直流电机工作原理、结构、励磁方式、额定值

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1、直流电机的工作原理和结构直流电机是本课程学习的最后一种机种，在前面讲述变压器、异步电机、同步电机的过程中，我们不断地采用了归纳、类比、找出异同点的讲授方法，是希望大家通过这样的学习，能逐步训练自己掌握一种善于不断归纳、总结；善于采用类比、比较、找出异同点的学习方法，这种分析问题、解决问题的方法不但对学习电机、对学习其他课程、甚至对将来参加工作都是十分有用的，这是一种良好的学习、工作、生活方法和习惯。在学习直流电机过程中，我们继续尝试采用这样的方法。直流电机分直流发电机和直流电动机，其中：直流发电机是把机械能转变为直流电能、直流电动机是把直流电能转变为机械能。与前面介绍过的各种电机比

2、较，它们各有异同之处：1.由于发电机都是把机械能转变为电能，因此机械转矩都是驱动转矩、电磁转矩都是制动转矩，因此直流发电机的转矩平衡方程式将与交流（同步）发电机相同，均为：T1＝T+T0；所对应的功率平衡方程式也将相同：P1＝PM＋P0；其中：T1＝；T＝；T0＝；n是转子转速，对同步机n＝n1。相异的只是PM的表达式有所不同。同理，由于电动机都是把电能转变为机械能，因此电磁转矩都是驱动转矩、机械转矩都是制动转矩，因此直流电动机的转矩平衡方程式应与异步电动机、同步电动机相同，均为：T＝T2+T0；其中：T2＝；T0＝；n是转子转速；T＝，n1是转子旋转磁场的转速，对直流机和同步机也

3、是转子转速，相异的同样是三种机种的PM表达式各有区别。比如：已学过的异步机PM＝；隐极同步机PM＝3U1I1cosφ＝3sinθ；而直流电动机的将为：PM＝EaIa。82．由于无论任何旋转机种，电磁转矩都是电磁力乘以半径，电磁力就是载流导体在磁场中所受的力，因此异步机的电磁转矩物理表达式与直流机的电磁转矩表达式也是极为相似。相异的只是交流电流只有其有功分量才能产生转矩，而直流电流Ia并无有功、无功分量之分。3．我们曾提到过异步机和变压器都是属单边励磁的，即只有原边或定子接电源，副边和转子都不接电源，因此它们之间从感应电势表达式到等值电路、方程式、相量图都有很多相似之处。而同步电机和

4、直流电机都是双边励磁的，即定子和转子都接电源，因此它们的磁场也有很相似之处。它们其中一边都是电枢磁场、另一边都是主极磁场，当电机空载时，都只有主极磁场；当电机负载时，除了有主极磁场外还有电枢磁场，电枢磁场对主极磁场的影响都称之为电枢反应，因此同步机有电枢反应，直流机也将有电枢反应。相异的是：同步机的电枢是交流的，直流机的电枢是直流的，交流磁场与直流磁场的电枢反应性质是不同的。此外，同步机的定子是电枢、转子是主磁极；直流电机刚好相反：定子是主磁极、转子是电枢。在学习直流电机的过程，提请大家注意上述归纳总结的异同点。一．直流电机的工作原理（一）直流发电机工作原理看如图的电机模型：空间有

5、一对固定不动的磁极，中间有一个旋转的铁磁圆柱体，上面敷设着一个线圈abcd。发电机是把机械能转变为电能，当原动机拖动铁磁圆柱体旋转时，线圈导体就会切割磁力线感生电势。8若圆柱体旋转的方向为逆时针，当ab边在N极下时，据右手定则，感应电势方向从d→c→b→a；若带上负载电阻RAD，电阻的A端固定接线圈a端，D端固定接线圈d端，则负载电流方向从A→D，如图蓝色箭头方向。当圆柱体转过1800以后，cd边转到N极下，则据右手定则，感应电势方向从a→b→c→d，由于负载电阻的A端固定接线圈a端，D端固定接线圈d端，则负载电流方向从D→A，如图红色箭头方向。可见，由负载得到的是交流电流而不是直

6、流电流。ab边在N极下时——线圈电势d→c→b→a——负载电流A→Dcd边在N极下时——线圈电势a→b→c→d——负载电流D→A原因是：由于磁极的极性没有变、原动机旋转方向没有变，由右手定则可知，N极下的导体电势肯定都是指出来、S极下的电势肯定都是指进去的。因此，在电机旋转过程中，每条线圈边在转过N极和S极时电势都要交变一次，即线圈中的电流其实是交流电流。故若把电阻负载的两端固定接线圈的两端，负载所得到的自然同样是交流电流。为了使流经负载的电流为直流，唯有令负载的一端固定接N极下的导体，负载的另一端固定接S极下的导体，即无论哪根导体转到N极下，这根导体就接到负载A端，无论哪根导体转

7、到S极下，这根导体就接到负载的D端。要实现这个目的必须借助电刷和换向器，如图：线圈a端和d端分别接到两片相互绝缘的铜片上，称之为换向片，所有换向片随电机轴旋转称为换向器。电刷是固定不动的，令负载电阻的A端固定接电刷A，负载电阻的D端固定接电刷D。8则加上电刷和换向器后，ab边在N极下时——线圈电势d→c→b→a——负载电流A→Dcd边在N极下时——线圈电势a→b→c→d——负载电流A→D可见：虽然线圈的电流仍为交流，负载的电流却是直流。因此，直流发电机的工作原理是：导