IG
M:I=Ia+If G:Ia=I+If
If
(三)串励直流电机
励磁绕组与电枢 绕组串联起来 +
(四)转轴
起转子旋转的支撑作用，一般用圆钢加工 而成
三、直流电机的铭牌数据 和主要系列
（一）铭牌数据:
铭牌上标注额定值，是电机运行的基 本依据。
直流电动机
型 号 Z3—95 结构类型
产品编号 7001 励磁方式 他 励
功率 30 kW 励磁电压 220V
电压 220 V
工作方式 连续
电流 160.5 A 绝缘等级 定子B转子B
U
I=Ia=If
IMa
IGa
(四)复励直流电机
主磁极有两个励磁绕: 一并一串 两绕组产生的磁通势 同方向→积复励 两绕组产生的磁通势 反方向→差复励
直流电机径向剖面图
直流电机轴向结构剖面
一、直流电机的定子
作用：①建立主磁场 ②起固定支撑作用
(一)主磁极:产生主磁场： ①永久磁铁 ②电磁铁 成对出现
电磁铁:(1)主磁极铁心:
由1～1.5mm厚的钢板
冲叠成(包括极靴) (2)主磁极绕阻:励磁绕
阻套在铁心外
(二) 换向极(或附加极)
作 用：改善换向，减小电刷与换向 器之间的火花
y yk 1
y2 y1 y 3
②绕组展开图： 第一步：画元件边 第二步：画换向片 第三步：联绕组 第四步：画磁极 第五步：定电动势方向 第六步：放电刷
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16
N
S
N
S
16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1.电枢绕组的分类:
(1)叠绕组：单叠 复叠 (2)波绕组：单波 复波
123
2.电枢绕组的一般介绍 (以单叠绕组为例)
（1）元件：组成电枢绕组的基本单元 （2）极距τ：一个磁极在空间所占据的位置
z：电枢圆周开的槽数 p：磁极对数
Z
2p
12
(3)节距：
①第一节距 Y1：一个元件两
有效边间的距离
转速 750 r /min 重量 685kg
标准编号 JB1104-68 出厂日期 年 月
1.型 号 z3-95 z：直流 3：第三次改型设计 9：机座号 5：铁心长度
2.额定功率PN(kW)
电机在额定运行时的输出功率。
3.额定电压UN(V) 额定状况下，电机的输入或输出电压。
4.额定电流IN(A) 长期工作时的最大正常工作电流。
在UN和额定负载下，电机的输入 或输出电流。
5.额定转速nN(r/min) 额定状况下转子的旋转速度。
（二）主要系列
1．Z，ZF，ZD系列 2．Z4，ZO2系列 3．ZJF，ZJD系列 4．S，SZ，SY系列 5．ZCF，CYD，ZYS和CY系列
第三节 直流电机的磁场
重点 （1）励磁方式 （2）气隙磁场的分布情况 （3）影响气隙磁场的因素(电枢反应） （4）气隙磁场的分布波形
直流电动机的工作原理图
三、直流电机的换向
换向：电机在旋转过程 中，线圈中电流方
向改变的过程
换向的危害： 电刷和换向器之间产生火花
改善换向的方法：
S
1.主磁极之间安装换向极
2.移动电刷
SK
nM
nG
NK
3.采用补偿绕阻
N
第二节 直流电机的结构
两个主要部分： ①静止部分—定子：主磁极、换向极、 机座、电刷、端盖及 轴承等 ②旋转部分—转 子(电枢)：转 子铁心、 转子绕组、 换向器等
安装地点：两主磁极之间 结 构：铁心+绕组 铁 心：整块钢板或薄钢板迭成 绕 组：套在铁心上，与电枢绕组串联
(三) 机座:
材料：由导磁性能较好的铸钢或厚钢板焊成 作用：①固定主磁极、换向极和端盖
②作为电机磁路的一部分
(四)电刷
作用：引入 或引出电枢 电流 组成：电刷、 刷握、汇流 条等
(五)接线盒(板)
重点：直流电机的基本工作原理 直流电机的磁场 直流电机的基本公式 直流电机的平衡关系 直流电机的工作特性
第一节 直流电机的基本原理
重点：应用电磁感应定律、电磁力定律、 左手定则、右手定则分析直流电机的 基本工作原理
直流电机的工作原理 电动生磁 磁动生电 电磁生力
一、直流发电机的工作原理
电磁感应定律：
F或L A或S Rf>>Ra
二、直流电机的转子
能量转换的关键部分→电枢 组成:电枢铁心、电枢绕组、
换向器、转轴风扇等
(一)电枢铁心 作用：①作为磁路
②嵌放绕组 组成:由0.5mm厚的硅钢片叠装而成
以减少涡流和磁滞损耗
(二)电枢绕组
作用：感应电 动势、通过电 流、产生电磁 转矩、实现能 量转换 组成:以一定 的规律嵌放在 电枢铁心的槽 内
13
14
13 B2
14
+
-
A
B
每个极面下电动势相同的元件 组成一条支路
①单叠绕组a=p ( a:支路对数)
Ia=2aia ②为获最大感应电动势，
电刷应放在磁极轴线上 ③电刷数=2a=2p
(三)换向器：重要的 部件:
结构：由多片彼此绝缘的换向片组成
作用
电动机中：将直流电流→交变电流
发电机中：将交变电动势→直流电动势
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 1415 16
N
S
N
S
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
A1
B1
A2
B2
_
A+
B
(2) 电枢绕组的电路示意图及特点:
2
3
8
7
A1 2
A2 9
1
9
1
10
10
11
16 15
4
65
5 B1 6
12
在恒定的磁场中，导体切割磁力线产生 感应电动势。
大小：e=Blv 方向：由右手定则确定
一、直流发电机的工作原理
定子——磁场 转子——电枢 气隙
交流发电机工作原理图
电枢转一周时线圈中感应电动势 波形
换向片 直流发电机工作原理图
一个线圈的脉动电动势波形
二、直流电动机的工作原理
电磁力定律： 大小：f Bli 方向：左手定则