直流电机工作原理

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1、第一章直流电机Chapter1DCMachines本章教学基本要求：1.了解直流电机主要结构，注意换向器和电刷的作用；2.熟悉直流发电机和电动机基本工作原理，熟悉电枢反应，理解感应电势和电磁转矩这两个机电能量转换要素的物理意义，掌握求解它们的计算方法；3.掌握直流电机的运行原理，电势、转矩平衡方程式，以及不同励磁方式的直流电机的工作特性；4.了解直流电机的换向。重点和难点重点：直流电机的基本平衡方程式和工作特性。难点：电枢反应。本次课程教学要求了解直流电机基本结构熟悉直流电机的额定值掌握直流电机基本工作原理机电能量关系直流电机（dcmachines）是将机械能转换为直流电能或将直流电能

2、转换为机械能的一种装置。把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机(dcgenerators)。把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机(dcmotor)。1.1直流电机的结构及基本工作原理1.1.1直流电机的基本工作原理1、直流发电机的基本工作原理直流发电机的工作原理是建立在电磁感应定律基础上的。（下面用简单直流电机模型来说明工作原理）图1-1直流发电机工作原理直流发电机的基本工作原理说明给励磁绕组(theexcitingwinding)通入直流电，使在空中固定不动的主磁极呈现上为N极、下为S极（主磁极也可以是永久磁铁做成）。在N和S极之间有电枢，电枢铁芯上安放着由A和X两根导体组成

3、的电枢线圈，线圈的首端（A）和末端（X）分别连在两个相互绝缘的半圆形铜质换相片上，换相片形成的整体称为换相器。换相器固定在转轴上，且与转轴绝缘。换相片上安放着一对固定不动的电刷B1和B2，电刷能与外电路连接。气隙磁密分布图1-2a)气隙磁密分布波形图定子、转子和气隙定子(stator)在空中固定不动的部分（主磁极、电刷等）称为定子。转子(rotor)随转轴转动的部分（线圈、电枢铁芯、换相器等）称为转子（或称电枢(armature)）气隙(airgap)定、转子之间有一空隙，称为气隙。当原动机带动电枢逆时针方向旋转时导体切割磁力线，根据电磁感应定律，导体内产生感应电势，大小：e=Bxlv（

4、V）其中：Bx——导体所在处的磁通密度（Wb/m2）,l——导体的有效长度（m），v——导体的线速度（m/s）。发电机工作情况感应电势方向感应电势方向由右手定则判定：伸开右手使大拇指与四指呈90°，当磁力线指向手心，大拇指指向导体运动方向，则四指的指向为导体中感应电势方向。分析ωt=0°时，A端为☉，与之相接触的电刷B1为+，X端为⊕，与之相接触的电刷B2为-；当电枢旋转了180°后，即ωt=180°时，X端旋转到N极下，X端为☉，A端旋转到S极下，A端为⊕。图1-2a)线圈AX地感应电势波形图换向器作用CommutatorAction从分析中可得出：N极下导体电势指向纸外，电刷B1总为

5、+；S极下导体电势指向纸内，电刷B2总为-，不难看出，线圈中的电势是交流电势，而通过换向器的作用，使电刷间的电势为直流电势。换向器和电刷作用(brush)换向器和电刷的共同作用：①将线圈中的交流电势整流成刷间的直流电势；②把转动的电路与外面不转的电路连接。从刷间电势波形看，电势脉动很大，为了减小电势的脉动程度，实际电机采用很多元件组成电枢线圈，均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接，刷间串联元件数增多，脉动减小，就得到所需的直流电。图1-2b)电刷B1与B2间的电动势波形图电刷B1与B2间的电动势波形2、直流电动机的基本工作原理将直流电加到电刷上（B1为+、B2为-），线圈AX上就有电流通

6、过（A端为⊕、X端为☉），根据电磁力定律，载流导体在磁场中要受力，大小为：f=Bxli（N），其中i为流过导体中的电流（A），方向由左手定则确定，伸开左手使大拇指与四指呈90°，当磁力线指向手心，四指的指向为导体中电流方向，则大拇指指向导体受力方向。在电动机中换向器和电刷的作用换向器和电刷的共同作用是：①将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电；②把外面不转的电路与转动的电路连接。直流电动机工作原理示意图图1-3直流电动机工作原理图直流机结构直流电机的基本结构1.1.2直流电机的基本结构直流电机由两大部分组成：定子（静止部分）和转子（转动部分或称电枢）。1、定子定子由主磁极、换向极、电刷装置、

7、机座等组成。主磁极由主极铁芯和励磁绕组组成，铁芯用1~1.5mm的钢板冲片叠成，外套励磁绕组。主磁极的作用是建立主磁场，它总是成对出现，N、S极交替排列。换向极也由铁芯和绕组组成，铁芯一般是由整块钢组成，换向极安放在相邻两主磁极之间，它的作用是改善电机的换向。电刷装置由电刷、刷握、刷杆、压紧弹簧等组成，它的作用是连接转动和静止之间的电路。机座作用是固定主磁极等部件，同时也是磁路的一部分。直流电机结构图1-4直流电机结构图图1-5主磁