第二章直流电机PPT讲稿.ppt

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1、第二章直流电机第二章直流电机第1页，共118页，编辑于2022年，星期三2 第二章第二章 直流电机直流电机第2页，共118页，编辑于2022年，星期三3 主要内容主要内容第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构第二节第二节 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第四节第四节 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场第五节第五节 感应电动势和电磁转矩的计算感应电动势和电磁转矩的计算第六节第六节 直流电机的运行原理直流电机的运行原理第3页，共118页，编辑于2022年，星期三4本章要求本章要求掌握掌握直流电机的工作原理直流电机的

2、工作原理了解了解直流电机的结构直流电机的结构理解理解直流电机额定值的含义直流电机额定值的含义掌握掌握单叠绕组和单波绕组的特点及区别单叠绕组和单波绕组的特点及区别掌握掌握直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式理解理解直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应熟练掌握熟练掌握直流电机感应电动势和电磁转矩的计算直流电机感应电动势和电磁转矩的计算掌握掌握他励直流电机的基本方程和功率流程图他励直流电机的基本方程和功率流程图掌握掌握他励直流电动机的三个工作特性他励直流电动机的三个工作特性理解理解直流发电机的特性直流发电机的特性第4页，共118页，编辑于2022年，星期三5直流电机的特点直流电机的特点直流发电机的电

3、势波形较好，对电磁干扰的影响小；直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小；直流电动机的调速范围广，调速特性平滑，过载能力较强；直流电动机的调速范围广，调速特性平滑，过载能力较强；由于存在换向器的问题，制造复杂，价格较高。由于存在换向器的问题，制造复杂，价格较高。直流发电机的用途直流发电机的用途电源电源；励磁机；励磁机；信号传递信号传递测速发电机。测速发电机。直流电动机的用途直流电动机的用途动力用动力用-直流电动机直流电动机；信号传递信号传递直流伺服电动机。直流伺服电动机。第5页，共118页，编辑于2022年，星期三6一、直流电动机的工作原理一、直流电动机的工作原理(一一)安培定律（电磁力定

4、律）安培定律（电磁力定律）载流导体在磁场中受到的力载流导体在磁场中受到的力第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构B 磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度(Wb/m2)i 导体中的电流导体中的电流(A)l 导体的有效长度导体的有效长度(m)第6页，共118页，编辑于2022年，星期三7（二）直流电动机的工作原理（二）直流电动机的工作原理第7页，共118页，编辑于2022年，星期三8电动机运行分析电动机运行分析第8页，共118页，编辑于2022年，星期三91、通电，电流、通电，电流a-b-c-d，ab和和cd两边产生两边产生电磁力；由于有力臂，产生转矩，绕着轴电磁力；由于有力臂

5、，产生转矩，绕着轴O1O2旋转。旋转。2、随着线圈的旋转，由于线圈与磁场之间不再、随着线圈的旋转，由于线圈与磁场之间不再垂直，转矩逐渐减小；转矩不恒定。垂直，转矩逐渐减小；转矩不恒定。问题一：如何保证线圈在运行中的转矩大小不变。问题一：如何保证线圈在运行中的转矩大小不变。由于转矩的变化由于转矩的变化-旋转速度的波动旋转速度的波动-显然必显然必须解决旋转过程中的转速波动。须解决旋转过程中的转速波动。第9页，共118页，编辑于2022年，星期三10转矩变化转矩变化-转速变化转速变化转速恒定就需要转矩恒定转速恒定就需要转矩恒定第10页，共118页，编辑于2022年，星期三11第11页，共118页，编

6、辑于2022年，星期三12结论一结论一 电机中必须有多个线圈；电机中必须有多个线圈；每一个线圈必须遵循一定的分布规律；每一个线圈必须遵循一定的分布规律；各个线圈之间是串联关系。各个线圈之间是串联关系。线圈分布越密，则转矩越稳定。线圈分布越密，则转矩越稳定。第12页，共118页，编辑于2022年，星期三13继续分析单线圈的运行情况：继续分析单线圈的运行情况：3、当旋转到线圈平面与磁场垂直时，转矩为零。此时、当旋转到线圈平面与磁场垂直时，转矩为零。此时由于惯性，线圈将转过轴由于惯性，线圈将转过轴O1O2的平面；一旦线圈转过的平面；一旦线圈转过轴轴O1O2，转矩马上变反，转速反向，转矩马上变反，转速

7、反向-线圈开始摆动。线圈开始摆动。第13页，共118页，编辑于2022年，星期三14问题问题2：在运行过程中，转矩方向变化，造成转：在运行过程中，转矩方向变化，造成转速方向变化。那么如何处理，才能保证线圈在整速方向变化。那么如何处理，才能保证线圈在整个旋转过程中转矩的方向不变呢？个旋转过程中转矩的方向不变呢？第14页，共118页，编辑于2022年，星期三15转矩方向：与磁场方向有关、与电流方向有关。转矩方向：与磁场方向有关、与电流方向有关。因此解决方案要么改变磁场方向，要么改变电流因此解决方案要么改变磁场方向，要么改变电流方向。方向。磁场的改变不可取：因为何时改变是与线圈的位磁场的改变不可取：

8、因为何时改变是与线圈的位置有关，当有多匝线圈时则无法处理。置有关，当有多匝线圈时则无法处理。电流方向的改变：当线圈经过轴电流方向的改变：当线圈经过轴O1O2的平面时，的平面时，必须改变电流方向必须改变电流方向-必须有换向装置必须有换向装置-电电刷刷第15页，共118页，编辑于2022年，星期三16结论二结论二所以，为了保证线圈在旋转过程中所产生的转矩所以，为了保证线圈在旋转过程中所产生的转矩方向不变，就必须在结构上增加换向器和电刷。方向不变，就必须在结构上增加换向器和电刷。换向器是为了线圈在不同的磁极下可以通入不同换向器是为了线圈在不同的磁极下可以通入不同方向的电流；电刷则是为了给换向器供电。

9、方向的电流；电刷则是为了给换向器供电。虽然线圈所产生的转矩方向不变，但线圈中流过虽然线圈所产生的转矩方向不变，但线圈中流过的电流却是交流。的电流却是交流。第16页，共118页，编辑于2022年，星期三17第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构载流导体在磁场中受到的力能形成方向不变转矩的条件载流导体在磁场中受到的力能形成方向不变转矩的条件处于相同极性磁极下的导体所受处于相同极性磁极下的导体所受电磁力的方向保持不变电磁力的方向保持不变，亦即亦即相同极性磁极下导体中电流方向不变相同极性磁极下导体中电流方向不变；所需的外部条件所需的外部条件换向器和电刷。换向器和电刷。（b）第1

10、7页，共118页，编辑于2022年，星期三18思考题思考题如何给一个转动的线圈通电？如何给一个转动的线圈通电？有多个磁极？有多个磁极？第18页，共118页，编辑于2022年，星期三19直流电动机运行时的几点结论直流电动机运行时的几点结论第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构外施电压、电流是直流电，电枢线圈内电流是交流电；外施电压、电流是直流电，电枢线圈内电流是交流电；线圈中感应电动势与电流方向相反；线圈中感应电动势与电流方向相反；线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢电流产生的磁场在空间线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；上是恒定不变的

11、；产生的电磁转矩与转子转动方向相同，是驱动性质。产生的电磁转矩与转子转动方向相同，是驱动性质。第19页，共118页，编辑于2022年，星期三20二、直流发电机的工作原理二、直流发电机的工作原理1.基本原理基本原理2.直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理电磁感应定律：电磁感应定律：满足右手定则第20页，共118页，编辑于2022年，星期三21第21页，共118页，编辑于2022年，星期三22发电机运行过程发电机运行过程1、当线圈绕轴、当线圈绕轴O1O2旋转，线圈边旋转，线圈边ab和和cd切割切割磁场，产生电动势，电流方向为磁场，产生电动势，电流方向为d-c-b-a。2、随着线圈的旋转，由于线

12、圈与磁场之间不再、随着线圈的旋转，由于线圈与磁场之间不再垂直，切割磁场的速度逐渐减小；电动势不恒定。垂直，切割磁场的速度逐渐减小；电动势不恒定。问题一：如何保证线圈在运行中的电动势大小不问题一：如何保证线圈在运行中的电动势大小不变？变？原因：切割磁场的速度变化原因：切割磁场的速度变化第22页，共118页，编辑于2022年，星期三23结论一结论一 电机中必须有多个线圈；电机中必须有多个线圈；每一个线圈必须遵循一定的分布规律；每一个线圈必须遵循一定的分布规律；各个线圈之间是串联关系。各个线圈之间是串联关系。第23页，共118页，编辑于2022年，星期三24第24页，共118页，编辑于2022年，星

13、期三25继续分析单线圈的运行情况：继续分析单线圈的运行情况：3、当旋转到线圈平面与磁场垂直时，电势为零。、当旋转到线圈平面与磁场垂直时，电势为零。4、当继续旋转到边、当继续旋转到边ab处于轴处于轴O1O2的下面时，的下面时，电势方向变反。电势方向变反。即：在整个旋转过程中，所产生的电势为交变电即：在整个旋转过程中，所产生的电势为交变电势，如何获取直流电势呢？势，如何获取直流电势呢？第25页，共118页，编辑于2022年，星期三26结论二结论二所以，为了保证线圈在旋转过程中，外部所产生的电势所以，为了保证线圈在旋转过程中，外部所产生的电势方向不变，就必须在结构上增加换向器和电刷。换向器方向不变，

14、就必须在结构上增加换向器和电刷。换向器是为了将线圈产生的交流电势变为直流电势，电刷则是是为了将线圈产生的交流电势变为直流电势，电刷则是为了将换向器的电势取出。为了将换向器的电势取出。虽然外部所得到的电势方向不变，虽然外部所得到的电势方向不变，但线圈中产生但线圈中产生的是交流电势。的是交流电势。第26页，共118页，编辑于2022年，星期三27由于静止电刷和旋转换向器的作用，由于静止电刷和旋转换向器的作用，eBA为为脉动的直流电动势脉动的直流电动势。第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构第27页，共118页，编辑于2022年，星期三28直流发电机运行时的几点结论直流发电机

15、运行时的几点结论电枢线圈内感应电动势、电流方向是交流电；电枢线圈内感应电动势、电流方向是交流电；电刷间是直流电动势。线圈中感应电动势与电流方向相同；电刷间是直流电动势。线圈中感应电动势与电流方向相同；从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；产生的电磁转矩与转子转动方向相反，是制动性质。产生的电磁转矩与转子转动方向相反，是制动性质。第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构第28页，共118页，编辑于2022年，星期三29直流电机小结直流电机小结直流电机中的磁场为恒定不变的磁场；直流电机中的磁场为恒定不变的磁场；电动

16、机外接直流电源，内部为交流电流；电动机外接直流电源，内部为交流电流；结构上必须有换向的装置，必须有旋转部分。结构上必须有换向的装置，必须有旋转部分。第29页，共118页，编辑于2022年，星期三30三、直流电机的可逆运行三、直流电机的可逆运行第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构可逆原理可逆原理同一台电机，通过改变外界条件，既能作为电动同一台电机，通过改变外界条件，既能作为电动机又能作为发电机运行；机又能作为发电机运行；作为电动机运行作为电动机运行在直流电机的两电刷端上加上直流电压，在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转电枢旋转，拖动生产机械旋转

17、，输出机械能；，输出机械能；作为发电机运行作为发电机运行用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。直流电动势，作为直流电源，输出电能。第30页，共118页，编辑于2022年，星期三直流电动机的工作原理和直流发电机的工作原理都直流电动机的工作原理和直流发电机的工作原理都非常明确非常明确都需要一个磁场都需要一个磁场都需要从结构上实现最终装置的目标都需要从结构上实现最终装置的目标31第31页，共118页，编辑于2022年，星期三32主磁极主磁极换向磁极换向磁极电刷装置电刷装置机座机座端盖端盖磁极铁心磁极铁心励磁绕组励磁绕组电刷电刷

18、刷握刷握绝缘支架绝缘支架压紧力调整装置压紧力调整装置转子转子定子定子直直流流电电机机（产生励（产生励（产生励（产生励 磁磁场）磁磁场）磁磁场）磁磁场）（产生电动势，流过电（产生电动势，流过电（产生电动势，流过电（产生电动势，流过电 流，产生电磁转矩）流，产生电磁转矩）流，产生电磁转矩）流，产生电磁转矩）转转 轴轴电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组换换 向向 器器第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构第32页，共118页，编辑于2022年，星期三331换向器换向器2电刷装置电刷装置3机座机座4主磁极主磁极5换向极换向极6端盖端盖7风扇风扇8电枢绕组电枢绕组9电枢铁心电枢铁心

19、四、直流电机的结构四、直流电机的结构第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构第33页，共118页，编辑于2022年，星期三34(一一)直流电机的静止部分直流电机的静止部分1 1、主磁极、主磁极作用作用产生恒定、有一定空间分布形状的磁场产生恒定、有一定空间分布形状的磁场 第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构1主磁极铁心主磁极铁心2励磁绕组励磁绕组3机座机座第34页，共118页，编辑于2022年，星期三35主磁极钢板冲片（1-1.5mm厚）主磁极由钢板冲片叠压而成励磁绕组套在主磁极极身上极 靴第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及

20、结构第35页，共118页，编辑于2022年，星期三362 2、换向极、换向极1换向极铁心换向极铁心2换向极绕组换向极绕组3 3、机座、机座作用作用用来固定主磁极、换向极和端盖；用来固定主磁极、换向极和端盖；另外，又作为磁路的一部分。有磁通经过的部分称为另外，又作为磁路的一部分。有磁通经过的部分称为磁轭磁轭。作用作用改善换向改善换向 第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构第36页，共118页，编辑于2022年，星期三374 4、电刷装置、电刷装置1刷握刷握2电刷电刷3压紧弹簧压紧弹簧4铜丝辫铜丝辫作用作用引入或引出直流电。引入或引出直流电。第一节第一节 直流电机的工作原理

21、及结构直流电机的工作原理及结构第37页，共118页，编辑于2022年，星期三38（二）直流电机的转动部分（二）直流电机的转动部分1 1、电枢铁心、电枢铁心a)电枢铁心冲片电枢铁心冲片b)电枢铁心电枢铁心作用作用主磁路的主要部分主磁路的主要部分嵌放电枢绕组嵌放电枢绕组第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构第38页，共118页，编辑于2022年，星期三392 2、电枢绕组、电枢绕组1槽楔槽楔2线圈绝缘线圈绝缘3导体导体4层间绝缘层间绝缘5槽绝缘槽绝缘6槽底绝缘槽底绝缘电枢槽内的绝缘电枢槽内的绝缘第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构组成组成由许多按一

22、定规律连接的线圈组成。由许多按一定规律连接的线圈组成。作用作用产生电磁转矩和感应电动势产生电磁转矩和感应电动势第39页，共118页，编辑于2022年，星期三403 3、换向器、换向器1 1换向片换向片2 2连接片连接片组成组成由许多换向片组成，换向片之间用云母绝缘。由许多换向片组成，换向片之间用云母绝缘。作用：作用：发电机：发电机：交流电动势交流电动势直流电动势直流电动势输出直流电压输出直流电压电动机：电动机：直流电流直流电流交变电流交变电流使电机旋转使电机旋转第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构第40页，共118页，编辑于2022年，星期三41换向换向器器第一节第一

23、节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构第41页，共118页，编辑于2022年，星期三42N N极和极和S S极只能成对出现且沿圆周极只能成对出现且沿圆周均匀均匀交替分布交替分布；极对数：极对数：N N极或极或S S极的个数，通常用极的个数，通常用 p p 表示；表示；极数：极数：主磁极的个数，等于主磁极的个数，等于 2 2p p。NSNS第一节第一节 直流电机的工作原理及结构直流电机的工作原理及结构p=2即4极电机第42页，共118页，编辑于2022年，星期三电机可以分为定子与转子电机可以分为定子与转子绕组从功能上可以分为励磁绕组和电枢绕组绕组从功能上可以分为励磁绕组和电枢绕组在

24、电机结构确定的情况下，电机实现能量转换的能力是在电机结构确定的情况下，电机实现能量转换的能力是否确定否确定43第43页，共118页，编辑于2022年，星期三44直流电机的型号直流电机的型号第二节第二节 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据第44页，共118页，编辑于2022年，星期三45额定功率额定功率(PN，kW)额定条件下电机所能提供的功率额定条件下电机所能提供的功率电动机电动机指轴上输出的指轴上输出的机械功率机械功率发电机发电机指电刷间输出的指电刷间输出的额定电功率额定电功率额定电压额定电压(UN，V)在额定工况下，电机出线端的平均电压在额定工况下，电机出线端的平均电压发电机发电机是指输

25、出额定电压；是指输出额定电压；电动机电动机是指输入额定电压。是指输入额定电压。第二节第二节 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据直流电机的额定值直流电机的额定值第45页，共118页，编辑于2022年，星期三46额定电流额定电流(IN，A)在额定电压下，运行于额定功率时对应在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流的电流直流发电机直流发电机直流电动机直流电动机额定转速额定转速(nN，r/min)在额定电压、额定电流下，运行于额定在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速功率时对应的转速额定励磁电压额定励磁电压(UfN，V)对应于额定电压、额定电流、额定转速对应于额定电压、额定电流、额定转速

26、及额定功率时的励磁电流及额定功率时的励磁电流第二节第二节 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据第46页，共118页，编辑于2022年，星期三讨论讨论电机有使用功率要求，有使用电流要求。电机的运电机有使用功率要求，有使用电流要求。电机的运行电流过大会有什么样的后果？行电流过大会有什么样的后果？什么原因引起电机电流过大？什么原因引起电机电流过大？47第47页，共118页，编辑于2022年，星期三48第二节第二节 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据电机运行于电机运行于额定状态额定状态电机运行时，所有物理量与额定值电机运行时，所有物理量与额定值相同。相同。欠载运行欠载运行电机的运行电流小于额定电流；

27、电机的运行电流小于额定电流；过载运行过载运行运行电流大于额定电流。运行电流大于额定电流。长期长期欠载运行欠载运行将造成将造成电机浪费电机浪费，而，而长期过载运行长期过载运行会会缩短电机的缩短电机的使用寿命使用寿命。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。电机的运行效率、工作性能等比较好。第48页，共118页，编辑于2022年，星期三49电枢绕组电枢绕组直流电机电磁感应的关键部件之一，直流电机电磁感应的关键部件之一，是直流电机的电路，也是实现机电能量转换的枢是直流电机的电路，也是实现机电能量转换的枢纽。纽。对电枢绕组

28、的要求对电枢绕组的要求在能够通过规定的电流和在能够通过规定的电流和产生足够的电动势和电磁转矩的前提下，尽可能产生足够的电动势和电磁转矩的前提下，尽可能节省铜和绝缘材料，并且结构简单、运行可靠。节省铜和绝缘材料，并且结构简单、运行可靠。第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第49页，共118页，编辑于2022年，星期三进一步思考进一步思考换向器与绕组如何连接？换向器与绕组如何连接？电刷与换向器如何连接？电刷与换向器如何连接？电刷的位置有没有要求？电刷的位置有没有要求？50第50页，共118页，编辑于2022年，星期三51结构特点结构特点线圈之间互不相连；线圈之间互不相连；功能特点功能特点随着

29、电枢的转动，始终随着电枢的转动，始终只有一个线圈有电流，产生的总转只有一个线圈有电流，产生的总转矩或电势均很小；矩或电势均很小；解决思路解决思路线圈之间互相连接，形成一线圈之间互相连接，形成一个闭合的回路，且同一磁极下的导体中电个闭合的回路，且同一磁极下的导体中电流方向相同；流方向相同；一、简单的绕组一、简单的绕组1-21-2、3-43-4、5-65-6、7-87-8分别构成分别构成4 4个线圈个线圈第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第51页，共118页，编辑于2022年，星期三52实现方法实现方法用用4个换向片将个换向片将4个线圈都连接个线圈都连接起来，成为一个闭合绕组，两个不同的线

30、圈起来，成为一个闭合绕组，两个不同的线圈边连接一个换向片。每个线圈的两个线圈边边连接一个换向片。每个线圈的两个线圈边连接连接2个不同的换向片；个不同的换向片；结构特点结构特点并联支路数保持不变，每条并联支路数保持不变，每条支路的串联线圈变数也保持不变；支路的串联线圈变数也保持不变；并联支路并联支路1-2-3-4，8-7-6-5功能特点功能特点任意时刻所有线圈都有电流，任意时刻所有线圈都有电流，产生的总转矩或总电动势较大。产生的总转矩或总电动势较大。第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第52页，共118页，编辑于2022年，星期三53第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第53页，共1

31、18页，编辑于2022年，星期三54通过换向片，通过换向片，6 6个元件依次串联构成一个闭合回路。个元件依次串联构成一个闭合回路。结论：结论：结论：结论：第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第54页，共118页，编辑于2022年，星期三55电枢绕组与电刷连接电枢绕组与电刷连接位于对称位置的电刷将闭合的位于对称位置的电刷将闭合的6 6个线圈分成两个并联支路。个线圈分成两个并联支路。电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路。电刷将环形闭合电枢绕组分成两条对称的并联支路。两个电刷位于换向器内圆两个电刷位于换向器内圆对称对称位置位置(实际放置在外圆上实际放置在外圆上)。直流电枢绕组构成的原则

32、直流电枢绕组构成的原则直流电机电枢绕组是一个通过换向片直流电机电枢绕组是一个通过换向片连接起来的闭合绕组。连接起来的闭合绕组。第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第55页，共118页，编辑于2022年，星期三56第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组电刷的位置要求电刷的位置要求为了在正负电刷之间获得最大的直流电动势为了在正负电刷之间获得最大的直流电动势以及产生最大的电磁转矩，电刷放在被电刷短路的元件电势为以及产生最大的电磁转矩，电刷放在被电刷短路的元件电势为零的位置。零的位置。电势为零的元件电势为零的元件在一个主极下的元件边电势有相同的方向，在一个主极下的元件边电势有相同的方向，在磁

33、极的几何中性线上电势为零。在磁极的几何中性线上电势为零。电刷放置电刷放置放在使电刷的中心线与主磁极轴线对准的换向放在使电刷的中心线与主磁极轴线对准的换向片上。片上。第56页，共118页，编辑于2022年，星期三57二、绕组的基本概念二、绕组的基本概念 构成绕组的每个线圈是绕组的一个单元，称为绕组元件，分单构成绕组的每个线圈是绕组的一个单元，称为绕组元件，分单匝和多匝两种。匝和多匝两种。1.1.元件元件第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第57页，共118页，编辑于2022年，星期三58每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为首端首端

34、，另一，另一根称为根称为末端末端。2.2.元件的首末端元件的首末端第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第58页，共118页，编辑于2022年，星期三59相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用表示。表示。3.3.极距极距4.第一节距第一节距 y1y1 指一个元件两个边的距离。指一个元件两个边的距离。5.第二节距第二节距 y2 y2 为元件下层边与其相联结的元件为元件下层边与其相联结的元件上层边之间的距离。上层边之间的距离。第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第59页，共118页，编辑于2022年，星期三60为了使元件端接部分能平整地排列，

35、每个槽中的元件边分上下两层叠为了使元件端接部分能平整地排列，每个槽中的元件边分上下两层叠放，一个元件边放在一个槽的上层，另一个元件边放在另一个槽的下放，一个元件边放在一个槽的上层，另一个元件边放在另一个槽的下层。直流电机绕组一般都是层。直流电机绕组一般都是双层绕组双层绕组。直流电机电枢绕组的基本形式直流电机电枢绕组的基本形式单波绕组、单叠绕组。单波绕组、单叠绕组。三、绕组的基本形式三、绕组的基本形式第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第60页，共118页，编辑于2022年，星期三61单叠绕组展开图单叠绕组展开图11.槽展开2.绕组放置3.安放磁极电刷1234567891011121314

36、16152345678910111213141615NSNSA+B+第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第61页，共118页，编辑于2022年，星期三62单叠绕组电路图单叠绕组电路图第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组第62页，共118页，编辑于2022年，星期三63直流电机电枢绕组小结直流电机电枢绕组小结第三节第三节 直流电机的绕组直流电机的绕组直流电机电枢绕组是无头无尾的闭合绕组；直流电机电枢绕组是无头无尾的闭合绕组；直流电机电枢绕组至少有直流电机电枢绕组至少有2条并联支路。条并联支路。在直流电机中，通常用在直流电机中，通常用 a 表示表示并联支路对数并联支路对数电刷放置的一般

37、原则是确保空载时通过正、负电刷引出的电动势最大，电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、负电刷引出的电动势最大，或者说，被电刷短路的元件中的电动势为零。或者说，被电刷短路的元件中的电动势为零。对于端接对称的元件，电刷也就放置在主极轴线下的换向片上。对于端接对称的元件，电刷也就放置在主极轴线下的换向片上。第63页，共118页，编辑于2022年，星期三64直流电机工作原理的特点直流电机工作原理的特点不管是直流电动机还是直流发电机，都需要一个不管是直流电动机还是直流发电机，都需要一个空间分布不变的磁场；空间分布不变的磁场；电枢绕组中必须有多个线圈，线圈之间通过串联电枢绕组中必须有多个线圈，线圈之间通过

38、串联形成一个无头无尾的闭合回路；形成一个无头无尾的闭合回路；电机结构中必须有换向器和电刷，电刷放置在电电机结构中必须有换向器和电刷，电刷放置在电势最小的线圈位置；势最小的线圈位置；通过电刷，电枢绕组形成两条并联的支路，而且通过电刷，电枢绕组形成两条并联的支路，而且线圈内流过的电流为交流；线圈内流过的电流为交流；第64页，共118页，编辑于2022年，星期三65介绍内容介绍内容直流电机的磁场直流电机的磁场直流电机转矩和电势的计算直流电机转矩和电势的计算第65页，共118页，编辑于2022年，星期三磁场磁场磁路：磁通所通过的路径；磁路：磁通所通过的路径；如何来表示磁场？如何来表示一个磁路的特征。如

39、何来表示磁场？如何来表示一个磁路的特征。磁场中某一个点：磁感应强度、磁场强度磁场中某一个点：磁感应强度、磁场强度磁场中一个面：磁通量；磁场中一个面：磁通量；66第66页，共118页，编辑于2022年，星期三67第四节第四节 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场励磁方式励磁方式供给励磁绕组电流而产生励磁磁动势的方式供给励磁绕组电流而产生励磁磁动势的方式他励他励励磁绕组与电枢绕组无连接，由独立电源供电励磁绕组与电枢绕组无连接，由独立电源供电自励自励并励、串励和复励并励、串励和复励并励并励励磁绕组与电枢绕组并联励磁绕组与电枢绕组并联串励串励励磁绕组与电枢绕组串联励磁绕组与电枢绕组串联 复

40、励复励一个励磁绕组与电枢绕组并联，另一个串联。一个励磁绕组与电枢绕组并联，另一个串联。一、直流电机的励磁方式一、直流电机的励磁方式第67页，共118页，编辑于2022年，星期三68二、直流电机的空载磁场二、直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场是指电枢电流是指电枢电流等于零或者很小等于零或者很小时时，由励磁磁，由励磁磁动势单独建立的磁场。动势单独建立的磁场。第四节第四节 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场/2第68页，共118页，编辑于2022年，星期三69漏磁通漏磁通磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定

41、子铁轭形成闭合回路子铁轭形成闭合回路主磁通主磁通磁力线由磁力线由N极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入铁轭、电枢齿部、气隙进入S极，再经定子铁轭回到极，再经定子铁轭回到N极。极。直流电机中，直流电机中，主磁通是主要的主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而生电磁转矩，而漏磁通漏磁通没有这个作用，它没有这个作用，它只是增加主磁极磁路的只是增加主磁极磁路的饱和程度饱和程度。在数量上，。在数量上，漏磁通比主磁通小得多漏磁通比主磁通小得多(主磁通的主磁通的15%20%)，在直流电机里，一般不

42、计漏磁通。，在直流电机里，一般不计漏磁通。1.主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通第四节第四节 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场第69页，共118页，编辑于2022年，星期三70气隙中主磁场磁通密度的分布气隙中主磁场磁通密度的分布2.气隙中主磁场磁通密度的分布气隙中主磁场磁通密度的分布第四节第四节 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场假设假设不考虑电枢表面齿槽效不考虑电枢表面齿槽效应，电枢表面是光滑的应，电枢表面是光滑的根据磁路定律可推出根据磁路定律可推出气隙磁密气隙磁密反比于气隙长度反比于气隙长度，即有，即有B1/。主磁极下主磁极下的气隙小，而且均匀，的气隙小，而且均匀，

43、气隙磁密分布均匀；气隙磁密分布均匀；在主磁极极靴尖在主磁极极靴尖，气隙增大，磁，气隙增大，磁阻增大，磁密下降；阻增大，磁密下降；极靴尖外极靴尖外，气隙迅速增大，气隙，气隙迅速增大，气隙磁密急剧下降，在相邻两极的磁密急剧下降，在相邻两极的空间分界线上，磁密降为零。空间分界线上，磁密降为零。第70页，共118页，编辑于2022年，星期三71直轴直轴 (d轴轴)交轴交轴(q轴轴)第四节第四节 直流电机的励磁方式及磁场直流电机的励磁方式及磁场电枢磁动势电枢磁动势当直流电机带上负载当直流电机带上负载以后，电枢绕组内流过电流，在电机以后，电枢绕组内流过电流，在电机磁路中又形成一个磁动势，这个磁动磁路中又形

44、成一个磁动势，这个磁动势称为势称为电枢磁动势。电枢磁动势。气隙磁场的建立气隙磁场的建立电枢反应电枢反应此时的电机气隙磁场是由此时的电机气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的。励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢电枢反应。反应。三、直流电机负载时的磁场及电枢反应三、直流电机负载时的磁场及电枢反应励磁磁动势励磁磁动势电枢磁动势电枢磁动势合成磁动势合成磁动势气隙磁场气隙磁场第71页，共118页，编辑于2022年，星期三72气隙磁场气隙磁场n电枢反应的作用电枢反应的作用1、有负载时气隙磁场发生了畸变、有负载时气隙磁场发生了畸变物理中性

45、线和几何中性线出现一个位移角物理中性线和几何中性线出现一个位移角。2、电枢反应呈现去磁作用、电枢反应呈现去磁作用电枢反应电枢反应第72页，共118页，编辑于2022年，星期三73直流电机磁场的特点直流电机磁场的特点直流电机磁场的空间分布是固定不变的；直流电机磁场的空间分布是固定不变的；直流电机磁场空间的每一个磁场大小是不同的。直流电机磁场空间的每一个磁场大小是不同的。第73页，共118页，编辑于2022年，星期三直流电动机在额定电压、额定励磁电压下是否能够正直流电动机在额定电压、额定励磁电压下是否能够正常工作。常工作。直流电动机起动过程的分析直流电动机起动过程的分析74第74页，共118页，编

46、辑于2022年，星期三电动机产生的转矩与哪些因素有关？电动机产生的转矩与哪些因素有关？75第75页，共118页，编辑于2022年，星期三76假设每一个磁极下的磁通为假设每一个磁极下的磁通为 ，电机中电枢绕组通过的，电机中电枢绕组通过的电流为电流为 ，那么，该电机能够产生多大的转矩？，那么，该电机能够产生多大的转矩？定义：定义：磁极：一个磁极：一个N极或一个极或一个S极，称为一个磁极；极，称为一个磁极；一对极：一个一对极：一个N极和一个极和一个S极，称为一对磁极；极，称为一对磁极；极对数极对数p：N极或极或S极的数量。极的数量。第五节第五节 感应电动势和电磁转矩的计算感应电动势和电磁转矩的计算第

47、76页，共118页，编辑于2022年，星期三77一、电磁转矩的计算一、电磁转矩的计算1-21-2、3-43-4、5-65-6、7-87-8分别构成分别构成4 4个线圈个线圈第77页，共118页，编辑于2022年，星期三78每一个通电元件所受的电磁力为：每一个通电元件所受的电磁力为：每一个通电元件所产生的转矩为：每一个通电元件所产生的转矩为：以运动轨迹的切线方向为正，则整个电机所产生的转矩以运动轨迹的切线方向为正，则整个电机所产生的转矩为：为：第78页，共118页，编辑于2022年，星期三79设每一磁极下的平均磁通密度为设每一磁极下的平均磁通密度为 ，整个电机中同一电流，整个电机中同一电流方向的

48、通电元件数量为方向的通电元件数量为n；则；则设极对数为设极对数为p，每一极所占的周长为，每一极所占的周长为 ，则：，则：第79页，共118页，编辑于2022年，星期三80最后，电磁转矩为：最后，电磁转矩为：适用于直流磁场适用于直流磁场所有单位必须为国际标准单位；所有单位必须为国际标准单位；第80页，共118页，编辑于2022年，星期三81二、电势的计算二、电势的计算已知一个磁极下的磁通为已知一个磁极下的磁通为 ，电机的转速为，电机的转速为n，求电机所，求电机所产生的电势。产生的电势。1-21-2、3-43-4、5-65-6、7-87-8分别构成分别构成4 4个线圈个线圈第81页，共118页，编

49、辑于2022年，星期三82每一个元件产生的电势为：每一个元件产生的电势为：设一个磁极下的元件数量为设一个磁极下的元件数量为N,则电机产生的总电势为：则电机产生的总电势为：第82页，共118页，编辑于2022年，星期三83同样，同样，所以，所以，第83页，共118页，编辑于2022年，星期三84电势：电势：其中：其中：n单位为转单位为转/分钟分钟第84页，共118页，编辑于2022年，星期三85小结小结一、感应电动势的计算一、感应电动势的计算电枢电动势电枢电动势Ea直流电机正、负电刷之间的直流电机正、负电刷之间的感应电势，感应电势，即即每条支路每条支路中各串联导体感应电中各串联导体感应电动势的总

50、和。动势的总和。计算方法计算方法求出求出一根导体一根导体在一个极距范围在一个极距范围内切割气隙磁密的平均感应电势，然后乘上内切割气隙磁密的平均感应电势，然后乘上一条支路一条支路总的导体数总的导体数。一根导体的感应电动势一根导体的感应电动势 一条支路的电动势一条支路的电动势式中式中第85页，共118页，编辑于2022年，星期三86式中式中 为每极磁通量为每极磁通量 为电动势常数为电动势常数说明：说明：电动势常数只与电机本身的结构和参数有关电动势常数只与电机本身的结构和参数有关a为并联支路对数，对于单叠绕组为并联支路对数，对于单叠绕组a=p，对于单波绕组，对于单波绕组a=1转速单位转速单位r/mi