直流发电机和直流电动机

直流电机概述：直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。

它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。

当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

组成构造：直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。

直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。

运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

直流电机中的励磁绕组的作用是通入直流电.产生励磁电势（定子）。

直流电机中的电枢绕组的作用是产生感应电动势和通过电流,使电动机实现电能量转换（转子）。

（1）定子①主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。

主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。

铁心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。

励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。

整个主磁极用螺钉固定在机座上。

②换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成。

换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。

③机座电机定子的外壳称为机座。

机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。

为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。

直流电动机的分类直流电动机是一种常见的电动机类型，根据其不同的特性和用途，可以进行多种分类。

本文将从不同的角度对直流电动机进行分类介绍，以帮助读者更好地了解和理解直流电动机的特点和应用。

一、按照励磁方式分类1. 永磁直流电动机：永磁直流电动机是利用永磁材料产生磁场，用于产生转矩的一种直流电动机。

永磁直流电动机具有结构简单、体积小、效率高等优点，广泛应用于家用电器、机械设备等领域。

2. 电磁励磁直流电动机：电磁励磁直流电动机是通过外部电源提供电流，产生磁场，用于产生转矩的一种直流电动机。

电磁励磁直流电动机可根据不同的励磁方式进一步分为串激直流电动机、并激直流电动机和复合励磁直流电动机等。

二、按照转子结构分类1. 锚定转子直流电动机：锚定转子直流电动机是指转子上的绕组通过集电环与外部电源相连接的一种直流电动机。

锚定转子直流电动机具有结构简单、启动扭矩大等特点，广泛应用于起动和变速控制等场合。

2. 无刷直流电动机：无刷直流电动机是指转子上的绕组通过电子换向器与外部电源相连接的一种直流电动机。

无刷直流电动机不需要使用集电环和刷子，具有无摩擦、无火花、寿命长等优点，被广泛应用于航空航天、机器人等高精度领域。

三、按照工作原理分类1. 制动型直流电动机：制动型直流电动机又称为发电制动电动机，是指在发电状态下产生电能，用于制动负载的一种直流电动机。

制动型直流电动机通常用于电动车辆、电梯等需要制动的场合。

2. 发电型直流电动机：发电型直流电动机是指在机械转动的过程中产生电能的一种直流电动机。

发电型直流电动机通常用于风力发电、水力发电等领域。

四、按照用途分类1. 直流电机：直流电机是指用于将电能转换为机械能的一种电动机，广泛应用于各种机械设备和家用电器中。

2. 直流发电机：直流发电机是指将机械能转换为电能的一种电动机，常用于独立发电系统和特殊的工业用途。

以上是对直流电动机的分类介绍，希望能够帮助读者更好地理解直流电动机的不同类型和应用场景。

直流电动机和发电机的比较学习苏科版九年级物理第十六章《电磁转换》以后，很多同学经常把发电机和电动机搞混淆。

由于两者的构造大致相同、元件的连接方式基本相同，同时都受磁场方向的影响，确实容易让人混乱，但只要对它们加以比较，不难发现它们的异同。

一、两者相同点。

1、构造相同。

都由线圈、磁铁、换向器、电刷组成。

2、元件连接方式相同。

各元件均以串联方式组成电路。

3、都受磁场方向影响。

发电机中产生的电流方向与磁场方向有关；电动机中线圈受力方向与磁场方向有关。

二、两者不同点。

1、原理不同。

发电机依据电磁感应现象制成；电动机根据通电导体在磁场中受力运动原理制成。

下面就这个不同点看一道例题。

例1.如图所示的4幅图中，能反映出电动机工作原理的是（）分析：仔细分析四个选项后会发现其中A、B、D选项电路中的电流时由于导体切割磁感线而产生的，即先有“切割运动”再有“电流”，这三个选项反应了发电机的工作原理。

而电动机工作时是先有电源提供的“电流”，然后磁场对“电流”产生力的作用使导体运动，选项C符合这种情况。

本题选C。

小结：通过例题分析不难发现，电动机和发电机原理上的主要区别在于“电流”出现的先后上。

先出现“电流”（电源）的为电动机，“切割”后才出现电流的为发电机。

所以在初中习题中，判断发电机还是电动机原理图时，我们可以根据“有电源的是电动机，没电源的是发电机”这句话来快速下结论。

2、判断方法不同。

发电机中电流方向是根据磁场方向和切割磁感线的运动方向来判断；电动机中导体受力运动方向是根据磁场方向和电流方向来判断。

我们做对这类题目的关键是熟记“通电导体在磁场中的受力方向和磁场方向以及电流方向有关”、“感应电流方向和磁场方向以及切割磁感线的运动方向有关”两个结论，掌握好“参照判定法”即根据题目已知的方向（参照方向）来判定变化后的方向。

下面就这个问题看两道例题。

例2、在物理学中，用表示电流的方向垂直于纸面向里，⊙表示电流的方向垂直于纸面向外。

第一章直流电机直流电机是一种通过磁场的耦合作用实现机械能与直流电能相互转换的旋转式机械，包括直流发电机和直流电动机。

将机械能转换为电能的是直流发电机，将电能转换为机械能的是直流电动机。

与交流电机相比，直流电机结构复杂，成本高，运行维护较困难。

但直流电动机调速性能好，启动转矩大，过载能力强，在启动和调速要求较高的场合，仍获得广泛应用。

作为直流电源的直流发电机虽已逐步被晶闸管整流装置所取代，但在电镀、电解行业中仍被继续使用。

第一节直流电机的基本原理与基本结构直流电机是根据导体切割磁感线产生感应电动势和载流导体在磁场中受到电磁力的作用这两条基本原理制造的。

因此，从结构上看，任何电机都包括磁路和电路两部分；从原理上讲，任何电机都体现了电和磁的相互作用。

一、直流电机的工作原理（一）直流发电机工作原理图 1-1 所示两极直流发电机模型，可说明直流发电机的基本工作原理。

图中，N 、S 是一对固定不动的磁极。

磁极可以由永久磁铁制成，但通常是在磁极铁心上绕制励磁绕组，在励磁绕组中通入直流电流，即可产生N 、S 极。

在N 、S 磁极之间装有由铁磁性物质构成的圆柱体，在圆柱体外表面的槽中嵌放了线圈abcd ，整个圆柱体可在磁极内部旋转。

整个转动部分称为转子或电枢。

电枢线圈abcd 的两端分别与固定在轴上相互绝缘的两个半圆铜环相连接，这两个半圆铜环称为换向片，即构成了简单的换向器。

换向器通过静止不动的电刷 A 和 B ，将电枢线圈与外电路接通。

电枢由原动机拖动，以恒定转速按逆时针方向旋转，转速为n （r/min ）。

若导体的有效长度为 l ，线速度为v ，导体所在位置的磁感应强度为B ，根据电磁感应定律，则每根导体的感应电动势为e Blv =，其方向可用右手定则确定。

当线圈有效边ab 和cd 切割磁感线时，便在其中产生感应电动势。

如图1-1所示瞬间，导体ab 中的电动势方向由b 指向a ，导体cd 中的电动势则由d 指向 c ，从整个线圈来看，电动势的方向为d 指向a ，故外电路中的电流自换向片1流至电刷A ，经过负载，流至电刷B 和换向片2，进入线圈。

直流电机基本概念思考题解答P．221—5题：在直流电机中，为什么每根导体的电势为交流，但由电刷引出的电势为直流？答：电枢中的每一根直线导体（即镶在电枢铁芯中的导体）顺序切割电机磁场，而相对于直线导体而言磁场的大小在改变，该导体就会感应电势。

且该电势的大小和方向均随时间而变化。

故该电势的性质为交流。

但经换向器的机械整流作用，在电刷端口该电势就为直流性质。

1—7题：为什么直流电机的电枢铁芯必须用硅钢片迭压而成，定子铁芯却用普通钢片？答：电枢铁芯既导磁又导电，其在旋转运行时会产生涡流损耗和磁滞损耗。

为减少这些铁损耗，电枢铁芯必须用硅钢片迭压而成。

而定子铁芯在工作时用于产生主磁通，铁损耗几乎为零，故定子铁芯用普通钢片迭压而成，这样可降低电机成本。

1—8题：直流电机的电枢绕组是自成闭合回路，当电枢旋转而在其中产生感应电势时，会不会产生环流，为什么？答：根据电枢绕组的结构原理，其呈现为自成闭合状态。

而各支路是并联的，支路数是成对出现的。

在理想状态下，各支路电势大小相等。

绕组内阻的电压降也相同且对称。

故绕组并联回路中不会产生环流。

1—9题：直流电机的电枢绕组为什么必须闭合？若一处断开，会产生什么后果？答：电枢绕组必须永成闭合回路，才能满足电机运行时的“机---电”能量转换的要求；若一处断开，电机仍能转，但因并联支路对数减少，电机将不能满载运行使用。

1—10题：有一台单迭绕组电机，若除去一对正负电刷，对电机有什么影响？答：根据直流电机的基本理论单迭绕组的支路数2a=2p，共有4条支路，2对正负电刷。

若去除其中一对正负电刷，此时只有一对绕组工作，故此时电机只能带一半的负载运行。

1—11题：直流发电机和直流电动机的额定功率是指什么？一台直流电机在运行时的功率大小是由什么决定的？答：(1)直流发电机：其额定功率是指额定输出的电功率。

Pn = Un*In (w)直流电动机：其额定功率是指额定输出的机械功率。

Pn = Un*In*ηn （w）(2)直流电机在运行时，若电机的电磁参数不变时，其功率大小主要由它带的负载大小决定的。

直流电机及其电力拖动工作原理直流电机是实现直流电能和机械能相互转换的一种旋转电机，分为直流发电机和直流电动机。

如果作为发电机，必须由原动机拖动，把机械能转换为直流电能，以满足生产的需要，如直流电动机的电源、同步发电机的励磁电源（称为励磁机）、电镀和电解用的低压电源；如果作为电动机，将电能转变成机械能来拖动各种生产机械，以满足用户的各种要求。

由于直流电动机具有良好的起动特性，能在宽广的范围内平滑而经济地调速，所以它广泛地用于对起动和调速性能要求较高的生产机械上，如轧钢机、高炉卷扬设备、大型精密机床等。

小容量直流电机广泛作为测量、执行元件使用。

一、直流电机的基本原理和结构直流电机主要由定子和转子组成，定子由主磁极（产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成）、换向磁极（改善换向）、电刷装置（与换向片配合，完成直流与交流的互换）、机座和端盖（起支承和固定作用）组成；转子由电枢铁心（主磁路的一部分，放置电枢绕组）、电枢绕组（由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分）、换向器（与电刷装置配合，完成直流与交流的互换）、转轴、轴承组成。

直流电机是根据电磁感应定律和电磁率定律实现机械能与直流电能转换的电器设备。

按照转换方向不同可分为直流发电机（机械能转换为电能）和直流电动机（电能转换为机械能）。

二、直流电机的电力拖动原理由直流电机作为原动机的拖动系统称为直流电力拖动系统。

其优点是：系统的起动转矩大，在较大范围内能平滑地进行速度调节，控制简便。

然而，由于直流电机具有换向器和电刷，给使用带来了不少限制，如不能使用在易燃、易爆的场合；另外，换向器还限制了电机向高速、大容量方面发展。

尽管如此，直流电机在电力拖动系统的调速和起动方面的优势，使其至今仍在各个工业传动中发挥着重要的作用，特别是小型直流控制电机。

不同类型、励磁方式的电机特性各不相同，它们分别适用于不同类型的生产机械和工艺要求，本节以应用最为广泛的他励直流电机拖动系统为典型，研究他励直流电机的机械特性、起动、制动、调速运行及电力拖动系统稳定运行的条件。

直流发电机直流电动机的工作原理和结构直流电机工作原理和结构一、直流电机工作原理* 直流发电机的工作原理* 直流电动机的工作原理* 电机的可逆运行原理两个定理与两个定则1、电磁感应定理在磁场中运动的导体将会感应电势，若磁场、导体和导体的运动方向三者互相垂直，则作用导体中感应的电势大小为： e = B·l·v符号物理量单位B磁场的磁感应强度 Wb/m2v导体运动速度米/秒l导体有效长度me感应电势V电势的方向用右手定则 2.电磁力定律载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直 (见下图)，作用在导体上的电磁力大小为：f = B·l·i符号物理量单位i导体中的电流Al导体有效长度mf电磁力N力的方向用左手定则（一）直流发电机的工作原理直流发电机的原理模型1.2.发电机工作原理 a、直流电势产生用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动d c 和b a 速转动，线圈边．势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因为电刷 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动电动势 b、结论线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷 A B 端的电动势却是直流电动势。

（二）直流电动机的工作原理 1.直流电动机的原理模型（图1.1.5）直流电动机的工作原理要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。

为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转,这就是直流电动机的工作原理（三）电机的可逆运行原理从上述基本电磁情况来看：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理二、直流电机的结构旋转电机结构形式 , 必须有满足电磁和机械两方面要求的结构．旋转电机必须具备静止和转动两大部分1.直流电机静止部分称作定子作用 -- 产生磁场由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成2.直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)作用 -- 产生电磁转矩和感应电动势由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成直流电机电枢照片(一) 直流电机的静止部分1.主磁极是一种电磁铁，用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心2.换向极（又称附加极或间极）作用 -- 改善换向换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联．图1.1.11 主磁极和换向极示意图3.机座机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个作用：固定主磁极、换向极和端盖；作为磁路的一部分。

直流电动机直流电机直流电机是实现直流电能与机械能之间相互 转换的电力机械。

按其用途可以分为直流电 动机和直流发电机两类。

将机械能转换成直流电能的电机称为直流发电 机；将直流电能转换成机械能的电机称为直流 电动机。

直流电动机直流电动机具有优良的调速性能和启动性能 ，可实现频繁的快速启动、无级调速、制动和反 转；过载能力强；能满足自动化生产系统各种不 同的特殊运行要求。

直流电动机制造工艺复杂，生产成本高；可靠 性较差，维护比较困难。

直流电动机随着变频调速技术的迅速发展，但是在某些 要求调速范围大、快速性能高、精密度好、控 制性能优异的场合，直流电动机的应用目前仍 占有一定的比重。

直流电动机的结构国产Z2系列直流电动机直流电动机的结构国产Z4系列直流电动机直流电动机的结构直流电动机的结构直流电动机的结构组成：定子、转子。

直流电动机的结构定子作用：产生磁场和作为电动机的机械支撑。

组成：主磁极、机座、换向磁极、电刷装置、端盖和轴承。

3作用：产生磁场。

组成：主磁极铁心和主磁极绕组。

主磁极主磁极铁心作为电动机磁路的一部分，一般用1~1.5mm薄钢板冲制成型后，再用铆钉铆紧成一个整体，最后用螺钉固定在机座上。

主磁极铁心主磁极铁心极靴与极身交界的肩部，用以支撑主磁极绕组。

极身极靴极靴沿气隙表面处作成弧形，使磁通密度分布更为合理。

主磁极绕组通常用绝缘铜线制成一个集中的线圈，经过绝缘处理，套在磁极铁心外面。

主磁极绕组主磁极绕组主磁极总是N、S两极成对出现、交替排列。

作用：改善换向条件。

换向磁极组成：换向磁极铁心和换向磁极绕组。

主磁极与换向磁极的空间位置排列。

定子（机座）机座是主磁路的一部分，起支撑作用。

主磁极、换向磁极及端盖均固定在机座上，机座机座一般为铸钢件。

作用：通过电刷与换向器表面之间的滑动接触，把电枢绕组中的电流引入或引出组成：电刷、刷握、刷杆、刷杆座等。

电刷一般用石墨粉压制而成。

电刷置于电刷盒内，用弹簧把它压紧在换向器上。

电动机发电机的概念
电动机和发电机是互为反向工作的装置，它们都是利用电磁感应现象来进行能量转换的。

电动机是将电能转换为机械能的装置。

当通过电动机通入电流时，在电磁场的作用下，导体内部会产生磁场，通过电流与磁场的相互作用，导体受到一个力的作用，从而转动。

电动机主要分为直流电动机和交流电动机两种类型。

发电机是将机械能转换为电能的装置。

当通过发电机施加外力使其转动时，导体内的磁场会发生变化，从而产生感应电动势，导体两端之间产生电压差。

在闭合回路中，电流会流向负载，完成电能的转换。

发电机主要分为交流发电机和直流发电机两种类型。

需要注意的是，电动机和发电机虽然工作原理相反，但在结构上确实有相似之处。

例如，它们都包括转子和固定子，转子负责转动，固定子提供磁场。

同时，在一些具体应用中，电动机和发电机的转化也是相互兼容的，一个可以作为另一个的功能实现。

《电机与电力拖动》（第三版）习题参考答案第1章思考题和习题一、填空题1．直流电动机主磁极的作用是产生，它由和两大部分组成。

气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组2．直流电动机的电刷装置主要由、、、和等部件组成。

电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫3．电枢绕组的作用是产生或流过而产生电磁转矩实现机电能量转换。

感应电动势、电枢电流4．电动机按励磁方式分类，有、、和等。

他励、并励、串励、复励5．在直流电动机中产生的电枢电动势Ea方向与外加电源电压及电流方向，称为，用来与外加电压相平衡。

相反、反电势6．直流电动机吸取电能在电动机内部产生的电磁转矩，一小部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效转矩，它们之间的平衡关系可用表示。

输出、电磁转矩=损耗转矩+输出转矩二、判断题(在括号内打“√”或打“×”)1．直流发电机和直流电动机作用不同，所以其基本结构也不同。

（×）2．直流电动机励磁绕组和电枢绕组中流过的都是直流电流。

（×）3．串励直流电动机和并励直流电动机都具有很大的启动转矩，所以它们具有相似的机械特性曲线。

（×）4．电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。

（√）5．直流电机的电枢电动势的大小与电机结构、磁场强弱、转速有关。

（×）6．直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。

（√）三、选择题(将正确答案的序号填入括号内)1．直流电动机在旋转一周的过程中，某一个绕组元件(线圈)中通过的电流是( B )。

A．直流电流B．交流电流C．互相抵消，正好为零2．在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组( B )。

A．应与主极绕组串联B．应与电枢绕组串联C．应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联3．直流电动机的额定功率P N是指电动机在额定工况下长期运行所允许的( A )。

A．从转轴上输出的机械功率B．输入电功率C．电磁功率4．直流电动机铭牌上的额定电流是。

直流发电机和直流电动机的基本工作原理
直流发电机和直流电动机的基本工作原理如下：
直流发电机的基本工作原理是利用截断磁力线的方式发电。

在直流发电机中，通过一个旋转的励磁铁和一个静止的绕组产生磁场。

当励磁铁旋转时，磁场也会随之旋转。

然后在这个磁场中放置一个由导体组成的转子，转子会被磁场所感应，导致电流在导体中流动。

这个流动的电流会被导出，形成电机输出的直流电。

直流电动机的基本工作原理是利用电荷在磁场中受力转动的方法来产生转矩。

在直流电动机中，有一个定子和一个转子。

定子上有一组固定的绕组，而转子上有一组连接到电源的导线。

当电流通过定子绕组时，会产生一个恒定的磁场。

这个磁场会与转子上的导线相互作用，导致导线受力并开始旋转。

这样就产生了转子上的转矩，从而驱动机器或设备进行工作。