第03章-直流电机原理

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1、-1-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理电机与拖动基础电机与拖动基础 第一节第一节 直流电机的基本原理和结构直流电机的基本原理和结构第二节第二节 直流电机的电枢绕组和磁场直流电机的电枢绕组和磁场第三节第三节 电枢绕组感应电动势和电磁转矩电枢绕组感应电动势和电磁转矩第四节第四节 直流电机的基本方程和工作特性直流电机的基本方程和工作特性-2-引引 言言 直流电机直流电机：利用电磁感应原理实现直流电能和机械能：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。机称为直流电动机，反

2、之则称为直流发电机。直流电动机优点直流电动机优点：调速范围广且平滑，起动、制动转：调速范围广且平滑，起动、制动转矩大，过载能力强，易于控制，常用于对调速要求较矩大，过载能力强，易于控制，常用于对调速要求较高的场合。高的场合。本章本章主要内容主要内容：直流电机的基本结构和工作原理、电：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。程和工作特性。 第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 -3-第一节第一节 直流电机的基本原理和结构直流电机的基本原理和结构第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 一、直流电机的

3、基本原理一、直流电机的基本原理 1 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理 磁极、铁心、绕组、电枢磁极、铁心、绕组、电枢(转子转子)、换向片、换向器、电、换向片、换向器、电刷刷 电枢和换向器绕轴转动，电刷固定不动。电枢和换向器绕轴转动，电刷固定不动。-4-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 载流导体载流导体ab、cd受到电磁力的作用，据左手定则，电磁力使受到电磁力的作用，据左手定则，电磁力使电枢逆时针转动。电枢逆时针转动。 电枢逆时针转过电枢逆时针转过180至图至图b位置。位置。-5-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 电刷和换向器作用：电刷和换向器作用：把转动的电枢与外部固定的把转

4、动的电枢与外部固定的电源连接电源连接在一起，实现了电枢绕组在一起，实现了电枢绕组电流的换向电流的换向，产生方向不变的电，产生方向不变的电磁转矩，使电动机连续转动，将输入的直流电能变换为机磁转矩，使电动机连续转动，将输入的直流电能变换为机械能输出。械能输出。-6-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 2 直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理 直流发电机是将机械能转换成直流电能的装置。直流发电机是将机械能转换成直流电能的装置。 直流发电机的结构与直流电动机结构基本相同，不同的直流发电机的结构与直流电动机结构基本相同，不同的是电刷上不加直流电源，而是接负载。是电刷上不加直流电源，而是接负载。

5、在在原动机拖动原动机拖动下电下电枢旋转，由于电枢枢旋转，由于电枢绕组的导体切割磁绕组的导体切割磁场，将会在绕组中场，将会在绕组中产生感应电动势。产生感应电动势。-7- 电枢转过电枢转过180：第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 -8-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 实际的直流发电机，电枢圆周上均匀地嵌放许多线实际的直流发电机，电枢圆周上均匀地嵌放许多线圈，相应地换向器也由许多换向片组成，使电枢绕圈，相应地换向器也由许多换向片组成，使电枢绕组产生的电动势组产生的电动势足够大足够大并且并且波形无脉动波形无脉动。-9- 二、直流电机的二、直流电机的基本结构基本结构 直流电动机和直流直流电

6、动机和直流发电机在主要结构上发电机在主要结构上基本相同。基本相同。直流电动机直流电动机组成组成：定：定子、转子，电刷装置、子、转子，电刷装置、端盖、轴承、通风冷端盖、轴承、通风冷却系统。却系统。 第三章第三章 直流电机原理直流电机原理-11- 1. 定子定子组成组成：机座、主磁极、换向极、电刷装置等。：机座、主磁极、换向极、电刷装置等。作用作用：产生主磁场和做为电机的机械支架。：产生主磁场和做为电机的机械支架。第三章第三章 直流电机原理直流电机原理-12- 2. 转子转子转子（电枢）转子（电枢）组成组成：电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风：电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等。扇等。作用

7、作用：产生电磁转矩或感应电动势，实现机电能量的转换。：产生电磁转矩或感应电动势，实现机电能量的转换。 第三章第三章 直流电机原理直流电机原理-13-第二节第二节 直流电机的电枢绕组和磁场直流电机的电枢绕组和磁场 一、直流电机的电枢绕组一、直流电机的电枢绕组 第三章第三章 直流电机原理直流电机原理1绕组的基本概念绕组的基本概念 电枢绕组是电机的重要部件。电枢绕组是电机的重要部件。 按照绕组的连接方式，直流电机的绕组有五种形按照绕组的连接方式，直流电机的绕组有五种形式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组式：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组和蛙绕组（叠绕和波绕混合绕组）。和蛙绕组（叠绕和波

8、绕混合绕组）。 其中单叠绕组和单波绕组是最基本的，其他则是其中单叠绕组和单波绕组是最基本的，其他则是由这两种绕组演化来的。由这两种绕组演化来的。-14-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理（1）元件元件：元件是构成电枢绕组的基本部件，：元件是构成电枢绕组的基本部件，所谓元件是指两端分别与两片换向片相连的单匝所谓元件是指两端分别与两片换向片相连的单匝或多匝线圈。或多匝线圈。-15-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 （2）叠绕组和波绕组叠绕组和波绕组 元件之间有两种元件之间有两种连接方法连接方法：相邻连接的元件互相：相邻连接的元件互相重叠，称为叠绕组；相邻连接的两元件成波浪形，重叠，称为叠

9、绕组；相邻连接的两元件成波浪形，为波绕组。为波绕组。-16-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 （3）极距极距： 在电枢表面，一个磁极所跨过的距离在电枢表面，一个磁极所跨过的距离 ，也就是两个磁极中，也就是两个磁极中心线之间的距离。心线之间的距离。 如果电枢总槽数为如果电枢总槽数为Q，电机的极数为，电机的极数为2np（np为极对数），则为极对数），则极距为极距为p2nQ-17-（4）绕组的节距绕组的节距绕组的绕组的第一节距第一节距y1：每个元件的两个有效边在电枢表面所：每个元件的两个有效边在电枢表面所跨过的距离（槽数）。跨过的距离（槽数）。y1 = ：元件为整距；：元件为整距；y1 ：为长

10、距。：为长距。由于短距绕组的端接较短，使用较广。由于短距绕组的端接较短，使用较广。第三章第三章 直流电机原理直流电机原理-18-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 绕组的第二节距绕组的第二节距y2 :同一换向片所串联的两个元件中，同一换向片所串联的两个元件中，前一元件的下元件边与后一元件的上元件边之间的距前一元件的下元件边与后一元件的上元件边之间的距离。离。-19-式中，叠绕组取“”，波绕组取“”第三章第三章 直流电机原理直流电机原理 合成节距合成节距y:相邻两串联元件的对应边之间的距离，称相邻两串联元件的对应边之间的距离，称为合成节距为合成节距y。 合成节距合成节距y与与y1和和y2的关

11、系为的关系为-20-2 单叠绕组单叠绕组以一个主磁极数以一个主磁极数2np=2、槽数为、槽数为8的电机说明单叠绕组的特点。的电机说明单叠绕组的特点。 实线表示上层元件实线表示上层元件边，虚线表示下层边，虚线表示下层元件边，一实一虚元件边，一实一虚两根线表示一个槽。两根线表示一个槽。 元件按照上层边编元件按照上层边编号，槽与其中的上号，槽与其中的上层边编号相同，换层边编号相同，换向片与其相连的上向片与其相连的上层边取同一编号层边取同一编号。第三章第三章 直流电机原理直流电机原理-21-第三章第三章 直流电机原理直流电机原理-22- 二、直流电机的磁场二、直流电机的磁场 1. 空载磁场空载磁场 直