《电拖》直流电机部分
电机与拖动第章直流电机原理
电机与拖动第章：直流电机原理直流电机是一种常见的电动机，它使用直流电源将电能转换为机械能，实现转动效果。
直流电机的原理基于在磁场中的导体中通过电流引起力的作用来实现旋转的过程。
直流电机的结构和构成直流电机主要由以下几个部分组成：•电枢：也称为转子，是直流电机的旋转部分。
通常由若干个导体（通常为铜线圈）绕在铁芯上组成，其导体的两端通常通过碳刷子与静止部分的线圈形成电气接触。
•磁极：也称为定子，是直流电机的静止部分。
通常由若干个线圈绕在铁芯上组成，产生磁场用于与电枢的磁场发生作用。
•磁极套：通常由磁性材料制成，被用于集中和减小磁极的漏磁。
•磁场形成部件：可以是永磁体或通过线圈施加电流变成电磁体。
•转子轴：安装在电枢上，用于固定和转动电机。
•轴承：将转子轴与定子固定在一起的装置。
直流电机的原理直流电动机基于 Maxwell 引入的两种电场（磁场和电场），它的基本原理就是电流在磁场中所受的洛伦兹力（Lorentz force）和反作用力之间的相互作用。
具体地说，它通过定子和电枢之间的电磁作用来实现转动。
直流电机的自激励一个最简单的单摇臂直流电机由一个弯曲导体组成，导体的一端从一个固定的绝缘支架上，另一端则是置于旋转轴（称作电枢）。
绕在支架上的线圈是定子，它能产生磁场。
转子和定子之间的空隙中产生的拖曳力使得转子自动旋转，这种现象被称为电动机的自激励。
直流电机中的电磁现象直流电机中的电磁现象可以用楞次定律来解释。
因为欧姆定律导致了电阻器中的分流，导体内的电流能够在任何环路上流动。
定子线圈中流过的电流会导致磁场。
运用法拉第定律，可得知因磁感线在导体上进行交替切割而导致的电动势。
“切割”的部分需要在动态导体中进行，并且磁感应线跟随转子旋转。
结果，产生的 EMF随着转子旋转而变化，并导致电流在导体内和电路中通过，从而导致更多的磁场和更多的旋转。
直流电机的运转原理直流电机的运转原理如下：•当直流电机的继电器左侧接通电源，右侧不接通电源时，电枢的上半部分就处于正极磁通量的反向磁场中，上半部分的导线将受到强大的向下方向的磁力。
电拖1.1讲解
第1章直流电机原理摘要：本章分析直流电机的工作原理、结构、电路、磁路及换向等问题，为电力拖动自动控制系统提供元件的基本知识。
1.1直流电机的基本工作原理（返回顶部）1.1.1 直流发电机的工作原理（返回顶部）直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
图1.1是一台交流发电机的原理模型。
图中，、为一对固定的磁极（一般是电磁铁，也可以是永久磁铁），是装在可以转动的圆柱体表面上的一个线圈，把线圈的两端分别接到两个圆环（称为滑环）上（以后把这个可以转动的装有线圈的圆柱体称为电枢）。
在滑环上分别放上两个固定不动的由石墨制成的电刷和。
通过电刷和把旋转着的电路与外部电路相联接。
图1.1交流发电机原理模型1—磁极；2—电枢；3—滑环；4—电刷当原动机拖动电枢以恒速逆时针方向转动时，根据电磁感应定律可知，在线圈边（即导体）和中有感应电动势产生。
感应电动势的大小用式（1.1）确定。
（1.1）式中——导体所在处的磁密（）；——导体或的长度（）;υ——导体或与之间的相对线速度（）。
感应电动势的方向按右手定则确定。
在图2.1所示瞬间，导体、的感应电动势方向分别由指向和由指向。
这时电刷呈高电位，电刷呈低电位。
当图1.1中电枢逆时针方向转过180°时，导体与互换了位置，用右手定则判断，此时导体、中的感应电动势方向都与图1.1所示瞬间的相反。
这时电刷A呈低电位，电刷B呈高电位。
如果电枢继续逆时针方向旋转180°，导体、又转到图1.1所示位置，则电刷又呈高电位，电刷呈低电位。
由此可见，图1.1中电枢每转一周，线圈中感应电动势方向交变一次，因此线圈内的感应电动势是一种交变电动势，这是最简单的交流发电机的原理。
如果想要得到直流电动势，那么必须把上述线圈感应的电动势进行整流，实现整流的装置称之为换向器。
图2.2是直流发电机的原理模型，它由两个铜质换向片代替图1.1中的两个滑环。
电机拖动01直流电机
如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布，则电 枢磁动势在气隙圆周方向空间 分布呈三角波，如图中 所 示。
由于主磁极下气隙长度基 本不变，而两个主磁极之间， 气隙长度增加得很快，致使电 枢磁动势产生的气隙磁通密度 为对称的马鞍型，如图中 所示。
1.3.3 直流电机的电枢反应
当励磁绕组中有励磁电流，电 机带上负载后，气隙中的磁场是励 磁磁动势与电枢磁动势共同作用的 结果。电枢磁场对气隙磁场的影响 称为电枢反应。电枢反应与电刷的 位置有关。
为了感应电动势或产生电磁转 矩，直流电机气隙中需要有一定量 的每极磁通 ，空载时，气隙磁 通 与空载磁动势 或空载励磁 电流 的关系，称为直流电机的空 载磁化特性。如右图所示。
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 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。
第二节距 ：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下 层边与第二个元件的上层边间的距离。 合成节距 ：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。
单叠绕组 单波绕组 换向节距 ：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。
1.2.2. 单叠绕组
单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向
节距均为1,即：
空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于 电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削 弱，物理中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载 时不同。
2)、对主磁场起去磁作用
磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此 每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部 ，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大， 增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何 中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。
(完整版)电拖期末知识点总结HAUT
1直流电机由哪几个部分组成: 定子（定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。
其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成），转子（电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。
其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。
电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中），换向器。
2直流发电机的工作原理：直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
3简述直流电动机的工作原理：a、将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。
b、电机内部有磁场存在。
c、载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力f 的作用f=Blia （左手定则）d、所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载。
4改善换向的方法：装置换向极，正确使用电刷，安装补偿绕组。
5换向的概念：直流电机的某一个元件经过电刷，从一条之路换到另一条支路时，元件里的电流方向改变，叫做换向。
6单波绕组的特点：1.同极下各元件串联起来组成一条支路，支路数为1，即a=1，与磁极对数n无关2.当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极的中心线，支路电动势最大。
3.电刷数等于磁极数。
4.电枢电动势等于支路感应电动势5.电枢电流等于两条支路电流之和。
7单叠绕组和单波绕组的区别1.单叠绕组：先串联所有上层边在同一磁极下的元件，形成一条支路，每增加一对主磁极就增加一对支路，2a=2p单叠绕组并联的支路数多，每条支路中串联的元件数少，适应于较大电流，较低电压的电机。
2单波绕组：把全部上层边在相同极性下的元件相连，形成一条支路。
整个绕组只有一对支路，极数的增减与支路数无关，支路数2a=2.波绕组并联的支路少，每条支路中串联的元件数多，适用于较高电压，较小电流的电机。
8直流电机电枢绕组的基本形式有单叠绕组，单波绕组，复叠绕组，复波绕组。
电力拖动 第一章直流电动机原理a
• 直流电势的产生——换向器和电刷的整流 作用
ELECTRICAL MACHINE DRIVERS
• 电刷 A 通过换向片所引出的电动势，始终是切割 N 极磁 力线的线圈边中的电动势，所以电刷 A 始终有正极性， • 同样道理，电刷 B 始终有负极性 • 所以电刷端能引出方向不变，但大小变化的脉振电动势
ELECTRICAL MACHINE DRIVERS
直流电动机的基本结构
1换向器 2电刷 3机座 4 4主磁极 5换向极 6端盖 7风扇 8电枢绕组 9电枢铁芯
ELECTRICAL MACHINE DRIVERS
直流电动机剖面示意图
ELECTRICAL MACHINE DRIVERS
静止部分
• • • •
ELECTRICAL MACHINE DRIVERS
电枢结构图
ELECTRICAL MACHINE DRIVERS
电枢铁心
• 是作为主磁路的主要部分。 • 嵌放电枢绕组。 • 通常用0.5mm厚的涂有绝缘漆的硅钢片的冲片叠 压而成，固定在转轴上。Why? • 由于电枢铁心和主磁场之间的相对运动，会在铁 心中引起涡流损耗和磁滞损耗（这两部分损耗合 在一起称为铁心损耗，简称铁耗），为了减少铁 耗，电枢铁心沿圆周上有均匀分布的槽，里面可 嵌入电枢绕组。
直流电机的电力拖动分解
T TZ
一、单轴拖动系统的运动方程式
电磁转矩T为驱动转矩 使电枢转动。 在电机稳速运行时，T和机 械负载转矩及空载损耗转 矩相平衡，即
n
T
TZ
T TZ T2 T0
生产机械的 总负载转矩
T2: 机械负载转矩
T0: 空载转矩
制动
•
通风机负载特性
一、 恒转矩负载特性（TZ为常数）
1. 反抗性恒转矩负载（摩擦转矩） l 恒与运动方向相反，阻碍运动 l符号有时为正，有时为负
l 如：金属切削机床等（切削力）
2. 位能性恒转矩转矩 l 具有位能部件
l 作用方向恒定，与运动方向无关
l 符号总是正的
l 如：卷扬机起吊重物等
二、 恒功率负载转矩特性
起动瞬间
Ia
U Ea Ra R
U Ra R
Ia远大于额定电流
如果起动时U U N 且R 0，称为直接起动。
起动条件： 1、起动电流不要太大， 不超过IN的1.5-2.0倍 2、起动转矩要足够大， 使If=IfN,称为满励磁起动
1.降压起动
优点：起动平稳，起动过程中能量损耗小。
GD 2 dn T TZ 375 dt 当 T=TZ 时 ,dd n/d t t=0 ， 电力拖动系统处于平衡状 当 时， n/d >0 ，电力拖动系统处于加速状态
态 。
T TZ
当 T T
Z
时，d n/d t <0，电力拖动系统处于减速状态
。 设外加电枢电压
U 一定
，T=TZ (平衡)，此时， 若TZ突然增加，则调整过
Tz kn 或 Tz n
电机与拖动-第3章直流电机电力拖动
G
2013-9-11 5
第3章 直流电机电力拖动 3.1.3 电力拖动系统的运动方程式 1. 单轴电力拖动系统的运动方程
研究运动方程,以电动机的轴为研究对象。电动机运行时 轴的受力如图示。 T T
0 2
电动机
生产机械
Tem
轴
TL
Tem
n
d Tem－TL= J dt
Tem：电动机的电磁转矩( N.m ); TL：负载转矩( N.m ); J：电动机轴上的总转动惯量( N.m.s2); ：电动机转子角速度(rad/s)。
Te
O
TL
稳定运行必须满足Tem=TL，且能抗干扰
2013-9-11 28
第3章 直流电机电力拖动 稳定运行时，若产生了干扰，原来的平衡状态 被破坏，系统进入动态调整过程；当干扰消失 后，系统若回到干扰产生前的状态，则该系统 为稳定的。
n n0
干扰使 TL
a
a
n → Tem → a 点。 干扰过后 Tem＞TL →n →Tem →Tem = TL → a 点。
2013-9-11
27
第3章 直流电机电力拖动 3.2.5 电力拖动系统稳定运行的条件
负载转矩特性和电动机的机械特性要有一定的配合，电力 拖动系统才能稳定运行。 2
n n0
a
GD dn Tem TL 375 dt 稳定运行:——工作点在交点上 Tem－TL = 0，n(Ω) = 常数 过渡过程:——工作点动态变化 Tem－TL ＞ 0 ，Tem－TL ＜ 0
机械特性方程变为 n U N Ra Rad T n T em 0 em n Ce N CeCT 2 N n0 nN n1 n2
直流电机的电力拖动
直流电机的电力拖动
一、概述
直流电机是一种常见的电动机，利用直流电流产生的磁场来实现转动。
在工业领域，直流电机的电力拖动应用广泛，包括但不限于电动车辆、机器人、工业生产线等领域。
二、直流电机的结构
直流电机通常包括定子和转子两部分。
定子上绕有电磁线圈，转子上则安装有电刷和电枢。
当电流通过电磁线圈产生磁场时，磁场与转子上的磁铁相互作用，导致转子产生转动。
三、直流电机的工作原理
直流电机的工作原理是基于洛伦兹力的作用。
当电流流过电磁线圈时，产生的磁场与磁铁相互作用，使转子受到一个力矩，从而实现转动。
这种力矩被称为电力拖动的基础。
1. 电动车辆
直流电机在电动车辆中广泛应用。
电动汽车利用直流电机将电能
转化为机械能，驱动车辆行驶。
电力拖动的优势在于高效、省时省力。
2. 机器人
机器人是另一个常见的使用直流电机电力拖动的例子。
直流电机
提供了机器人运动的动力，使其具备移动、抓取等功能。
3. 工业生产线
在工业生产线中，直流电机常用于传送带、旋转机械等设备的驱动。
通过电力拖动，提高了生产效率和精确度。
电力拖动具有高效、响应速度快、控制方便等特点。
通过调节电
流大小和方向，可以实现精准的转动控制，适用于多种工业应用。
六、结语
直流电机的电力拖动在现代工业中扮演着重要的角色，其应用范
围广泛且效果显著。
通过适当的控制和调节，直流电机可以实现高效、精准的电力拖动，推动各种机械设备的运行和发展。
直流电动机的电力拖动绪言
直流电动机电力拖动的优势与不足
维护成本高
直流电动机结构复杂，需要定期维护和更换易损 件，如电刷和换向器等，维护成本较高。
效率较低
相对于交流电动机，直流电动机的效率较低，能 耗较大。
可靠性较低
由于直流电动机的结构和原理，其可靠性相对较 低，容易发生故障。
直流电动机电力拖动的发展前景
01
02
03
高效能化
直流电动机的环保与节能技术的研究与应用
要点一
环保与节能技术研究
要点二
环保与节能技术的应用
为了降低直流电动机的运行能耗和减少对环境的影响，需 要开展环保与节能技术研究。研究内容包括电机材料的环 境友好性、电机的节能设计、电机系统的节能控制等。
通过将先进的环保与节能技术应用到直流电动机中，可以 实现直流电动机的绿色化。这些技术的应用不仅可以降低 能耗和减少环境污染，还能提高直流电动机的运行效率和 可靠性。例如，采用环保材料制造的直流电动机可减少对 环境的污染；采用节能设计的直流电动机可降低运行能耗 ；采用节能控制的直流电动机可提高运拖动的优势与不足
调速性能优良
直流电动机可以通过改变电枢电压或励磁电流来实现平滑调 速，调速范围广，响应速度快。
启动转矩大
直流电动机具有较大的启动转矩，可以在重负载下实现快速 启动。
直流电动机电力拖动的优势与不足
• 控制精度高：直流电动机的转速与输入电压成正比，控制 精度高，适用于需要精确控制的应用场景。
直流电动机的工作原理
磁场与电流相互作用
在直流电动机中，电流通过电枢绕组 产生磁场，磁场与电流相互作用产生 电磁转矩，驱动转子旋转。
换向器的作用
由于电枢绕组中的电流方向不断改变 ，需要通过换向器的作用来实现电流 方向的连续转换，以保证电动机的连 续旋转。
直流电机电力拖动
但末发现空载起动和满载起动各会产生什么后果？
（原因励磁回路通电后，没注意观察有否电流，
就合电枢回路电源） 解：
n n0’
① 空载时起动会导致飞车,剩磁 愈小特性愈陡→n愈大； ②TL=TN时起动不了,停转时通 电时间长了会烧坏绕组。
弱磁人为特性
n0
固
T
T0
TN
3 －5 他励直流电动机的调速
根据直流电机转速方程：
上三系统的交点转速之上：T < TL 所以系统稳定。 而(d) (e)(f)三系统的交点转速之上: T > TL 所以系统不稳定。
3－ 4 他励直流电动机的起动
一、直接起动 电枢电流 Ia = (U－Ea) / Ra 将停转的直流电机直接通入额定电压，瞬间 n =o, Es=o
起始电流 Ia= Ua / Ra =(10~20)IaN 由于绕组Rs很小，起动电流很大带来的影响为： ①巨大电磁力损坏绕组； ②保护装置动作无法起动； ③电网电压波动影响其他设备； ④换向恶化； ⑤冲击力大，损坏传动装置。
电机轴
第一轴
第二轴
负载轴
且
J
GD2 4g
Ω
2 n 60
代入上式化简为：
GDd2x
GDd2 GD12
1 j2
GD22
1 j12 j22
GD2n
1 j12 j22j2n
工程上用近似计算(认为电机和负载的动能大)
若生产G机D械d2x负载的G飞D轮d2矩也G未D知f2,z则j12更j221简j单2n :
设TL折算到电机轴的等效负载转矩Tdx
则：TdxΩd＝TLΩL/ ηc ∴Tdx=TL ΩL ／Ωd ηc=TL / j ηc
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《电直流电机部分
1、直流电机的____A__子是磁极，__B__子是电枢。
a) 定b)转
2、直流电机的换向片是__B___的，电刷装置是___A___的。
a)固定不动b)随轴转动
3、直流电机线圈的感应电势是___B___电势，刷间的电势是___A__电势。
a)直流b)交变
4、某直流电机的额定功率P N=75Kw,U N=220V，额定效率 N=88.5%.若这是一台电动机，
额定电流I N=___B___A，若为发电机，额定电流I N=___A___A。
a)341; b)385.2 c)301.7
5、直流电动机的额定功率P N是指___B____功率。
a)电b)机械
6、直流电机空载时的磁场是C ___ 。
a)励磁磁场b)电枢磁场c)合成磁场
7、直流电机___ B 磁场对气隙磁场的影响，称为电枢反应。
a)励磁磁场b)电枢磁场c)合成磁场
8、直流电机电枢反应的作用之一是：当考虑饱和时有___ B 作用。
a)增磁b)去磁
9、某直流电机有16片换向片，其元件数为___A___。
a)８b)16 c)32
10、直流绕组中，被电刷短路的元件是处于A___ 上的元件。
a) 几何中性线b) 磁极轴线
11、直流绕组支路元件是__A____的，支路元件数是__A___的,支路电势大小是___B___的。
a)不变b)不断变换
12、直流绕组的导体电流，在每经过__C____时,便交变一次。
a)磁极轴线b)电刷c)几何中性线
13、直流电机的感应电势与__A____成正比，电磁转矩与___B___成正比。
a)转速n b)电枢电流c)电网电流
14、直流电机电枢电势是__B___，电枢电流是__D___。
a)各支路电势之和b)支路电势c)各支路电流之和d)支路电流
15、电流方程是I a=I－I f的直流电机是___B___机。
a)发电b)电动
16、他励直流电动机的电流方程为__A___。
a) I a=I b) I a= I f
17、某直流电机E a>U，则该电机运行在___A___状态。
若机械转矩大于电磁转矩T，则运行在___A___状态。
a)发电机b)电动机
18、直流电动机的电枢电流I a与E a___B__向，电磁转矩T与n____A_向。
a)同b)反
19、发电机的电磁转矩T是___B__转矩，电动机的T是__AB_ 。
a)驱动b)制动
20、直流发电机的电势平衡方程为__A____ ，电动机的为___B___。
a)U=E a－I a R a b) U=E a+I a R a
21、直流发电机的功率平衡方程为____B__，直流电动机的功率平衡方程为___C____。
a) P M－P0 =P2 b)P M+ P0 =P2 c) P M－P cu =P2 d) P M+ P cu =P2
22、某直流电机的功率方程为P M+ P0=P1，则该电机为___A____。
a)电动机b) 发电机
23、直流电动机的转矩平衡关系为__C_。
a)T+T0=T1b) T－T0=T1 c) T－T0=T2
24、额定转速为1450r/min的直流电机，若电磁功率为7500W，则T=___C____N.m。
a)46.5 b)47.75 c)49.4
25、随着负载增大，他励直流发电机的端电压____A_____。
a )下降b)上升
26、串励直流电动机____B____轻载或空载运行。
a)允许b)不允许
27、直流电动机起动主要是解决____B___问题。
a)起动转矩小b)起动电流大。