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第一章 直流电机的基本工作原理
电机是利用电磁作用原理进行能量 转换的机械装置。直流电机能将直 流电能转换为机械能，或将机械能 换转为直流电能。将直流电能转换 为机械能的叫做直流电动机，将机 械能转换为直流电能的叫做直流发 电机。
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Байду номын сангаас -
• 直流电动机的主要优点是起动性能 和调速性能好，过载能力大。因此， 应用于对起动和调速性能要求较高 的生产机械，例如大型机床、电力 机车、轧钢机、矿井卷扬机、船舶 机械、造纸机和纺织机等都广泛采 用直流电动机作为原动机。
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三、直流电机的结构
• 由直流电动机和直流发电机工作原理示 意图可以看到，直流电机的结构应由定 子和转子两大部分组成。
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• 定子：直流电机运行时静止不动的部分称为 定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、 主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等 组成。
• 转子：运行时转动的部分称为转子，其主要 作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流 电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为 电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组，换向 器和风扇等组成。
导体ab在S极下，a点低电位， b点高电位；导体cd在N极下，c 点低电位，d点高电位；电刷A极 性仍为正，电刷B极性仍为负。
可见，和电刷A接触的导体总 是位于N极下，和电刷B接触的导 体总是位于S极下，
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可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电 刷B接触的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是 正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得 直流电动势。
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直流发电机是将机械能 转变成电能的旋转机械。
当原动机驱动电机转子 逆时针旋转时同，线圈 abcd将感应电动势。 如右图，导体ab在N极下，a 点高电位，b点低电位； 导体cd在S极下，c点高电 位，d点低电位；电刷A 极性为正，电刷B极性为 负。
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当原动机驱动电机转子逆时针
旋转180 0 后 ，如右图。
实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线 圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定 的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根 据需要N、S极交替旋转多对。
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直流发电机运行时的几点结论
1. 电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2. 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一
致； 3. 从空间看， 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不
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• 实际的直流电动机，电枢圆周上均匀地 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的电 磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的 转速也就比较均匀。
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直流电动机运行时的几点结论
1. 外施电压、电流是直流， 电枢线圈内电流是交流； 2. 线圈中感应电势与电流方向相反； 3. 线圈是旋转的，电枢电流是交变的。 电枢电流产
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直流电动机是将电能转变成机 械能的旋转机械。
把电刷A、B接到直流电源上， 电刷A接正极，电刷B接负极。此时 电枢线圈中将电流流过。如右图。
在磁场作用下，N极性下导体 ab受力方向从右向左，S 极下导体 cd受力方向从左向右。该电磁力形 成逆时针方向的电磁转矩。当电磁 转矩大于阻转矩时，电机转子逆时 针方向旋转。
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第一节 直流电机的基本工作原理及结构 一、直流电动机的基本工作原理
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• 图1—1是一台最简单的直流电机的模型。N和S 是一对固定的磁极，可以是电磁铁，也可以是 永久磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆 柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝 缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别 接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称 为换向片，它们的组合体称为换向器，在换向 器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电剧 A和B，线圈abcd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称为 电枢。
生的磁场在空间上是恒定不变的； 4. 产生的电磁转矩Tem与转子转向相同， 是驱动性质；
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二、直流发电机的基本工作原理
• 直流发电机的模型与直流电动机相同， 不同的是电刷上不加直流电压，而是用 原动机拖动电枢朝某一方向例如朝逆时 针方向旋转
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右图为直流发电机的 物理模型，N、S为定子磁 极，abcd是固定在可旋转 导磁圆柱体上的线圈，线 圈连同导磁圆柱体称为电 机的转子或电枢。线圈的 首末端a、d连接到两个相 互绝缘并可随线圈一同旋 转的换向片上。转子线圈 与外电路的连接是通过放 置在换向片上固定不动的 电刷进行的。
变的磁场； 4. 产生的电磁转矩M与转子转向相反， 是制动性质；
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电机的可逆原理
• 从以上分析可以看出：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， 取决于外界不同的条件。将直流电源加于电刷， 输入电能，电机能将电能转换为机械能，拖动 生产机械旋转，作电动机运行；如用原动机拖 动直流电机的电枢旋转，输入机械能，电机能 将机械能转换为直流电能，从电刷上引出直流 电动势，作发电机运行。同一台电机，既能作 电动机运行，又能作发电机运行的原理，称为 电机的可逆原理。
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• 直流电机的主要缺点： • 结构复杂，使用有色金属多，生产
工艺复杂，价格昂贵。运行可靠性 差。 • 直流发电机主要用作直流电源 • 供给直流电动机、电解、电镀等所 需的直流电能。
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本章主要分析直流电动机的结构、工作原 理和运行性能，共分以下七个部分：
• 1．直流电机的工作原理及结构（2学时） • 2．直流电机的绕组（4学时） • 3．直流电机的磁场（2学时） • 4．感应电动势和电磁转矩的计算（2学时） • 5．直流电动机（2学时） • 6．直流发电机（2学时） • 7．直流电机的换向（1学时）
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当电枢旋转到右图所示位置时 原N极性下导体ab转到S极下， 受力方向从左向右，原S 极 下导体cd转到N极下，受力 方向从右向左。该电磁力形 成逆时针方向的电磁转矩。 线圈在该电磁力形成的电磁 转矩作用下继续逆时针方向 旋转。
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• 加于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，方向是交变的，从 而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不 变．确保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。