电机学第3章直流电机3.1直流电机的基本工作原理和结构定子上有磁铁（主磁极）和电刷。转子有环形铁心和铁心上的绕组。左图表示一台最简单的两极直流电机模型，定子上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，转子上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。图3-2a线圈电动势的波形图3-2b电刷间的电动势波形直流发电机工作原理直流电动机工作原理直流电动机大家学习辛苦了，还是要坚持2直流电机的主要结构12电刷盒3直流电机的励磁方式在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作当电流大于额定电流，称过载或超载，长期会影响寿命(过热）；当电流小于额定电流，称欠载或轻载，容量不能充分利用，会降低效率；当实际电流等于额定电流时，称为满载运行。又叫额定负载状态长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。3.2直流电机的电枢绕组基本术语：第一节矩y1:元件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离称为第一节矩。用槽数来表示。当y1=τ，为整矩绕组，当y1<τ为短矩绕组。因为短矩绕组有利于换向，尚能节省部分端部用铜，故常被采用。ε为小于1的分数。第二节矩y2:在相串连的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，称为第二节矩y2，用槽数表示。合成节矩y：相串连的两个元件的对应边在电枢表面所跨的距离，称为合成节矩y。用槽数表示。换向器节矩yk:每个元件的首末两端所连接的两片换向片在换向器表面上的距离，用换向片数表示。注：换向器的节距总是等于合成节矩。y=yk2.单叠绕组电枢绕组的特点单叠绕组的联结规律可用绕组展开图来表示。绕组展开图,是想象把电枢沿轴向剖开展成平面，所见到的绕组图。绘制展开图的步骤是:第一步:计算绕组的各节距。第二步:画槽、画元件，按顺序编号。第三步:画换向片，按顺序编号。第四步:排列、联结绕组。第五步:放置主磁极。第六步:安放电刷。［例1-1］一台4极16槽直流电机，换向片数K=16；元件数S=16；试画出整距右行单叠绕组展开图解计算绕组的各节距:解计算绕组的各节距:。画出均匀分布的平行竖线代表电机各槽，槽数等于平行线数，每个槽有一条实线和一条虚线，分别表示上层边和下层边。标出元件：画出第一个元件，跨从1~5。展开图中可以把一个元件画成一匝。第一个元件的引出线端画出换向器的两根横平行线，并标换向片号；换向片编号与上层边槽号及元件号相同。依次串联16个元件。再画出各磁极N、S、N、S。单叠绕组的展开图画电刷，电刷组数=主磁极数,绕组的电刷中心线在每个磁极的中心线上。〖即保证电刷必须与位于几何中线处的导体相接触。画出电枢转向和电刷连线此时的等效电路图，一条主磁极对应一条支路，单叠绕组的支路数等于极数，这里为4极，即有4个支路a=p；电枢绕组的总电流Ia=2a*ia(ia为各支路的电流即元件电流或元件中每匝导体电流)3单波绕组画出4极15槽单波左行绕组展开图分析：合成节距y＝（k－1）/P＝（15－1）/2＝7（槽）（左行）第一节距y＝Z/(2P)+ε=15/4-3/4=31（槽）采用短距绕组(y1<τ)第二节距y2＝y－y1＝4（槽）；小结：常用直流电机绕组型式的支路数2a。单叠绕组：2a=2p；单波绕组：2a=2；双叠绕组：2a=4p；双波绕组：2a单波绕组的并联支路图:(1)直流电机的空载磁场直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。空载时的气隙磁通密度为一平顶波，如下图(b)所示。为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机气隙中需要有一定量的每极磁通，空载时，气隙磁通与空载磁动势或空载励磁电流的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。(2)直流电机负载时的负载磁场如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中所示。(3)直流电机的电枢反应由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：B当电刷不在几何中性线上时3.4直流电机的感应电动势和电磁转矩电枢绕组的电动势应为一条支路