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2.1.5 直流电机的结构
❖ 直流电机由定子和转子两大部分构成，两者之间存在气隙。 ❖ 定子主要用来建立主磁场，并作为电机的机械支撑，包括主
磁极、换向极、机座、电刷装置和端盖等部件。 ❖ 转子又称为电枢，主要包括电枢铁心、电枢绕组和换向器等
❖ 换向器
❖ 对于发电机，换向器的作用是将电枢绕组中的交变电动势转 变为直流电动势向外部输出直流电压；
❖ 对于电动机，它是将外界供给的直流电流转变为绕组中的交 变电流以使电机旋转。
（a) 换向片
图2.1.7 换向器结构
（b) 换向器
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第2章 直流电机基本理论
直流电机是指能输出直流电流的发电机或通入直 流电流而产生机械运动的电动机。
直流电动机具有良好的启动性能和宽广平滑的调 速特性。
直流发电机主要做直流电源。
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2.1 直流电机的基本原理与结构
❖ 电机的分类： ❖ 应用电磁原理实现电能与机械能互换的旋转机械，统称为电
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电枢绕组设计的基本要求：
1.电动势大，波形好； 2.电流大，产生并承受的电磁力和电磁转矩大； 3.结构简单，连接可靠； 4.便于维修； 5.换向性能好；
电枢绕组的类型：
1.叠绕组：单叠绕组和复叠绕组； 2.波绕组：单波绕组和复波绕组； 3.蛙绕组：叠绕组和波绕组的组合；
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元件连接顺序图
绕电枢一周， 所 有元件互相串联构 成一闭合回路。
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❖ 2.转子
❖ 转子电机的转动部分，主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换 向器、电机转轴和轴承等部分。
图2.1.6 电枢冲片与电枢铁心装配图
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， 绕组内部无换流； ❖ 每条支路由不相同的电刷引出， 电刷不能少， 电刷数
等于磁极数; ❖ 正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势， 电枢
电压等于支路电压; ❖ 由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和， 即
Ia 2aia
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2.1.4 电机的可逆性
❖ 电机既可以作发电机运行，把机械能转换成电能，又可 以作电动机运行，把电能转换成机械能。只是由于外部条件 不同——电枢由原动机带动或是向电枢输入电功率，得到相 反的能量转换。所以电机是一种双向的机电能量转换装置， 这一特性称为电机的可逆性。
电路图
结合电刷的放置， 得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。 即单叠绕组的并联支路数 正好等于电机的极数。 这是单叠绕组的重要特点之一。
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单叠绕组的特点
❖ 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 ❖ 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; ❖ 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为零
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单波绕组 波绕组：首末端所接的两换向片相隔很远， 两个元
件紧相串联后形似波浪。
为了使紧相串联的元件所生的电势同向相加， 元件边 应处于相同磁极极性下， 即合成节距
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➢ 额定效率：N
➢ 额定转矩：TN，单位 N·m
➢ 额定温升：，单位 C
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额定转速 额定功率7457W 1180r/min
额定电压500V
额定电流17A
工作制：连续 最高环境温度：40度
❖ 定子包括主磁极、换向磁极、机座和电刷装置等。
图2.1.4 直流电机主磁极结构
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换向极绕组
换向极铁心
图2.1.5 换向极结构
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❖ 直流电机机座和机壳
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2.2.1 直流电枢绕组简介
❖ 7.第一节距 y1 ，同一元件两有效边跨过的距离。
y1
Z 2p
❖ 8.第二节距 y2
❖ 9.合成节距 ❖ 10.换向节距
(a) 单叠绕组
(b) 单波绕组
图2.2.2 绕组节距示意图
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单波绕组元件连接顺序图
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2.2.1 直流电枢绕组简介
❖ 1.元件 ❖ 2.元件的首、末两端 ❖ 3.元件数S、换向片数K
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单波绕组
实例：P＝2， Z=S＝K＝15 左单波绕组
1、绕组数据计算
y1
z 2p
15 4
3 4
3
y
yk
K 1 p
15 1 2
7
y2 y y1 7 3 4
计算数据y和y1 画绕组展开图 安放电刷和磁极
－
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某一瞬间电刷、磁极放置
磁极：磁极宽度约0.7τ , 均匀分布，N、S极交替安排 ❖ 电刷：连接内、外电路。为了在正负电刷间获得最大直
流电势以及产生最大的电磁转矩， 电刷放在被电刷短 路的元件电势为零的位置。
电势为零的元件：在磁极的几何中心线上电势为零。 （在一个主极下的元件边电势具有相同的方向。） ❖ 电刷放置：电刷放置在使电刷的中心线与主磁极轴线对 准的换向片上。
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单叠绕组分析实例 实例： P＝2， Z＝S＝K＝16
1、 数据计算：
计算数据y和y1
y＝yk＝1
y1
Z 2p
16 22
4
画绕组展开图
安放电刷和磁极
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2.2.1 直流电枢绕组简介
❖ 4.极距 D 2 p
❖ 5.叠绕组 ❖ 6.波绕组
单匝单叠绕组
多匝单叠绕组
单匝单波绕组
图2.2.1 直流电机的绕组
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多匝单波绕组
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机。 ❖ 把机械能转换为电能的电机，称为发电机； ❖ 把电能转换为机械能的电机，称为电动机。
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2.1.2 直流发电机的工作原理
（a）
图2.1.1 直流发电机的模型
（b）
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单波绕组节距特点：
y1 等于或约等于 τ （常采用短距）；
y 约等于 2 τ 。 为了使绕组从某一换向片出发， 沿电枢铁心一周后 回到原来出发点相邻的一片上， 则可由此再绕下去。 换向片极距yk必须符合
即
k 1 yk P C
P yk k 1
y2 = y –y1 （-1，左行绕组；+1，右行绕组，因端接 部分交叉，少用。）
部件，
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图2.1.3 小型直流电机结构
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❖ 1.定子
单叠绕组展开图
槽1.槽展展开开
τ
绕2.绕组组放放置置
τ
3安.安放放磁磁极极电电刷刷
τ