第二篇直流電機第六章直流電機的用途、工作原理與結構直流電機分為電動機和發電機。

直流發電機①用于大型同步發電機的勵磁電源。

②化學工業中的電鍍、電解

③

直流發電（容量可比交流發電提高30％）

直流電動機①起動性能好，用于電力機車、重型機械。

②

調速性能好，高精度、高性能電力拖動，如驅動軋鋼機，可以實現無級調速。6-2直流電機的工作原理電動機原理直流電動機用來拖動生產機械，如拖動電力機車、吊車、機床等。輸入電功率輸出機械功率電流、電壓電磁轉矩怎樣使一臺直流電機通電后能轉動并輸出機械功率？先復習皮奧——薩伐——拉普拉斯定律。若磁場與載流導體互相垂直，作用在導體上的電磁力：f=BIL(N)NB

Sfif——電磁力，可使導體運動，用左手定則確定B——磁場的磁感應強度(wb/m2)i——通電導體的電流（A）L——導體的有效長度（m）

圖1.載流導體在磁場內受到電磁力

怎樣利用皮奧——薩伐定律制作一臺直流電動機？或怎樣使一臺電動機運轉？圖1電機簡單結構（剖面圖）磁極固定，電樞可以轉動。·×

磁極

NS電樞磁軛.圖2軸向看電機NS軸生產機械電樞槽中嵌入的線圈圖3軸向看電樞電動機轉動條件：B磁極和勵磁電流（或永久磁鐵）；i電樞開槽嵌入線圈，而且線圈通入電流；L

線圈有效長度。L圖4線圈

請判斷下圖說明電樞是否在擺動？為什么？NS×·abcdf逆時針轉動cdNS×·ab順時針轉動

上圖說明線圈中的電流不變，則出現電樞來回擺動的現象。

abcd圖5

線圈中的兩個導體必須“隨機應變”。

NS×·abcdcdNS×·ab電樞轉動時，線圈兩導體在N極和S極下電流應該方向不同。

換句話說，N極下無論對應哪一個根導體，其方向是正向電流；S極下對應導體電流方向為反向。

圖8電樞、線圈與換向片的關系示意圖

怎樣使線圈中的導體“隨機應變”？

換向器中的電刷固定，正電刷A與N極對應，負電刷B與S極對應。

使用換向器，換向器中的換向片隨電樞同步轉動，而且與線圈焊接?！痢S+

-

A

B

-B+A

NS

1234

VV注意：A正向電刷位置對應N磁極；B負向電刷位置對應S磁極。電刷與磁極相對靜止。圖9換向器外觀圖圖10電流換向A

X

NSA

1

2+B-A

X

NS1

2-+AB

vINSnAB+

-電動機正常工作需要一個換向器。換向器由互相絕緣的銅質換向片構成，與固定不動的電刷滑動接觸。換向器的作用：①使電機能連續的轉動。②使轉動的電樞繞組與靜止的電源滑動接觸。

直流電動機工作原理：

勵磁在電機中產生磁場，由換向器配合電刷向電動機輸入電功率，使電樞繞組通電，在磁場作用下產生電磁轉矩，輸出機械功率。

磁極、勵磁繞組（靜止）直流電機結構電樞、電樞繞組（可轉動）電刷（靜止）換向器（可轉動）U電樞電流Ia勵磁電流If

發電機工作原理

輸入機械功率

輸出電功率

原動機拖動電樞轉動

E=BLV（感應電動勢)換向器在直流發電機中的作用：使交變感應電動勢變為直流電動勢。由于電刷僅接觸同一磁極下的導體，所以導體雖然在N、S極下感應電動勢方向不同，但一經電刷就變為方向不變的直流電動勢。ANS·X

n×圖11右手判斷感應電動勢×IIf

Ea+-A電刷與N磁極下導線接觸，B電刷與S磁極下導線接觸。

問：輸出的是直流電還是交流？NSAB+

-

×答：直流直流發電機工作原理：靠換向器配合電刷產生換向作用，把電樞中感應產生的交變電動勢從電刷端引出，變成直流電動勢。輸入機械功率

發電機原動機換向器Ea=BLV輸出電功率電負載圖18發電機換向器作用示意圖直流發電機的工作原理在電動機中將電刷上所通過的直流電流轉換為繞組內的交變電流。

在直流發電機中將電樞線圈的交流電動勢轉換成電刷間的直流電動勢；換向器的作用：動生產機械（被拖動的負載）×輸出機械功率

電動機換向器nf=BiL

圖17電動機換向器作用示意圖輸入電功率靜I

同一臺電機，能作電動機或發電機運行的原理，稱為可逆原理。2、為什么叫直流發電機，直流電動機？？1、發電機與電動機結構是否相同？3、電機被原動機拖動，勵磁供電產生磁場，電機將處什么工作狀態？答：發電機狀態（E=BVL）4、電樞輸入直流電，勵磁供電產生磁場，電機何狀態？答：電動機狀態(f=BiL)

？6-3直流電機的基本結構靜止部分主磁極機座

端蓋

軸承電刷裝置轉動部分電樞鐵芯電樞繞組換向器風扇轉軸勵磁繞組

①軸的作用？固定電樞，又可使電樞隨軸旋轉。

②電樞的作用？電樞槽中可嵌入線圈的導體，可作為磁路的一部分。

③端蓋：可支承軸。

④軸承：套在端蓋中，使軸與端蓋之間滾動摩擦，可減少摩擦，避免磨損、發熱、燒壞軸承。6-3直流電機的基本結構軸承結構

外環，嵌入端蓋靜止內環，與軸相聯，隨軸轉動滾子，內外環滾動摩擦，減小摩擦⑦換向器及電刷：

發電機:輸出電樞直流電動勢。 電動機:使電機連續轉動，輸入電樞直流電流。

⑤機座：固定端蓋、磁極，是一部分磁路，有底腳將整個電機固定與基礎上。⑥磁極：固定于機座上，N、S交替，磁極上繞勵磁線圈，是電磁機構中產生磁的重要部分。極靴作用：卡住勵磁繞組，使主磁通在氣隙中分布合理。一、主磁極思考：①主磁極為何用沖片疊裝②極靴有何作用主磁極作用：產生氣隙磁場，并使電樞表面的氣隙磁通密度B按方波沿空間分布。機座極身極靴勵磁繞組圖13主磁極結構圖14主磁極疊片有極靴氣隙磁通分布合理無極靴氣隙磁通分布不合理NNSS無磁場區域大

主磁通交變產生鐵耗，為減少鐵耗，采用疊片結構。鐵芯用0.5~1.5mm的鋼板沖片疊壓緊，然后再套上勵磁繞組。②主磁極鐵芯NSSN1、磁極表面對應電樞齒槽，齒槽單復數不同，磁極表面對應槽時氣隙大，磁通???；磁極對應齒時氣隙小，磁通?大。電樞移動時，?脈振，產生少許鐵耗。磁通交變的原因：N?S

?

v2、電樞旋轉經過N、S極，如右圖所示，電樞中有交變磁通。?S

N

繞制好的勵磁繞組套在鐵芯外③勵磁繞組

可用圓截面或矩形截面的絕緣導線繞在繞組框架上，經浸膠（漆）及烘干后一起套入主磁極鐵芯。各主極上的勵磁繞組彼此間用串聯方式連接，保證各磁極電流相等。線圈繞向不同，使磁極N、S交替。

機座固定主極及端蓋，借助底腳將整個電機固定于基礎上，也作為磁軛構成一部分磁路（定子磁軛）。由鑄鋼或鋼板焊接而成，使具有良好的導磁性能和機械性能。二、機座

電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座（搖環）組成。電刷（石墨）放在刷握上的刷盒內，用彈簧將它壓緊在換向器上，而刷握固定在刷桿上，刷桿裝在刷桿座上（不止一個電刷），必須絕緣。刷桿座可轉動，調節好與換向器的對應接觸位置后，固定在端蓋或機座上。銅絲辮是外部電源與電刷的連接線。三、電刷裝置四、電樞鐵芯由電樞鐵心和主磁場間的相對運動，導致鐵耗，電樞鐵芯由0.5mm厚的電工硅鋼片沖疊，每張沖片有嵌放繞組的槽。電樞鐵芯固定在轉子支架上或直接固定在轉軸上。電樞繞組是由許多按一定規律聯接的線圈組成。它是直流電機的主要電路部分。電動機通電流產生電磁轉矩，發電機感應產生電動勢都在電樞繞組中，它是實現機電能量轉換的關鍵部件。

槽楔導體（線圈）層間絕緣槽底絕緣槽絕緣圖16電樞槽橫截面

線圈伸出槽外的端接部分，用非磁性鋼絲或玻璃絲帶緊，防止離心力將繞組甩出槽內。

槽楔把繞組壓緊在槽內，防止離心力將繞組甩出槽內。電刷12槽內部分換向片五、換向器

換向器與電樞首尾相連，隨軸轉動。換向器由換向片組成，電樞中每個線圈兩端分別焊接在兩個換向片上。

換向器的作用是與電刷裝置相配合，使電樞線圈中的交流電動勢轉換成電刷間的直流電動勢。它是直流電機中最重要的部件之一，也是最薄弱的環節。換向片之間用0.4~1.2mm的云母片絕緣，換向片嵌入V形套筒，V形套筒又套在軸上，與電樞同軸轉動（相對靜止）。

換向片側面V形正好可以嵌入具有V形槽的套筒中。

問：20個線圈需要多少換向片？

換向器隨軸與電樞同步轉動，與固定的電刷滑動接觸，相當于電樞線圈與電刷接觸或電源、負載與線圈接觸。答：20片合成一圓柱體，這個整體稱為換向器，它套在軸上，電樞也套在軸上，軸轉動，換向器與軸同步轉動。

直流電機按勵磁方式的分類1、他勵（電機需要兩套電源）他勵式的勵磁繞組由另外一個電源供電勵磁。永磁式直流電機因其主磁場由永久磁鐵建立，屬于他勵式。

各種直流電機采用不同勵磁方式時，它們的運行性能差別很大，所以通常按勵磁方式分類直流電機。+-UE-IfUf圖19他勵式+-直流電機按勵磁方式的分類

2、自勵式（電機只需一個電源）

勵磁繞組與電樞繞組按一定的關系相連接，對直流電動機而言勵磁繞組和電樞繞組由同一電源供電；并勵串勵復勵按勵磁繞組與電樞繞組的連接方式分為：電動機電流關系：I=Ia+If發電機電流關系：Ia=I+If

自勵式①并勵圖20并勵直流電機+-If（勵磁電流）UE-+IaI對發電機而言，勵磁電流由該電機電樞供電。

Ia=I=If

串勵電機電流關系：圖21串勵直流電機+-E-+UI②串勵圖21