第二章直流电机(2.1~2.2)

1、第二章第二章 直流电机直流电机直流电机的基本原理和结构（概述）直流电机的基本原理和结构（概述）直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢电动势、电磁转矩直流电机的电枢电动势、电磁转矩 和电磁功率和电磁功率直流电力传动直流电力传动直流电机的换向直流电机的换向 直流电机的用途直流电机的用途电源电源励磁机励磁机测速测速伺服伺服直流电机的特点直流电机的特点 直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小小 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑 直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大直流电动机过载能力较强，起动和

2、制动转矩较大 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高由于存在换向器，其制造复杂，价格较高2.1.1 2.1.1 直流电机的原理直流电机的原理2.1.2 2.1.2 直流电机的主要结构部件直流电机的主要结构部件2.1.3 2.1.3 直流电机的额定值直流电机的额定值2.1 2.1 直流电机的原理和结构（概述）直流电机的原理和结构（概述）2.1.1 2.1.1 直流电机的原理直流电机的原理磁场定义磁场定义1 1、直流电机的物理模型、直流电机的物理模型电势正方向：电势正方向：abcdabcdB+,A-B+,A-2 2、 直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理（1 1）、换流过程）、换流过程abcdA

3、BabcdABdcabAB电势正方向：电势正方向：电势正方向：电势正方向：dcbadcbaB+,A-B+,A-直流发电机运行时的几点结论直流发电机运行时的几点结论电枢线圈内电势、电流方向是交流电电枢线圈内电势、电流方向是交流电电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一致流方向一致从空间看，从空间看， 电枢电流产生的磁场在空间上电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场是恒定不变的磁场产生的电磁转矩产生的电磁转矩T与转子转向相反，与转子转向相反， 是制动是制动性质性质3 3、 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理（1 1）、换流过程）、换流过程abcda

4、bcddcab电流正方向：电流正方向：dcbadcba转矩方向：顺时针转矩方向：顺时针电势方向：电势方向：abcdabcd电流正方向：电流正方向：dcbadcba转矩方向：转矩方向：电势方向：电势方向：电流正方向：电流正方向：abcdabcd转矩方向：顺时针转矩方向：顺时针电势方向：电势方向：dcbadcba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外施电压、电流是直流，外施电压、电流是直流， 电枢线圈内电流电枢线圈内电流是交流是交流线圈中感应电势与电流方向相反线圈中感应电势与电流方向相反线圈是旋转的，电枢电流是交变的。线圈是旋转的，电枢电流是交变的。 电枢电枢电流产生的磁场在空间上

5、是恒定不变的电流产生的磁场在空间上是恒定不变的产生的电磁转矩产生的电磁转矩Tem与转子转向相同，与转子转向相同， 是驱是驱动性质动性质直流电机的可逆原理直流电机的可逆原理 同一台直流电机，同一台直流电机， 通过改变外界条件，通过改变外界条件， 可当发电机运行，可当发电机运行， 也可当电动机运行。也可当电动机运行。一、直流电机的结构一、直流电机的结构2.1.2 2.1.2 直流电机的结构（主要部件）直流电机的结构（主要部件）1 定子和转子定子和转子直流电机电枢绕组结构直流电机电枢绕组结构直流电机电刷和换向器结构直流电机电刷和换向器结构直流电机电刷结构直流电机电刷结构直流电机的基本结构总结直流电机

6、的基本结构总结主要由定子、转子两部分组成主要由定子、转子两部分组成直流电机直流电机定子定子转子转子机座机座换向极换向极主磁极主磁极电刷装置电刷装置电枢铁心电枢铁心轴承轴承换向器换向器风扇风扇 转轴转轴电枢绕组电枢绕组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电枢绕组电枢绕组电枢铁心电枢铁心换向器换向器转轴转轴磁极铁心磁极铁心励磁绕组励磁绕组电刷电刷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定子定子转子转子直直流流电电机机2.1.3 2.1.3 直流电机的额定值直流电机的额定值 额定值额定值 是制造厂对各种电气设备在指定工是制造厂对各种电气设备在指定工作条件下运行时所

7、规定的一些作条件下运行时所规定的一些量值量值。在额定。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。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试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫上，故又叫铭牌值铭牌值。2.1.3 2.1.3 直流电机的额定值直流电机的额定值额定容量额定容量PN： 输出功率输出功率额定电压额定电压UN：额定状态下出线端电压：额定状态下出线端电压额定电流额定电流IN：额定状态下出线端电流：额定状态下出线端电流

8、额定转速额定转速n： 额定状态下的电机转速额定状态下的电机转速直流发电机：直流发电机： PNUN IN直流电动机：直流电动机： PNUN IN 直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据2.2 2.2 直流电机电枢绕组直流电机电枢绕组2.2.1 2.2.1 基本特点基本特点2.2.22.2.2单叠绕组单叠绕组2.2.32.2.3单波绕组单波绕组2.2.42.2.4电枢绕组的均压线电枢绕组的均压线2.2.1 2.2.1 基本特点基本特点对电枢绕组的要求：对电枢绕组的要求： 在通过规定的电流和产生在通过规定的电流和产生足够的电势和电磁足够的电势和电磁转矩转矩前提下，所消耗的有效材料最省，前提下，所消耗的

9、有效材料最省， 强度高强度高（机械、电气、热），（机械、电气、热）， 运转可靠，结构简单等。运转可靠，结构简单等。 电枢绕组电枢绕组: : 直流电机的电磁感应的关键部件之一直流电机的电磁感应的关键部件之一, , 是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。的枢纽。1.1.绕组实物图绕组实物图2.2.电枢绕组的形式电枢绕组的形式环形绕组环形绕组鼓形绕组鼓形绕组叠绕组叠绕组波绕组波绕组3.3.有关电枢绕组名词、术语有关电枢绕组名词、术语极距：极距：铁心表面，铁心表面， 一个极所占的距离一个极所占的距离极轴线：极轴线：磁极中心线磁极中心线几何中心线：几

10、何中心线：磁极之间的平分线磁极之间的平分线y=yy=y1 1+ +y y2 2元件：元件：第一节距第一节距y1第二节距第二节距y2合成节合成节y：换向器节距换向器节距yk：2.2.22.2.2单叠绕组单叠绕组叠：叠： 两个相邻联接的元件，两个相邻联接的元件， 后一元后一元件的端部紧迭在前一元件的端部。件的端部紧迭在前一元件的端部。单：单： 首末端相联的两换向片相首末端相联的两换向片相隔一个换向片的宽度。隔一个换向片的宽度。特点：特点： 槽数槽数Z、元件数、元件数S和换向片数和换向片数K三者相同三者相同y=yy=yk k=1=1单叠绕组分析实例单叠绕组分析实例1、 数据计算：数据计算：yyk1计

11、算数据计算数据y和和y1画绕组展开图画绕组展开图安放电刷和磁极安放电刷和磁极实例：实例： p2， ZSK164221621 pZy 1单叠绕组展开图单叠绕组展开图123456789101112131416152345678910111213141615槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷NSNS+展开图（展开图（2 2）1123456789101112131416152345678910111213141615NSNS+绕组放置绕组放置 元件元件1 1： 上元件边在上元件边在1 1槽，槽， 下元件边放在相距下元件边放在相距y y1 1=4=4即即5 5槽下层。槽下层。 元件

12、元件2 2： 上元件边在上元件边在2 2槽，槽， 下元件边放在相距下元件边放在相距y y1 1=4=4即即6 6槽下层。槽下层。以此类推以此类推某一瞬间电刷、磁极放置某一瞬间电刷、磁极放置 电刷放置：电刷放置：电刷放置在使电刷的中心线与主电刷放置在使电刷的中心线与主磁极轴线磁极轴线对准的换向片上。对准的换向片上。 磁极：磁极：磁极宽度约磁极宽度约0.7 , 0.7 , 均匀分布，均匀分布，N N、S S极交替安排。极交替安排。 电刷：电刷：联接内、外电路。为了在正负电刷间联接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大直流电势以及产生最大的电磁转矩，获得最大直流电势以及产生最大的电磁转矩， 电刷放在被

13、电刷短路的元件电势为零的位置。电刷放在被电刷短路的元件电势为零的位置。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在一个主极下的元件边电势具有相同的方向。具有相同的方向。 在磁极的几何中心线上电势在磁极的几何中心线上电势为零。为零。元件连接顺序图元件连接顺序图绕电枢一周，绕电枢一周， 所有元件互相串联构成一闭合回路。所有元件互相串联构成一闭合回路。电路图电路图结合电刷的放置，结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图得到该瞬时的电路图 每个极下的每个极下的元件组成一条元件组成一条支路。支路。 即单叠即单叠绕组的并联支绕组的并联支路数正好等于路数正好等于电机的极数。电机的极数。 这是单叠绕

14、组的重要特点之一。这是单叠绕组的重要特点之一。 单叠绕组的特点单叠绕组的特点 元件的两个出线端连接于相邻两个换向元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上片上 并联支路数等于磁极数，并联支路数等于磁极数， 2a=2p 整个电枢绕组的闭合回路中，整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动感应电动势的总和为零，势的总和为零， 绕组内部无换流绕组内部无换流 每条支路由不相同的电刷引出，每条支路由不相同的电刷引出， 电刷不电刷不能少，能少， 电刷数等于磁极数电刷数等于磁极数 正负电刷引出的电动势即为每一支路的正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势，电动势， 电枢电压等于支路电压电枢电压等于支路电压 由正负电刷

15、引出的电枢电流由正负电刷引出的电枢电流IaIa为各支路为各支路电流之和，电流之和， 即即aaaiI2 2.2.3 2.2.3单波绕组单波绕组波绕组：首末端所接的两波绕组：首末端所接的两换向片相隔很远，换向片相隔很远， 两个两个元件紧相串联后形似波浪。元件紧相串联后形似波浪。为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加，为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加， 元件边应处于相同磁极极性下，元件边应处于相同磁极极性下， 即合成节距即合成节距 2y,2y为了使绕组从某一换向片出发，为了使绕组从某一换向片出发， 沿电枢铁心一沿电枢铁心一周后回到原来出发点相邻的一片上，周后回到原来出发点相邻的一片上， 则可由

16、此再则可由此再绕下去。绕下去。 单波绕组：单波绕组： 换向片极距换向片极距yk必须符合必须符合 即即 1 kyPkCPkyk 1单波绕组实例单波绕组实例实例：实例：p p2 2， Z=SZ=SK K1515 左单波绕组左单波绕组计算数据计算数据y和和y1画绕组展开图画绕组展开图安放电刷和磁极安放电刷和磁极1、绕组数据计算、绕组数据计算34341521 pzy721151 pKyyk43712 yyy元件、磁极、电刷放置原则元件、磁极、电刷放置原则元件、换向片的放置：元件、换向片的放置： 1 1元件上层边元件上层边1 1槽，槽， 下层边下层边4 4槽；首末槽；首末端所联的换向片相距端所联的换向片

17、相距y yk k7 7； 为了端部对称，为了端部对称， 首末端所联的两换向片之首末端所联的两换向片之间的中心线与间的中心线与1 1元件的轴线重合。元件的轴线重合。 1 1元件上元件上层边所联的换向片定为层边所联的换向片定为1 1。 依次联接依次联接。 磁极放置：磁极放置： N N、S S极磁极均匀交替的排列。极磁极均匀交替的排列。电刷的放置：电刷的放置：放在与主极轴线对准的换向片上。放在与主极轴线对准的换向片上。 单波绕组展开图单波绕组展开图3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512NSSN槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电

18、刷单波绕组元件连接顺序图单波绕组元件连接顺序图 从绕组展开图可以看出，从绕组展开图可以看出， 全部全部15个元件串联个元件串联而构成一个闭合回路的顺序是：而构成一个闭合回路的顺序是：18 15 7 14 6 13 5 124 11 3 10 291用联接顺序图表示为：用联接顺序图表示为：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上层边上层边下层边下层边单波绕组电路图单波绕组电路图 单波绕组把单波绕组把相同极性下相同极性下的全部元件串联起来组成一的全部元件串联起来组成一条支路。条支路。 由于磁极只有由于磁极只有N、S

19、之分，之分， 所以单波绕组的所以单波绕组的支路对数支路对数a与极对数多少无关，与极对数多少无关， 永远为永远为1，即，即a1。 714613151031142512891125415189单波绕组的特点单波绕组的特点 同极性下各元件串联起来组成一条支路，同极性下各元件串联起来组成一条支路， 支路对数支路对数a1， 与磁极对数与磁极对数p无关。无关。 当元件的几何尺寸对称时，当元件的几何尺寸对称时， 电刷在换向器电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，表面上的位置对准主磁极中心线， 支路电动支路电动势最大。势最大。 电刷组数应等于极数（采用全额电刷）。电刷组数应等于极数（采用全额电刷）。 电枢电流