第一節　直流電機基本工作原理和基本結構

直流電機是直流發電機和直流電動機的總稱。直流電機由于具有良好的啟動、制動和調速性能，一般用于對啟動和調速性能要求較高的場合，例如大型軋鋼設備、大型精密機床、礦井卷揚機、城市電車、地鐵機車等。通常使用直流電動機作為原動機來拖動工作機械，直流發電機作為直流電源向負載供電。

一、直流電機的模型結構

圖1-1所示為一臺直流電機簡單模型圖。N、S為定子上固定不動的兩個主磁極，主磁極可以采用永久磁鐵，也可以采用電磁鐵，在電磁鐵的勵磁線圈上通以方向不變的直流電流，便形成一定極性的磁極。

在兩個主磁極N、S之間裝有一個可以轉動的、由鐵磁材料制成的圓柱體，圓柱體表面嵌有一線圈abcd（稱為電樞繞組），線圈首末兩端分別連接到兩個弧形銅片（稱為換向片）上。換向片之間用絕緣材料構成一整體，稱為換向器，它固定在轉軸上（但與轉軸絕緣），隨轉軸一起轉動，整個轉動部分稱為電樞。為了接通電樞內電路和外電路，在定子上裝有兩個固定不動的電刷A和B，并壓在換向器上，與其滑動接觸。

二、直流電動機工作原理

包括直流電機在內的一切旋轉電機，實際上都是依照兩條基本原理制造的。一條是：導線切割磁通產生感應電動勢。另一條是：載流導體在磁場中受到電磁力的作用。任何電機都包括磁場部分和電路部分，任何電機都體現電和磁的相互作用。

圖1-2所示為兩極直流電動機工作原理圖。直流電動機結構與直流發電機相同，不同的是電刷A、B外接一直流電源。圖示瞬時電流的流向為+→A→換向片1→a→b→c→d→換向片2→B→-。根據電磁力定律，載流導體ab、cd都將受到電磁力f的作用，其大小為

f=BxLi（N）　　　　（1-1）

式中　Bx——導體所在位置的磁通密度，T；

L——導體切割磁力線的有效長度，m；

i——導體中流過的電流，A。

導體所受電磁力的方向用左手定則確定，在此瞬時，ab位于N極下，受力方向從右向左，cd位于S極下，受力方向從左向右，電磁力對轉軸便形成一電磁轉矩T。在T的作用下，電樞便逆時針旋轉起來。

當電樞轉過90°，電刷不與換向片接觸，而與換向片間的絕緣片相接觸，此時線圈中沒有電流流過，i=0，故電磁轉矩T=0。但由于機械慣性的作用，電樞仍能轉過一個角度，電刷A、B又將分別與換向片2、1接觸。線圈中又有電流i流過，此時，導體ab、cd中電流改變了方向，即為b→a，d→c，且導體ab轉到S極下，ab所受的電磁力f方向從左向右，cd轉到N極下，cd所受的電磁力f方向從右向左。因此，線圈仍然受到逆時針方向電磁轉矩的作用，電樞始終保持同一方向旋轉。

在直流電動機中，電刷兩端雖然加的是直流電源，但在電刷和換向器的作用下，線圈內部卻變成了交流電，從而產生了單方向的電磁轉矩，驅動電機持續旋轉。同時，旋轉的線圈中也將感應產生電動勢e，其方向與線圈中電流方向相反，故稱為反電動勢。直流電動機若要維持繼續旋轉，外加電壓就必須高于反電動勢，才能不斷地克服反電動勢而流入電流，正是這種不斷克服，實現了將電能轉換成為機械能。

三、直流發電機工作原理

1.感應電動勢的產生

當直流發電機的電樞被原動機拖動，并以恒速v逆時針方向旋轉時，如圖1-1（a）所示，線圈兩個有效邊ab和cd將切割磁力線，而感應產生電動勢e。其方向用右手定則確定，導體ab位于N極下，導體cd位于S極下，感應電動勢方向分別為b→a，d→c。若接通外電路，電流從換向片1→A→負載→B→換向片2。電流從電刷A流出，具有正極性，用“+”表示；從電刷B流入，具有負極性，用“-”表示。

當電樞轉過90°時，線圈有效邊ab和cd轉到N、S極之間的幾何中心線上，此處磁密為零，故這一瞬時感應電動勢為零。

當電樞轉過180°時，導體ab和cd及換向片1、2位置互換，如圖1-1（b）所示。導體ab位于S極下，導體cd位于N極下，線圈兩個有效邊產生的感應電動勢方向分別為a→b，c→d，電勢方向恰與開始瞬時相反。外電路中流過的電流從換向片2→A→負載→B→換向片1。由此可見，電刷A（B）始終與轉到N（S）極下的有效邊所連接的換向片接觸，故電刷極性始終不變，A為“+”，B為“-”。

由以上分析可知，線圈內部為一交變電動勢，但電刷引出的電動勢方向始終不變，為一單方向的直流電動勢。

2.感應電動勢的波形

根據電磁感應定律，每根導體產生的感應電動勢e為

e=BxLv（V）　　　　（1-2）

式中　v——導體切割磁力線的線速度，m/s。

要想知道電動勢的波形，先得找出磁密的波形，前已設電樞以恒速v旋轉，v=常數，L在電機中不變，則e∝Bx，即導體電動勢隨時間的變化規律與氣隙磁密的分布規律相同。設想將電樞從外圓某一點沿軸切開，把圓周拉成一直線作為橫坐標，縱坐標表示磁密，而繪出的Bx分布曲線如圖1-3所示，為一梯形波。由于e∝Bx，電動勢波形與磁密波形可用同一曲線表示，只需換一坐標即可得到線圈內部交變電動勢波形。

通過電刷和換向器的作用，及時地將線圈內的交變電動勢轉換成電刷兩端單方向的直流電動勢，如圖1-4所示，但它是一個大小在零和最大值之間變化的脈振電動勢。

對于圖1-1所示的直流電機簡單模型圖，由于電樞上只嵌放了一個線圈，所以感應電動勢數值小，波動大。為了減小電動勢的脈動，實際電機中，電樞上放置許多線圈組成電樞繞組，這些線圈均勻分布在電樞表面，并按一定規律連接起來。圖1-5表示一臺兩極直流電機，電樞上嵌有在空間互差90°的兩個線圈產生的電動勢波形，由圖可見，其脈動程度大大減小了。實踐證明，若每極下線圈邊數大于8，電動勢脈動的幅值將小于1％，基本為一直流電動勢，如圖1-6所示。

3.直流發電機產生的電磁轉矩

當直流發電機電刷兩端獲得直流電動勢后，若接上負載，便有電流流過線圈，電流i與電動勢e的方向相同。同時，載流導體在磁場中必然產生電磁力f，其方向用左手定則確定。電磁力對轉軸形成電磁轉矩T，T與電樞旋轉的方向相反，起到了阻礙作用，故稱為阻轉矩。直流電機要維持發電狀態，原動機就必須輸入機械能克服電磁轉矩T，正是這種不斷的克服，實現了將機械能轉換成為電能。

由此可見，直流電機具有可逆性，即一臺直流電機既可作電動機運行，也可作發電機運行。當輸入直流電流產生電磁轉矩，將電能轉換成機械能時，電機作電動機運行；當輸入機械轉矩將機械能轉換成電能時，電機作發電機運行。

四、直流電機基本結構

直流電機的基本結構如圖1-7所示，其主要由靜止的定子和旋轉的轉子兩大部分組成。在定子和轉子之間有一定大小的間隙，稱為氣隙。氣隙是電動機磁路的一部分。由主磁極所建立磁場的磁感應強度在空氣隙中按一定的形狀分布。氣隙雖然很窄，但是它的大小和形狀對電機的運行性能有很大的影響。一般中小型電機的空氣隙為0.7～5mm，大型電機為5～10mm。

1.定子

直流電機定子的作用是產生磁場和作為電機的機械支撐。定子主要由機座、主磁極、換向極和電刷裝置等組成。

（1）機座

機座兼起機械支撐和導磁磁路兩個作用。它既用來作為安裝電機所有零件的外殼，又是聯系各磁極的導磁鐵軛。機座通常為鑄鋼件，也有采用鋼板焊接而成的。對于換向要求較高的電機，可采用疊片結構的機座。

（2）主磁極

主磁極的作用是產生主磁場，結構如圖1-8所示，由主極鐵芯和主極線圈（也就是勵磁繞組）兩部分組成。主極鐵芯一般用1～1.5mm厚的薄鋼板沖片疊壓后再用鉚釘鉚緊成一個整體。小型電機的主極線圈用絕緣銅線（或鋁線）繞制而成，大中型電機主極線圈用扁銅線繞制，并進行絕緣處理，然后套在主極鐵芯外面。整個主磁極用螺釘固定在機座內壁。

（3）換向極

換向極又稱為附加極，它裝在兩個主極之間，用來改善直流電機的換向。換向極由換向極鐵芯和換向極線圈構成。換向極鐵芯大多用整塊鋼加工而成。但在整流電源供電的功率較大電機中，為了更好地改善電機換向，換向極鐵芯也采用疊片結構。換向極線圈與主極線圈一樣也是用圓銅線或扁銅線繞制而成，經絕緣處理后套在換向極鐵芯上，最后用螺釘將換向極固定在機座內壁。

（4）電刷裝置

電刷裝置的作用是通過電刷與換向器表面的滑動接觸，把轉動的電樞繞組與外電路相連。電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿、刷桿座等部分組成，如圖1-9所示。電刷一般用石墨粉壓制而成。電刷放在刷握內，用彈簧壓緊在換向器上，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在刷桿座上，成為一個整體部件。

2.轉子

轉子又稱電樞，主要由轉軸、電樞鐵芯、電樞繞組和換向器等組成。在直流電動機里，電樞繞組中通入電流，在磁場中受到電磁力的作用，使電樞旋轉，把電能轉換成機械能；在直流發電機里，電樞由原動機拖著旋轉，在電樞繞組中就會產生感應電動勢，將機械能轉換成電能，由于它是直流電機中實現能量轉換的“樞紐”，故稱為電樞。

（1）轉軸

轉軸的作用是用來傳遞轉矩，一般用合金鋼鍛壓而成。

（2）電樞鐵芯

電樞鐵芯是電機磁路的一部分，也是承受電磁力作用的部件。當電樞在磁場中旋轉時，在電樞鐵芯中將產生渦流和磁滯損耗，為了減小這些損耗的影響，電樞鐵芯通常用0.5mm厚的電工鋼片疊壓而成，電樞鐵芯固定在轉子支架或轉軸上。電樞鐵芯沖片如圖1-10所示，沿鐵芯外圈均勻地分布有槽，在槽內嵌放電樞繞組。

（3）電樞繞組

電樞繞組是直流電機的主要電路部分，它的作用是產生感應電動勢和通過電流產生電磁轉矩，實現機電能量轉換。電樞繞組通常都用圓形或矩形截面的導線繞制而成，再按一定規律嵌放在電樞槽內，上下層之間以及電樞繞組與鐵芯之間都要妥善地絕緣。為了防止離心力將繞組甩出槽外，槽口處需用槽楔將繞組壓緊，伸出槽外的繞組端接部分用無緯玻璃絲帶綁緊。繞組端頭則按一定規律嵌放在換向器銅片的升高片槽內，并用錫焊或氬弧焊焊牢。

（4）換向器

換向器的作用是機械整流，即在直流電動機中，它將外加的直流電流逆變成繞組內的交流電流；在直流發電機中，它將繞組內的交流電勢整流成電刷兩端的直流電勢。換向器的結構如圖1-11所示。換向器由許多換向片組成，換向片間用云母片絕緣。換向片凸起的一端稱升高片，用以與電樞繞組端頭相連，換向片下部作成燕尾形，利用換向器套筒、V形壓圈及螺旋壓圈將換向片、云母片緊固成一個整體。在換向片與換向器套筒、壓圈之間用V形云母環絕緣，最后將換向器壓裝在轉軸上。

3.直流電機的電樞繞組電樞繞組是實現電能和機械能相互轉換的樞紐，是直流電機重要部件之一，繞組的型式與電機的性能、壽命和效率有很大的關系。研究直流電機電樞繞組，主要是找出繞組元件相互之間和元件與換向器之間的連接規律。不同類型的電樞繞組具有不同的連接規律。直流電機的電樞繞組分為單疊繞組、復疊繞組、單波繞組、復波繞組等幾種類型。

（1）電樞繞組概述

①對電樞繞組的要求

電樞繞組是由許多形狀相同的線圈按一定規律連接而成。對于電樞繞組，要求一定的導體數，應能產生較大的電勢；通過一定大小的電流能產生足夠大的電磁轉矩同時，應盡量節省有色金屬和絕緣材料，并要求結構簡單，運行安全可靠。

②繞組元件

繞組元件是用絕緣銅導線繞制成的線圈，這些線圈是組成電樞繞組的基本單元，故稱為繞組元件。一個元件有兩個有效邊，其中一個有效邊嵌放在某個槽的上層（稱為上元件邊），另一個有效邊嵌放在另一個槽的下層（稱為下元件邊），元件的首末端分別接于兩個換向片上，如圖1-12所示。元件在鐵芯槽內的部分稱為有效部分，槽外兩端僅起連接作用，稱為端節部分。

③元件數S、換向片數K、虛槽數Zu之間的關系

每個元件均有首末兩端，而每個換向片總是焊接著一個元件的末端和另一個元件的首端，因此，元件數與換向片數相等，即

S=K　　　　（1-3）

若每一個實槽內嵌放上、下兩個有效邊，則稱為一個單元槽或一個虛槽。但有些電機，一個實槽內上、下層常并列嵌放多個元件邊，如圖1-13所示。這時，電樞總的虛槽數為

Zu=uZ　　　　（1-4）

式中　Z——電樞鐵芯實槽數；

u——一個實槽內所包含的虛槽數。

于是，可得S、K、Zu的關系為

S=K=Zu=uZ　　　　（1-5）

④極距τ

電樞表面圓周上相鄰兩主磁極之間的距離。

以長度表示為

以虛槽表示為

式中　Da——電樞外徑；

p——主磁極對數。

⑤繞組的類型和節距

a.繞組的基本類型

直流電機的電樞繞組最基本的有單疊繞組和單波繞組兩大類，圖1-14所示為單疊繞組的連接規律示意圖。由圖可見，單疊繞組的相鄰繞組元件在電樞表面僅差一個槽，單個繞組元件的首端和末端之間相鄰一個換向片。例如圖中第一繞組元件從N極出發，繞到相鄰的S極，通過換向器與N極下的第二繞組元件串聯，直到所有的繞組元件都串聯起來為止。

圖1-15所示為單波繞組的連接規律示意圖。由圖可見，單波繞組的相鄰繞組元件相隔約為兩個極距，第二繞組元件與第一繞組元件處在相同極性的兩個磁極下，單個繞組元件的首端與末端相隔約為兩個極距。若電機有p對磁極，則連接p個元件后才回到出發元件的鄰近，并相隔一個槽，以便第二周繼續繞下去，直到所有的繞組元件都串聯起來為止。

b.繞組的節距

各種繞組在電樞和換向器上的連接規律由繞組的節距來確定。直流電機的節距有線圈節距（又稱第一節距）y1，合成節距y，換向器節距yk和后節距（又稱第二節距）y2。

線圈節距y1

線圈節距y1是指同元件兩有效邊在電樞表面所跨過的距離，一般以虛槽數表示。

式中，ε是用來把y1湊成整數的一個小數。當ε=0時，y1=τ，為整距繞組；當ε取“-”號時，y1<τ，為短距繞組；當ε取“+”號時，y1>τ，為長距繞組。整距繞組可獲得最大感應電動勢，短距和長距繞組感應電動勢略小。由于短距繞組比長距繞組能節省端部材料，同時短距繞組對換向有利，所以一般采用短距繞組。

合成節距y

合成節距y是指相連接的兩個繞組元件的對應邊在電樞表面所跨過的距離。

換向器節距yk

換向器節距yk是指同一個繞組元件首末端所連接兩換向片之間在換向器表面所跨過的距離。以換向片數表示

yk=y　　（1-9）

后節距y2

后節距y2是指相串聯的兩元件中，第一元件的下層有效邊與所連接的第二元件的上層有效邊之間在電樞表面所跨過的距離。其值取決于y1和y，并與繞組的類型有關。

單疊繞組

y2=y1-y　　（1-10）

單波繞組

y2=y-y1　　（1-11）

（2）單疊繞組

單疊繞組的同一元件首末兩端分別與相鄰兩換向片相接，第一只元件的末端與第二只元件的首端接在同一換向片上。兩只相互串聯的元件總是后一只緊疊在前一只上面，故稱為疊繞組。其特征為

y=yk=±1　　（1-12）

式中，取“+”為右行繞組，取“-”為左行繞組，左行繞組端部交叉，一般不予采用。

為進一步分析單疊繞組的連接方法和特點，現以Z=S=K=16，2p=4為例，繞制一單疊右行繞組。

①計算節距

②繞組展開圖

根據求得的各種節距，可畫出繞組展開圖。先將電樞表面展開成平面，并將電樞槽、電樞元件及換向片編號。其中元件及換向片號與其上層邊所在槽號相同，電樞槽號和換向片號之間的相對位置用如下方法確定：為了使元件的端接對稱，應使每一元件所接的兩個換向片的分界線與其軸線重合。

圖1-16所示為單疊右行繞組展開圖，圖中元件上層邊畫成實線，下層邊畫成虛線。第一元件的首端接在換向片1上，它的一邊放在1號槽的上層，另一邊放在5號槽的下層（y1=4），末端接在換向片2上（yk=1）；第二元件的首端接到換向片2上，它的一邊放在2號槽的上層，另一邊放在6號槽的下層，末端接到換向片3上；依次連接第三、第四……直到第十六元件。第十六元件的末端又接到換向片1上，組成一個閉合回路。

③主磁極的位置

為了確定電樞繞組中感應電動勢的方向，需假定電樞的轉向，同時畫出主磁極的位置和極性。電機主極在圓周上是對稱均勻分布的，極靴寬度一般為（0.6～0.7）τ。在展開圖上對稱均勻劃分極距，并在每極距內畫上磁極并假設極性，N極表示磁力線方向進入紙面，S極表示磁力線方向離開紙面。根據右手定則，可以確定各導體中感應電動勢的方向，用元件邊上的箭頭表示，在N極下的元件邊中電動勢方向均向下；在S極下元件邊中的電動勢方向均向上。由于幾何中心線處的磁密為零，故此處元件邊中電動勢為零，即1、5、9、13號元件中電動勢為零。因此，電樞電動勢的分界線是磁場的分界線。

④電刷位置和極性

電刷在換向器上的位置是根據空載時在正負電刷之間能獲得最大電動勢這一原則來確定的。為了獲得最大電動勢，電刷應與電動勢為零的電樞元件所連接的換向片相接觸。

電動勢為零的元件所處的位置用下述方法判斷：若是整距繞組（y1=τ），如圖1-17（a）所示，當兩元件邊位于幾何中心線時，元件電動勢為零，此時，元件軸線與主極軸線重合。如果是短距繞組（y1<τ），如圖1-17（b）所示，當元件軸線與主極軸線重合時，兩元件邊不在幾何中心線上，而處在同一極性下左右對稱，此時，兩元件邊電動勢大小和方向都相同，互相抵消，元件電動勢也為零。由此可見，只要元件的軸線與主極軸線重合，感應電動勢即為零。此時，元件所接的兩個換向片的分界線與主極軸線重合，所以電刷必須放在主極軸線下的換向片上。對應一個主極，便可放置一組電刷。本例中2p=4，則應有四組電刷。電刷的寬度通常等于換向片寬度的1.5～3倍。在分析電機電樞繞組時，為簡便起見，電刷只畫成一個換向片寬。

電刷的極性由線圈內電勢的方向來確定，當電樞轉向和主極極性一定時，通過換向片跨接在任何兩相鄰電刷間的元件中電動勢方向是一定的，因此電刷的極性固定不變。圖1-18中A電刷為正，B電刷為負。電機中將同極性電刷相連后引出正負兩接線端。

⑤并聯支路數

將圖1-16中的元件依次連接，可得單疊繞組的瞬間電路圖，如圖1-19所示。由圖可見，有四條支路并聯于正負電刷之間。每一支路都是由上層邊處在同一主極下的元件串聯而成，一個主極對應一條支路，則單疊繞組的并聯支路數恒等于電機的主極數。所以支路對數a等于主極對數p，即

a=p　　（1-13）

電樞旋轉時，各元件的位置隨著移動，構成各支路的元件在交替更換，由于電刷位置是固定的，所以組成一條支路的元件數不變，感應電動勢大小不變，從電刷外面看繞組時，永遠是一個具有a條并聯支路的電路。

電刷兩端接通負載或電源時，產生電樞電流，由于電刷兩側的感應電動勢方向相反，則電刷兩側的電流方向相反，所以電樞電流的分界線是電刷。

單疊繞組的電樞電動勢Ea等于一條支路的電動勢，電樞電流Ia等于各支路電流ia之和，即

Ia=2a·ia　　（1-14）

⑥單疊繞組的均壓線

在多極（2p>2）電機的單疊繞組中，各支路的元件邊處在不同的磁極下，如果各極下的氣隙、磁通量都相等，電機運行正常，這是理想的情況。但實際上由于磁性材料不均勻，磁路的磁阻可能有所不同，或者由于制造上的偏差（如鑄件中的氣孔，安裝時的誤差），或者由于運行造成的原因（如軸承磨損使氣隙不均勻）等都會導致各極磁通量不相等。因此即使繞組排列的完全對稱（繞組每對支路中的對應元件在磁場中所處的位置相同），也會使各支路中感應電動勢有所不同，從而在繞組中引起環流。該環流的數值僅受支路電阻和接觸電阻的限制，而這些電阻值都很小，所以較小的電動勢不平衡就會產生相當大的環流。當電樞帶負載后，各并聯支路的電流也將嚴重的不對稱。環流的存在使電機損耗加大，更重要的是環流加重了某些電刷的負載，惡化了換向條件，很容易在電刷下發生危害電機運行的火花。

為了在一定程度上消除環流的不良影響，可將電樞繞組中理論上電位相等的點用均壓線連接起來，如圖1-20所示。實際電機的均壓線（a-b）是連接在對應的換向片上，所以均壓線節距yp可用一對極內的換向片數表示，并且由于在單疊繞組中，p=a，所以

上例中2p=4，Z=S=K=16，，即換向片1-9，2-10，3-11……間都可連接均壓線。如每個換向片上都連接均壓線，共有根，稱為全額均壓線。一般電機，可以采用1/2或1/3的全額均壓線。

均壓線可制成與電樞繞組端部同樣形狀，包上與電樞繞組同等級的絕緣，然后按照均壓線節距接到換向片上。均壓線放置位置如圖1-21所示，將均壓線接在換向片上后綁扎固定，然后再嵌放電樞繞組。

（3）單波繞組單波繞組每一元件兩條邊之間的距離（y1）與單疊繞組一樣，即

單波繞組每一元件的首末端要接到相距約為兩個極距的換向片上，每嵌放一個元件時，其相應元件邊在電樞表面上移動約為兩個極距的槽，所以y=yk≈2τ。第二只元件與第一只元件處在相同極性的兩個磁極下，感應電動勢方向相同。當依次串聯p個元件，在電樞表面環繞一周后，第p只元件的末端要接到第一只元件的首端所接的換向片1相鄰換向片上，以便第二周繼續繞下去，所以

p·yk=K±1（1-16）

因此，單波繞組的換向器節距為

當采用K+1時，p個元件串聯后，接到換向片2上，稱右行繞組，此時端接交叉，很少采用。一般采用K-1，稱為左行繞組。現以Z=S=K=15，2p=4為例，繞制一單波左行繞組。

①計算節距、畫繞組展開圖

根據求得的各種節距，可畫出單波繞組的展開圖，如圖1-22所示。從圖中可看出元件連接的順序是：1-8-15-7-14-6-13-5-12-4-11-3-10-2-9-1，也構成一閉合繞組。

確定主極位置、電刷位置的原則與單疊繞組相同。

②單波繞組的支路對數

根據圖1-22可畫出單波繞組的瞬間電路圖，如圖1-23所示。由圖可見，單波繞組是將所有上層邊在N極下的元件串聯成一條支路（4、11、3、10、2），將上層邊在S極下的元件串聯成另一條支路（15、7、14、6、13），其余元件被電刷短路。顯然，單波繞組的支路數2a和主極數目無關，即

a≡1　　（1-18）

由于單波繞組只有兩條并聯支路，只要一正一負兩組電刷即可工作。但在極數較多時，由于電刷的載流量很大，使換向器尺寸加大，因此一般仍采用與極數相等的電刷組數（全額電刷）。

單波繞組的電樞電勢仍為一支路電動勢，電樞電流為兩支路電流之和。

（4）單疊與單波繞組的區別

單疊與單波繞組是直流電機基本的繞組類型，其主要區別是并聯支路數不同。單疊繞組a=p，可以通過增加磁極對數來增加并聯支路數，適用于低電壓、大電流的電機。單波繞組a≡1，在元件數相同的情況下，每條支路串聯的元件較多，適用于小電流、較高電壓的電機。

五、直流電機的額定值

每一臺直流電機的機座上都有一塊銘牌，上面標明了正確使用這臺電機的各項技術數據，簡要介紹這臺電機的型號、規格、性能，是用戶合理選擇和正確使用電機的依據。

根據國家標準要求設計和試驗所得的一組反映電機性能的主要數據，稱為電機的額定值。

1.額定功率PN

額定功率指電機按規定的工作方式運行時所能提供的輸出功率，單位為kW。作為發電機額定功率是指接線端子處的輸出功率；作為電動機額定功率是指電動機轉軸的有效機械功率。額定功率、額定電壓和額定電流的關系為

發電機

PN=UNIN　　（1-19）

電動機

PN=UNINηN（1-20）

2.額定電壓UN

額定電壓指在額定輸出時電機接線端子間的電壓，單位為V。

3.額定電流IN

額定電流指電機按照規定的工作方式運行時，電機繞組允許流過的最大安全電流，單位為A。

4.額定轉速nN

額定轉速指電機在額定電壓、額定電流和額定輸出功率時，電機的旋轉速度，單位為r/min。

此外，還有工作方式、勵磁方式、額定勵磁電壓、額定溫升、額定效率ηN等。

額定值是選用或使用電機的主要依據，一般希望電機按額定值運行。但實際上，電機運行時的各種數據可能與額定值不同，它們由負載的大小來確定。若電機的電流正好等于額定值，稱為滿載運行；若電機的電流超過額定值，稱為過載運行；若比額定值小得多，稱為輕載運行。長期過載運行將使電機過熱，降低電機壽命甚至損壞；長期輕載運行使電機的容量不能充分利用。兩種情況都將降低電機的效率，都是不經濟的。故在選擇電機時，應根據負載的要求，盡可能使電機運行在額定值附近。