1、第 1 章 直流电机的基本常识 直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。将机械能转换为直流电能的是直流发电机；将直流电能转换为机械能的是直流电动机。 与交流电机相比较，直流电机结构复杂、运行维护困难、成本高。但直流电机具有宽广的的调速范围，较强的过载能力和较大的起动转矩等突出优点，仍广泛应用于对起动和调速要求较高的生产机械中，如电力机车、内燃机车、工矿机车、城市电车、电梯、轧钢机等的拖动电机。由于电力电子技术的迅猛发展，作为直流电源的直流发电机已逐步被晶闸管整流装置所替代。本设计主要介绍电力机车上的大功率直流电机。第 2 章 第一节 直流电机的基本结构 直流电机由静止的定子和旋转的转子两
2、大部分组成，在定子和转子之间有一定大小的间隙（称气隙） 。 1.定子 直流电机定子的作用是产生磁场和作为电动机的机械支撑。主要由机座、主磁极、换向极和电刷装置等组成。 (1)机座兼起机械和导磁磁路两个作用。它既用来作为安装电机所有零件的外壳，又是联系各磁极的导磁铁 。机座通常为铸钢件，也有采用钢板焊接而成的。对于换向要求较高的电机，也可采用叠片结构的机座。 (2)主磁极 主磁极由铁芯和主极线圈两部分组成。主磁极铁芯一般用 11.5mm 厚的薄钢板冲片叠压后再用铆钉铆紧成一个整体。（3）换向极 换向极又称附加极，它装在两个主极之间，用来改善直流电机的换向。换向极由换向极铁芯和换向极线圈构成。换向
3、极铁芯大多用整块钢加工而成。但在整流电源供电的功率较大的电机中，为了更好的改善电机换向，换向极铁芯也采用叠片结构。换向极线圈与主极线圈一样也是用圆铜线或扁铜线绕制而成，经绝缘处理后套在换向极铁芯上，最后用螺钉将换向极固定在机座内壁。 （4）电刷装置 电刷的作用是通过电刷与换向器表面的滑动接触，把转动的电枢绕组与外电路相连。电刷装置一般由电刷、刷握、刷杆、刷杆座等部分组成。电刷一般用石墨粉压制而成。 2.转子 转子又称电枢，主要由转轴、电枢铁芯、电枢绕组和换向器等组成。 （1）转轴 转轴的作用是用来传递转矩，一般用合金钢锻压而成。 （2）电枢铁芯 电枢铁芯是电机磁路的一部分，也是承受电磁力作用的
4、部件。当电枢在磁场中旋转时，在电枢铁芯中将产生涡流和磁滞损耗，为了减少这些损耗的影响，电枢铁芯通常用 0.5mm 厚的电工钢片叠压而成，电枢铁芯固定在转子支架或转轴上。 （3）电枢绕组 电枢绕组的作用是产生感应电动势和通过电流产生电磁转矩，实现电能量转换。它是直流电机的主要部分。 （4）换向器 换向器的作用是机械整流，即在直流电动机中它将外加的直流电流逆变成绕组内的交流电；在直流发电机中它将绕组内的交流电动势整流成电刷两端的直流电动势 第 2 节 直流电机的基本工作原理 直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机具有可逆性，既可作直流发电机使用，也可作直流电动机使用，将机械能转换成直流电
5、能输出；作直流电动机使用时，则将直流电能转换成机械能输出。 （图1.1A） 直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。 感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向。 ）在图 1.1A 所示瞬间，导体 ab 、 cd 的感应电动势方向分别由 b 指向 a 和由 d 指向 c ，这时电刷 A 呈正极性,电刷 B 呈负极性。图 1.1 A 为直流发电机原理模型。 当线圈逆时针方向旋转180时，这时导体 cd 位于 N 极下，导体 ab 位于 S 极下，
6、各导体中电动势都分别改变了方向。 从图看出，和电刷 A 接触的导体永远位于 N 极下，同样，和电刷 B 接触的导体永远位于 S 极下。因此，电刷 A 始终有正极性，电刷 B 始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩） ，电枢就
7、能按逆时针方向旋转起来。在上图中，当电枢转了 180后，导体 cd 转到 N 极下，导体 ab 转到 S 极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷A 流入，经导体 cd 、ab 后，从电刷 B 流出。这时导体 cd 受力方向变为从右向左，导体 ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab 和 cd 流入，使线圈边只要处于 N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷 A 流入的方向，而在 S 极下时，总是从电刷 B 流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转，这就是直流电动机的工作原理。
