1 第二篇 动力电机 第一章 1 直流电机的工作原理及结构

第一章 直流电机第一节

直流电机的基本功能与用途 电动机 调速性能好 加减速响应快 转速、转矩调节方便

发电机 机构复杂 效率偏低 维护不便

直流电机可作为发电机，电动机使用。 发电机，机械能------直流电能 励磁机，一般小于10万kW即100MW的同步发电机要用 直流发电机作为励磁机 电动机，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 用作信号传递，直流测速发电机 将机械信号转换为电 信号，直流伺服电动机 将控制信号转换为机械信号。

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直流电机存在换向器，其制造复杂，维护困难，价格 较高； 直流电机优点：直流发电机的电势波形较好，对电磁 干扰的影响小； 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑； 直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。

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应用: 1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山 竖井提升机以及起重设备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

第二节 直流电机的基本作用原理

1、直流发电机的术语

直流电机是磁极固定，电枢旋转的结构。固定部分 (定子)上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极 N和S,在旋转部分(转子)上装设电枢铁心。5

励磁绕组：用于激励电机内部磁场 电枢绕组：产生感应电动势的线圈 机械角度：实际转移的角度，一个圆周定义 的360度 电角度：电动势变化一个周期—360度电角度

注意：一对磁极对应的角度为360度电角度 p对磁极的电角度：p*360度。 6

2、直流电机的工作原理及物理模型

换向器作用： 将外部直流电 转换成内部的 交流电，以保 持转矩方向不 变。

电刷 N a I F I

b F

nd T

c S

换向片

– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组 S极有效边电流方向向里, N极有效边电流方向向外 电动机电枢绕组受力(左手定则)按顺时针方向旋转

电刷

bNE

F

a c– U + S

I FI

d TE

n

换向片

线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动 势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向 相反。9

电刷

bNE F

a

I FE I

d T

n

c– U + S

换向片

由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外 加电压方向总是相反，所以称反电势。

平均电磁转矩的产生以单线圈简化模型为例，进行 分析。

显然，在电刷间接入直流电源后，在线圈中就有直流电流流过。 电磁力定律： f Bli 满足左手定则11

直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替变化 的电流。 图中电刷相对于磁极的位置保证线圈处在N极下还是 S极

下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁力矩。12

直流电动机运行时的几点结论： 外施电压、电流是直流，电枢线圈内电 流是交流。直流电机换向器将外部的直 流电变成了内部交替变化的电流。 线圈中感应电势与电流方向相反。 线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电 枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变 的。 产生的电磁转矩Tem与转子转向相同，是 驱动性质。13

直流电动势的产生

电磁感应定律： e Blv

满足右手定则14

结论： eBA 为随时间正负交变的电动势

结论：

eBA

由于旋转电刷和静止换向器的 e 作用， BA 为脉动的直流电动势。

增加导体数目减小感应电势 脉动。当每极下导体数大于 8时，脉动可小于1%。

直流发电机实质是带换向器 的交流发电机