河北科技大学：《电机学》课程教学资源（PPT课件）第三章 直流电机

第三章直流电动机的稳态运行 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、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 3.1直流电机的基本工作原理与结构 3.2直流电机电枢绕组 3.3空载和负载时直流电机的磁动势和磁场 3.4直流电机的电枢电动势和电磁转矩 3.5直流电机的基本方程 3.6直流电机的运行特性 3.7直流电动机的起动、调速和制动 3.8直流电机的换向

3.2 直流电机电枢绕组 3.3空载和负载时直流电机的磁动势和磁场 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、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。 3.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 3.6直流电机的运行特性 3.7直流电动机的起动、调速和制动 3.8 直流电机的换向 3.1 直流电机的基本工作原理与结构 第三章 直流电动机的稳态运行 3.5直流电机的基本方程

3.1直流电机的基本工作原理和结构 3.1.1直流电机的主要结构 主磁极 换向磁极 定子电刷装置 机座 端盖 电枢铁心 电枢绕组 转子换向器 转轴 轴承

3.1.1直流电机的主要结构 3.1 直流电机的基本工作原理和结构 主磁极 换向磁极 电刷装置 机座 端盖 定子 转子 电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 轴承

3.1.2直流电机的工作原理 、直流发电机工作原理 右图为直流发电机的物理模型, N、S为定子磁极,abcd是固定在 可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换向器 电枢。线圈的首末端a、d连接到两 个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 接是通过放置在换向片上固定不动 的电刷进行的 电刷 B

一、直流发电机工作原理 右图为直流发电机的物理模型， N、S为定子磁极，abcd是固定在 可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 电枢。线圈的首末端a、d连接到两 个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 接是通过放置在换向片上固定不动 的电刷进行的。 3.1.2直流电机的工作原理

当原动机驱动电机转子逆时针 旋转1800后,如右图。 导体ab在S极下,a点低电 位,b点高电位;导体cd在N极换向器 下,c点低电位,d点高电位; 电刷A极性仍为正,电刷B极性 仍为负 可见,和电刷A接触的导体总 是位于N极下,和电刷B接触的导电刷一B 体总是位于S极下

当原动机驱动电机转子逆时针 旋转 1800 后 ，如右图。 可见，和电刷A接触的导体总 是位于N极下，和电刷B接触的导 体总是位于S极下， 导体ab在S极下，a点低电 位，b点高电位；导体cd在N极 下，c点低电位，d点高电位； 电刷A极性仍为正，电刷B极性 仍为负

可见,和电刷A接触的导体总是位于N极下,和电刷B接触 的导体总是位于S极下,因此电刷A的极性总是正的,电刷B的 极性总是负的,在电刷A、B两端可获得直流电动势。 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,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N、S极交替旋转多对

可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触 的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的 极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。 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，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N、S极交替旋转多对

二、直流电动机工作原理 直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 在磁场作用下,N极性下导体 ab受力方向从右向左,S极下导体 cd受力方向从左向右。该电磁力形 成逆时针方向的电磁转矩。当电磁 转矩大于阻转矩时,电机转子逆时 换向器 针方向旋转 把电刷A、B接到直流电源上, 电刷A接正极,电刷B接负极。此时电刷 电枢线圈中将电流流过。如右图

二、直流电动机工作原理 把电刷A、B接到直流电源上， 电刷A接正极，电刷B接负极。此时 电枢线圈中将电流流过。如右图。 直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 在磁场作用下，N极性下导体 ab受力方向从右向左，S 极下导体 cd受力方向从左向右。该电磁力形 成逆时针方向的电磁转矩。当电磁 转矩大于阻转矩时，电机转子逆时 针方向旋转

当电枢旋转到右图所示位置时 原N极性下导体ab转到S极下,受力 方向从左向右,原S极下导体cd转 到N极下,受力方向从右向左。该 电磁力形成逆时针方向的电磁转矩 线圈在该电磁力形成的电磁转矩作 用下继续逆时针方向旋转。 换向器 同直流发电机相同,实际的 直流电动机的电枢并非单一线圈, 磁极也并非一对。 电刷

原N极性下导体ab转到S极下，受力 方向从左向右，原S 极下导体cd转 到N极下，受力方向从右向左。该 电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。 线圈在该电磁力形成的电磁转矩作 用下继续逆时针方向旋转。 当电枢旋转到右图所示位置时 同直流发电机相同，实际的 直流电动机的电枢并非单一线圈， 磁极也并非一对

3.1.3直流电机的铭牌数据 额定值是制造厂对各种电气设备(本章指 直流电机)在指定工作条件下运行时所规定的 些量值。在额定状态下运行时,可以保证各 电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能 额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验 的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上,故 又叫铭牌值。 1额定功率PN 指电机在铭牌规定的额定状态下运行时,电机的输出功率, 以"W"为量纲单位。若大于1kW或1MW时,则用kW或MW表示 对于直流发电机,P是指输出的电功率,它等于额定电压和额定 电流的乘积。PN=U N NN 对于直流电机,P是指输出的机械功率,所以公式中还应有 效率冂存在。PN= UNINn

3.1.3 直流电机的铭牌数据 额定值 是制造厂对各种电气设备（本章指 直流电机）在指定工作条件下运行时所规定的 一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各 电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。 额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验 的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故 又叫铭牌值。 ⒈额定功率 PN 指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率， 以 "W" 为量纲单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。 对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定 电流的乘积。PN ＝UN IN 对于直流电机，PN是指输出的机械功率，所以公式中还应有 效率ηN存在。PN ＝UN IN ηN

2额定电压UN 指额定状态下电枢出线端的电压,以“V为量纲单位。 3额定电流l 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值,以“A” 为量纲单位。 4额定转速nN 指额定状态下运行时转子的转速,以rmin为量纲单位。 5额定励磁电流L 指电机在额定状态时的励磁电流值

⒉额定电压 UN 指额定状态下电枢出线端的电压，以 “V” 为量纲单位。 ⒊额定电流 IN 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 “A” 为量纲单位。 ⒋额定转速 nN 指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。 ⒌额定励磁电流 I f 指电机在额定状态时的励磁电流值

3.2直流电机的电枢绕组 、直流枢绕组基本知识 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 根称为首端,另一根称为末端。 极距:相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离,用Z表示。 Ts D 2 叠绕组:指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前 个元件端接部分,整个绕组成折叠式前进。 波绕组:指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串 联起来,象波浪式的前进

一、直流枢绕组基本知识 3.2 直流电机的电枢绕组 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。 极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用  表示。 p D 2   = 叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前 一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。 波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串 联起来，象波浪式的前进