第二章直流电机的基本结构和运行分析 直流电杋是电能和杋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电机称 为直流发电机;将直流电能转换为机械能的电机称为直流电动机。直流发电机可作为各种直 流电源:直流电动机具有宽广的调速范围,较强的过载能力和较大的起动转矩等特点,广泛 应用于对起动和调速要求较高的生产机械,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。 本章介绍直流电机的工作原理和基本结构:分析直流电机的磁路系统、电路系统和电磁 过程;导出感应电势和电磁转矩的一般计算方法;得出直流电机在不同运行状态的各种平衡 方程式和运行特性。 第一节直流电机基本工作原理 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。作直流发电机使用时,将机械能转换成直流电能输出;作直 流电动机使用时,则将直流电能转换成机械能输出。 、直流电机的模型结构 图2-1所示为一台直流电机简单模型图。N、S为定子上固定不动的两个主磁极,主磁 极可以采用永久磁铁,也可以采用电磁铁,在电磁铁的励磁线圈上通以方向不变的直流电流, 便形成一定极性的磁极 图2-1直流发电机工作原理
第二章 直流电机的基本结构和运行分析 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电机称 为直流发电机；将直流电能转换为机械能的电机称为直流电动机。直流发电机可作为各种直 流电源；直流电动机具有宽广的调速范围，较强的过载能力和较大的起动转矩等特点，广泛 应用于对起动和调速要求较高的生产机械，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。 本章介绍直流电机的工作原理和基本结构；分析直流电机的磁路系统、电路系统和电磁 过程；导出感应电势和电磁转矩的一般计算方法；得出直流电机在不同运行状态的各种平衡 方程式和运行特性。 第一节 直流电机基本工作原理 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。作直流发电机使用时，将机械能转换成直流电能输出；作直 流电动机使用时，则将直流电能转换成机械能输出。 一、直流电机的模型结构 图 2—1 所示为一台直流电机简单模型图。N、S 为定子上固定不动的两个主磁极，主磁 极可以采用永久磁铁，也可以采用电磁铁，在电磁铁的励磁线圈上通以方向不变的直流电流， 便形成一定极性的磁极。 图 2-1 直流发电机工作原理
在两个主磁极N、S之间装有一个可以转动的、由铁磁材料制成的圆柱体,圆柱体表面 嵌有一线圈(称为电枢绕组),线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片(称为换向片)上 换向片之间用绝缘材料构成一整体,称为换向器,它固定在转轴上(但与转轴绝缘),随转 轴一起转动,整个转动部分称为电枢。为了接通电枢内电路和外电路,在定子上装有两个固 定不动的电刷A和B,并压在换向器上,与其滑动接触。 二、直流发电机的工作原理 1.感应电势的产生 当直流发电机的电枢被原动机拖动,并以恒速ⅴ逆时针方向旋转时,如图2-2(a)所示 线圈两个有效边ab和cd将切割磁力线,而感应产生电势e。其方向用右手定则确定,导体 ab位于N极下,导体cd位于S极下,产生电势方向分别为b→a,d→c。若接通外电路,电 流从换向片1→A→负载→B→换向片2。电流从电刷A流出,具有正极性,用“+”表示; 从电刷B流入,具有负极性,用“一”表示 当电枢转到90时,线圈有效边ab和c转到N、S极之间的几何中心线上,此处磁密为 零,故这一瞬时感应电势为零。 当电枢转到1800时,导体ab和d及换向片1、2位置互换,如图2-1(b)所示。导体加位 于S极下,导体cd位于N极下,线圈两个有效边产生的感应电势方向分别为a→b,c→d,电 势方向恰与开始瞬时相反。外电路中流过的电流从换向片2→A→负载→B→换向片1。由此 可见,电刷A(B)始终与转到N(S)极下的有效边所连接的换向片接触,故电刷极性始终不变A 为“+”,B为“ 由以上分析可知,线圈内部为一交变电势,但电刷引出的电势方向始终不变,为一单方 向的直流电势 2.电势的波形 根据电磁感应定律,每根导体产生的感应电势e为: B LI (V) (2-1) 式中B一一导体所在位置的磁通密度(T) L一一导体切割磁力线的有效长度(m) 一一导体切割磁力线的线速度(m/s)。 要想知道电势的波形,先得找出磁密的波形,前已设电枢以恒速ⅴ旋转,V=常数,L在 电机中不变,则ε∝B3,即导体电势随时间的变化规律与气隙磁密的分布规律相同。设想将
在两个主磁极 N、S 之间装有一个可以转动的、由铁磁材料制成的圆柱体，圆柱体表面 嵌有一线圈（称为电枢绕组），线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片（称为换向片）上。 换向片之间用绝缘材料构成一整体，称为换向器，它固定在转轴上（但与转轴绝缘），随转 轴一起转动，整个转动部分称为电枢。为了接通电枢内电路和外电路，在定子上装有两个固 定不动的电刷 A 和 B，并压在换向器上，与其滑动接触。 二、直流发电机的工作原理 1.感应电势的产生 当直流发电机的电枢被原动机拖动，并以恒速ｖ逆时针方向旋转时，如图 2－2(a)所示， 线圈两个有效边 ab 和 cd 将切割磁力线，而感应产生电势ｅ。其方向用右手定则确定，导体 ab 位于 N 极下，导体 cd 位于 S 极下，产生电势方向分别为 b→a，d→c。若接通外电路，电 流从换向片 1→A→负载→B→换向片 2。电流从电刷 A 流出，具有正极性，用“＋”表示； 从电刷 B 流入，具有负极性，用“一”表示。 当电枢转到 90o 时，线圈有效边 ab 和 cd 转到 N、S 极之间的几何中心线上，此处磁密为 零，故这一瞬时感应电势为零。 当电枢转到 180o 时，导体 ab 和 cd 及换向片 1、2 位置互换，如图 2-1(b)所示。导体加位 于 S 极下，导体 cd 位于Ｎ极下，线圈两个有效边产生的感应电势方向分别为 a→b，c→d，电 势方向恰与开始瞬时相反。外电路中流过的电流从换向片 2→A→负载→B→换向片 1。由此 可见，电刷 A(B)始终与转到 N(S)极下的有效边所连接的换向片接触，故电刷极性始终不变 A 为“＋”，B 为“―”。 由以上分析可知，线圈内部为一交变电势，但电刷引出的电势方向始终不变，为一单方 向的直流电势。 2.电势的波形 根据电磁感应定律，每根导体产生的感应电势ｅ为： e B Lv = X （V） （2-1） 式中 Bx——导体所在位置的磁通密度（T）； L——导体切割磁力线的有效长度（ｍ）； v——导体切割磁力线的线速度（ｍ/ｓ）。 要想知道电势的波形，先得找出磁密的波形，前已设电枢以恒速 v 旋转，v=常数，L 在 电机中不变，则 Bx e ，即导体电势随时间的变化规律与气隙磁密的分布规律相同。设想将
电枢从外圆某一点沿轴切开,把圆周拉成一直线作为横坐标,纵坐标表示磁密,而绘出的几 分布曲线如图2-2所示,为一梯形波。由于e∝B.,电势波形与磁密波形可用同一曲线表示, 只需换一坐标即可得到线圈内部交变电势波形,如图2-2所示 通过电刷和换向器的作用,及时地将线圈内的交变电势转换成电刷两端单方向的直流电 势,如图2-3所示,但它是一个大小在零和最大值之间变化的脉振电势。 对于图2-1所示的直流电机简单模型图,由于电枢上只嵌放了一个线圈,所以感应电势 数值小,波动大。为了减小电势的脉动,实际电机中,电枢上放置许多线圈组成电枢绕组, 这些线圈均匀分布在电枢表面,并按一定规律连接起来。图2-4表示一台两极直流电机,电 枢上嵌有在空间互差90°的两个线圈产生的电势波形,由图可见,其脉动程度大大减小了。 实践证明,若每极下的线圈边数大于8,电势脉动的幅值将小于1%,基本是一直流电势,如 图1-5所示。 图2-2线圈内电势波形 图2-3电刷两端的电势波形 八∧ 图2-4两个线圈换向后的电势波形 图2-5多个线圈电刷两端的电势波形 3.直流发电机产生的电磁转矩 当直流发电机电刷两端获得直流电势后,若接上负载,便有一电流流过线圈,电流ⅰ与 电势e的方向相同。同时,载流导体在磁场中必然产生一电磁力f,其方向用左手定则确定
电枢从外圆某一点沿轴切开，把圆周拉成一直线作为横坐标，纵坐标表示磁密，而绘出的几 分布曲线如图 2-2 所示，为一梯形波。由于 Bx e ，电势波形与磁密波形可用同一曲线表示， 只需换一坐标即可得到线圈内部交变电势波形，如图 2-2 所示。 通过电刷和换向器的作用，及时地将线圈内的交变电势转换成电刷两端单方向的直流电 势，如图 2-3 所示，但它是一个大小在零和最大值之间变化的脉振电势。 对于图 2-1 所示的直流电机简单模型图，由于电枢上只嵌放了一个线圈，所以感应电势 数值小，波动大。为了减小电势的脉动，实际电机中，电枢上放置许多线圈组成电枢绕组， 这些线圈均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接起来。图 2-4 表示一台两极直流电机，电 枢上嵌有在空间互差 90o 的两个线圈产生的电势波形，由图可见，其脉动程度大大减小了。 实践证明，若每极下的线圈边数大于 8，电势脉动的幅值将小于 1%，基本是一直流电势，如 图 1-5 所示。 图 2-2 线圈内电势波形 图 2-3 电刷两端的电势波形 图 2-4 两个线圈换向后的电势波形 图 2-5 多个线圈电刷两端的电势波形 3.直流发电机产生的电磁转矩 当直流发电机电刷两端获得直流电势后，若接上负载，便有一电流流过线圈，电流 i 与 电势ｅ的方向相同。同时，载流导体在磁场中必然产生一电磁力 f，其方向用左手定则确定
电磁力对转轴形成一电磁转矩T,T与电枢旋转的方向相反,起到了阻碍作用,故称为阻转 矩。直流电机要维持发电状态,原动机就必须输入机械能克服电磁转矩T,正是这种不断的 克服,实现了将机械能转换成为电能。 三、直流电动机的工作原理 图2-6所示为两极直流电动机工作原理图。直流电动机结构与直流发电机相同,不同的 是电刷A、B外接一直流电源。图示瞬时电流的流向为+→A换向片→1→a→b→c→d→换向 片2→B→一。根据电磁力定律,载流导体ab、cd都将受到电磁力f的作用,其大小为 f=BLi (N) (22) 式中一导体中流过的电流(A) 图2-6直流电动机工作原理图 导体所受电磁力的方向用左手定则确定,在此瞬时,ab位于N极下,受力方向从右向左, cd位于S极下,受力方向从左向右,电磁力对转轴便形成一电磁转矩T。在T的作用下,电 枢逆时针旋转起来 当电枢转到90°,电刷不与换向片接触,而与换向片间的绝缘片相接触,此时线圈中没 有电流流过,=0,故电磁转矩T=0。但由于机械惯性的作用,电枢仍能转过一个角度,电刷 A、B又将分别与换向片2、1接触。线圈中又有电流ⅰ流过,此时,导体ab、cd中电流改变 了方向,即为b→a,d→c,,且导体ab转到S极下,ab所受的电磁力f方向从左向右,cd 转到N极下,dd所受的电磁力方向从右向左。因此,线圈仍然受到逆时针方向电磁转矩的作
电磁力对转轴形成一电磁转矩 T，T 与电枢旋转的方向相反，起到了阻碍作用，故称为阻转 矩。直流电机要维持发电状态，原动机就必须输入机械能克服电磁转矩 T，正是这种不断的 克服，实现了将机械能转换成为电能。 三、直流电动机的工作原理 图 2-6 所示为两极直流电动机工作原理图。直流电动机结构与直流发电机相同，不同的 是电刷 A、B 外接一直流电源。图示瞬时电流的流向为＋→A 换向片→1→a→b→c→d→换向 片 2→B→－。根据电磁力定律，载流导体 ab、cd 都将受到电磁力 f 的作用，其大小为： f B Li = x （N） （2-2） 式中 i——导体中流过的电流（A）。 图 2-6 直流电动机工作原理图 导体所受电磁力的方向用左手定则确定，在此瞬时，ab 位于 N 极下，受力方向从右向左， cd 位于 S 极下，受力方向从左向右，电磁力对转轴便形成一电磁转矩 T。在 T 的作用下，电 枢逆时针旋转起来。 当电枢转到 90°，电刷不与换向片接触，而与换向片间的绝缘片相接触，此时线圈中没 有电流流过，i=0，故电磁转矩 T=0。但由于机械惯性的作用，电枢仍能转过一个角度，电刷 A、B 又将分别与换向片 2、1 接触。线圈中又有电流 i 流过，此时，导体 ab、cd 中电流改变 了方向，即为 b→a，d→c，，且导体 ab 转到 S 极下，ab 所受的电磁力 f 方向从左向右，cd 转到 N 极下，cd 所受的电磁力方向从右向左。因此，线圈仍然受到逆时针方向电磁转矩的作
用,电枢始终保持同一方向旋转。 在直流电动机中,电刷两端虽然加的是直流电源,但在电刷和换向器的作用下,线圈内 部却变成了交流电,从而产生了单方向的电磁转矩,驱动电机持续旋转。同时,旋转的线圈 中也将感应产生电势e,其方向与线圈中电流方向相反,故称为反电势。直流电动机若要维 持继续旋转,外加电压就必须高于反电势,才能不断地克服反电势而流人电流,正是这种不 断克服,实现了将电能转换成为机械能 由此可见,直流电机具有可逆性,即一台直流电机既可作发电机运行,也可作电动机运 行。当输入机械转矩将机械能转换成电能时,电机作发电机运行;当输入直流电流产生电磁 转矩,将电能转换成机械能时,电机作电动机运行。例如电力机车在牵引工况时,牵引电机 作电动机运行,产生牵引力;在制动工况时,牵引电机作发电机运行,将机车和列车的动能 转换成电能,产生制动力对机车进行电气制动。 第二节直流电机的基本结构 、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大部分组成,在定子和转子之间有一定大小的间 隙(称气隙),如图2-7所示 图2-7直流电机结构图 1-直流电机总成:2-后端盖:3-通风机:4定子总成 5-转子(电枢)总成:6-电刷装置:7-前端盖 1.定子 直流电机定子的作用是产生磁场和作为电机的机械支撑。主要由机座、主磁极、换向极 和电刷装置等组成
用，电枢始终保持同一方向旋转。 在直流电动机中，电刷两端虽然加的是直流电源，但在电刷和换向器的作用下，线圈内 部却变成了交流电，从而产生了单方向的电磁转矩，驱动电机持续旋转。同时，旋转的线圈 中也将感应产生电势 e，其方向与线圈中电流方向相反，故称为反电势。直流电动机若要维 持继续旋转，外加电压就必须高于反电势，才能不断地克服反电势而流人电流，正是这种不 断克服，实现了将电能转换成为机械能。 由此可见，直流电机具有可逆性，即一台直流电机既可作发电机运行，也可作电动机运 行。当输入机械转矩将机械能转换成电能时，电机作发电机运行；当输入直流电流产生电磁 转矩，将电能转换成机械能时，电机作电动机运行。例如电力机车在牵引工况时，牵引电机 作电动机运行，产生牵引力；在制动工况时，牵引电机作发电机运行，将机车和列车的动能 转换成电能，产生制动力对机车进行电气制动。 第二节 直流电机的基本结构 一、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大部分组成，在定子和转子之间有一定大小的间 隙(称气隙)，如图 2-7 所示。 图 2-7 直流电机结构图 1-直流电机总成；2-后端盖；3-通风机；4-定子总成； 5-转子（电枢）总成；6-电刷装置；7-前端盖 1.定子 直流电机定子的作用是产生磁场和作为电机的机械支撑。主要由机座、主磁极、换向极 和电刷装置等组成
(1)机座 机座兼起机械支撑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轭。机座通常为铸钢件,也有采用钢板焊接而成的 (2)主磁极 主磁极是一个电磁铁,如图2-8所示,由主极铁心和主极线圈两部分组成。主极铁心 般用1-1.5m厚的薄钢板冲片叠压后再用铆钉铆紧成一个整体。小型电机的主极线圈用绝缘 铜线(或铝线)绕制而成,大中型电机主极线圈用扁铜线绕制,并进行绝缘处理,然后套在 主极铁心外面。整个主磁极用螺钉固定在机座内壁。 图2-8主磁极 1-机座:2-主极螺钉:3-主极铁心;4-框架:5-主极绕组:6-绝缘垫衬 (3)换向极 换向极又称为附加极,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 极铁心和换向极线圈构成。换向极铁心大多用整块钢加工而成。但在整流电源供电的功率较 大电机中,为了更好地改善电机换向,换向极铁心也采用叠片结构。换向极线圈与主极线圈 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心上,最后用螺钉将换向 极固定在机座内壁。 (4)电刷装置 电刷装置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,如图2-9所示。电刷一般用石墨粉 压制而成。电刷放在刷握内,用弹簧压紧在换向器上,刷握固定在刷杆上,刷杆装在刷杆座 ,成为一个整体部件
（1）机座 机座兼起机械支撑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轭。机座通常为铸钢件，也有采用钢板焊接而成的。 （2）主磁极 主磁极是一个电磁铁，如图 2-8 所示，由主极铁心和主极线圈两部分组成。主极铁心一 般用 1-1.5mm 厚的薄钢板冲片叠压后再用铆钉铆紧成一个整体。小型电机的主极线圈用绝缘 铜线（或铝线）绕制而成，大中型电机主极线圈用扁铜线绕制，并进行绝缘处理，然后套在 主极铁心外面。整个主磁极用螺钉固定在机座内壁。 图 2-8 主磁极 1-机座；2-主极螺钉；3-主极铁心；4-框架；5-主极绕组；6-绝缘垫衬 （3）换向极 换向极又称为附加极，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 极铁心和换向极线圈构成。换向极铁心大多用整块钢加工而成。但在整流电源供电的功率较 大电机中，为了更好地改善电机换向，换向极铁心也采用叠片结构。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心上，最后用螺钉将换向 极固定在机座内壁。 （4）电刷装置 电刷装置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，如图 2-9 所示。电刷一般用石墨粉 压制而成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧在换向器上，刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷杆座 上，成为一个整体部件
图2-9电刷装置 1-刷杆座:2-弹簧:3-刷杆:4-电刷;5-刷握:6-绝缘杆 2.转子 转子又称电枢,主要由转轴、电枢铁心、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)电枢铁心 电枢铁心是电机磁路的一部分,也是承受电磁力作用的部件。当电枢在磁场中旋转时, 在电枢铁心中将产生涡流和磁滞损耗,为了减小这些损耗的影响,电枢铁心通常用0.5mm厚 的电工钢片迭压而成,电枢铁心固定在转子支架或转轴上。电枢铁心冲片如图2-10所示,沿 铁心外圈均匀地分布有槽,在槽内嵌放电枢绕组 图2-10电枢铁心冲片和铁心 1-电枢铁心:2-换向器:3-绕组元件:4-铁心冲片 (3)电枢绕组 电枢绕组的作用是产生感应电势和通过电流产生电磁转矩,实现机电能量转换。它是直 流电机的主要电路部分。电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成,再按一定规律 嵌放在电枢槽内,上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要妥善地绝缘。为了防止离心力将
图 2-9 电刷装置 1-刷杆座；2-弹簧；3-刷杆；4-电刷；5-刷握；6-绝缘杆 2.转子 转子又称电枢，主要由转轴、电枢铁心、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）电枢铁心 电枢铁心是电机磁路的一部分，也是承受电磁力作用的部件。当电枢在磁场中旋转时， 在电枢铁心中将产生涡流和磁滞损耗，为了减小这些损耗的影响，电枢铁心通常用 0.5mm 厚 的电工钢片迭压而成，电枢铁心固定在转子支架或转轴上。电枢铁心冲片如图 2-10 所示，沿 铁心外圈均匀地分布有槽，在槽内嵌放电枢绕组。 图 2-10 电枢铁心冲片和铁心 1-电枢铁心；2-换向器；3-绕组元件；4-铁心冲片 （3）电枢绕组 电枢绕组的作用是产生感应电势和通过电流产生电磁转矩，实现机电能量转换。它是直 流电机的主要电路部分。电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成，再按一定规律 嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要妥善地绝缘。为了防止离心力将
绕组甩出槽外,槽口处需用槽楔将绕组压紧,伸岀槽外的绕组端接部分用无纬玻璃丝带绑紧。 绕组端头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升髙片槽内,并用锡焊或氩弧焊焊牢。 (4)换向器 换向器的作里是机槭整流,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 流电流:在直流发电机中,它将绕组内的交流电势整流成电刷两端的直流电势。换向器的结 构如图2-11所示。换向器由许多换向片组成,换向片间用云母片绝缘。换向片凸起的一端称 升高片,用以与电枢绕组端头相连,换向片下部作成燕尾形,利用换向器套筒、V形压圈及 螺旋压圈将换向片、云母片紧固成一个整体。在换向片与换向器套筒、压圈之间用V形云母 环绝缘,最后将换向器压装在转轴上。 图2-11换向器 1-螺旋压圈:2-换向器套筒:3-V形压圈:4-V形云母环:5-换向铜片:6-云母片。 、直流电机的额定值 每一台电机都有一块铭牌,上面标注各种额定数据,简要介绍这台电机的型号、规格、 性能,是用户合理选择和正确使用电机的依据。 根据国家标准要求设计和试验所得的一组反映电机性能的主要数据,称为电机的额定值。 1.额定功率P 额定功率指电机按规定的工作方式运行时,所能提供的输出功率。作为发电机额定功率 是指接线端子处的输出功率;作为电动机额定功率是指电动机转轴的有效机械功率。单位为 千瓦(kw)。额定功率、额定电压和额定电流的关系为: 发电机 PN=UNI (2-3) 电动机 PN=UNINnA (2-4)
绕组甩出槽外，槽口处需用槽楔将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部分用无纬玻璃丝带绑紧。 绕组端头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升高片槽内，并用锡焊或氩弧焊焊牢。 （4）换向器 换向器的作里是机械整流，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 流电流；在直流发电机中，它将绕组内的交流电势整流成电刷两端的直流电势。换向器的结 构如图 2-11 所示。换向器由许多换向片组成，换向片间用云母片绝缘。换向片凸起的一端称 升高片，用以与电枢绕组端头相连，换向片下部作成燕尾形，利用换向器套筒、V 形压圈及 螺旋压圈将换向片、云母片紧固成一个整体。在换向片与换向器套筒、压圈之间用 V 形云母 环绝缘，最后将换向器压装在转轴上。 图 2-11 换向器 1-螺旋压圈；2-换向器套筒；3-V 形压圈；4-V 形云母环；5-换向铜片；6-云母片。 二、直流电机的额定值 每一台电机都有一块铭牌，上面标注各种额定数据，简要介绍这台电机的型号、规格、 性能，是用户合理选择和正确使用电机的依据。 根据国家标准要求设计和试验所得的一组反映电机性能的主要数据，称为电机的额定值。 1.额定功率 PN 额定功率指电机按规定的工作方式运行时，所能提供的输出功率。作为发电机额定功率 是指接线端子处的输出功率；作为电动机额定功率是指电动机转轴的有效机械功率。单位为 千瓦（kw）。额定功率、额定电压和额定电流的关系为： 发电机 N N N P = U I （2-3） 电动机 N N N N P = U I （2-4）
式中n一额定效率 2.额定电压U 额定电压指在额定输出时电机接线端子间的电压。单位为伏(V)。 3.额定电流Ix 额定电流指电机按照规定的工作方式运行时,电机绕组允许流过的最大安全电流。单位 为安(A) 4.额定转速n 额定转速指电机在额定电压、额定电流和额定输出功率时,电机的旋转速度。单位为转/ 分(r/min)。 此外,还有工作方式、励磁方式、额定励磁电压、额定温升、额定效率等 额定值是选用或使用电机的主要依据,一般希望电机按额定值运行。但实际上,电机运 行时的各种数据可能与额定值不同,它们由负载的大小来确定。若电机的电流正好等于额定 值,称为满载运行;若电机的电流超过额定值,称为过载运行;若比额定值小得多,称为轻 载运行。长期过载运行将使电机过热,降低电机寿命甚至损坏;长期轻载运行使电机的容量 不能充分利用。两种情况都将降低电机的效率,都是不经济的。故在选择电机时,应根据负 载的要求,尽可能使电机运行在额定值附近。 第三节直流电机的电枢绕组(*) 电枢绕组是实现电能和机械能相互转换的枢纽,为直流电机重要部件之一,绕组的型式 与电机的性能、寿命和效率有很大的关系。研究直流电机电枢绕组,主要是找出绕组元件相 互之间和元件与换向器角司的连接规律。不同类型的电枢绕组,具有不同的连接规律。直流 电机的电枢绕组分为单叠绕组、复叠绕组、单波绕组、复波绕组等几种类型。本节仅讨论应 用较广泛又具有代表性的单叠和单波绕组。 、电枢绕组概述 1.对电枢绕组的要求 电枢绕组是由许多形状相同的线圈,按一定规律连接起来的总称。对于电枢绕组,要求 定的导体数,应能产生较大的电势;通过一定大小的电流能产生足够大的电磁转矩。同时 应尽量节省有色金属和绝缘材料。并要求结构简单,运行安全可靠。 2.绕组元件
式中ηN——额定效率。 2.额定电压 UN 额定电压指在额定输出时电机接线端子间的电压。单位为伏（V）。 3.额定电流 N I 额定电流指电机按照规定的工作方式运行时，电机绕组允许流过的最大安全电流。单位 为安（A）。 4.额定转速 N n 额定转速指电机在额定电压、额定电流和额定输出功率时，电机的旋转速度。单位为转/ 分（r/min）。 此外，还有工作方式、励磁方式、额定励磁电压、额定温升、额定效率等。 额定值是选用或使用电机的主要依据，一般希望电机按额定值运行。但实际上，电机运 行时的各种数据可能与额定值不同，它们由负载的大小来确定。若电机的电流正好等于额定 值，称为满载运行；若电机的电流超过额定值，称为过载运行；若比额定值小得多，称为轻 载运行。长期过载运行将使电机过热，降低电机寿命甚至损坏；长期轻载运行使电机的容量 不能充分利用。两种情况都将降低电机的效率，都是不经济的。故在选择电机时，应根据负 载的要求，尽可能使电机运行在额定值附近。 第三节 直流电机的电枢绕组（*） 电枢绕组是实现电能和机械能相互转换的枢纽，为直流电机重要部件之一，绕组的型式 与电机的性能、寿命和效率有很大的关系。研究直流电机电枢绕组，主要是找出绕组元件相 互之间和元件与换向器角司的连接规律。不同类型的电枢绕组，具有不同的连接规律。直流 电机的电枢绕组分为单叠绕组、复叠绕组、单波绕组、复波绕组等几种类型。本节仅讨论应 用较广泛又具有代表性的单叠和单波绕组。 一、电枢绕组概述 1.对电枢绕组的要求 电枢绕组是由许多形状相同的线圈，按一定规律连接起来的总称。对于电枢绕组，要求 一定的导体数，应能产生较大的电势；通过一定大小的电流能产生足够大的电磁转矩。同时， 应尽量节省有色金属和绝缘材料。并要求结构简单，运行安全可靠。 2.绕组元件
绕组元件是用绝缘铜导线绕制成的线圈,这些线圈是组成电枢绕组的基本单元,故称为 绕组元件。一个元件有两个有效边,其中一个有效边嵌放在某个槽的上层(称为上元件边), 另一个有效边嵌放在另一个槽的下层(称为下元件边),元件的首末端分别接于两个换向片 上,如图2-12所示。元件在铁心槽内的部分称为有效部分,槽外两端仅起连接作用,称为端 接部分 图2-12线圈与换向器 3.元件数S、换向片数K、虚槽数Z之间的关系 每个元件均有首末两端,而每个换向片总是焊接着一个元件的末端和另一个元件的首 端.因此,元件数与换向片数相等,即 S=K (2-5) 若每一个实槽内嵌放上、下两个有效边,则称为一个单元槽或一个虚槽。但有些电机, 个实槽内上、下层常并列嵌放多个元件边,如图2-13所示。这时,电枢总的虚槽数为: (2-6) 式中Z—一电枢铁心实槽数, 个实槽内所包含的虚槽数 图2-13实槽与虚槽 于是,可得S、K、Zu的关系为:
绕组元件是用绝缘铜导线绕制成的线圈，这些线圈是组成电枢绕组的基本单元，故称为 绕组元件。一个元件有两个有效边，其中一个有效边嵌放在某个槽的上层（称为上元件边）， 另一个有效边嵌放在另一个槽的下层（称为下元件边），元件的首末端分别接于两个换向片 上，如图 2-12 所示。元件在铁心槽内的部分称为有效部分，槽外两端仅起连接作用，称为端 接部分。 图 2-12 线圈与换向器 3.元件数 S、换向片数 K、虚槽数 Zｕ之间的关系 每个元件均有首末两端，而每个换向片总是焊接着一个元件的末端和另一个元件的首 端．因此，元件数与换向片数相等，即： S＝K （2-5） 若每一个实槽内嵌放上、下两个有效边，则称为一个单元槽或一个虚槽。但有些电机， 一个实槽内上、下层常并列嵌放多个元件边，如图 2-13 所示。这时，电枢总的虚槽数为： Zu = uZ （2-6） 式中 Z——电枢铁心实槽数， ｕ——一个实槽内所包含的虚槽数。 图 2-13 实槽与虚槽 (a)u=1;(b)u=2;(c)u=3 于是，可得 S、K、Zｕ的关系为：
