第1章-直流电机的结构与工作原理

1、1.1直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理1.2直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组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第一章第一章 直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理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定子定子转子转子电枢铁芯电枢铁芯电枢绕组电枢绕组换向器换向器转轴转轴轴承轴承1.1直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理1.1.11.1.1直流电机的主要结构直流电机的主要结构图图1-2 1-2 直流电机的正剖面图直流电机的正剖面图1 1极靴极靴 2 2电枢齿电枢齿 3 3电枢槽电枢槽 4 4主磁极主磁极 5

2、 5励磁绕组励磁绕组 6 6机座（磁轭）机座（磁轭） 7 7换向极换向极 8 8换向极绕组换向极绕组 9 9电枢绕电枢绕组组 1010电枢铁芯电枢铁芯 1111底脚底脚图图1-3 1-3 换向极结构换向极结构1 1换向极铁芯换向极铁芯 2 2换向极绕组换向极绕组图图1-4 1-4 电刷盒装配电刷盒装配1 1刷盒刷盒 2 2电刷电刷 3 3铜丝辫铜丝辫 4 4压紧弹簧压紧弹簧图图1-5 1-5 电枢铁芯冲片电枢铁芯冲片图1-6 直流电机换向器图图1-6 1-6 直流电机换向器直流电机换向器1.1.2 直流电机的基本原理直流电机的基本原理1、直流发电机工作原理、直流发电机工作原理 右图为直流发电机

3、的物理模型，右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，为定子磁极，abcd是固定在是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈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连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端电枢。线圈的首末端a、d连接到连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转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连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。动的电刷进行的。 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 后后 ，如右图。，如右图。0180 可见，和电刷可见，和

4、电刷A接触的导体总接触的导体总是位于是位于N极下，和电刷极下，和电刷B接触的导接触的导体总是位于体总是位于S极下。极下。 导体导体ab在在S极下，极下，a点低电点低电位，位，b点高电位；导体点高电位；导体cd在在N极极下，下，c点低电位，点低电位，d点高电位；点高电位；电刷电刷A极性仍为正，电刷极性仍为正，电刷B极极性仍为负。性仍为负。 可见，和电刷可见，和电刷A接触的导体总是位于接触的导体总是位于N极下，和电刷极下，和电刷B接触接触的导体总是位于的导体总是位于S极下，因此电刷极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷的极性总是正的，电刷B的的极性总是负的，在电刷极性总是负的，在电刷A、B两端可获得

5、直流电动势。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。线圈分布在电枢铁芯表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，分布在电枢铁芯表面的不同位置，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。极交替旋转多对。2、直流电动机工作原理、直流电动机工作原理 把电刷把电刷A、B接到直流电源上，接到直流电源上，电刷电刷A接正极，电刷接正极，电刷B接负极。此时接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。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

6、的旋转机械。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，在磁场作用下，N极性下导体极性下导体ab受力方向从右向左，受力方向从右向左，S 极下导体极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形受力方向从左向右。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，电机转子逆时转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。针方向旋转。原原N极性下导体极性下导体ab转到转到S极下，受力极下，受力方向从左向右，原方向从左向右，原S 极下导体极下导体cd转转到到N极下，受力方向从右向左。该极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。电磁力形成逆时针方向

7、的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作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。用下继续逆时针方向旋转。 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 同直流发电机相同，实际的同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，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。返回返回电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由

8、此而来，并为此把直流电机的转子称绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为为电枢电枢。 1.2直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 1.2.1基本知识基本知识 绕组元件绕组元件 称构成绕组的线圈为绕组元件，是用绝缘铜线绕制的。元件的开始端头称首端，终了端头称末端。嵌放在电枢铁芯槽中的直线部分称有效边，连接两个有效边的部分称为端接部分。一个元件可以是单匝或多匝。 直流电机电枢绕组是双层的，即每个槽分上下两层嵌放元件有效边。每个元件的一个边嵌放在一个槽子的上层，另一个边嵌放在另一个槽子的下层 线圈数、槽数、换向片数的关系：线圈数、槽数、换向片数的关系：元件数等于换向片数等于槽数，即 S=K=Z

9、式中 S 元件数； K换向片数； Z电枢实际槽数。叠绕组和波绕组叠绕组和波绕组 叠绕组是指相串联的后一个元件端接部分紧叠在前一个元件端接部分的上面，整个绕组成褶叠式前进；波绕组是指相串联的两个元件像波浪式的前进如图所示 电枢绕组和节距电枢绕组和节距1 13 32 2y1y2yyk单叠绕组单叠绕组1 13 32 2y1y2yyk7 7单波绕组单波绕组1.2.2电枢绕组的节距电枢绕组的节距1极距极距 极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离 pZ22 第一节距第一节距y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距，第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面

10、上的跨距，以槽数表示，如图以槽数表示，如图110所示。由于线圈边要放入槽内，所以应是整数。而为所示。由于线圈边要放入槽内，所以应是整数。而为了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于极距。了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于极距。为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。3第二节距第二节距y2 它是指相串联的两个相邻线圈中，第一个线圈的下层边与相它是指相串联的两个相邻线圈中，第一个线圈的下层边与相邻的第二个线圈的上层边之间的距离，用槽数表示。邻的第二个线圈的上层边之间的距离，用槽数表示。4换向片节距换向片节距yk 线圈的两端所

11、连接的换向片之间距离，用该线圈跨过的换向线圈的两端所连接的换向片之间距离，用该线圈跨过的换向片数来表示。片数来表示。5合成节距合成节距y 它是指相串联的两个相邻线圈对应的有效边之间的距离，用槽它是指相串联的两个相邻线圈对应的有效边之间的距离，用槽数表示。数表示。pZy21单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。绘制展开图的步骤是：绘制展开图的步骤是：第一步：计算绕组的各节距。包括、第一步：计算绕组的各节距。包括、y、y1。第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两

12、条短线表示，实线表示第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两条短线表示，实线表示上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号，上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。同时还表示该元件的上层边所在的位置。第三步：画换向片，按顺序编号。用小方块代表各换向片，换向片与电第三步：画换向片，按顺序编号。用小方块代表各换向片，换向片与电枢同周长，换向片的编号也是按顺序从左向右并以第一元件上层边所连枢同周长，换向片的编号也是按顺序从左向右并以第一元件上层边所连接的换向片作为第一换向片号。接的换向片作为第一换向片号。第四步：排列、连接

13、绕组。根据各节距按规律排列连接。第四步：排列、连接绕组。根据各节距按规律排列连接。第五步：放置主磁极。主磁极应第五步：放置主磁极。主磁极应N、S极交替地、均匀地放置在各槽之上，极交替地、均匀地放置在各槽之上，每个磁极的宽度约为每个磁极的宽度约为0.7倍的极距。倍的极距。第六步：安放电刷。在展开图中，直流电机的电刷置于磁极中心线下，第六步：安放电刷。在展开图中，直流电机的电刷置于磁极中心线下，电刷大小与换向片相同，电刷数与主磁极数相同。在实际生产过程中，电刷大小与换向片相同，电刷数与主磁极数相同。在实际生产过程中，直流电机电刷的位置是通过实验方法确定的。直流电机电刷的位置是通过实验方法确定的。1

14、.2.3单叠绕组单叠绕组例例 已知一台直流电机，已知一台直流电机，2p=2，S=K=Z=8，画出单叠绕，画出单叠绕组展开图。组展开图。解：计算绕组的各节距：解：计算绕组的各节距：极距：极距： 第一节距第一节距 ： 合成节距合成节距 ： y=yk=1 按照上述步骤绘制单叠绕组的展开图，如图所示。按照上述步骤绘制单叠绕组的展开图，如图所示。4282pZ42821pZy单叠绕组的并联支路图单叠绕组的并联支路图画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成了绕组的并联支路图。并联支路图，就是绕组了绕组的并联支路图。并联支路图，就是绕组的电路简图的电路简图 单叠绕组的特

15、点单叠绕组的特点（1）y=yk=1（2）2a=2p（3）同一个主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，）同一个主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，有几个主磁极就有几条支路；有几个主磁极就有几条支路；（4）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势；动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势；（5）电枢电流等于各并联支路电流之和）电枢电流等于各并联支路电流之和1.2.4单波绕组单波绕组单波绕组直接相连的两个线圈的对应边不是在同一个主磁极下单波绕组直接相连的两个线圈的对应边不是在同一个主磁极下面，而是分别处于相邻两对

16、主磁极中的同极性磁极下面，合成面，而是分别处于相邻两对主磁极中的同极性磁极下面，合成节距约等于两个极距节距约等于两个极距 pZpKyyk112p=4，Z=15单波短距绕组的展开图单波短距绕组的展开图单波绕组并联支路图单波绕组并联支路图单波绕组对应的瞬间并联支路图如图所示。由图单波绕组对应的瞬间并联支路图如图所示。由图可知，单波绕组只有一对并联支路，支路对数与可知，单波绕组只有一对并联支路，支路对数与磁极对数无关，即磁极对数无关，即a=1。 单波绕组的特点单波绕组的特点 （1） （2）a=1； （3）电枢电动势等于支路感应电动势；）电枢电动势等于支路感应电动势； （4）正负电刷间电动势最大。）正

17、负电刷间电动势最大。pZpKyyk11返回返回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1.3.1直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、额铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编号、出厂日期等。编号、出厂日期等。 1直流电机的型号直流电机的型号其格式为：第一个字符用大写的汉语拼音表示产品系列代号，第其格式为：第一个字符用

18、大写的汉语拼音表示产品系列代号，第二个字符用阿拉伯数字表示设计序号，第三个阿拉伯数字是机座二个字符用阿拉伯数字表示设计序号，第三个阿拉伯数字是机座中心高，第四个阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号，第五个阿拉中心高，第四个阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号，第五个阿拉伯数字表示端盖的代号。伯数字表示端盖的代号。例如型号是例如型号是Z420021的直流电机，的直流电机，Z是系列（即一般用途直流是系列（即一般用途直流电动机）代号，电动机）代号，200是电机中心高（是电机中心高（mm），），21中的中的2是电枢铁芯是电枢铁芯长度代号，长度代号，1是端盖的代号。是端盖的代号。2直流电机的额定值直流电机的额定值（

19、1）额定功率）额定功率 对于发电机来说，是指正负电刷之间输出的电功率；对于电对于发电机来说，是指正负电刷之间输出的电功率；对于电动机，则是指轴上输出的机械功率。动机，则是指轴上输出的机械功率。（2）额定电压）额定电压 指额定运行状况下，直流发电机的输出电压或直流电动机指额定运行状况下，直流发电机的输出电压或直流电动机的输入电压，单位为的输入电压，单位为V 。（3）额定电流）额定电流 指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为A 。直流发电机额定电流为直流发电机额定电流为 直流电动机额定电流为直流电动机额定电流为 （4）额定效率）额定效率 式中式中PN是额定输出功率；是额定输出功率； P1是输入功率。是输入功率。 （5）额定转速）额定转速nN 在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速，单位在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速，单位为为r/min。 （6）额定励磁电压）额定励磁电压 Uf 在额定情况下，励磁绕组所加的电压，单位为在额定情况下，励磁绕组所加的电压，单位为V。 （7）额定励磁电流）额定励磁电流If 在额定情况下，通过励磁绕组的电流，单位为在额定情况下，通过励磁绕组的电流，单位为A。 NNNUPINNNNUPI%1001PPNN直流电机出线端标志