1、第三章 直流电机的工作原理及特性,重点掌握：, 了解直流电机的基本结构及工作原理； 掌握直流电动机的机械特性； 掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性； 掌握实现直流电动机启动、调速和制动的各种方法以及它们的使用场所。,电机分交流和直流两种。,直流电机工作电压或输出的电压为直流；,交流电机工作电压为交流。,直流电机分直流电动机和直流发电机两种。,直流电动机将电能转换为机械能；,直流发电机将机械能转换为电能。,一、 直流电机的基本工作原理,为了讨论直流电机的工作原理，可把复杂的直流电机结构简化为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别联在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B。如图
2、所示： t3-2.swf,1 主磁极：励磁绕组上加上直流电压，励磁绕组上有励磁电流通过，使定子铁心产生固定磁场，即定子的主要作用是产生主磁场。,31 直流电机的基本结构和工作原理,2电枢绕组：在固定的磁场中旋转，主要作用是产生感应电动势或产生机械转矩，实现能量的转换。,3、4换向器：电刷固定不动，换向片与电枢绕组一起旋转，主要作用: 发电机-将电枢绕组内感应的交流电势转换成电刷间的直流电势。 电动机-将外加的直流电流转换为电枢绕组交变电流,并保证每一磁极下，电枢导体电流的方向不变，以产生恒定的电磁转矩。,3电刷,4换向片,电枢绕组,主磁极建立磁场 外加机械转矩(原动机) 线圈在磁场中旋转 运动
3、导体在磁场中产生感应电势 带电负载 对外输出电能,1、直流发电机的工作原理,用右手定则判 感应电动势E的方向,1发电机原理：将机械能转换为电能。直流发电机工作原理图如图所示：c3-1.swf,电枢由原动机驱动而在磁场中旋转，在电枢线圈的两根有效边ab和cd（切割磁力线的导体部分）中便感应出电动势e。,显然，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方向，当它转到S极下时是另一个方向。但是，由于电刷A总是同与N极下的有效边相联的换向片接触，而电刷B总是同与S极下的有效边相联的换向片接触，因此，在电刷间就出现一个极性不变的电动势或电压，当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生一定方
4、向的电流。,2. 直流电动机的工作原理,一、工作原理,电刷,换向片,注意：换向片和电线固定联接，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(导线中电流改变方向)。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、直流电动机的工作原理,由右手定则：,E反对电流,2电动机原理：将电能转换为机械能。直流电动机工作原理图如图所示： C3-2.swf,直流电源接在电刷之间而使电流通入电枢线圈。电流方向应该是这样的：N极下的有效边中的电流总是一个方向，而S极下的有效边中的电流总是另一个方向，这样才能使两个边上受到的电磁力的方向一致，电枢因而转动。因此，当线圈的
5、有效边从N（S）极下转到S（N）极下时，其中电流的方向必须同时改变，使电磁力的方向不变，即电磁转矩的方向不变而使转子以n的转速旋转。,根据电机的工作原理，直流电机的组成可分为定子、转子和换向器三大部分。,定子部分主要由定子铁心和绕在上面的励磁绕组两部分组成。,转子部分主要由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。,换向器由换向片和电刷组成，电刷固定在定子上，换向片与电枢绕组相连，换向片与电刷保持滑动接触。,二、直流电机的基本结构,直流电机的结构图如图所示：,直流电机结构图,直流电机转子结构,直流电机剖面图,直流电机由定子、转子和机座等部分构成。,机座,磁极,励磁 绕组,转子,励磁式直流电动机结构,三、电
6、动势和电磁转矩,1. 电动势E,根据电磁学原理，两电刷间的感应电动势为:,式中：E感应电动势（V）；对磁极的磁通（Wb）；n电枢转速（r/min）；Ke与电机结构有关的常数。,直流发电机中，电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为电源电动势。直流电动机中，电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为反电动势。,驱动电流,阻止电流,2电磁转矩TM,电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，其大小可用如下公式表示：,式中：TM电磁转矩（Nm）；对磁极的磁通（Wb）；Ia电枢电流（A）；Km与电机结构有关的常数，Km=9.55 Ke,直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的。,发电机的
7、电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时，原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩TM及空载损耗转矩T0相平衡。,电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此，电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损耗转矩T0相平衡。,TM为阻转矩,TM为驱动转矩,从以上分析可知，直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电动势E和电磁转矩T，但二者的作用正好相反，见表 ：,四、直流电动机的分类,直流电动机按定子励磁绕组的励磁方式不同可分为四类：,1他励电动机：励磁绕组由外加电源单独供电，励磁电流的大小与电枢两端电压或电枢电流的大小无关。如图（a）所
8、示。t3-5-1.swf,2. 并励电动机：励磁绕组与电枢绕组并联连接，由外部电源一起供电。如图（b）所示。t3-5-2.swf,3串励电动机：励磁绕组与电枢绕组并联连接，由外部电源一起供电。如图（c）所示：t3-5-3.swf,4复励电动机：励磁绕组分为两部分，一部分与电枢绕组并联连接，另一部分与电枢绕组并联连接。如图（d）所示:t3-5-4.swf,根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为,他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开,并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上,串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上,复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上,
