直流电机

第8章直流电动机8.1直流电机的构造8.2直流电机的基本工作原理8.3直流电动机的机械特性8.4并励电动机的起动与反转8.5并励(他励)电动机的调速第8章直流电动机本章要求1. 了解直流电动机的基本构造和工作原理;2. 掌握他励（并励）和串励直流电动机的电压与电流的关系式，接线图、机械特性;3. 搞清他励（并励）和串励直流电动机的起动、反转和调速的基本原理和基本方法。

8.1直流电机的构造直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。

直流电机的优点：(1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。

(2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。

(3) 易于控制。

应用:(1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。

(2)8.1.1直流电动机的构造极掌极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。

SN ++++N +++++S+++1. 磁极用来在电机中产生磁场。

永磁式:由永久磁铁做成。

励磁式:磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。

励磁:磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。

2. 转子(电枢)由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。

电枢铁心：由硅钢片叠装而成。

电枢绕组：单个绕组元件组成。

1. 他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。

8.1.2 直流电机的分类直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机2. 并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。

U U fI a M +_+_I ff R 'stR 他励I a U M +_I f f R 'st R +_I E 并励4. 复励电动机励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。

直流电动机直流电动机是利用电磁感应原理实现直流电能与机械能的相互转换。

如果将电能转换为机械能则为电动机，反之就是发电机。

直流电动机具有调速范围广且平滑，起动和制动转矩大，过载能力强，且易于控制，常用于对调速有较高要求的场合。

本章主要介绍直流电机的基本结构、工作原理和机械特性。

并以他励电动机为例，讨论了直流电动机的启动、反转与调速等运行问题。

8.1 直流电机的构造常用的中小型直流电动机的结构如图8.1.1所示。

它由定子、转子、电刷装置，端盖，轴承、通风系统等部件组成。

图8.1.1 直流电动机的结构1.定子定子有机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成，其剖面结构示意图见8.1.2所示。

它的作用就是产生主磁场和附加磁场，作电机的机械支架。

图8.1.2 直流电动机定子结构机座用作电机的外壳，并固定主磁极和换向极，并且也是磁路的一部分。

机座常用铸钢或厚钢板制成，保证良好的导磁性能和机械支撑作用。

主磁极由磁极铁心、励磁线圈组成，它能产生一定形状分布的气隙磁密。

主磁通铁心，由1~1.5mm厚的硅钢片冲压叠制而成，用铆钉与电动机壳体相连，铁心外套上预先绕制的线圈，以产生主磁场。

主极掌面呈孤型，以保证主磁极掌面与电枢表面之间的气隙均匀，磁场分布合理。

换向极结构与主磁极相似，只是几何尺寸小主磁极小。

其作用是产生附加磁场，以改善电机的换向。

电刷装置通过固定的电刷与转动的换向片之间的滑动接触，使旋转的转子与静止的外电路相连接，是电机结构中的薄弱之处。

石墨制成的电刷放在刷握内，用压紧弹簧将其压在换向器表面。

刷握固定在刷杆上，通过电刷的刷辩，将电流从电刷引入或引出。

2.转子转子（又称电枢）由电枢铁心，电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成，如图8.1.3所示。

它是产生电磁转矩或感应电动势，实现机电能量转换的关键。

图8.1.3 直流电动机的转子结构电枢铁心也是电机主磁路的一部分。

为了减少涡流和磁滞损耗，铁心采用0.5mm 厚的两面涂绝缘漆的硅钢片选压而成。

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。

直流电动机的概述1. 什么是直流电动机直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的装置。

它通过直流电源提供的电流产生旋转力，驱动机械运动。

直流电动机广泛应用于工业、交通和家庭设备中，具有高效率、精确控制和稳定性等优势。

2. 直流电动机的工作原理直流电动机主要由电流产生装置、旋转部分和定位部分组成。

电流产生装置通常是采用直流电源或电池，通过接通电路提供电流。

电流经过旋转部分（由电枢和永磁体组成）和定位部分（由电枢和永磁体之间的磁场相互作用产生转矩）后，产生旋转力。

3. 直流电动机的类型直流电动机根据其结构和工作原理的不同，可以分为多种类型。

常见的直流电动机包括：3.1 刷型直流电动机刷型直流电动机是最为常见的一种直流电动机。

它由电枢、磁极和刷子组成。

电流通过电枢产生磁场，与电磁铁的磁场相互作用产生转矩，从而驱动电机旋转。

3.2 无刷直流电动机无刷直流电动机是近年来发展起来的一种新型直流电动机。

它消除了传统电刷和电枢之间的摩擦，并通过电子元器件实现对电流和转矩的精确控制。

3.3 混合型直流电动机混合型直流电动机是刷型直流电动机和步进电动机的结合体。

它集两者的优势于一身，具有较高的转矩密度和精确的位置控制能力。

4. 直流电动机的优点与交流电动机相比，直流电动机具有以下优势：4.1 高效率直流电动机在能量转换过程中损耗较少，具有较高的能量利用率。

这使得直流电动机在能源消耗和成本控制方面更具优势。

4.2 精确控制直流电动机可以通过改变电流大小和方向来实现精确的转矩和速度控制。

这对于需要高精度位置控制的应用非常重要，例如机器人、自动化设备等。

4.3 起动扭矩大直流电动机具有较高的起动扭矩，适用于需要瞬时大功率输出的场合，如电动汽车、起重机等。

4.4 可逆性直流电动机的旋转方向可以通过改变电流的方向来调节。

这使得直流电动机在需要频繁反向运动的应用中非常有用，如卷筒机、搅拌机等。

5. 直流电动机的应用直流电动机由于其优异的性能，在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于：5.1 工业自动化直流电动机在工业自动化设备中广泛应用，如机床、输送机、风机等。

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。

直流电机的分类一、按照电源类型分类1.1 电池供电的直流电机电池供电的直流电机是最常见的一种直流电机类型。

它们使用化学能将直流电转换为机械能。

电池供电的直流电机通常用于便携式设备，如手持式电动工具、玩具等。

1.2 外部电源供电的直流电机外部电源供电的直流电机主要是指交流电转化为直流电后供应给直流电机使用。

这种直流电机的优点是能够提供较大的功率，并且不会受到电池容量限制。

它们广泛应用于工业设备、电动车辆等领域。

二、按照励磁方式分类2.1 永磁励磁直流电机永磁励磁直流电机是使用永磁体作为励磁源的直流电机。

永磁体的磁场稳定性较好，使得这种电机具有良好的转速调节性能和响应速度。

永磁励磁直流电机广泛应用于家电、办公设备等领域。

2.2 手动励磁直流电机手动励磁直流电机是通过手动方式将直流电导线接入电枢，实现励磁的直流电机。

由于手动励磁的不稳定性，这种直流电机的转速调节性能较差，应用范围有限。

2.3 刷碳式励磁直流电机刷碳式励磁直流电机是通过碳刷与旋转的集电环接触，实现励磁的直流电机。

它们通常具有较高的功率和较大的转矩，广泛应用于家电、自动化设备等领域。

2.4 无刷式励磁直流电机无刷式励磁直流电机是通过电子控制单元实现励磁的直流电机。

它们具有高效率、可靠性和长寿命的优点，广泛应用于工业自动化、机械加工等领域。

三、按照控制方式分类3.1 单向控制直流电机单向控制直流电机是最简单的一种直流电机控制方式。

它们只能沿一个方向旋转，通常用于一些简单的应用场景，如风扇、搅拌器等。

3.2 正反转控制直流电机正反转控制直流电机可以实现正转和反转两种运动方式。

它们通常由一个中间位置的开关控制，广泛应用于电动车、自动门等领域。

3.3 转速调节控制直流电机转速调节控制直流电机通过改变电机供电电压或者改变电机的励磁方式来实现转速的调节。

它们可以根据不同的需求实现不同的转速，广泛应用于工业设备、机械加工等领域。

3.4 位置控制直流电机位置控制直流电机通过反馈控制实现对电机位置的控制。

第一篇 直流电机一. 直流电机(DC Machines)概述直流电机是电机的主要类型之一。

直流电机可作为发电机使用，也可作为电动机使用。

用作发电机可以获得直流电源，用作电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。

直流电机的用途:作电源用:发电机；作动力用:电动机；信号的传递:测速发电机,伺服电机作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能信号传递:直流测速发电机将机械信号转换为电信号信号传递-直流伺服电动机将控制电信号转换为机械信号二. 直流电机的优缺点1.直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。

2.直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。

3.直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。

4.由于存在换向器，其制造复杂，成本较高。

第1章 直流电机的工作原理和结构1-1 直流电机工作原理一、原理图(物理模型图)磁极对N、S不动, 线圈（绕组）abcd 旋转, 换向片1、2旋转, 电刷及出线A、B不动二、直流发电机原理（机械能--->直流电能）( Principles of DC Generator)1.原动机拖动电枢以转速n(r/min)旋转；2.电机内部有磁场存在；或定子（不动部件）上的励磁绕组通过直流电流(称为励磁电流I f)时产生恒定磁场（励磁磁场，主磁场） (magnetic field, field pole)3.电枢线圈的导体中将产生感应电势 e = B l v ，但导体电势为交流电，而经过换向器与电刷的作用可以引出直流电势E AB，以便输出直流电能。

（看原理图1，看原理图2）(commutator and brush)1.问题1-1：直流电机电枢单个导体中感应电势的性质？2.问题1-2：直流电机通过电刷引出的感应电势的性质？3.看直流发电机原理动画4.问题1-3：直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势？5.为了得到稳定的直流电势，直流电机的电枢圆周上一般有多个线圈分布在不同的位置，并通过多个换向片联接成电枢绕组。