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直流电动机结构与工作原理

授课人：孙宏侠

一、直流电动机的类型

直流电动机

串励式直流电动机

直流电动机的磁场由励磁绕组中的励磁电流产生，根据不同的励磁方式，直流电动机可分为：

并励式直流电动机

他励式直流电动机

复励式直流电动机

励磁绕组与电枢绕组并联，其特点是I=Ia+If。

2、并励式

一、直流电动机的类型

1、串励式

励磁绕组与电枢绕组串联，

其特点是I=Ia=If。

Ia----电枢电流

If----磁场电流

励磁绕组与电枢绕组由单独电源供电，其特点是I=Ia。

3、他励式

励磁绕组分为两部分，一部分与电枢绕组并联，另一部分与电枢绕组串联。

4、复励式

一、直流电动机的类型

总结：不同励磁方式的直流电动机，机械特性差别很大，串励式直流电动机起动转矩和过载能力较大，同时转速随负载变化明显，且输出功率变化不大。基于这些优点，串励式直流电动机在汽车上得到广泛应用。

直流串励式电动机主要由电枢、磁极、换向器、电刷与刷架、端盖等组成。

二、直流串励式电动机的结构

组成：铁心、电枢绕组、换向器、电枢轴

二、直流串励式电动机的结构

1、电枢

作用：产生电磁转矩。

电枢铁心由硅钢片叠压而成，其表面有许多均匀分布的槽，用来嵌入电枢绕组；

电枢绕组由许多相同的线圈组成，按一定规律嵌入电枢铁心的槽内，电枢绕组的两端均匀地焊在换向器片上。

二、直流串励式电动机的结构

1、电枢

结构：由许多楔形铜片组成，各片间用云母或其他垫片绝缘。

作用：装在电枢轴上，表面紧压着电刷，给旋转的电枢绕组注入电流。

二、直流串励式电动机的结构

2、换向器

结构：铁心和励磁绕组。

作用：产生磁场

二、直流串励式电动机的结构

3、磁极

励磁绕组通以励磁电流产生主磁场，为了增大起动转矩，磁极数一般为4个或以上。

二、直流串励式电动机的结构

3、磁极

励磁绕组的接法

二、直流串励式电动机的结构

3、磁极

二、直流串励式电动机的结构

4、电刷与电刷架

作用：

与换向器配合使用，连接磁场绕组和电枢绕组的电路；

使电枢轴上的电磁力矩保持固定方向。

构造：电刷装在刷架内，借弹簧压力压在换向器上，一般为4个电刷，其中2个电刷直接搭铁，称为搭铁电刷。

二、直流串励式电动机的结构

5、机壳与端盖

机壳构成直流电动机的导磁回路。在机壳的一端留有检视孔，以便对电刷和换向器进行检修。

端盖有两个，前端盖由铸铁浇铸而成，后端盖一般由钢板压制而成，用螺钉固定在底座的两端，盖内有轴承用以支撑旋转的电枢。

在磁场中放置一个线圈，线圈的两点分别与两片换向片连接，两只电刷分别与两片换向片接触，并与蓄电池的正极或负极接通。

三、直流电动机的工作原理

电流方向为：

蓄电池正极→励磁绕组→正电刷→换向片→电枢绕组→负电刷→蓄电池负极。

三、直流电动机的工作原理

转动原理：

三、直流电动机的工作原理

转动原理：

当直流电压加在电刷两侧时，线圈两边（蓝、黄）在磁场中受到电磁力的作用，使线圈电枢按顺时针方向旋转。随着旋转，蓝边从N极处转到S极处，旋转的换向片与静止的正负电刷接触，流经线圈的电流改变方向，电磁转矩的大小和方向保持不变，所以，直流电动机通电后能按一定方向连续旋转。

由于一个线圈所产生的力矩太小，转速又不稳定，所以电动机的电枢绕组是由很多组成的，换向器的片数也随线圈的增加而增加。

三、直流电动机的工作原理

直流电动机的工作特性：

四、直流电动机的工作特性

供电电压一定，起动机转矩、转速、功率与电流之间的关系。

转矩特性——起动转矩大

在起动机电路刚刚接通时，电动机处于完全制动状态（n＝0），电枢电流达到最大值（制动电流），电动机产生最大转矩（制动转矩）

满足发动机起动瞬间需要大转矩的要求。

四、直流电动机的工作特性

转速特性——轻载转速高、重载转速低。

刚开始起动时，由于电机负载重，所以其转速低、转矩大；随着起动转速增高，起动阻力减小，转矩也减小。

能够保证发动机平稳起动。

功率特性

当电动机完全制动（n=0）和空载（M=0）时，电动机的输出功率都等于零；当电枢电流约为制动电流的一半时，电动机发出最大功率。

小结

1.直流电动机的类型

2.直流串励式电动机的结构

3.直流电动机的工作原理

4.直流电动机的工作特性