第二章 直流电机

纪真电机学讲义全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：纪真电机学讲义第一章电机原理概述电机是将电能转换为机械能的设备，是现代工业中不可或缺的重要组成部分。

电机的基本原理是根据安培法则和洛伦兹力定律，利用导体在磁场中受到力的作用，从而实现电能向机械能的转换。

电机的工作原理十分复杂，涉及电磁理论、力学、热力学等多个领域的知识。

本章将介绍电机的分类、工作原理以及电机在现代社会中的应用。

第二章直流电机直流电机是最早被发明和广泛应用的电机类型之一。

它由定子、转子、电刷和换相器等部分组成，利用直流电流在磁场中的作用力来实现机械转动。

直流电机具有结构简单、运行可靠、速度调节范围广等优点，在工业生产、家用电器等领域都有着广泛的应用。

本章将详细介绍直流电机的结构、工作原理及控制方法。

除了直流电机和交流电机，还有一些特种电机用于特定的工作场景。

例如步进电机用于精确位置控制，无刷电机用于高速运动，线性电机用于直线运动等。

这些特种电机在航天航空、精密仪器、医疗器械等领域都有着重要的应用。

本章将介绍几种特殊电机的结构、工作原理以及应用领域。

第五章电机控制与调速电机控制是电机应用中的一个重要环节，可以通过改变电机的电流、电压、频率等参数来实现对电机的控制。

电机调速是电机控制的一种重要方式，可以根据需要调整电机的转速和功率输出。

现代电机控制技术包括直流调速、变频调速、矢量控制等多种方法，能够实现电机的高效、精准控制。

本章将介绍电机控制技术的发展历程以及各种调速方法的原理和应用。

第六章电机故障诊断与维护电机在长期运行过程中可能会出现各种故障，如温升过高、轴承损坏、绝缘老化等。

及时发现并排除电机故障对于延长电机寿命、保证生产运行具有重要意义。

电机故障诊断是电机维护的重要内容，可以通过振动分析、红外热像仪、超声波检测等工具和方法来对电机进行检测。

本章将介绍电机故障的常见原因、诊断方法以及维护保养的技巧。

能源消耗是现代社会面临的一个严重问题，提高电机的能源利用效率对于节约能源、减少环境污染具有重要意义。

第二章 直流电机的电力拖动2-1 一台他励直流电动机的额定数据为： N P =54 kW ，N U =220 V ，N I =270 A ， N n =1150 r /min 。

估算额定运行时的aN E ，再计算N e C Φ、N T 、0n ，最后画出固有机械特性。

解： 估算额定运行时的 V 20922095.095.0=⨯==N aN U Emin)/r /(V 182.01150209===ΦN aN N e n E C N.m 29.469270182.055.955.9=⨯⨯=Φ=Φ=N N e N N T N I C I C Tr/min 1209182.02200==Φ=N e N C U n 在n -T 直角坐标系中过点A （1209，0）和点B （1150，469.29）作直线，该直线就是他励直流电动机的固有机械特性，如题2-1图所示。

2-2 一台他励直流电动机的额定数据为：N P =7.5 kW ，N U = 220 V ，N I =40 A ，N n =1 000 r /min ，a R =0.5 Ω。

拖动L T =0. 5N T 恒转矩负载运行时电动机的转速及电枢电流是多大?解： V 200405.0220=⨯-=-=Φ=N a N N N e aN I R U n C En /(r/min)1209 1150 T/N.m469.29 题2-1图1V/r.min 2.01000200-===ΦN aN N e n E C r/min 11002.02200==Φ=N e N C U n 由a N T I C T Φ=可知，当L T =0.5N T 时，A 20405.05.0=⨯==N a I Ir/min 10505011002.0205.0110000=-=⨯-=Φ-=∆-=a N e a I C R n n n n2-3 写出题2-3图所示各种情况下系统的运动方程，并说明系统的运行状态。

第二章 直流电机 2．1 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流，“换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。

2．2 试判断下列情况下，电刷两端电压性质 （1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转； （2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。

(1)交流 ∵电刷与电枢间相对静止，∴电刷两端的电压性质与电枢的相同。

（2）直流 电刷与磁极相对静止，∴电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 ∴是直流。

2．3 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向器有什么呢？ 直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到N 极下，还是S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩 2．4 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？有7个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记2．5 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，∴线圈太多，无处嵌放。

2．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。

漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换，δΦ与饱和系数有关。

2．7 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？磁化曲线：00()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 励磁磁动势设计在低于“膝点”，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是0Φ（根据E 和m T 公式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。

第二章直流电机2.1直流电机的基本工作原理及结构一、基本工作原理（一）直流电机的构成（1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；（2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴（3）气隙**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。

1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；（1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势（2）特点：e=BLV；a、电枢绕组中电动势是交流电动势b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向）2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；（1）原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来（2）特点：f=BiLa、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩的方向不变。

c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n同向）**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。

3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成（二）直流电机的基本结构1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚3.电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）4.电枢绕组——电路。

电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路）换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料）电刷装置a、电刷——石墨或金属石墨b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨）5.换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电枢绕组串联）（三）励磁方式1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式；2.分类：以直流发电机为例分为：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）他励：激磁电流较稳定；并励：激磁电流随电枢端电压而变；串励：激磁电流随负载而变，由于激磁电流大，激磁绕组的匝数少而导线截面积较大；复励：以并激绕组为主，以串激绕组为辅。

第二章直流测速发电机Chapter two DC Tachogenerator 2.1 直流电机基本结构和工作原理（The Structure and Principle of a DC Machine）直流发电机工作原理直流电动机工作原理2.2 直流电机的电势和电磁转矩（EMF and MMF of DC machine）电势：n a pN n C E e a φφ60== 电磁转矩：a a T I apN I C T φπφ2== 磁场分布和电刷电势图2 - 13 直流电机磁路 图2 - 14 气隙中磁通密度分布图()()lv B e θθ=图 2 - 2 磁场分布和电刷电势2.3 直流测速发电机(DC Tachogenerator )PRINCIPLE OF OPERATION :The DC Tachogenerator is a speed transducer, which develops DC voltage proportional to speed of the motor connected to it. Permanent Magnetic field eliminates the need of external excitation and offers extremely reliable and stable outputs. The accuracy of the tachogenerator decides the maximum accuracy of speed of the controlled machine. They are widely used for feedback and display purposes.直流测速发电机及其输出特性1) 对直流测速发电机要求：（1）输出电压与转子转速之间的关系（称为输出特性）应为线形，如图2-17；图2-17 测速发电机的理想输出特性（2）输出特性的斜率要大；（3）温度变化对输出特性的影响要小；（4）输出电压的纹波要小；（5）正、反转两个方向的输出特性要一致。