第05章-直流电机

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1、第5章直流电机电机及拖动基础5.1直流电机的基本原理与结构5.2直流电机的电枢绕组和磁场5.3电枢绕组感应电动势和电磁转矩5.4直流电机的基本方程和工作特性1引言直流电机是利用电磁感应原理实现直流电能和机械能相互转换的电磁装置，将直流电能转换成机械能的电机称为直流电动机，反之则称为直流发电机。直流电动机具有调速范围广且平滑，起、制动转矩大，过载能力强，易于控制的优点，常用于对调速有较高要求的场合。本章主要介绍直流电机的基本结构和工作原理、电枢绕组的基本结构和磁场，以及直流电动机的基本方程和工作特性。第5章直流电机25.1直流电机的基本原理与结构5.1.1直流电机的

2、基本原理根据第1章的原型电机模型，可以画出两极直流电机的简化模型，如图5-1所示。第5章直流电机31.直流发电机的工作原理根据电机的可逆原理，在图5-1所示的直流电机模型中，励磁线圈仍通入直流电流，产生主极磁通。电枢上不外加直流电压，而用原动机拖动电枢恒速旋转，使电枢线圈切割磁力线而产生感应电动势，电动势的方向由右手定则确定。由于电枢连续的旋转，电枢绕组的每个线圈边交替地切割N极和S极下的磁力线，产生交变得感应电动势。再通过换向器的作用，使得在上下两个电刷端输出的电动势为为一个方向相同的脉动电动势，比如，从电刷A总是输出切割N极磁力线的线圈边所产生的正向电动势，

3、从电刷B总是输出切割S极磁力线的线圈边所产生的负向电动势，这样，电刷A始终为正极性，而电刷B始终为负极性。因此，虽然线圈切割不同极性磁极所产生的感应电动势是交变的，但通过换向器的作用，在电刷两端却输出直流电压。第5章直流电机42.直流电动机的工作原理根据电机的可逆原理，在图5-1所示的直流电机模型中，励磁线圈仍通入直流电流，产生主极磁通。如果用直流电源通过电刷向电枢绕组供电，如图5-2所示，在电枢表面的左半部分导体（即N极下）可以流过相同方向的电流（符号“•”表示电流从里向外流动），根据左手定则导体将受到顺时针方向的力矩作用；同时，在电枢表面的右半部分导体（即S极

4、下）也流过相同方向的电流（符号“×”表示电流从外向里流动），同样根据左手定则导体也将受到顺时针方向的力矩作用。这样，整个电枢绕组即转子将按顺时针方向旋转，输入的直流电能就转换成转子轴上输出的机械能。这就是直流电动机的基本工作原理。第5章直流电机5第5章直流电机65.1.2直流电机的基本结构直流电动机和直流发电机在主要结构上基本相同，常用的中小型直流电动机结构如图5-3所示。直流电动机主要由定子、转子，电刷装置、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。第5章直流电机71.定子定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置等组成，其剖面结构示意图如图5-4所示。它的主要作用是产生主

5、磁场和作电机的机械支架。第5章直流电机82.转子转子（又称电枢）由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成，如图5-5所示。它的作用是产生电磁转矩或感应电动势，实现机电能量的转换。第5章直流电机93.换向器和电刷换向器安装在转轴上，有许多梯形截面的换向片围叠组成一个圆柱体，相邻的换向片用云母片彼此绝缘。换向器的作用是将电枢绕组内的交流电动势用机械换接的方法转换成电刷间的直流电动势，其转换原理如图5-6所示。在图5-6中为分析简便，假设电枢绕组只有一个导体线圈a-a’分别与两个互相绝缘的换向器片连接。换向片与电刷接触，通过固定的电刷与转动的换向片之间的滑动接触，

6、使旋转的转子电路与静止的外电路相连接，把电流引入或引出。第5章直流电机10第5章直流电机11第5章直流电机12综上分析，可见直流电机通过换向器和电刷将电枢绕组内部的交变电流转换为直流输出，其直流输出波形如图5-7所示。换向器的作用就像由二极管构成的静止整流器，将交流变换为直流，所不同的是这里采用了机械换向方法。第5章直流电机135.2直流电机的电枢绕组和磁场5.2.1直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能转换的核心部件。在实际的直流电机中，为增加电机的感应电动势和电磁转矩其电枢表面均匀分布的槽内嵌放了许多线圈，这些线圈按一定规律

7、与换向器联接起来，组成电枢绕组。第5章直流电机14电枢绕组每个元件的匝数可以是单匝，也可以是多匝，如图5-8所示。元件依次嵌放在电枢槽内，一条元件边放在槽的上层，另一条边放在另一槽的下层，构成双层绕组，如图5-9所示。第5章直流电机15按照元件首尾端与换向片联接规律的不同，电枢绕组可分为叠绕组和波绕组，叠绕组又有单叠和复叠之分，波绕组也有单波和复波之分。单叠绕组是直流电机电枢绕组的基本形式。第5章直流电机165.2.2直流电机的磁场1.空载磁场直流电机空载是指电枢绕组电流为零或很小，电机几乎无功率输出。空载磁场是由励磁绕组的励磁磁动势单独建立的磁场。第5章直流电机

8、17主磁通