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第一章 直流电机基本知识

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第一章 直流电机的基本知识

第一章 直流电机的基本知识

1.8.2 固有机械特性
• 他励直流电动机固有机械特性是一条斜直线， 跨越三个象限，特性较硬。 • 机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的 函数关系，是电动机本身的能力，至于电动机 具体运行状态，还要看拖动什么样的负载。 • 固有机械特性是电动机最重要的特性，在此基 础上，很容易得到电动机的人为机械特性。
Uf
If Tn TL Ia Ea
电动机惯例
1.7.2 他励直流电动机的功率关系
• • • • U Ia = Ea Ia +I2aRa P1=PM+pCua PM=P2+p0 T = T2 + T0
U
Ia Ea
Uf
If
Tn
TL
电动机惯例
1.7.2 他励直流电动机的功率关系
• 综合功率关系： P1=PM+pCua=P2+pCua+pm+pFe 他励直流发电机的功率流程：
Ia Ea R
Uf
If
Tn
TL
1.8.1 机械特性的一般表达式
• 机械特性 n= f(T) 的推导 UN Ra 将T=CtΦNIa，代入转矩特性， n Ia
考虑到电枢串电阻R可得： UN Ra R n T n0 T 2 Ce N CeCt N
UN n0 Ce N
UN Ra n Ia Ce N Ce N
当Ia↑，n↓。但Ra较小， n↓很小。
Ia
1.7.3 直流电动机的工作特性
2. 转矩特性 当U=UN，If=IfN时，T=f(Ia)的关系。
T Ct N I a
电磁转矩T与电枢电流Ia成正 比。如果考虑电枢反应有去磁 效应，随着Ia的增大，T要略微 减小。

直流电动机基本理论知识

直流电动机基本理论知识

直流电动机的基本结构直流电机的结构是多种多样的，但任何直流电机都包括定子部分和转子部分，这两部分间存在着一定大小的气隙，使电机中电路和磁场发生相对运动。

直流电机定子部分主要由主磁极、电刷装置和换向极等组成，转子部分主要由电枢绕组、换向器和转轴等构成。

结构图如图2-1。

图2-1直流电机结构图1-电刷；2-磁轭；3-永久磁钢；4-极靴；5-电枢绕组；6-内磁轭1．定子部分（1）主磁极: 其作用是产生磁场。

通常用厚1-1.5mm的低碳钢片叠装而成。

在磁极铁心上绕有励磁绕组，整个磁极利用螺杆固定在磁轭上。

（2）换向极: 其作用是改善换向，使电机运行时电刷下不产生有害的火花。

换向极也是由铁心及绕组组成，换向极绕组与电枢绕组串联。

（3）机座: 机座分磁轭和底脚两部分。

磁轭的作用是固定主磁极和换向极，是磁路的一部分。

底脚起支撑和固定整台电机的作用。

机座一般式用铸钢铁制造或钢板焊接而成。

2．转子部分（1）电枢铁心:电枢铁心是磁路的一部分，表面开槽以嵌放电枢绕组，为减少铁耗，采用0.35-0.5mm厚的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，固定在转子支架或转轴上。

（2）电枢绕组:电枢绕组由许多按一定规则连接起来的线圈组成，是通过电流和产生电动势的关键性部件。

线圈用带绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成。

嵌放在电枢铁心表面的槽内直流电机采用双层绕组，每槽内的线圈边分上、下两层，上下层之间及线圈于铁心之间都是要可靠绝缘。

槽口用槽契压紧，再用钢丝或玻璃丝带扎紧，大型电机中，绕组伸出槽外的端接部分应扎紧在支架上。

直流电动机的工作原理电动机是一种把电能转变为机械能的机械。

它的基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。

电动机结构主要包括两部分：转子和定子。

转子为电动机的旋转部分，由转轴座组成，导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。

绝大多数的电动机都须作连续的转运动的电磁力形成一种方向不变的转矩，才能构成电动机。

两磁极间装着一个可以转动的铁质圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈。

直流电机介绍

直流电机介绍
定义：直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且 可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负 载，即无功率输出。所以直流电机空载时的气隙磁 场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立 的磁场。
一、直流电机的磁路
图1.16 直流电机空载时的磁场分布示意图 1— 极靴；2—极身；3—元子磁轭；
4—励磁绕组；5—气隙；6—电枢齿；7—电枢磁轭
0
考虑到电机的运行性能 和经济性，直流电机额定运 行的磁通额定值的大小取在 磁化曲线开始弯曲的地方图 中的a点（称为膝部）。
N
A
If0 If
0
I fN F f 0 IN
图1.18 电机的磁化曲线
§1.3.2 直流电机负载时的磁场
负载时的气隙磁场将由励磁磁通势和电枢磁通势共同作 用所建立。
一、电枢磁通势和电枢磁场
图1.2 直流发电机原理模型
Hale Waihona Puke 从图看出，和电刷 A接触的导体永远位于 N极 下，同样，和电刷 B接触的导体永远位于S 极下。因 此，电刷 A始终有正极性，电刷 B始终有负极性， 所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电 动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律 把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直 流电动势。这就是直流发电机的工作原理。
长期过载或欠载运行都不好。为此选择电机时 ，应根据负载的要求，尽量让电机工作在额定状 态。
直流电动机的铭牌举例
§1.2
§1.2.1 直流电枢绕组基本知识 §1.2.2 单迭绕组 §1.2.3 单波绕组简介
§1.2.1 直流电枢绕组基本知识
电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机中机电能量的转换就是通 过电枢绕组而实现的，所以直流电机的转子也称为电枢。

《直流电动机》 知识清单

《直流电动机》 知识清单

《直流电动机》知识清单一、直流电动机的定义与工作原理直流电动机是将直流电能转换为机械能的旋转电机。

它依靠直流电源供电，通过电磁作用来实现转动。

其工作原理基于安培力定律和电磁感应定律。

当直流电流通过电动机的电枢绕组时，会在绕组周围产生磁场。

同时，电动机内部的永磁体或励磁绕组产生的磁场与电枢绕组产生的磁场相互作用，从而产生电磁转矩，驱动电枢旋转。

二、直流电动机的结构组成1、定子定子是电动机中固定不动的部分，主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。

主磁极提供主磁场，通常由永磁体或励磁绕组构成。

换向极用于改善换向性能，减小电刷与换向器之间的火花。

机座起到支撑和固定的作用。

电刷装置用于将直流电源引入电枢绕组。

2、电枢电枢是电动机的转动部分，主要由电枢铁芯、电枢绕组和换向器等组成。

电枢铁芯由硅钢片叠压而成，用于减少涡流损耗。

电枢绕组是产生感应电动势和电磁转矩的关键部件。

换向器则用于将电枢绕组中的交流电动势转换为直流电动势，并保证电流在电刷间的换向。

3、气隙气隙是定子和电枢之间的空隙，它的大小对电动机的性能有重要影响。

三、直流电动机的励磁方式1、他励直流电动机励磁绕组由独立的直流电源供电，励磁电流不受电枢电流的影响。

2、并励直流电动机励磁绕组与电枢绕组并联，励磁电压等于电枢电压。

3、串励直流电动机励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流等于电枢电流，这种电动机具有较大的启动转矩。

4、复励直流电动机既有并励绕组又有串励绕组，综合了并励和串励电动机的特点。

四、直流电动机的机械特性机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系。

1、自然机械特性在额定电压和额定励磁电流下，电动机的转速随电磁转矩的变化曲线。

2、人为机械特性通过改变电枢电压、励磁电流或电枢回路电阻等参数得到的机械特性。

五、直流电动机的启动启动时需要较大的启动转矩，但过大的启动电流会对电机和电源造成损害。

常见的启动方法有：1、全压启动直接将额定电压加在电枢两端，这种方法简单，但启动电流很大，一般只适用于小容量电机。

第一章直流电机

第一章直流电机

4. 直流电机出线端子(duān zǐ)的标志
绕组名称
出线端标志 绕组名称
电枢绕组 换向极绕组
A1 A2 B1 B2
串励绕组 并励绕组
补偿绕组
C1 C2
他励绕组
出线端标志 D1 D2 E1 E2 F1 F2
注：下标“1”是首端，为正极(zhèngjí)；下标“2”是末端， 为负极
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例1-5 在下图中画出并励直流电动机(dòngjī)的实际 接线图
由右手定则可知：决定感应电动势 极性的因素有两个，一是改变电枢 转向，二是磁场极性，因此改变磁 场的极性也可使直流发电机的输出 电动势极性改变。
S
-
+
注意：电枢转向和磁场极性只能改变其一。
N
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2、直流电动机(dòngjī)的基本工作原理
基于电磁力定律：左手 (zuǒshǒu)定则
载流导体ab、cd
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二、直流电机的基本 (jīběn)结构
直流电机的径向剖面示意图
直流电机的结构图
1-电枢铁心 2-主磁极 3-励磁绕组 4-电枢 齿 5-换向极绕组 6-换向极铁心 7-电枢槽 8-底座(dǐzuò) 9-电枢绕组 10-极掌(极靴 ） 11-磁轭（机座）
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二、直流电机的基本(jīběn) 结构
式来表示： T＝CT Ia
式中 ＣT ——转矩常数；ＣT=Np/(2 a)取决于电机的结构，即 在制成的电机中，p、N（电枢绕组总导体数）、 a均为定值；
——每极下的合成磁通(Wb)； 当Ia为(A)时, 电磁转矩单位(dānwèi)为N.m。 可见对已制成的电机, 电磁转矩T正比于气隙每极磁通 及电枢电流Ia。

1.1直流电机的工作原理和结构

1.1直流电机的工作原理和结构
直流发电机可作为各种直流电源。 直流电动机具有宽广的调速范围，较强的过载能 力和较大的起动转矩等特点，广泛应用于对起动和 调速要求较高的生产机械，如电力机车、内燃机车、 工矿机车、城市电车、电梯、轧钢机等的拖动电机。
2
§1-1 直流电机的工作原理和结构
一、直流电机的工作原理
直流电机是直流发电机和直流 电动机的总称。直流电机具有可 逆性，既可作直流发电机使用， 也可作直流电动机使用。
14
§1-1 直流电机的工作原理和结构
（2）电枢绕组
电枢绕组的作用是产生 感应电势和通过电流产生 电磁转矩，实现机电能量 转换。它是直流电机的主 要电路部分。
电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成，再按一定 规律嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要 妥善地绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外，槽口处需用槽楔 将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部分用玻璃丝带绑紧。绕组端 头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升高片槽内，并用锡焊或氩 弧焊焊牢。
12
（3）换向极
§1-1 直流电机的工作原理和结构
换向极又称附加极，安装在相邻两主磁极的几何 中心线上。 Why？在1.7讲
换向极的作用是改善直流电机换向。在小容量电 机（1kw以下）中，有时换向极只有主磁极的一半， 或不安装换向极。 （4）电刷装置
电刷与换向器相配合，在电动机中起到逆变（将 直流变为交流）作用；而在发电机中则起到整流 （将交流变为直流和结构
（3）换向器 换向器的作用是
在电刷间得到直流电 动势，并保证每个磁 极下电枢导体电流方 向不变，以产生恒定 方向的电磁转矩。
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§1-1 直流电机的工作原理和结构
3、气隙
气隙是定子和转子（电枢）之间自然形成的间 隙。它是电机主磁路的一部分,是电机能量转换的 媒介。气隙的大小对电机运行的影响很大。小容 量电机约为1-3mm，大容量电机可为几毫米。

直流电机的基础知识-第一部分

直流电机的基础知识-第一部分

直流电机的基础知识/第一部分——直流电机的结构和控制原理4.1 直流电机的结构和控制原理1、直流电机的工作原理概述：在电力拖动领域，随着变频器的出现形成交流调速技术的日渐成熟和低成本化，在不断侵蚀着直流调速的“地盘”，但直到今天，直流调速仍固守着日渐缩小的“阵地”。

直流电机具有调速性能好、调速方便平滑，调速装置简单、调范围广等特点，能承受频繁冲击负载、过载能力强（由变频器和交流电机构成的交流调速系统，还有一定差距），能实现频繁速启、制动及逆向旋转，能满足各种机械负载的特性要求。

直流电机的最大缺点，是因碳刷换向器的滑动电接触方式和整体结构交流电动机更为复杂等原因造成的维护工作量较大，需定期更换碳刷等。

图4-1 直流电动机的实物图直流电机的结构比交流电动机复杂得多，主要由：1）主磁极。

由主磁极铁芯及套装在铁芯上的励磁线圈构成，作用是建立主磁场；2）机座。

为主磁路的一部分，同时构成电机的结构框架，由厚钢板或铸钢件构成；3）电枢铁芯。

为电枢绕组的支撑部件，也为主磁路的一部分，由硅钢片叠压而成；4）电枢绕组。

直流电机的电路部分，由绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成；5）换向器。

由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒、片间用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而构成。

用作直流发电机时，称整流子，起整流作用；用于直流电动机时，用于（逆变）换向；6）电刷装置。

由电刷、刷盒、刷杆和连线等构成，是电枢电路的引出（或引入）装置。

7）换向极。

由铁芯和绕组构成，起改善换向，气隙磁场匀称等作用。

直流电机是将电源电能转变为轴上输出的机械能的电磁转换装置。

由定子绕组通入直流励磁电流，产生励磁磁场，主电路引入直流电源，经碳刷（电刷）传给换向器，再经换向器将此直流电转化为交流电，引入电枢绕组，产生电枢电流（电枢磁场），电枢磁场与励磁磁场合成气隙磁场，电枢绕组切割合成气隙磁场，产生电磁转矩。

这是直流电机的基本工作原理。

图4-2 直流电机的（物理）结构模型上图为简单的两极直流电机模型，由主磁极（励磁线圈）、电枢（电枢线圈）、电刷和换向片等组成。

电机学

电机学
f2=sf E2sn=Sn*E2/开方3 E2!=E2N如果是后者则除以开3；
频率折算：
因为异步电机定转子回路电动势电流频率不一样。在绕组折算前要进行
频率折算， 方法是； 用一个静止的转子代替实际旋转的转子。
功率因数特性cosφ1=f（p2)
异步电机运行时需要从电网中吸取无功电流进行励磁，所以I1电流中滞后与电源电压U1，功率因数cosφ1<1.空载时，定子电流Io,基本上为励磁电流，这时功率因数很低，cosφ1=0.1-0.2.
在空载时的二次侧电压U20=Un2 ,接负载后电压变为U2，变化量 Un2-U2，与额定电压Un2的比称为电压变化率用Δ=U表示，
△u=(Un2-U2) / Un2; / △u=1-U2*=1-U’2* p107
标幺值：
同一系列的电力变压器无论容量等级，还是电压等级都相差较大，参
数相差也大，为了方便比较分析，用标幺值表示。
电枢内电阻估算值为 Ra=(1/2)(UI-P/I^2) //基于N电枢下标
启动方法：直接启动 降压启动 电枢回路串电阻启动
制动方法：能耗制动 倒拉反接制动 电源反接制动（电压反接） 回馈制动
思考题
1 生产机械特性归纳起来有哪几种基本类型
1 恒转矩特性 2 恒功率特性
2 从运动方程式怎样看出系统处于加速的，减速的，Hale Waihona Puke 定的，静止的工作状态？电机学
第一章直流电机
电磁感应定律
在恒定的磁场中，当道题切割磁力线时，导体中产生感应电动势。
e=Blv
e的大小由磁感强度和导体切割速度决定，e的方向由右手定则决定
电枢绕组：
(原理）线圈切割磁力线线圈中产生直流电流，许多线圈分布在电枢铁心表面不同

第一章 直流电机基本知识

第一章 直流电机基本知识

本次课要点 1.直流电机的组成及各部件的作用。 2.直流发电机和直流电动的额定功率有何不同，额定功 率、额定电压和额定电流的关系是什么？
第三节 直流电机的电枢绕组 电枢绕组是电能和机械能相互转换的枢纽 研究直流电机电枢绕组，主要是找出电枢绕组的 线圈之间及线圈与换向器之间的连接规律。不同类型 的电枢绕组，具有不同的连接规律。 直流电机的电枢绕组分为单叠绕组、复叠绕组、 单波绕组、复波绕组等几种类型。 对电枢绕组的要求： 在通过规定的电流和产生足够的电势和电磁转矩前 提下，所消耗的有效材料最省，强度高（机械、电 气、热），运转可靠，结构简单等。
3）当电枢转过180° 时，导体ab和cd及红 绿换向片位置互换， 如右图所示。 由右手定则可确定感 应电动势方向分别为 a→b，c→d。此时， 电动势方向刚好与开 始瞬时方向相反。 外电路中电流方向为： 绿换向片→A→负载→B→红换向片。 由此可见，电刷A始终与N极下的有效边所连接的换向片接触，故电 刷的极性不变。
3.直流发电机产生的电磁转矩 直流发电机电刷两端 获得直流感应电动势后， 若接通电外路负载，线圈 内便产生一电流，电流i方 向与电动势e方向相同。同 时通电导体在磁场又会产 生一电磁力f，形成以电磁 转矩T，T的方向由左手定 则判断可知，T与线圈转动 方向相反。即电磁转矩将 阻碍线圈的旋转，称为阻 转矩。
励磁绕组和串换向极 后的电枢绕组出线
定子机座 换向极铁心
换向极绕组
主磁极铁心
主磁极绕组 （励磁绕组）
换向极绕组与电枢 绕组的串联接线
直流电机定子
1.定子 定子：产生磁场和机械支撑 （1）机座：兼起机械支撑和导磁磁路两个作用。通常为 铸钢件，也有采用钢板焊接而成，对于换向要求较高的 电机，可以采用叠片结构的机座。

第一章.直流电机

第一章.直流电机

直流电机的基本结构总结
主要由定子、转子两部分组成
直流电机
定子
转子
机座 主磁极
电枢铁心
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
1－3 直流电机分类－励磁方式
他励
串励
I Ia I Ia I f
并励
I Ia I f
注： I ：电源输入电流； I a ：电枢电流； I f ：励磁电流
复励
4
5
6 S7
8
9
10 N11
12 13 14 S 15 16
15 16 1 2 3 4
+
5 67
－
8 9 10 11 12 13 14
+
－
+
－
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， 绕组内部无环流；
电刷位置对电枢反应的影响
1. 交轴磁势
与主极轴线正交的轴线通常称为交轴 与主极轴线重合的轴线称为直轴；
2 交轴电枢反应
N
S
主极产生磁场的磁密波形
电枢绕组产生磁场的磁密波形
Fax
1 2
( Nia
Da
2x)
Bax
0
Fax
合成磁场的磁密波形
3 直轴磁势
电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量
n
N：总导体数 Ce：电势常数
电枢电势的认识
Ea
pN 60aLeabharlann nCe n
对电枢电势的认识：
一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于每极 磁通φ（韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分布无关。

《电力机车电机》应知应会

《电力机车电机》应知应会

《电力机车电机》应知必会适用班级：电力机车专业第一章直流电机的基本知识§1-1直流电机基本工作原理1、直流发电机原理是什么？答：通过导体切割磁感线产生感应电动势x e=B Lv2、直流电动机原理是什么？答：带电导体在磁场中受到电磁力的作用而产生偏转F=BIL §1-2 直流电机的基本结构3、直流电机的基本结构是什么？答：由定子和转子构成。

定子包括机座、主磁极、换向极和电刷装置。

转子包括转轴、电枢铁心、电枢然组、换向器4、换向极又称什么？主要作用是什么？答：附加极，主要作用是改善直流电机的换向5、主磁极铁芯构成是什么？答：主极铁芯有1-1.5mm 厚薄钢板冲片叠压而成。

§1-3直流电机的电枢绕组6、直流电机的电枢绕组分类答：单叠绕组、复叠绕组、单波绕组、复波绕组§1-4直流电机的磁场7、直流电机的励磁方式分为答：他励、并励、串励和复励8、什么是电枢反应？答：电机负载运行时，电枢磁场对主极磁场的影响称为电枢反应§1-5直流电机的感应电势和电磁转矩9、直流电机的电磁转矩、直流电机的感应电势？答：a e E C n f =T aT C I f =§1-6直流电机的基本方程10、直流电机的基本方程是什么？电势平衡方程式：发电机a a a U E I R =-电动机a a a U E I R =+转矩平衡方程式：发电机10T T T =+电动机20T T T =+11、用什么方法可以改变电机的转动方向？（说出2条就可）答：改变电流方向可以改变电机转动方向改变磁极方向可以改变电机转动方向改变励磁电流方向可以改变电机方向第二章直流牵引电动机的特性§2-1牵引电动机的一般概念1、牵引电动机的传动方式？答：个别传动和组合传动2、牵引电动机架承式悬挂分类答：分为球面齿式联轴节的架承式悬挂和采用空心轴传动的架承式悬挂3、个别传动的优点是答：个别传动的主要优点是当一台牵引电动机发生故障时，可以单独切除4、牵引电动机必须满足的要求答：1) 应有足够大的启动牵引力和较强的过载能力2）具有良好的调速性能。

直流电机基本知识--ppt课件

直流电机基本知识--ppt课件
3
直流电机的优缺点
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。
缺点：
由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。
4
主要内容
1 直流电机的工作原理、主要结构、 额定值 2直流电机的电枢绕组 3直流电机的电枢反应 4电枢绕组感应电动势和电磁转矩 5直流电机换向
11
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
左 手 定 则
12
n逆时针转向
n逆时针转向
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
电动机运行关键：要使电枢受到一个方向不变的电磁转 矩，即当线圈边在不同极性的磁极下时受到的电磁转矩 方向不变。
若电机实槽数为Q，虚槽数为Qu，
41
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
3. 元件数、换向片数与虚槽数 每一元件有两个圈边， 每一换向片上接有两个圈边， 每一虚槽内放置有两个圈边， 元件数S等于换向片数K，也等于虚槽数
42
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
4. 元件、极距与节距 (1) 元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多 匝两种。元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换 向片相 连，其中一根称为首端，另一根称为末端。 (2) 极距：是指相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距 离，用τ表示，
39
15.2直流电机电枢绕组
一、电流电枢绕组基本知识
现代直流电机为双层绕组，元件一个边放在某一 槽的上层，称为上层边，另一个边则放在另一槽的下 层，称为下层边。
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3.额定电流IN 指电机按照规定的工作方式运行时，电枢绕组允许 流过的最大安全电流，单位为安（A）。 4.额定转速nN 指电机在额定电压、额定电流和额定输出功率时， 电机的旋转速度，单位为 转/分（r/min）。 此外，还有工作方式、励磁方式、额定励磁电压、 额定温升、额定效率ηN等。 额定值是选用或使用电机的主要依据，一般希望电 机按额定值运行。实际上，电机运行时的各种数据可 能与额定值不同，它们由负载的大小来确定。
（3）换向器：机械整流和逆变。即在直流电动机中，将外 加直 流电流逆变成电枢绕组内的交流电流 ；直流发电机中，将 电枢绕组内的交流电动势整流成电刷两端的直流电动势。
直流电机的基本结构总结
主要由定子、转子两部分组成
直流电机 定子 机座 换向极 主磁极 电刷装置 电枢铁心 换向器 风扇 转子 电枢绕组 转轴 轴承
3.直流发电机产生的电磁转矩 直流发电机电刷两端 获得直流感应电动势后， 若接通电外路负载，线圈 内便产生一电流，电流i方 向与电动势e方向相同。同 时通电导体在磁场又会产 生一电磁力f，形成以电磁 转矩T，T的方向由左手定 则判断可知，T与线圈转动 方向相反。即电磁转矩将 阻碍线圈的旋转，称为阻 转矩。
二、直流发电机的工作原理 1.感应电动势的产生
1）如右图，直流电动 机的电枢绕组以恒定转 速n逆时针旋转，线圈 有效边ab和cd将切割 磁力线，产生感应电动 势 e。 由右手定则可确定， 感应电动势方向为 b→a，d→c。
e e
负 载
若接通外电路，电流流向为：红换向片→A→负载→B→绿换向片。
2）当电枢转过90° 时，如图，线圈有 效边ab和cd转到N、 S极的几何中心线上， 此处磁密Bx为零， 故这一瞬间感应电 动势e为零。
本次课要点 1.直流电机的组成及各部件的作用。 2.直流发电机和直流电动的额定功率有何不同，额定功 率、额定电压和额定电流的关系是什么？
第三节 直流电机的电枢绕组 电枢绕组是电能和机械能相互转换的枢纽 研究直流电机电枢绕组，主要是找出电枢绕组的 线圈之间及线圈与换向器之间的连接规律。不同类型 的电枢绕组，具有不同的连接规律。 直流电机的电枢绕组分为单叠绕组、复叠绕组、 单波绕组、复波绕组等几种类型。 对电枢绕组的要求： 在通过规定的电流和产生足够的电势和电磁转矩前 提下，所消耗的有效材料最省，强度高（机械、电 气、热），运转可靠，结构简单等。
一般ε 取“-”, y1<τ ,为短 矩绕组，有利于电机换向。
(2)后节距y2 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。 (3)合成节距y 连接同一换向片上的 两个元件对应边之间的距 离。 (4)换向器节距yK 同一元件首末端连接 的换向片之间的距离。
二、直流电机的额定值
铭牌值
电动机铭牌
根据国家标准和要求设计和试验所得的一组反映电 机性能的主要数据，称为电机的额定值 1.额定功率PN 指电机按固定的工作方式运行时，所能提供的输 出功率。发电机：电枢两出线端输出的电功率；电动 机：指电动机轴上输出的机械功率。单位为千瓦 （kW）。 PN U N I N 发电机： PN U N I N N 电动机： 2.额定电压UN 指电机安全工作时，电枢绕组允许输出的最高电压或 外加电压，单位为伏（V）。
励磁绕组和串换向极 后的电枢绕组出线
定子机座 换向极铁心
换向极绕组
主磁极铁心
主磁极绕组 （励磁绕组）
换向极绕组与电枢 绕组的串联接线
直流电机定子
1.定子 定子：产生磁场和机械支撑 （1）机座：兼起机械支撑和导磁磁路两个作用。通常为 铸钢件，也有采用钢板焊接而成，对于换向要求较高的 电机，可以采用叠片结构的机座。
直流电机
直流电动机：将直流电能转换成机械能输 出。 直流电机具有可逆性，既可作直流电动机使用，也可作 直流发电机使用。
一、直流电机的模型结构
直流电机模型图如上图 磁场：图中 N和 S是一对静止的主磁极，用以产生磁场。 主磁极可以采用永久磁铁，也可以采用电磁铁。 励磁绕组：容量较小的发电机用永久磁铁做磁极的。容 量较大的发电机的磁场是由直流电流通过绕在磁极铁心上 的绕组产生的。用来形成N极和S极的绕组称为励磁绕组， 励磁绕组中的电流称为励磁电流If。 电枢绕组：在N极和 S极之间，有一个能绕轴旋转的圆柱 形铁心，其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中abcd)， 电枢绕组中的电流称为电枢电流Ia。 换向器：电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组 同轴旋转的半圆形铜片----换向片上，组成一个换向器。 换向器上压着固定不动的炭质电刷。 电枢：铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为 电枢。 在定子上装有两个电刷A和B，接通电枢电路和外电路。
由此可得S、K、 Zu之间的关系为
S K Zu uZ
4.极距 τ
电枢表面圆周上相邻两主磁极之间的距离，以长度 表示为

以虚槽表示为
Da
2p
Zu 2p
P：主磁极对数
Da：电枢外径
5.绕组节距
指被连接起来的两个元件 边或换向片之间的距离，通常 用虚槽数或换向片数表示。 (1)线圈节距y1： 同一个元件的两个有效边 在电枢表面跨过的距离。
第二节 直流电机的基本结构
一、直流电机的基本结构 定子：机座、主磁极、换向极、电刷装置等 转子（电枢）：转轴、电枢铁芯、电枢绕组、换向器等。 气隙：定子与转自之间的间隙。 1-风扇 2-机座 3-电枢 4-主磁极 5-换向器 6-刷架 7-接线板 8-出线盒 9-换向磁极 10-端盖 11-转轴
机车车辆系
第一章 直流电机基本知识
第一节 直流电机基本工作原理 第二节 直流电机的基本结构 第三节 直流电机的电枢绕组 第四节 直流电机的磁场
第五节 直流电机的感应电动势和电磁转矩
第六节 直流电机的基本方程 第七节 直流发电机的运行特性
第一节 直流电机基本工作原理
直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一， 是直流发电机和直流电动机的总称。 直流发电机：将机械能转换成直流电能输出。
由此可见，直流电机具有可逆性，即一台直流电机既可 作发电机运行，也可以作电动机运行。例如电力机车牵 引电机，在牵引工况时，作电动机运行，产生牵引力； 在制动工况时，牵引电机作发电机运行。
本次课要点（作业）： 1、直流电机的概念及其分类。
2、电磁感应定律、公式。
3、直流发电机的工作原理，阻转矩概念。 4、直流电动机的工作原理，反电动势概念。
（2）主磁极 :产生电机的主磁场。由主极铁芯和主极线圈 组成。用螺栓固定在机座内壁。
主磁极的铁芯由 1 ～ 1.5mm厚钢 板冲片叠压后再 用铆钉铆紧而成
励磁绕组用绝缘铜线 绕制并进行绝缘处理 后套在主磁极极身上
（3）换向极：又称附加极，用来改 善直流电机的换向。 由换向极铁芯和换向极绕组构成， 同样用螺栓固定在机座内壁。
一、电枢绕组概述
1、电枢绕组元件
构成 直流电机电枢绕组的基本单元为元件； 一个元件两个有效边，其中一个有效边嵌放 在某个槽的上层（上元件边），另一个有效 嵌放在另一个槽的下层（下元件边）,元件的 首末端分别接于两个换向片上。元件在铁芯 槽内部分称为有效部分，槽外部分仅起连接 作用，称端接部分。
2、元件数S、换向片数K、虚槽数Zu之间的关系
当电枢转过90°，电刷不与换向片接触，此时线圈中 没有电流，i=0，T=0。但由于机械惯性的作用，电枢 仍能转过一个角度。A、B线圈分别与两个换向片相接 触，位置互换。线圈中又有电流i流过，此时，导体ab、 cd中电流方向为 b→a，d→c， 导体所受电磁力 f 由左手定则判定， 方向如图所示。 因此，线圈仍受 到同一方向的电 磁转矩的作用， 电枢保持同一方 向旋转。
f
在直流电动机中，通过电刷和换向器的作用，将外 电源直流电转换成线圈内部的交流电。产生单方向的电 磁转矩，驱动电机持续旋转。同时，电枢在转动时，线 圈又会切割磁力线而产生感应电动势，这个电动势(用右 手定则判定)的方向与电枢电流Ia和外加电压U的方向总 是相反的，称为反电动势Ea。直流电动机若要维持继续 旋转，外加电压就必须高于反电动势，才能不断克服反 电动势而流入电流，正是这种不断克服，实现将电能转 换为机械能。
换向器
轴承
直流电机转子
（1）转轴：用来传递转矩，一般用合金钢锻压而成。 （2）电枢铁芯：电机磁路的一部分，承受电磁力作用的部件 ；嵌放电枢绕组。
均匀开槽 电枢铁心冲片 (0.35～0.5mm厚) （硅钢片） 涂绝缘漆冲片叠压而成， 减小磁滞和涡流损耗
（3）电枢绕组：切割磁场产生感应电动势和通过电流 产生电磁转矩，实现机电能量转换。电枢绕组通常用 圆形或者矩形截面的的导线绕制而成，再按一定规律 嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁芯之 间都要妥善的绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外， 槽口处需用槽楔将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部 分用无纬玻璃丝带绑紧。绕组端头 则按一定规律嵌放在换向器铜片的 升高片槽内，并用锡焊或氩弧焊焊 牢。
2.感应电动势的波形
根据电磁感应定律，每根导体产生的感应电动势为： e=BxLv
Bx－导体所在位置的磁通密度 （T）； L －导体切割磁力线的有效长度（m）； V －导体切割磁力线的线速度（m/s）。
Байду номын сангаас
1）导体电动势随时间的变化规律与磁通密度的分布 规律相同。在电机中L一定，先假定电枢以恒转速n旋 转，则v也恒定，即v=常数。那么e∝Bx。
每个线圈单元有两个出线端，每个换向片又与两个 不同线圈单元的两个出线端相连接，因而线圈元件数等 于换向片数，即
SK
每个实槽内嵌放上、下两个有效边，成为一个单元 槽或一个虚槽。但有些电机一个实槽上、下层常并列嵌 放多个元件边，如图，这时总的虚槽数为
Zu uZ
Z—电枢铁芯实槽数； u—一个实槽内所包含的虚槽 数。