第五篇_直流电机

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1、Electrical Machinery 本章节基本要求：本章节基本要求：理解直流电机的基本原理；理解直流电机的基本原理；掌握直流电机的基本结构；掌握直流电机的基本结构；理解直流电机的铭牌数据的含义；理解直流电机的铭牌数据的含义；4.4.掌握直流电机的励磁方式。掌握直流电机的励磁方式。本章节重点和难点：本章节重点和难点：重点重点: :直流电机的基本原理和基本结构；直流电机的额定值；直直流电机的基本原理和基本结构；直流电机的额定值；直流电机的励磁方式。流电机的励磁方式。难点难点: :直流电机的基本原理和励磁方式。直流电机的基本原理和励磁方式。 直流电机是电机的主要类型之一。它是通以直流电流的旋转

2、直流电机是电机的主要类型之一。它是通以直流电流的旋转电机，是电能和机械能相互转换的设备。电机，是电能和机械能相互转换的设备。将机械能转换为电能的将机械能转换为电能的是直流发电机是直流发电机，将电能转换为机械能的是直流电动机将电能转换为机械能的是直流电动机。按旋转电。按旋转电机的可逆性原理，用作电动机使用时，由于其具有良好的调速性机的可逆性原理，用作电动机使用时，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。 作电源用作电源用: :发电机；发电机； 作动力用作动力用: :电动机；电动机；信号的传递信号的传递: :测速发电机、

3、测速发电机、伺服电机伺服电机 由于直流电机是依靠直流工作电压运行的电机，因此广泛应由于直流电机是依靠直流工作电压运行的电机，因此广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、电动玩具等家用电器中。电动玩具等家用电器中。 此外，直流发电机还可做直流励磁系此外，直流发电机还可做直流励磁系统中的统中的励磁机励磁机用，一般小于用，一般小于1010万万kWkW即即100MW100MW的单机同步发电机要用直流发电机的单机同步发电机要用直流发电机作为励磁机。作为励磁机。 二、直流电机的优缺点二、直流电机的优缺点 1.1.直流发电机的直流

4、发电机的电势波电势波形较好，受形较好，受电磁干扰电磁干扰的影响小；的影响小；2.2.直流电动机的直流电动机的调速范围调速范围宽广，调速特性宽广，调速特性平滑平滑；3.3.直流电动机易于控制，可靠性较高；直流电动机易于控制，可靠性较高；4.4.直流电动机直流电动机过载能力过载能力较强，较强，起动起动和和制动制动转矩较大；转矩较大；5.5.由于存在换向器、其结构复杂、制造成本高、价格较高和运由于存在换向器、其结构复杂、制造成本高、价格较高和运行维护工作量大。行维护工作量大。 下图为直流发电机的物理模型，下图为直流发电机的物理模型，N N、S S为定子磁极，为定子磁极，abcdabcd是固定在可旋转

5、导是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端端a a、d d连接到两个相互绝缘并可随线圈连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向器上。转子线圈与外电一同旋转的换向器上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向器上固定不路的连接是通过放置在换向器上固定不动的电刷进行的。动的电刷进行的。 如图所示，根据法拉弟电磁感应定律可知，原动机拖动直流如图所示，根据法拉弟电磁感应定律可知，原动机拖动直流发电机的电枢，以恒定转速按顺时针方向旋转，当线圈有效边发电机的电枢，以恒定转速按顺时针方向旋转，当

6、线圈有效边abab和和cdcd切割磁力线时，便在其中产生感应电动势，通过换向器和电切割磁力线时，便在其中产生感应电动势，通过换向器和电刷的作用，使线圈产生的交变电动势变为电刷两端方向恒定的电刷的作用，使线圈产生的交变电动势变为电刷两端方向恒定的电动势，保持外电路的电流按一定方向流动。动势，保持外电路的电流按一定方向流动。 一个线圈的直流发电机，电刷间的电动势是脉动电动势，一个线圈的直流发电机，电刷间的电动势是脉动电动势，其电动势波动太大，而实际应用的直流发电机电枢绕组有许多线其电动势波动太大，而实际应用的直流发电机电枢绕组有许多线圈（元件），电枢槽数和换向片也相应增多，可使合成电动势的圈（元件

7、），电枢槽数和换向片也相应增多，可使合成电动势的脉动程度大为减小，以至接近恒定的直流电动势。如下图所示脉动程度大为减小，以至接近恒定的直流电动势。如下图所示: :直流发电机运行时的几点结论：直流发电机运行时的几点结论：(1)(1)电枢线圈内电势、电流方向是交流电；电枢线圈内电势、电流方向是交流电；(2)(2)电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一致；电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一致；(3)(3)从空间看，从空间看， 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场；电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场；(4)(4)产生的电磁转矩产生的电磁转矩M M与转子转向相反，与转子转向

8、相反， 是制动性质。是制动性质。 如下图所示，是最简单的直流电动机的物理模型，如下图所示，是最简单的直流电动机的物理模型，N N和和S S是一是一对固定的磁极对固定的磁极( (一般是电磁铁，也可以是永久磁铁一般是电磁铁，也可以是永久磁铁) )。磁极之间有。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心电枢铁心。铁心表面固定一个。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈用绝缘导体构成的电枢线圈abcdabcd，线圈的两端分别接到相互绝缘，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个圆弧形铜片上。弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为的两个圆弧形铜片上。弧形铜片称为换向片，它们的

9、组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A A和和，线圈，线圈abcdabcd 通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体叫作枢线圈和换向器构成的整体叫作转子转子或称为或称为电枢电枢。 如图所示，施加在直流电动机的直流电源，借助于换向器和如图所示，施加在直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保了直流电的

10、，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保了直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。 实际的直流电动机，电枢四周上均匀地嵌放许多线圈；相应实际的直流电动机，电枢四周上均匀地嵌放许多线圈；相应地，换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生的总电磁转矩地，换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生的总电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转速也就比较均匀。足够大并且比较均匀，电动机的转速也就比较均匀。 直流电动机运行时的几点结论：直流电动机运行时的几点结论：(1)(1)外施电压、电流是直流，外施电压、电流是直流， 电枢

11、线圈内电流是交流；电枢线圈内电流是交流；(2)(2)线圈中感应电势与电流方向相反；线圈中感应电势与电流方向相反；(3)(3)线圈是旋转的，电枢电流是交变的；线圈是旋转的，电枢电流是交变的；(4)(4)产生的电磁转矩产生的电磁转矩M M与转子转向相同，是驱动性质。与转子转向相同，是驱动性质。 从以上分析可知：一台直流电机原则上既可以作为电动机从以上分析可知：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，是取决于外界不同的条件。如果运行，也可以作为发电机运行，是取决于外界不同的条件。如果在电刷端外施直流电压，则电机把电能转变成机械能，作电动机在电刷端外施直流电压，则电机把电能转变成