44/57
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
45/57
第四节 直流电机感应电动势和电磁转矩的计算
一、感应电动势的计算
Ea
4Ny
pn 60
S 2a
pN 60a
n
Cen
• 电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大， 电刷间电动势等于并联支路电动势。
• 电枢电流等于各支路电流之和。
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
31/57
单波绕组的特点
• 同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1即a=1, 与磁极对数P无关；
• 当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对 准主磁极中心线，支路电动势最大；
1.当直流电机带上负载以后，在 电机磁路中又形成一个磁动势，这 个磁动势称为电枢磁动势。
2.此时的电机气隙磁场是由励磁 磁动势和电枢磁动势共同产生的。 电枢磁动势对气隙磁场的影响称为 电枢反应。
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
38/57
二.电刷在几何中性线上时的电 枢反应
如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布， 则电枢磁动势在气隙圆周 方向空间分布呈三角形
电机既能作电动机又能作发电机运行的原理，在电机理论
中称为电机的可逆原理。
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
6/57
（三）两极直流电机工作原理图-1
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
7/57
工作原理图-2
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
8/57
工作原理图-3
1）额定容量（额定功率）PN 指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以
W或KW为量纲单位。
对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，PN＝UNINηN
对于直流发电机，是指输出的电功率，它等于额定电压
和额定电流的乘积。
PN＝UNIN
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
33/57
换向器组成。 2. 定子：由主磁极、换向极、机座、电刷装置组成 定子的分类： 永磁式：由永久磁铁做成。
励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。
励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。
电机及拖动基础
（一）直流电机的静止部分（定子） 2、换向极
1、主磁极
1—主磁极铁心 2—励磁绕组 3—机座
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
34/57
第三节 直流电机的磁场
一、直流电机的励磁方式
1、他励直流电机——励磁绕组与电枢绕组无联接关系， 而是由其他直流电源对励磁绕组供电。 2、并励直流电机——励磁绕组与电枢绕组并联。
3、串励直流电机——励磁绕组与电枢绕组串联。
4、复励直流电机
2020年10月15日11时31分
对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电 压和额定电流的乘积。
2）额定电压UN 指额定状态下电枢出线端的电压，以 “V” 为单位。 3）额定电流IN 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 “A”
为单位。 4）额定转速nN 指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为单位。
5）额定励磁电压UfN(V)
第一章、直流电机
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使 用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
应用：
（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范 围大的大型设备。 （2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。 （3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具
综上所述：要使电刷间的电动势为最大，电刷必须和位于 几何中性线（磁极之间的平分线）的元件相连接，在电机 中把这种情况称为“电刷在几何中性线”。
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
26/57
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
27/57
（三）单波绕组
单波绕组—不是把元件依串联，而是把相隔大约两个极距，即在磁 场中的位置差不多相对应的元件连接起来。
电机及拖动基础
19/57
2、电枢绕组——由许多
按一定规律连接的线圈组成。
3、换向器——由许多
换向片组成，换向片之间 用云母绝缘。
1—槽楔
2—线圈绝缘
3—导体
4—层间绝缘
5—槽绝缘
6—槽底绝缘
1—换向片
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
2—连接片 20/57
二、 直流电机的电枢绕组
（一 ）、元件 组成电枢绕组的基本 单元称为“元件”， 一个元件由两条元件 边和端接线组成。
电机及拖动基础
E
电刷
+
N FE I
U
F
I
–
S
换向片
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中 产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的 方向相反。
电机及拖动基础
（一）直流电动机的工作原理
载流导体在磁场中受到的力
f Bil
B — 磁场的磁感应强度(Wb/m2) i — 导体中的电流(A) l — 导体的有效长度(m)
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
28/57
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
29/57
直流电机的电枢绕组除了单叠、单波两种基本形式以外，还有其他 形式，如复叠绕组、复波绕组、混合绕组等。
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
30/57
单叠绕组的的特点：
• 同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路 数相同。 若以a表示支路对数，P表示极对数 则2a=2p
（1）计算第一节距
y1
z2p
16 0 4 4
因为是整距右行绕组，故 y yk 1
所以 y2 y1 y 3
（2）画出展开图 如下图所示。作图步骤如下：
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
23/57
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
24/57
2.放置磁极：在绕组展开图上均匀放置4个磁极（2p=4）。
元件的跨距：上层元件边与下层元 件边的距离（用槽数表示）称为跨距。 一般要求元件的跨距等于电机的极距。
右上图中，跨距为4槽。
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
22/57
1.单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合 成节距与换向节距均为1，即 y = y k=1。
下面设通设过2P例=4子，说S=明K=单Zi叠=1绕6，组单的叠联右接行方绕法组和。特点。
2、电枢反应呈现去磁作用
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
电 枢 反 应 后 磁 动 势 波 形
41/57
负载磁场分布图（考虑磁路饱和）
电枢反映的去磁效应
减弱
增强
增强
减弱
磁密为零的点并与电枢表面垂直的直线
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
42/57
四、换向的问题
1.直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路 时,元件里的电流方向改变，即换向。 换向问题很复杂，换向不良 会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损 坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。
两两相反，因此在整个闭合回路内互相抵销，总电动势
为零，不会产生环流。
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
25/57
3.放置电刷 ：为了引出最大电动势，必须在换向片1和2、 5和6、9和10、13和14之间，也就是在磁极轴线位置，放置 4组电刷A1、B1、A2、B2，因为这时A、B电刷之间所包含的 元件，其电动势的方向都是相同的
电机及拖动基础
第一节、直流电（动）机工作原理
电刷
+
N I
U I
–
S
换向片
直流电源
电刷
换向器
线圈
电机及拖动基础
电刷
+ U
F
N IF I
–
S
换向片
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转
动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。
电刷压在换向片上。
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
2、电抗电动势
换向元件中出现的由 自感与互感作用所引起 的感应电动势，称为电 抗电动势。
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
43/57
2、电枢反应电动势
3. 由于电刷放置在磁极轴线下的换向器上，在几何中心线处，虽 然主磁场的磁密等于零，可是电枢磁场的磁密不为零。因此，换向 元件切割电枢磁场，产生一种电动势，称为电枢反应电动势。
电机及拖动基础
35/57
二、直流电机的空载磁场
直流电机的空载磁场是指电枢电流等于零或者很小时，由励磁磁动 势单独建立的磁场。
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
36/57
气隙中主磁场磁通密度的分布
磁化曲线
2020年10月15日11时31分
电机及拖动基础
37/57
三、直流电机负载磁场及电枢反应
1—换向极铁心
2—换向极绕组
3、机座——用又11作时31为分 磁路的一部分电机。及拖动基础