1、*存在的问题存在的问题:交变的电磁转矩只能使转动交变的电磁转矩只能使转动部分部分(电枢电枢)来回摇摆来回摇摆NSNS - + 直流电机的工作原理直流电机的工作原理一、直流电动机一、直流电动机abcdabcd一、直流电动机一、直流电动机NSU直流电源直流电源交流电流交流电流恒向的电磁转矩恒向的电磁转矩（拖动转矩）（拖动转矩）换向换向旋转旋转机械负载机械负载反电动势反电动势克克服服 直流电机的工作原理直流电机的工作原理增加换向器装置增加换向器装置的意义的意义 在旋转过程中应保持每极下导体中电流的方向不变 换向器由互相绝缘的换向片构成，装在轴上与电枢一同旋转。换向器又与两个固定不动的电刷相接触，这样
2、当直流电压加于电刷时，换向器的作用使外电路的直流电流改为线圈内的交变电流，这种换向作用称为逆变逆变，以保证每极下导体中所流过的电流方向不变，从而使电机连续的旋转。NSE二、直流发电机二、直流发电机原动机原动机 感应电动势、电流感应电动势、电流电磁转矩（阻转矩）电磁转矩（阻转矩）作功作功*所发电流在电机内部实际为交流，经过机械“整流”为直流！*对比上页“逆变”的概念 一、直流电机的静止部分（定子）1、主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。主磁极由主极铁芯和套装在铁芯上的励磁绕组组成它的，铁芯是由11.5mm厚的钢板冲片叠压紧固而成。极靴的作用是使主磁通在过气隙时分布的更合理并且固定励磁绕组。 直流电
3、机基本结构直流电机基本结构2、机座 其作用其一是作为磁路的一部分，其二是固定主极，换向极和端盖。通常是用铸钢或厚钢板焊成，机座中有磁通通过的部分称为磁轭。 3、换向极 换向极装在两极之间。其作用是用来改善换向，也是由铁芯和绕组组成，换向极绕组与电枢绕组串联串联。 4、电刷装置 电刷装置是电枢电路的引入（或引出）装置，通过它可以把电机旋转部分的电流引出（或引入）到静止的电路里，它与换向器配合才能使电机获得直流电机的效果。二、直流电机的转动部分（转子）二、直流电机的转动部分（转子）1、电枢铁芯 电枢铁芯既是主磁路的组成部分,又是电枢部分绕组的支撑部件.为减少电枢铁芯内的磁滞与涡流损耗，铁芯一般采用
4、0.5mm厚的DR530或DR510的硅钢片叠压而成。*电枢铁芯是实心或空心？*磁滞与涡流损耗？（如何防止？）直流电机的转子铁芯与电枢绕组 2、电枢绕组. 电枢绕组叠放在电枢铁芯的槽内，是由按一定规律联接的线圈组成。它是直流电机的电路部分。上、下层之间，及线圈与铁芯之间都要有绝缘，槽口处用槽楔压紧。 *为什么叫为什么叫电枢绕组为电枢电枢绕组为电枢？ 直流电机的定子直流电机的定子 更多的图片更多的图片 电机装配图电机装配图3、换向器 换向器是直流电机的重要部件之一，在发电机中可将电枢绕组中交变的电流转换成电刷上的直流，起整流整流作用，而在直流电动机中将电刷上的直流变为电枢绕组内的交流，即起逆变逆
5、变作用。 换向器由许多换向片组成，片间用云母绝缘，电枢绕组的每个线圈的两端分别接到两个换向片上*换向器换向器 直流电机的基本结构直流电机的基本结构知识点知识点总结总结一、定子一、定子1. 主磁极主磁极:2. 换向磁极：换向磁极：主磁极铁芯、励磁绕组。主磁极铁芯、励磁绕组。改善换向用。改善换向用。3. 电刷电刷装置装置4. 机座与端盖机座与端盖二、转子二、转子1. 电枢铁芯电枢铁芯: 由硅钢片叠成。由硅钢片叠成。2. 电枢绕组电枢绕组3. 换向器换向器4. 转轴与风扇转轴与风扇发电机：整流作用。发电机：整流作用。电动机：逆变作用。电动机：逆变作用。1. 额定电压额定电压 UN 发电机的发电机的U
6、N ：指输出电压的额定值。：指输出电压的额定值。 电动机的电动机的UN ：指输入电压的额定值。：指输入电压的额定值。2. 额定电流额定电流 IN 发电机的发电机的 IN ：指输出电流的额定值。：指输出电流的额定值。 电动机的电动机的 IN ：指输入电流的额定值。：指输入电流的额定值。3. 额定功率额定功率 PN 发电机的发电机的 PN ：输出：输出“电电”功率的额定值功率的额定值(UN IN ) 电动机的电动机的 PN ：输出：输出“机械机械”功率的额定值功率的额定值 UNINN* *知识点总结知识点总结：注意区别以上电动机与发电机对应铭牌数据的不同含义？注意区别以上电动机与发电机对应铭牌数据
7、的不同含义？ 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据4. 额定转速额定转速 nN5. 额定励磁电压额定励磁电压 UfN6. 额定励磁电流额定励磁电流 IfN额定状态额定状态 ： 指指 U、I、P、n 均为额定值的均为额定值的状态。一般为出厂较为理想状态状态。一般为出厂较为理想状态满载状态满载状态 ： 指指 I = IN 的状态，一般即指额的状态，一般即指额定状态。定状态。注意：直流电机有注意：直流电机有2电回路，电枢绕组与直流励磁回路。电回路，电枢绕组与直流励磁回路。直流电机实例直流电机实例直流电机实例直流电机实例直流电机分解图直流电机分解图直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场 一、
8、励磁方式一、励磁方式 ：直流电机的磁场，可以由永久磁场产生，也可以由励磁绕组产生。一般来讲永久磁铁的磁场较弱,所以现在绝大多数直流电机的主磁场都是由励磁绕组通以直流励磁电流励磁绕组通以直流励磁电流产生的.我们称这种磁场为直流电机的主磁场，有时也称为励磁磁场。 励磁绕组的供电方式称为励磁方式. GIf+UaIa+Uf他励他励I+U并励并励GI+U串励串励G直流发电机按励磁方式分类直流发电机按励磁方式分类GI+U复励复励自自励励*知识点：知识点：四种励磁方式。四种励磁方式。二二 直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场 1、定义：空载磁场是在无载情况下，励磁绕组中通入电流后建立的磁场。* *知识点知识
9、点：空载的含义？（这时电枢电流为零或近似为零） 空载磁场组成：主磁通和漏磁通两部分 分布：由于磁极极靴宽度总是小于极距，在极靴下气隙较小，所以极靴下沿电枢表面主磁场较强，极靴以外，气隙加大，主磁场明显削弱，在两极间的几何中性线处磁密为零。气隙磁场磁密分布波形为一礼帽形礼帽形。 2、直流电机的空载磁路 对主磁通和漏磁通对主磁通和漏磁通 的分析的分析 主磁通：主磁通：从主极过气隙到转子，因气隙小，磁导大。所以磁通很大。 漏磁通：漏磁通：仅铰链励磁绕组本身，经由空气闭和，不进入电枢铁心。因气隙大，磁阻大，所以其值很小。三、三、直流电机直流电机负载时的磁场负载时的磁场 负载时电机中的气隙磁场是由励磁励
10、磁磁动势和电枢电枢磁动势两者共同建立（电枢绕组电流较大，该电流建立自身磁场。） 分析：单独由电枢绕组产生的电枢磁场的分布情况 （见图）*知识点：知识点：空间有两种磁场叠加。分析电枢磁势波形 电刷放在几何中性线上时，电枢磁动势的轴线与主磁极轴线正交，称为交轴电枢磁动势。*磁势F曲线与磁密B曲线的区别？三、三、直流电机直流电机负载时的磁场负载时的磁场（电枢反应）（电枢反应）电刷电刷几几何何中中性性线线 N S励磁磁通势产生励磁磁通势产生的励磁磁场的励磁磁场（空载磁场）（空载磁场）物物理理中中性性线线电枢磁通势产生电枢磁通势产生的电枢磁场的电枢磁场 N S合成磁场合成磁场（负载时的磁场）（负载时的磁
11、场） N S物理物理中性线中性线四、电枢反应 电枢反应:负载时电枢磁动势对主磁极磁场的影响称为电枢反应。 电枢反应的影响：电枢反应的影响：知识点知识点 总磁场畸变总磁场畸变，被扭曲了！，被扭曲了！ 几何中心线与物理中心线不重合。几何中心线与物理中心线不重合。电刷电刷在几何中心线位置处元件的在几何中心线位置处元件的 e e00，增加，增加换向困难。换向困难。(3) (3) 一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁一半磁极的磁通增加，一半磁极的磁通减少。通减少。 但但因部分磁路饱和的原因，每因部分磁路饱和的原因，每极总磁通减少极总磁通减少，直流电机的，直流电机的E E 和和T T 相应相应减少。减少。直流
12、电机的电磁转矩和电动势计算直流电机的电磁转矩和电动势计算NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 5 6 8 9 11 12A1 B1 A2 B2 单叠绕组的展开图单叠绕组的展开图 电刷的中心线对着磁极的中心线。电刷的中心线对着磁极的中心线。A13 6 4 7 5 85 2 4 1 3 12A29 12 10 1 11 211 8 10 7 9 6B1B2n一、感应电势一、感应电势 E:感应电势指电枢绕组一条支路感应电势指电枢绕组一条支路的电势（即电刷间的电势。以发电机为例）的电势（即电刷间的电势。以发电机为例） 电枢旋转电枢旋转 n总磁场总磁场 ee E2. 大
13、小大小 每个导体：每个导体：e = B v l,1. 产生产生:设电枢总导体数为Za，支路数为2a,则每条支路串联导体数为aZa2磁密的平均值 aZXaavbaZB2121电势常数apZCnCnapZLBnapZBaZnpLEaeeaavaavaa6060)(602602)22(602602602pRnpnRRnRV3. 方向：方向：由由 和和 n 共同决定。共同决定。4. 性质性质 发电机：为发电机：为电源电动势电源电动势； 电动机：为电动机：为反电动势反电动势。*假如电动机不存在感应电动势？假如电动机不存在感应电动势？知识点：知识点：E = CE n式中：式中：CE 电动势常数。电动势常数
14、。二、电磁转矩二、电磁转矩 T1. 产生产生:导体导体(线圈中线圈中)的的 i总磁场总磁场 F T2. 大小大小: 电磁力：电磁力： F = B i l2DLibTaxC一极下导体数为 pZa2作用于一极下导体的转矩为：xpZaaxpZpbDLiDLibTaa212122pZXaavbpZB212122DLiBpZTaavap3. 方向方向: 由由 和和 Ia 共同决定。共同决定。4. 性质性质发电机：发电机：电动机：电动机：T 与与 n 方向相反，为方向相反，为制动转矩制动转矩；T 与与 n 方向相同，为方向相同，为驱动转矩驱动转矩。知识点：知识点：T = CT Ia式中：式中：CT 转矩常
15、数。转矩常数。作用于整个电枢上的转矩为： 22DLiBZTpTaavape因为 aIiLBpDaaav22支路电流aTaaaaeICIapZpaILLZT2)2(21)2)(apZCaT2eeTCCC55. 9260三、感应电势和电磁转矩的关系？三、感应电势和电磁转矩的关系？ 由电磁功率由电磁功率Pe =机械功率机械功率转换成的转换成的电功率电功率电功率电功率机械功率机械功率转换成的转换成的E IaTPe = E Ia = T，知识点，知识点 =2n60CE n Ia = CT IaCECT CE n = CT=n=602= 9.55 CT = 9.55CE直流电动机的运行原理直流电动机的运行
16、原理一、他励电动机一、他励电动机励磁电压励磁电压 UfIf电枢电压电枢电压 UaIa Tn EMIf+UaIaE+Uf1. 电压平衡方程式电压平衡方程式励磁电路：励磁电路： Uf = Rf If电枢电路：电枢电路： Ua = E + Ra Ia(1) 机械特性机械特性CEEn =CEUaRa Ia=CEUa=RaCECT2T2. 转速转速OnTn0当当T时，时， n下降不多下降不多 硬特性硬特性。M三、串励电动机三、串励电动机IaIfI+U + UaE+ Uf 1. 电压电压 U = Ua + Uf = E + (Ra+ Rf ) I2. 电流电流 I = Ia = IfRa+ RfUE=CT
17、 T=3. 转矩转矩 T = CT Ia当当 Ia 较小、磁路未饱和时，较小、磁路未饱和时， Ia T Ia2 即即 TIa2 与并励电动机比较，有如下特点：与并励电动机比较，有如下特点： 对应于相同的对应于相同的T ，Ia 小；小； 对应于允许的对应于允许的 Iamax ，能够产生的，能够产生的 T 大，大， *Tst 和和 Tmax 较大。较大。 转矩特性：转矩特性： U = UN 时，时， T = f (Ia )OTIa4. 转速转速ECEn = U(Ra + Rf ) Ia CE= UCE=Ra + RfCECT2T(1) 当当T = 0 时，时，Ia = If ， =r ，n 很大，
18、很大，n = (5 6) nN (2) 当当T 很小时，很小时，Ia 很很小，小，磁路未饱和，磁路未饱和，T Ia n 迅速下降；迅速下降； (3) 当当T 很大时，很大时，Ia 很大，很大，磁路已饱和，磁路已饱和，T Ia 基本不变基本不变 n下降较少；下降较少； OnT 转速特性：转速特性： n = f (Ia )| U = UNUCEn =Ra + RfCEIaUCE Ia =Ra + RfCEOnIa5. 应用应用(1) 特别适用于起重机和电气机车等运输机械特别适用于起重机和电气机车等运输机械;(2) 不能在轻载或空载下运行不能在轻载或空载下运行;(3) 不能用皮带轮传动（易造成皮带松
19、驰）。不能用皮带轮传动（易造成皮带松驰）。四、复励电动机四、复励电动机MI+U 积复励、差复励。积复励、差复励。 一般采用积复励电动机；一般采用积复励电动机； 机械特性介于并励电动机机械特性介于并励电动机 和串励电动机之间：和串励电动机之间： 有较大的有较大的Tst ； 可以空载运行。可以空载运行。OnT并并复复串串2.8 直流电动机的功率和转矩直流电动机的功率和转矩一、一、 功率平衡方程式（并励）功率平衡方程式（并励）输入功率：输入功率： P1 = U I铜损耗铜损耗 PCu : PCu = Ra Ia2 + Rf If2 电磁功率电磁功率Pe ： Pe = P1 PCu = E Ia空载损耗空载损耗 P0 ： P0 = PFe + Pme + Pad输出功率输出功率P2 ： P2 = Pe P0 = T2260T2n=功率流程图功率流程图: :P1PCuPeP0P2二、二、 转矩平衡方程式转矩平衡方程式空载：空载： T = T0负载负载: : T = T0 + T2
