1、第一章 直流电机 本章主要讨论直流电机的基本结构和本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向及改善换向方法，从应用角度响、换向及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流电动分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。机的工作特性。1.2 1.2 直流电机电枢绕组简介直流电机电枢绕组简介1.3 1.3 直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应1.4 1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩直流电机的电枢电动势和电磁转矩1.5 1.5 直流电机的换向直流
2、电机的换向1.6 1.6 直流发电机直流发电机1.7 1.7 直流电动机直流电动机1.1 直流电机的基本工作原理与结构直流电机的基本工作原理与结构思考题与习题思考题与习题1.1.掌握直流电机的基本工作原理；掌握直流电机的基本工作原理；2.2.了解直流电机的基本结构和各部件的主要作用；了解直流电机的基本结构和各部件的主要作用；3.3.明确直流电机的铭牌中主要额定数据及其含义明确直流电机的铭牌中主要额定数据及其含义以以及在使用电机时应当注意的事项；及在使用电机时应当注意的事项；教学要求：教学要求：1.1 直流电机的基本工作原理与结构直流电机的基本工作原理与结构NSUNSUAXXA线圈边中电流不改变
3、方向，则平均线圈边中电流不改变方向，则平均Tem0直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理1.1 直流电机的基本工作原理和结构直流电机的基本工作原理和结构ENS直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理NSUU电刷电刷 电刷和换向片的作用是什么？电刷和换向片的作用是什么？换向片换向片AXXA 线圈边切割磁感线会产生什么？线圈边切割磁感线会产生什么？EEE直流电动机的工作原理示意图直流电动机的工作原理示意图:实际的直流电动机实际的直流电动机 电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。电磁关系电磁关系直流直流电流电流交流交流电流电流电磁转矩电磁转矩(拖动转矩拖动转矩)机械机
4、械负载负载克克 服服反电反电动势动势做功做功换向换向旋转旋转外加外加电源电源电刷和换向器电刷和换向器电枢绕组内部电枢绕组内部气隙气隙磁场磁场转子转子NS二、直流发电机的工作原理二、直流发电机的工作原理NSEE输出输出直流电直流电原动机原动机感应电动感应电动势、电流势、电流电磁转矩电磁转矩（阻转矩）（阻转矩）做功做功 电磁电磁 关系关系换向换向一、直流发电机工作原理 右图右图为为直流发电机的物理模型，直流发电机的物理模型，N N、S S为定子磁极，为定子磁极，abcdabcd是固定在可是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电同导磁圆柱体
5、称为电机的转子或电枢。线圈的首末端枢。线圈的首末端a a、d d连接到两个连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。电刷进行的。直流发电机直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。是将机械能转变成电能的旋转机械。1.1.1直流电机的工作原理直流电机的工作原理 当原动机驱动电机转子逆时针当原动机驱动电机转子逆时针旋转时同，线圈旋转时同，线圈abcdabcd将感应电动势。将感应电动势。如右图，导体如右图，导体abab在在N N极下，极下，a
6、 a点高电点高电位，位，b b点低电位；导体点低电位；导体cdcd在在S S极下，极下，c c点高电位，点高电位，d d点低电位；电刷点低电位；电刷A A极极性为正，电刷性为正，电刷B B极性为负。极性为负。当原动机驱动电机转子逆时针当原动机驱动电机转子逆时针旋转旋转 后，如右图后，如右图。0180 与电刷与电刷A A接触的导体总是位于接触的导体总是位于N N极下，与电刷极下，与电刷B B接触的导体总是位接触的导体总是位于于S S极下极下,电刷电刷A A的极性总是正的，的极性总是正的，电刷电刷B B的极性总是负的，在电刷的极性总是负的，在电刷A A、B B两端可获得直流电动势。两端可获得直流电
7、动势。导体导体abab在在S S极下，极下，a a点低电位，点低电位，b b点高电位；导体点高电位；导体cdcd在在N N极下，极下，c c点点低电位，低电位，d d点高电位；电刷点高电位；电刷A A极性极性仍为正，电刷仍为正，电刷B B极性仍为负。极性仍为负。实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。极交替旋转多对。把电刷把电刷A A、
8、B B接到直流电源上，接到直流电源上，电刷电刷A A接正极，电刷接正极，电刷B B接负极。此接负极。此时电枢线圈中将电流流过。时电枢线圈中将电流流过。直流电动机直流电动机是将电能转变是将电能转变成机械能的旋转机械。成机械能的旋转机械。在磁场作用下，在磁场作用下，N N极性下导体极性下导体abab受力受力方向从右向左，方向从右向左，S S 极下导极下导体体cdcd受力方向从左向右。该电磁受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。转子逆时针方向旋转。二、直流电动机工作原理二、直流电动机
9、工作原理 原原N N极性下导体极性下导体abab转到转到S S极极下，受下，受力力方向从左向右，原方向从左向右，原S S 极下导体极下导体cdcd转到转到N N极下，受力方极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。下继续逆时针方向旋转。与直流发电机相同，实际的与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。磁极也并非一对。当电枢旋转到右图所示位置时当电枢旋转到右图所示位置时直流电直流电动机的动机的
10、工作原工作原理示意理示意图图:主磁极主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极换向磁极：改善换向。：改善换向。电刷装置电刷装置：与换向片配合：与换向片配合,完成直流与交流的互换完成直流与交流的互换机座和端盖机座和端盖：起支撑和固定作用。：起支撑和固定作用。定子定子转子转子换向器换向器：与电刷装置配合与电刷装置配合,完成直流与交流的互换。完成直流与交流的互换。电枢铁心电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。转转 轴：轴
11、：由钢铁做成。由钢铁做成。轴轴 承：承：1.1.2 直流电机的主要结构直流电机的主要结构直流电机图片直流电机图片 直流电机图片直流电机图片 1.额定电压额定电压 UN 发电机的发电机的 UN：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：指输出电功率的额定值：指输出电功率的额定值(UN IN)。电动机的电动机的 PN：指输出
12、机械功率的额定值：指输出机械功率的额定值(UN INN)。1.1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列直流电机的铭牌数据及主要系列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 均为额定值的状态。均为额定值的状态。满载状态满载状态：指指 I=IN 的状态。的状态。欠载运行：电机的运行电流小于额定电流。欠载运行：电机的运行电流小于额定电流。过载运行：电机的行电流大于额定电流。过载运行：电机的行电流大于额定电流。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。+Ua+Uf他他励励并并励励串串励励复复励励1.直流电动机按励磁方式分类直流电动机按励磁方式分类MIfIaM+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI励磁方式励磁方式自自励励2.直流发电机按励磁方式分类直流发电机按励磁方式分类自自励励他他励励串串励励复复励励并并励励GIf+UfIa+UaGIa+UIfIG+UIfIIaGIfIa+UI
