直流电机原理

与交流电机相比，直流电机的结构复杂，消耗较多的有色金属，维修比较麻烦。随着电力电子技术的发展，由晶闸管整流元件组成的直流电源设备将逐步取代直流发电机。但直流电动机由于其性能优越，在电力拖动自动控制系统中仍占有很重要的地位。利用晶闸管整流电源配合直流电动机而组成的调速系统仍在迅速地发展。

国产的直流电机种类很多，下面列出一些常见的产品系列。

Z₂系列是一般用途的中、小型直流电机，包括发电机和电动机。

Z和ZF系列是一般用途的大、中型直流电机系列。Z是直流电动机系列；ZF是直流发电机系列。

ZZJ系列是专供起重冶金工业用的专用直流电动机。

ZT系列是用于恒功率且调速范围比较大的拖动系统里的广调速直流电动机。

ZQ系列是电力机车、工矿电机车和蓄电池供电电车用的直流牵引电动机。

ZH系列是船舶上各种辅助机械用的船用直流电动机。

ZU系列是用于龙门刨床的直流电动机。

ZA系列是用于矿井和有易爆气体场所的防爆安全型直流电动机。

ZKJ系列是冶金、矿山挖掘机用的直流电动机。

电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机中机电能量的转换就是通过电枢绕组而实现的，所以直流电机的转子也称为电枢。

电枢绕组是由许多个形状完全一样的单匝元件（当然也可以是多匝元件）以一定规律排列和联接起来的，用 表示元件数。

所谓单匝元件，就是每个元件的元件边（一个元件有两个元件边）里仅有一根导体，对多匝元件来说，一个元件边里就不止一根导体了。若用 代表元件的匝数，则多匝元件的元件边里就有 根导体。图1.7（a）就是一个多匝元件， =3。不管一个元件有多少匝，其出线端只有两根，一根叫首端，另一根叫末端。同一个元件的首端和末端分别接到不同的换向片上，而各个元件之间又是通过换向片彼此联接起来的。这样就必须在同一个换向片上，既联有一个元件的首端，又联有另一元件的末端。若用 表示换向片数，则整个电枢绕组的元件数应等于换向片数，即 。

图1.7  电枢绕组的元件及在槽内的放置情况

a)元件；b)元件在槽内的放置；c)实槽与虚槽

1—元件边；2—首端；3—末端；4—有效部分；5—端接部分；6—元件边

元件在电枢槽中的放置情况如图1.7（b）所示。从图中可以看出，同一个元件的一个元件边放在某一个槽的上层，它的另一个元件边就放在另一个槽的下层，所以直流电机绕组一般都是双层绕组。由于一个槽里能嵌放两个元件边，而一个元件又正好有两个元件边，所以电枢上的槽数应该等于元件数。

元件嵌放在槽内的部分能切割磁通，感应产生电动势，称为有效部分，而元件在槽外的部分不切割磁通，不会感应产生电动势，仅作联接引线，称为端接部分，如图1.7（b）中所示。

为了改善电机性能，往往需要采用较多的元件来构成电枢绕组，由于工艺和其它方面的原因，电枢铁心开的槽数不能太多，这样就只能在每个槽的上、下层各放置若干个元件边，为了确切地说明每个元件边所处的具体位置，引入“虚槽”的概念。设槽内每层有 个元件边，则把每个实际槽看作包含有 个“虚槽”，每个虚槽的上、下层各有一个元件边，图1.7（c）表示 =3时，元件边的布置情况。若用Q代表总实槽数， 代表总虚槽数，则

                                        （1.6）

直流电机电枢绕组最基本的型式有两种：一种叫单叠绕组，另一种叫单波绕组。下面分别说明它们的联接规律，以便进一步理解直流电机电枢电路的组成情况。

    1．绕组节距

所谓节距，是指被联接起来的两个元件边或换向片之间的距离，以所跨过的元件边数或虚槽数或换向片数来表示，如图1.8所示。元件的上层边用实线表示，下层边用虚线表示。

    （1）第一节距

一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离（即跨距）是 ，用所跨虚槽数表示。选择 的依据是尽量让元件里感应电动势为最大，即 应等于或接近于一个极距

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