1直流电机的工作原理 感应电动势 电磁转矩

第1章直流电机
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主要内容
直流电机的工作原理
直流电机的结构和额定值
直流电机的电枢绕组
直流电机的磁场
直流电机的感应电动势和电磁转矩直流电动机
他励直流电动机的机械特性
直流发电机
直流电机的换向
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直流电机的组成
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直流发电机的工作原理
线圈在原动机的拖动下旋转运动，导体切割磁场产生切割电动势，每根导体中的电动势为交流电，通过滑环和电刷（换向器）的机械换向作用，输出直流电。

e Blv
发电：电磁感应定律右手定则
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单个线圈的感应电动势
e = Bδlv ∝ Bδ
但此电势在零和最大值之间脉动，波动太大，不能做直流电源。

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两线圈串联后的合成电势
与原有线圈相距90︒电角度再设置一个线圈，其两端
各接有换向片，并与原有换向片A、B相距90︒电角度，换向器包含4片换向片，相邻换向片间各相距90︒电角度。

当电枢旋转时，两个线圈的感应电势在时间相位上相距90︒电角度
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多个线圈串联后的合成电势增加线圈数，可减小感应电势脉
动。

当每极下导体数大于8时，
脉动可小于1%。

直流发电机实质是带换向器
的交流发电机
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直流发电机工作原理的描述
❝ 定子磁场的形成：给定子励磁绕组通入直流励磁电流，或定子为永磁体，产生恒定磁场，称为励磁磁场或主
磁场B；
❝ 原动机带动电枢线圈旋转，切割主磁场B
❝ 电枢线圈的导体中将产生感应电势e=Blv；
❝ 通过换向器与电刷的作用，可以引出单向（直流）端电势，输出电能。

❝ 注意：电枢绕组导体载流后，在磁场的作用下，根据安培力定律，受到安培力作用，产生电磁转矩，与原
动机形成力矩的平衡。

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直流电动机的工作原理在电刷A、B间加直流电压，产生电流Ia 。

则导体ab，cd受到电
磁力作用，电磁力的方向用左手定则判断。

当导体转过换向片时，其电流反向，所受电磁力也反向，保证线圈的旋转方向不变。

即：通过换向器，外部电路的直流电流变换为电枢绕组内的交流电流，电动机产生方向不变的电磁转矩。

电动：电磁力定律 B li 左手定则
f
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直流电动机工作原理的描述
❝ 定子磁场的形成：给定子励磁绕组通入直流励磁电流，或定子为永磁体，产生恒定磁场，称为励磁磁场或主磁场B；
❝ 将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组，使电枢导体有电流流过。

❝ 载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用f=Bli a （左手定则）
❝ 导体处于不同磁极下，所受到的力是方向相反的，但同一磁极下导体所受到的力始终是同一个方向，从而形成固定方向的合力及电磁转矩，拖动机械负载旋转。

形成力矩的平衡。

❝ 注意：同时电枢导体切割磁场，根据电磁感应定律产生感应电动势，与外加直流电源形成电压的平衡。

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直流电机的基本工作原理
发电：导体切割磁场，产生感应电动势
e = Blv
电磁感应定律右手定则电动：载流导体处在磁场中，受到安培力作用
安培定律 f = Bli 左手定则
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电枢绕组的感应电动势
B av = τΦl i
e av = B av l i v
pN
E a = Φn = C eΦn v = 2pτ n 60a
60
E a = N e av
2a
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例题
n N = 2850r / min N = 372 P N =10kW p = 2
直流发电机
E a = 250V
单波绕组
求：气隙每极磁通量Φ
解：
pN 2⨯372 =12.4
C e = =
60a 60⨯1 E C n 12.4⨯2850 e
250 Φ = =
= 70.7⨯10-4Wb a
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电枢绕组的电磁转矩
pN C e =
f av = B av li a
60a
D
T av = f av 2 pN
2 a
π T = ΦI a = C T ΦI a
D = 2p τ
π
60
C T = C e = 9.55C e
T = NT av
π 2
C e = 0.105C T
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例题
p = 2 P N =100kW U N = 330V
直流电动机
N =186
n N = 730r /min ΦN = ⨯
6.98 10-2Wb ηN = 0.915
单波绕组
求：T N
解：
pN
C t = =
2a 2 1 3.1416
2⨯186
π ⨯ ⨯ = 59.2 100⨯103 N U N 0.915⨯330
P N
I N = η = = 331A
T N = C Φ I = 59.2⨯6.98⨯10-2 ⨯331=1367.7N ⋅m t N N。