1. 学习要求

1. 本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电 机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向 及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流 电动机的工作特性。 1.学习要求 2.学习资讯 3.项目实训 思考题与习题

2. 一、学习要求 1.1 知识要求 1.2 技能要求

3. 一、学习要求 1.1 知识要求 （1）了解直流电动机的结构、工作原理及我国直流电机的主要系列和特点； （2）掌握直流电动机的励磁方式，了解直流电机的运行性能与励磁方式的关系； （3）了解直流电动机的电枢反应及影响，了解换向磁极的作用； （4）掌握直流电动机基本的平衡方程式及功率传递关系； （5）了解直流电动机的转速特性和转矩特性； （6）掌握直流电动机启动、调速、反转与制动方法； （7）了解直流电动机的常见故障及处理方法。

4. 一、学习要求 1.2 技能要求 （1）能熟练地对电刷进行更换操作； （2）了解直流电动机的铭牌，会正确读取铭牌参数； （3）能识别直流电动机绕组符号及出线端标志、能正确进行端子接线； （4）能区分直流电动机的磁极，识别直流电动机的励磁方式； （5）会分析直流电动机故障原因，能处理直流电动机的简单故障。

5. 二、学习资讯 2.1 项目分析 2.2 直流电动机的结构认识 2.3 直流电动机的工作原理 2.4 直流电动机的励磁方式 2.5 直流电动机的铭牌及主要系列 2.6 直流电动机的磁场 2.7直流电动机计算的基本方程 2.8直流电动机的工作特性 2.9直流电动机的控制 2.10直流电动机的故障及处理

6. 二、学习资讯 2.1 项目分析 ◇直流电机是实现直流电能与机械能之间相互转换的电力机械,按其用途可以分为直流电动机和直流发电机两类。将机械能转换成直流电能的电机称为直流发电机；将直流电能转换成机械能的电机称为直流电动机。 ◇本项目主要介绍直流电机的基本结构及工作原理，讨论直流电机的磁场分布，分析影响感应电动势和电磁转矩大小的因素，电枢反应及其对电机的影响，电机的转向及改善换向的方法并从应用的角度分析直流电动机的励磁方式和工作特性，以案例的形式介绍直流电动机典型故障的分析处理。

7. 二、学习资讯 2.2 直流电动机的结构认识

8. 主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 定子 电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换 机座和端盖：起支撑和固定作用。 电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。 电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。 换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换 转子 转轴 轴承 二、学习资讯 2.2 直流电动机的结构认识

9. 二、学习资讯 2.2 直流电动机的结构认识

10. 二、学习资讯 2.2 直流电动机的结构认识

11. 二、学习资讯 2.2 直流电动机的结构认识

12. 二、学习资讯 2.3 直流电动机的工作原理 2.3.1工作原理分析 2.3.2直流电动机的可逆性

13. 二、学习资讯 2.3 直流电动机的工作原理 2.3.1工作原理分析 ★直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 ★把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。

14. 二、学习资讯 2.3 直流电动机的工作原理 2.3.1工作原理分析 ★在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。

15. 二、学习资讯 2.3 直流电动机的工作原理 2.3.1工作原理分析 ★当电枢旋转到右图所示位置时 原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。

16. 二、学习资讯 2.3 直流电动机的 工作原理 2.3.1工作原理分析 直流电动机的工作原理示意图:

17. 二、学习资讯 2.3 直流电动机的工作原理 2.3.2直流电动机的可逆性 一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，这种原理在电机理论中称为可逆原理。如用外部直流电源，经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁极N、S产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。当原动机驱动电枢绕组在主磁极N、S之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。

18. 二、学习资讯 2.4 直流电动机的励磁方式 （1）他励方式 励磁绕组的电流由单独的电源供给，调节方便，机械特性可以控制，如图2-17（a）和（b）所示。 （2）并励方式 励磁绕组与电枢绕组并联，由于励磁电源和电枢电源共用，调节不方便，机械特性较软，如图2-17（c）和（d）所示。 （3）串励方式 励磁绕组与电枢绕组串联，由于励磁电源和电枢电源共用，并且电流相同，不可调节，机械特性较硬，如图2-17（e）和（f）所示。 （4）复励方式 励磁绕组分为两部分，一部分与电枢绕组并联，是主要部分；另一部分与电枢绕组串联，如图2-17（g）和（h）所示。两部分励磁绕组的磁通势方向相同时称为积复励，方向相反时称为差复励。

19. 二、学习资讯 2.4 直流电动机的励磁方式

20. 二、学习资讯 2.5直流电动机的铭牌及主要系列 2.5.1直流电动机的铭牌数据

21. 二、学习资讯 2.5直流电动机的铭牌及主要系列 2.5.1直流电动机的铭牌数据 ◆电机型号 型号是表明该电机所属的系列及主要特点。掌握了型号，就可以从有关的手册及资料中查处该电机的许多技术数据。例如型号为Z2-32的电机的所代表的意思如下。

22. 二、学习资讯 2.5直流电动机的铭牌及主要系列 2.5.1直流电动机的铭牌数据 ◆额定值 1）额定功率PN 额定功率PN是指在规定的工作条件下，电机长期运行时的允许输出功率。对于电动机，则是指轴上输出的机械功率。 2）电枢额定电压UN 电枢额定电压UN是指按规定正常工作时，加在电动机电枢两端的直流电源电压。 3）电枢额定电流IN 电枢额定电流IN是指直流电动机正常工作时输入的最大电流值。

23. 二、学习资讯 2.5直流电动机的铭牌及主要系列 2.5.1直流电动机的铭牌数据 ◆额定值 4）额定转速nN 额定转速nN（r/min）是指电机在上述各项均为额定值时的转速。 5）额定温升 额定温升是指电机允许的温升限度，温升高低与电机使用的绝缘材料的绝缘等级有关，电机的允许温升与绝缘等级的关系与冷却方式、测试方法、部位、容量等级等有关。

24. 二、学习资讯 2.5直流电动机的铭牌及主要系列 2.5.2 直流电动机出线端子的标志

25. 二、学习资讯 2.5直流电动机的铭牌及主要系列 2.5.3 直流电动机的主要系列

26. 二、学习资讯 2.5直流电动机的铭牌及主要系列 2.5.3 直流电动机的主要系列

27. 二、学习资讯 2.6直流电动机的磁场 2.6.1 直流电动机的空载磁场 直流电动机轴上不带机械负载运行时，其电枢电流等于零或近似等于零。因而空载磁场可以认为仅是励磁电流通过励磁绕组产生的励磁磁通势所建立的。如图所示分别为两极电机及四极电机的空载磁场（又称极场）

28. 漏磁通 主磁通 磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路 磁力线由N极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入S极，再经定子铁轭回到N极 漏磁路 主磁路 二、学习资讯 2.6直流电动机的磁场 2.6.1 直流电动机的空载磁场

29. 二、学习资讯 2.6直流电动机的磁场 2.6.1 直流电动机的空载磁场 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%。

30. 二、学习资讯 2.6直流电动机的磁场 2.6.2 直流电动机的负载磁场电枢反应 ◆直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为 电枢反应。

31. 二、学习资讯 2.6直流电动机的磁场 2.6.2 直流电动机的负载磁场电枢反应 ◆直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为 电枢反应。

32. 二、学习资讯 2.6直流电动机的磁场 2.6.2 直流电动机的负载磁场电枢反应 ◆电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 1、使气隙磁场发生畸变 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载时不同。

33. 二、学习资讯 2.6直流电动机的磁场 2.6.2 直流电动机的负载磁场电枢反应 ◆电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 2、对主磁场起去磁作用 磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。

34. 二、学习资讯 2.7直流电动机计算的基本方程 如图规定各物理量的参考方向 电动势平衡方程 U=Ea+IaRa U为电枢电压；Ia为电枢电流；Ra为电枢回路中的总电阻；Ea为电枢电动势

35. 二、学习资讯 2.7直流电动机计算的基本方程 如图规定各物理量的参考方向 转矩平衡方程 T2=T-T0 T为电动机电磁转矩；T2为电动机轴上输出的机械转矩；T0为空载转矩

36. 二、学习资讯 2.7直流电动机计算的基本方程 功率平衡方程 Σp= pm+pFe+pCu+ps p1= p2+ Σp P1=pem+pCua P2= pem - pFe - pm - ps P2= pem - pFe - pm = pem - p0= P1- pCua - p0

37. 二、学习资讯 2.8直流电动机的工作特性 直流电动机的工作特性主要是指转速特性和转矩特性。所谓转速特性是指加在直流电动机两端的电压不变时，电枢电流与转速之间的相互关系。而转矩特性则是指当加在直流电动机两端的电压不变时，电枢电流与电磁转矩之间的相互关系。当直流电动机工作时，输出的是电动机的转速和转矩，因此电动机的转速随电磁转矩的变化关系是很重要的特性，称为机械特性。

38. 二、学习资讯 2.8直流电动机的工作特性 串励电动机工作特性 并励（他励）电动机工作特性

39. 二、学习资讯 2.9直流电动机的控制 直流电动机的控制是指启动、调速、反转与制动控制。 ◆直流电动机的启动 ※全压启动 全压起动又称直接起动，即直流电动机在启动时，给电动机加额定电压U直接启动电动机。 ※降低电源电压启动 采用晶闸管构成的可控整流电路作为直流电动机的可调电压电源。 ※电枢回路中串电阻启动

40. 二、学习资讯 2.9直流电动机的控制 直流电动机的控制是指启动、调速、反转与制动控制。 ◆直流电动机的调速 ※改变电源电压U调速 ※减小主磁通Φ调速 ※在电枢回路中串入调速电阻调速

41. 二、学习资讯 2.9直流电动机的控制 直流电动机的控制是指启动、调速、反转与制动控制。 ◆直流电动机的反转 改变直流电动机转向的方法有两种： ※改变主磁场的方向，即将励磁绕组与直流电源的接线对调，称为励磁绕组反接法，主要用于串励电动机中 ※改变电枢绕组中的电流方向，称为电枢反接法，用于并励电动机。必须注意：如果同时改变主磁场的方向和电枢绕组中的电流方向，则电动机转向不变

42. 二、学习资讯 2.9直流电动机的控制 直流电动机的控制是指启动、调速、反转与制动控制。 ◆直流电动机的反转 【工程经验】改变转向的方法 在工程上虽然改变励磁绕组的电流方向也可达到改变转向的目的，并且励磁电流和电枢电流相比还小得多，设置开关和线路较方便，但一般不会被采用。其原因是，由于励磁绕组的匝数多、电感大，当从电源上将其断开时会因较大的电感产生较大的自感电动势，从而导致在开关的刀闸上或接触器的触头上产生较大的电弧，使触电烧损，同时也容易将励磁绕组的绝缘击穿。若改变方向是在断电停机以后进行，则可利用改变励磁绕组接线方向的办法。

43. 二、学习资讯 2.9直流电动机的控制 直流电动机的控制是指启动、调速、反转与制动控制。 ◆直流电动机的制动 ※再生制动 所谓再生制动是电机此时处于发电机状态下运行，将发出的电能反送回电网。 ※能耗制动 将电机的电枢绕组从电源上切除（磁极绕组仍接在电源上），电机靠惯性将继续转动，此时电机已处于发电机状态运行，但并不是将电能反送回电网，而是消耗在制动电阻R发热上。 ※反接制动 反接制动的原理实际上是与反转原理是一样的，利用改变加在电枢绕组上的电压方向或改变励磁电流的方向，从而使电磁转矩T反向成为制动转矩。

44. 二、学习资讯 2.10直流电动机的故障及处理 励磁式直流电动机的故障。 ◆现象：通电后电动机不启动，电枢绕组也无电流。 分析处理： ①电源未接通。用直流电压表测量电枢出线端的电压，若为零，则说明电源未接通。继续测量查找电源及线路的故障点，进行排除。 ②电动机起动器接线有故障或某些部件损坏。查找故障点，进行排除。 ③电动机接线错误或电枢绕组断路。测量和查找电源及线路的故障点，进行排除。 ④电刷与换向器未接触或换向器表面有污物对电刷产生电的隔离。原因和处理方法同绕线转子交流电动机相关部分。

45. 二、学习资讯 2.10直流电动机的故障及处理 励磁式直流电动机的故障。 ◆现象：电动机通电后启动困难，并且电枢电流较大。 分析处理： ①电刷偏离中性线较多。原因是电刷架的固定盘松动，重新调整至达到要求。 ②电枢绕组或引接线有两点及以上对地（转子铁芯或转轴）短路。用测量绝缘电阻和③换向器片间电压的方法确定短路部位后，根据具体情况进行修理。 ④轴承损坏，更换轴承。 ⑤因磁极松动造成定、转子相擦或内部有异物卡阻。重新固定磁极或排除异物。

46. 二、学习资讯 2.10直流电动机的故障及处理 励磁式直流电动机的故障。 ◆现象：电动机通电启动后很快就停转。 分析处理： ①电刷位置严重不正确（偏离中性线位置或歪斜）。重新调整至达到要求。 ②励磁电压较低。调高励磁电压。 ③电枢启动电流较小。调整启动器，减小其启动电阻，提高电枢启动电流。

47. 二、学习资讯 2.10直流电动机的故障及处理 励磁式直流电动机的故障。 ◆现象：并励直流电动机转速超过正常值。 分析处理： ①励磁绕组断路（此时励磁电流为零），电动机转速将很快，如不及时断电停机，则会“飞车”，造成较大的损失。首先检查各连接点是否有断开或严重接触不良的地方，若有应进行处理后重新连接好。若没有，则将各磁极绕组之间的连接断开，用电阻表测量励磁绕组的电阻或用试灯查找，确定断路的绕组，进行修理，包括重新绕制线圈。 ②因接触不良等原因使励磁回路电阻较大（此时励磁电流较小）。首先用观察法检测各连接点是否有接触不良的地方，若没有明显的故障点，则用电阻表测量各连接点的电阻，确定故障点，进行修理。

48. 二、学习资讯 2.10直流电动机的故障及处理 励磁式直流电动机的故障。 ◆现象：并励直流电动机转速超过正常值。 分析处理： ③励磁绕组严重短路（此时励磁电流较大）。用电阻表测量各连接点的电阻，确定故障点，进行修理。 ④励磁绕组各极之间接线有错误（此时励磁电流基本正常）。用指南针等方法进行检查，确定连接的错误点，进行改接。

49. 二、学习资讯 2.10直流电动机的故障及处理 励磁式直流电动机的故障。 ◆现象：复励直流电动机启动时逆转后又改为顺转。 分析处理： ①起动绕组（并励绕组）头尾接反（电动机有可能跟本就不转）。 ②串励绕组头尾接反（串励绕组匝数较少者可能无此现象）。 以上两种故障均可通过观察绕组的接线方向或用指南针等方法进行检查，确定连接的错误点，进行改接。

50. 二、学习资讯 2.10直流电动机的故障及处理 励磁式直流电动机的故障。 ◆现象：直流电动机启动电流较大，负载转速高。 分析处理： ①电源电压较高时，起动电流就会较大。 ②启动器调整的启动电阻较小时，启动电流就会较大。应进行重新调整。 ③复励直流电动机的串励绕组头尾接反。调整串励绕组头尾接线。