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第一章直流电机的工作原理和基本结构

•引言
•§1.1直流电机及其用途
•§1.2直流电机的工作原理
•§1.3直流电机的基本结构
•§1.4直流电机的励磁方式
•§1.5直流电机的额定值与铭牌
•小结

2012年9月6日
•主要内容：研究直流电机的稳态运行，对直
流电机的工作原理、结构、电路、磁路及运
行原理和换向问题加以分析，并对直流电机
的启动、调速和制动进行了分析。

2012年9月6日
§1.1直流电机及其用途

•一、直流电机的定义
•二、直流电机的优缺点
•三、直流电机的发展状况

2012年9月6日
一、直流电机的定义

•定义：直流发电机把机械能变为直流电能，
电动机把直流电能变为机械能。

2012年9月6日
二、直流电机的优缺点

•优点：(1)调速范围广，且易于平滑调节。(2)过载、起动、
制动转矩大。(3)易于控制，可靠性高。(4)调速时的能量损
耗较小。
•在调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推进器、电车、电气
铁道牵引，高炉送料、造纸、纺织拖动、吊车、挖掘机械、
卷扬机拖动等方面，直流电动机均得到广泛的应用，直流发
电机用作直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电以及交流
发电机的励磁等的直流电源。
•主要缺点是换向困难，它使直流电机的容量受到限制，不能
做得很大。目前极限容量也不过1万kW左右。
•而且由于有换向器，使它比交流电机费工费料，造价昂贵。
运行时换向器需要经常维修，寿命也较短。

2012年9月6日
三、直流电机的发展状况

•大功率半导体元件发展很快，它的可靠性、价格、
控制方便等指标日益改进，在某些场合，已经可以
成功地用可控整流电源代替直流发电机了。不过，
有些性能(如波形平滑等)仍不及直流发电机。
•电动机方面，采用电力电子技术配合同步电动机，
构成电子换向的无换向器电动机，也可具有直流电
动机的性能，已在大容量、高电压、高转速方面显
示了很大优越性，并得到实际应用。但总的来说，
还未做到全面代替直流电动机的程度。

2012年9月6日
§1.2直流电机的工作原理

•一、直流电机的构成
•瓦形永磁体N极与S极之间，
安放电枢铁心，铁心与磁极
之间的间隙称为气隙。
•设铁心表面只敷设了两根导
体ab和cd，并联接成单匝线
圈abcd。
•线圈首末端分别与弧形钢片
(通称为换向片)相连。
•由换向片构成的整体叫换向
器。而整个转动部分称为电
枢。
•为了把电枢与外电路连通，
特别装置了两把电刷A和B

2012年9月6日
二、直流发电机的工作原理

•线圈内的电动势为交流电动势，由于换向器的“整
流”作用，电刷间的输出电动势却是直流电动势。
这就是直流发电机的工作原理。

2012年9月6日
三、直流电动机的工作原理

•外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷
A、B和换向器再加到线圈上。
•导体中的电流随其所处磁极极性的改变而同
时改变其方向，从而使电磁转矩的方向一直
保持不变，并使电动机连续旋转。
•此时换向器起到将外电路的直流电流改变为
线圈内的交变电流的“逆变”作用。这是直
流电动机的工作原理。

2012年9月6日
四、直流电机运行的可逆性

•从以上对直流发电机和直流电动机的分析可
看出一台直流电机即可作为发电机运行，也
可以作为电动机运行，只是外界条件不同而
已。一个是输入机械能，一个是输入电能，
这种既能作发电机运行，又能作电动机运行
的原理,在电机理论中称为可逆原理。

2012年9月6日
五、脉动的减小

•为了减少电枢感应电动势和电磁转矩的脉动，实际的电枢绕组由许多个线
圈串联而成。
•图示由6个线圈连接而成的电枢绕组。此时电刷上的电动势其脉动程度将
大为减小。
•若每极下的导体数大于8时，电势脉动的幅度已小于1％。
2012年9月6日
§1.3直流电机的基本结构

•旋转电机都有定子和转
子两部分，在定、转子
之间有一个储存磁能的
气隙。
•直流电机的定子由主磁
极、机座和电刷装置等
部件组成。转子是电枢，
它由电枢铁心和电枢绕
组、换向器等部件组成。
图示出了国产直流电机
的结构图。

2012年9月6日
一、定子部分

•1．主磁极
•主磁极的作用是建立主磁场。主
磁极由主极铁心和套装在铁心上
的励磁绕组构成。
•当励磁绕组中通有直流励磁电流
时，气隙中就会形成一个恒定的
主磁场。
•为了减少电枢转动时由于齿、槽
移动造成主极极靴表面磁通密度
变化所引起的铁心损耗，主极铁
心通常用1～1.5mm厚的钢板冲片
叠压紧固而成。套装在各磁极上
的励磁绕组既可串联、也可并联，
但连接时应使相邻的主磁极呈N、
S交替排列。

2012年9月6日
•2．电刷装置
•电刷装置是电枢电路的引出(或引入)装置，它
由电刷