第一章 直流电机
直流电机的基本原理和结构
直流电机的电枢绕组
直流电机的磁场
直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率
直流电机的换向直流电机的用途电源励磁机测速伺服直流电机的特点
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。
由于存在换向器，其制造复杂，价格较高一、直流电机的结构
§ 1－ 1 直流电机的原理和结构定子和转子直流电机电枢绕组结构直流电机电刷和换向器结构直流电机电刷结构直流电机的基本结构总结主要由定子、转子两部分组成直流电机定子 转子机座换向极主磁极电刷装置电枢铁心轴承换向器 风扇 转轴电枢绕组二、直流电机的工作原理磁场定义直流电机的物理模型电势正方向,abcd
B+,A-
1 直流发电机的工作原理
（ 1）、换流过程
a
b
c
d
A
B
a
b
c
d
A
B
d
c
a
bA
B
电势正方向,电势正方向：
dcba
B+,A-
（ 2）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；
2 直流电动机的工作原理
（ 1）、换流过程
a
b
c
d
a
b
c
d
d
c
a
b
电流正方向,dcba
转矩方向：顺时针电势方向,abcd
电流正方向,dcba
转矩方向：
电势方向：
电流正方向,abcd
转矩方向：顺时针电势方向,dcba
（ 2）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。 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；
4,产生的电磁转矩 M与转子转向相同,是驱动性质 ；
直流电机的可逆原理
同一台直流电机,通过改变外界条件，
可当发电机运行,也可当电动机运行。
三、直流电机的额定值额定容量 PN,输出功率额定电压 UN：额定状态下出线端电压；
额定电流 IN：额定状态下出线端电流；
额定转速 n,额定状态下的电机转速直流发电机,PN＝ UN· IN
直流电动机,PN＝ UN· IN ·?
★
直流电机的铭牌数据
§ 1-2 直流电机电枢绕组对电枢绕组的要求：
在通过规定的电流和产生 足够的电势和电磁转矩 前提下，所消耗的有效材料最省,强度高（机械、电气、热）,运转可靠，结构简单等。
电枢绕组,直流电机的电磁感应的关键部件之一,
是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。
绕组实物图电枢绕组的形式环形绕组 鼓形绕组叠绕组 波绕组
y=y1-y2
有关电枢绕组 名词、术语元件,第一节距 y1
极距,铁心表面,一个极所占的距离。
第二节距 y2
合成节距 y,换向器节距 yk：
极轴线,磁极中心线 几何中心线,磁极之间的平分线基本绕组形式一,单迭绕组：
迭,两个相临联接的元件,后以元件的端部紧迭在前一元件的端部。
单,首末端相联的两换向片相隔一个换向片的宽度。
特点,槽数 Z、元件数 S和换向片数 K三者相同
y=yk=1
单迭绕组分析实例
1。 数据计算：
y＝ yk＝ 1
计算数据 y和 y1
画绕组展开图安放电刷和磁极实例,P＝ 2,Z＝ S＝ K＝ 16
422 1621 pZy?
1
单迭绕组展开图
1.槽展开 2.绕组放置 3.安放磁极电刷
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141615
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1615
槽展开 绕组放置 安放磁极、电刷
N SNS
τ τ τ τ
+ －
+ +－ －
展开图（ 2）
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141615
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1615N SNS
τ τ τ τ
+ －
+ +－ －
绕组放置
元件 1：
上元件边在 1槽,下元件边放在相距 y1=5即 6槽下层。
元件 2：
上元件边在 2槽,下元件边放在相距 y1=5即 7槽下层。
以此类推某一瞬间 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：在一个主极下的元件边电势具有相同的方向。 在磁极的几何中心线上电势为零。
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。
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。
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。 即单迭绕组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
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，
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
aa aiI 2?
二、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 2,2 yy
单波绕组,换向片极距 yk必须符合 即
1 kyP k CP
kyk 1
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。
单波绕组实例,P＝ 2,Z=S＝ K＝ 15 左单波绕组计算数据 y和 y1
画绕组展开图安放电刷和磁极
1。绕组数据计算
34341521pzy
72 1151 pKyy k?
4372 1 yyy
元件、磁极、电刷放置原则元件、换向片的放置,
1＃ 元件上层边 1＃ 槽,下层边 4＃ 槽 ;首末端所连的换向片相距 yk＝ 7；
为了端部对称,首末端所连的两换向片之间的中心线与 1＃元件的轴线重合。 1＃ 元件上层边所连的换向片定为 1＃ 。 依次联接 。
磁极放置,N,S极磁极均匀交替的排列。
电刷的放置,放在与主极轴线对准的换向片上。
单波绕组展开图
3
3 4 5 6 7 8 9 1110 12 13 14 15 21
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151 2N SS N
τ τ τ τ
槽展开 绕组放置 安放磁极、电刷单波绕组元件连接顺序图从绕组展开图可以看出,全部 15个元件串联而构成一个闭合回路的顺序是：
1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1
用联接顺序图表示为：
1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1
4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12
上层边下层边单波绕组电路图单波绕组把 相同极性下 的全部元件串联起来组成一条支路。 由于磁极只有 N,S之分,所以单波绕组的支路对数 a与极对数多少无关,永远为 1，即 a＝ 1。
7 14 6 1315
10 3 11 42
5
12
8
91 12
5
4
15
1
8
9
单波绕组的特点
同极性下各元件串联起来组成一条支路，
支路对数 a＝ 1,与磁极对数 p无关。
当元件的几何尺寸对称时,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。
电刷组数应等于极数（采用全额电刷） ;
电枢电流 Ia＝ 2ia 。
直流电机绕组的归纳
所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路,
电枢绕组的支路数 （ 2a） 永远是成对出现，这是由于磁极数 (2p)是一个偶数,
注,a－支路对数
p－极对数
为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何中线上的导体相接触。
单迭绕组和单波绕组的区别单迭绕组：先串联所有上元件边在同一极下的元件，
形成一条支路。 每增加一对主极就增加一对支路。
2a＝ 2p。
迭绕组并联的支路数多,每条支路中串联元件数少，适应于较大电流、较低电压的电机。
单波绕组：把全部上元件边在相同极性下的元件相连，形成一条支路。 整个绕组只有一对支路，
极数的增减与支路数无关。 2a＝ 2。
波绕组并联的支路数少,每条支路中串联元件数多,适用于较高电压、较小电流的电机。
直流电机的基本原理和结构
直流电机的电枢绕组
直流电机的磁场
直流电机的电枢电动势、电磁转矩和电磁功率
直流电机的换向直流电机的用途电源励磁机测速伺服直流电机的特点
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。
由于存在换向器，其制造复杂，价格较高一、直流电机的结构
§ 1－ 1 直流电机的原理和结构定子和转子直流电机电枢绕组结构直流电机电刷和换向器结构直流电机电刷结构直流电机的基本结构总结主要由定子、转子两部分组成直流电机定子 转子机座换向极主磁极电刷装置电枢铁心轴承换向器 风扇 转轴电枢绕组二、直流电机的工作原理磁场定义直流电机的物理模型电势正方向,abcd
B+,A-
1 直流发电机的工作原理
（ 1）、换流过程
a
b
c
d
A
B
a
b
c
d
A
B
d
c
a
bA
B
电势正方向,电势正方向：
dcba
B+,A-
（ 2）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；
2 直流电动机的工作原理
（ 1）、换流过程
a
b
c
d
a
b
c
d
d
c
a
b
电流正方向,dcba
转矩方向：顺时针电势方向,abcd
电流正方向,dcba
转矩方向：
电势方向：
电流正方向,abcd
转矩方向：顺时针电势方向,dcba
（ 2）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。 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；
4,产生的电磁转矩 M与转子转向相同,是驱动性质 ；
直流电机的可逆原理
同一台直流电机,通过改变外界条件，
可当发电机运行,也可当电动机运行。
三、直流电机的额定值额定容量 PN,输出功率额定电压 UN：额定状态下出线端电压；
额定电流 IN：额定状态下出线端电流；
额定转速 n,额定状态下的电机转速直流发电机,PN＝ UN· IN
直流电动机,PN＝ UN· IN ·?
★
直流电机的铭牌数据
§ 1-2 直流电机电枢绕组对电枢绕组的要求：
在通过规定的电流和产生 足够的电势和电磁转矩 前提下，所消耗的有效材料最省,强度高（机械、电气、热）,运转可靠，结构简单等。
电枢绕组,直流电机的电磁感应的关键部件之一,
是直流电机的电路部分，亦是实现机电能量转换的枢纽。
绕组实物图电枢绕组的形式环形绕组 鼓形绕组叠绕组 波绕组
y=y1-y2
有关电枢绕组 名词、术语元件,第一节距 y1
极距,铁心表面,一个极所占的距离。
第二节距 y2
合成节距 y,换向器节距 yk：
极轴线,磁极中心线 几何中心线,磁极之间的平分线基本绕组形式一,单迭绕组：
迭,两个相临联接的元件,后以元件的端部紧迭在前一元件的端部。
单,首末端相联的两换向片相隔一个换向片的宽度。
特点,槽数 Z、元件数 S和换向片数 K三者相同
y=yk=1
单迭绕组分析实例
1。 数据计算：
y＝ yk＝ 1
计算数据 y和 y1
画绕组展开图安放电刷和磁极实例,P＝ 2,Z＝ S＝ K＝ 16
422 1621 pZy?
1
单迭绕组展开图
1.槽展开 2.绕组放置 3.安放磁极电刷
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141615
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1615
槽展开 绕组放置 安放磁极、电刷
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展开图（ 2）
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τ τ τ τ
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绕组放置
元件 1：
上元件边在 1槽,下元件边放在相距 y1=5即 6槽下层。
元件 2：
上元件边在 2槽,下元件边放在相距 y1=5即 7槽下层。
以此类推某一瞬间 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：在一个主极下的元件边电势具有相同的方向。 在磁极的几何中心线上电势为零。
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。
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。
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。 即单迭绕组的并联支路数正好等于电机的极数。
这是单迭绕组的重要特点之一。
单迭绕组的特点
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，
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
aa aiI 2?
二、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 2,2 yy
单波绕组,换向片极距 yk必须符合 即
1 kyP k CP
kyk 1
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。
单波绕组实例,P＝ 2,Z=S＝ K＝ 15 左单波绕组计算数据 y和 y1
画绕组展开图安放电刷和磁极
1。绕组数据计算
34341521pzy
72 1151 pKyy k?
4372 1 yyy
元件、磁极、电刷放置原则元件、换向片的放置,
1＃ 元件上层边 1＃ 槽,下层边 4＃ 槽 ;首末端所连的换向片相距 yk＝ 7；
为了端部对称,首末端所连的两换向片之间的中心线与 1＃元件的轴线重合。 1＃ 元件上层边所连的换向片定为 1＃ 。 依次联接 。
磁极放置,N,S极磁极均匀交替的排列。
电刷的放置,放在与主极轴线对准的换向片上。
单波绕组展开图
3
3 4 5 6 7 8 9 1110 12 13 14 15 21
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151 2N SS N
τ τ τ τ
槽展开 绕组放置 安放磁极、电刷单波绕组元件连接顺序图从绕组展开图可以看出,全部 15个元件串联而构成一个闭合回路的顺序是：
1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1
用联接顺序图表示为：
1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1
4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12
上层边下层边单波绕组电路图单波绕组把 相同极性下 的全部元件串联起来组成一条支路。 由于磁极只有 N,S之分,所以单波绕组的支路对数 a与极对数多少无关,永远为 1，即 a＝ 1。
7 14 6 1315
10 3 11 42
5
12
8
91 12
5
4
15
1
8
9
单波绕组的特点
同极性下各元件串联起来组成一条支路，
支路对数 a＝ 1,与磁极对数 p无关。
当元件的几何尺寸对称时,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。
电刷组数应等于极数（采用全额电刷） ;
电枢电流 Ia＝ 2ia 。
直流电机绕组的归纳
所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路,
电枢绕组的支路数 （ 2a） 永远是成对出现，这是由于磁极数 (2p)是一个偶数,
注,a－支路对数
p－极对数
为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何中线上的导体相接触。
单迭绕组和单波绕组的区别单迭绕组：先串联所有上元件边在同一极下的元件，
形成一条支路。 每增加一对主极就增加一对支路。
2a＝ 2p。
迭绕组并联的支路数多,每条支路中串联元件数少，适应于较大电流、较低电压的电机。
单波绕组：把全部上元件边在相同极性下的元件相连，形成一条支路。 整个绕组只有一对支路，
极数的增减与支路数无关。 2a＝ 2。
波绕组并联的支路数少,每条支路中串联元件数多,适用于较高电压、较小电流的电机。
