《直流电机的用途、基本工作原理和结构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电机的用途、基本工作原理和结构.ppt（42页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第六章第六章 直流电机的用途、基本直流电机的用途、基本工作原理与结构工作原理与结构6-1 直流电机及其用途直流电机及其用途电源电源励磁机励磁机测速测速伺服伺服直流电机的用途直流电机的用途直流电机的用途直流电机的用途直流电机分为直流电机分为电动机和发电机电动机和发电机。直流发电机把机械能转化为电能；直流发电机把机械能转化为电能；直流电动机把电能转化为机械能。直流电动机把电能转化为机械能。直流发电机主要做直流电源用；直流发电机主要做直流电源用；直流电动机广泛应用于电力机车、重型机械及直流电动机广泛应用于电力机车、重型机械及轧钢机等动力装置中。轧钢机等动力装置中。直流电机的特点直流电机的特点 直流发
2、电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。调速时的能量损耗较小。调速时的能量损耗较小。调速时的能量损耗较小。调速时的能量损耗较小
3、。易于控制，可靠性高。易于控制，可靠性高。易于控制，可靠性高。易于控制，可靠性高。换向困难，使直流电机容量受到限制。换向困难，使直流电机容量受到限制。换向困难，使直流电机容量受到限制。换向困难，使直流电机容量受到限制。6-2 直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理1、直流电动势的产生、直流电动势的产生电磁感应定律：电磁感应定律：e e=BlvBlv 满足右手定则满足右手定则eBA 为随时间正负交变的电动势结论：结论：1、直流电动势的产生、直流电动势的产生结论：结论：由于静止电刷和旋转换由于静止电刷和旋转换向器的作用，向器的作用，eBA为脉动的直流为脉动的直流电动势。电动势。2、平均电磁转
4、矩的产生、平均电磁转矩的产生电磁力定律：电磁力定律：f=Bil满足左手定则满足左手定则以单线圈简化模型为例，进行分以单线圈简化模型为例，进行分以单线圈简化模型为例，进行分以单线圈简化模型为例，进行分析。析。析。析。显然，在电刷间接入直流电源后，显然，在电刷间接入直流电源后，显然，在电刷间接入直流电源后，显然，在电刷间接入直流电源后，在线圈中就有直流电流流过。在线圈中就有直流电流流过。在线圈中就有直流电流流过。在线圈中就有直流电流流过。2、平均电磁转矩的产生、平均电磁转矩的产生2、平均电磁转矩的产生、平均电磁转矩的产生 直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替直流电机换向器将外部的直流电变成了
5、内部交替变化的电流。变化的电流。图中电刷相对于磁极的位置保证不变，无论线图中电刷相对于磁极的位置保证不变，无论线圈边处在圈边处在N极下，还是极下，还是S极下，线圈电流均产生极下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁力矩，从而使转子获得了一逆时针方向的电磁力矩，从而使转子获得了一个固定方向的电磁转矩。个固定方向的电磁转矩。直流电机的物理模型直流电机的物理模型电势正方向：电势正方向：abcdabcdB+,A-B+,A-直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理（1 1）换流过程换流过程abcdABabcdABdcabAB无感应电势无感应电势电势正方向：电势正方向：dcbadcbaB+,A-B+,A-线圈也
6、要产生电磁转线圈也要产生电磁转矩，与转子方向（拖动矩，与转子方向（拖动转矩）相反。转矩）相反。（2）直流发电机运行时的几点结论）直流发电机运行时的几点结论1.电枢线圈内电势、电流方向是交流电；电枢线圈内电势、电流方向是交流电；2.电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一致；方向一致；3.从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场；恒定不变的磁场；4.产生的电磁转矩产生的电磁转矩T与转子转向相反，是制动与转子转向相反，是制动性质；性质；直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理（1 1）换流过程）换流过程ab
7、cdabcddcab电流正方向：电流正方向：dcbadcba转矩方向：顺时针转矩方向：顺时针电势方向：电势方向：abcdabcd电流正方向：电流正方向：dcbadcba转矩方向：转矩方向：电势方向：电势方向：电流正方向：电流正方向：abcdabcd转矩方向：顺时针转矩方向：顺时针电势方向：电势方向：dcbadcba（2）直流电动机运行时的几点结论）直流电动机运行时的几点结论1.外施电压、电流是直流，外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流电枢线圈内电流是交流；是交流；2.线圈中感应电势与电流方向相反；线圈中感应电势与电流方向相反；3.线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢电线圈是旋转的，电枢电流是交
8、变的。电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；流产生的磁场在空间上是恒定不变的；4.产生的电磁转矩产生的电磁转矩T与转子转向相同，是驱动与转子转向相同，是驱动性质；性质；直流电机的可逆原理直流电机的可逆原理同一台直流电机，通过改变外界条件，同一台直流电机，通过改变外界条件，可当发电机运行，也可当电动机运行。可当发电机运行，也可当电动机运行。6-3 直流电机的主要结构直流电机的主要结构一、直流电机的结构一、直流电机的结构定子和转子定子和转子1、定子部分、定子部分 定子通常指磁路中静止部分及其机械支撑，定子通常指磁路中静止部分及其机械支撑，包括机座、磁轭、主磁极、换向极等。包括机座、磁轭、主磁极、
9、换向极等。一、机座和磁轭：一、机座和磁轭：固定主极及端盖，也作为磁轭固定主极及端盖，也作为磁轭构成一部分磁路（定子磁轭）。由铸钢或钢板焊构成一部分磁路（定子磁轭）。由铸钢或钢板焊接而成，使具有良好的导磁性能和机械性能。接而成，使具有良好的导磁性能和机械性能。二、主磁极二、主磁极主磁极作用主磁极作用：产生气隙磁场，并使电枢表面的产生气隙磁场，并使电枢表面的气隙磁通密度气隙磁通密度B按方波沿空间分布按方波沿空间分布。1、定子部分、定子部分极靴作用极靴作用：卡住励磁绕组；卡住励磁绕组；使主磁通在使主磁通在气隙中分布合理。气隙中分布合理。主磁极结构机座极身极靴励磁绕组主磁极叠片思考思考：主磁极为何用冲
10、片叠装？主磁极为何用冲片叠装？极靴有何作用？极靴有何作用？1、定子部分、定子部分有极靴气隙磁通分布合理无极靴气隙磁通分布不合理NNSS无磁场区域大NSSN 主磁极铁心：主磁极铁心：主磁通交变产生铁耗，为减少铁主磁通交变产生铁耗，为减少铁耗，采用叠片结构。铁芯用耗，采用叠片结构。铁芯用0.51.5mm的钢板冲片的钢板冲片叠压紧，然后再套上励磁绕组。叠压紧，然后再套上励磁绕组。1、定子部分、定子部分1、定子部分、定子部分1、磁极磁极表面对应电枢齿槽，齿槽表面对应电枢齿槽，齿槽单复数不同，磁极表面对应槽时气单复数不同，磁极表面对应槽时气隙大，磁通隙大，磁通小；小；磁极对应齿时磁极对应齿时气气隙小隙小
11、，磁通，磁通大。大。电枢移动时，电枢移动时，脉振，产生少许铁耗。脉振，产生少许铁耗。磁通交变的原因：磁通交变的原因：NS v v2、电枢旋转经过电枢旋转经过N、S极，如右图极，如右图所示，电枢中有交变磁通。所示，电枢中有交变磁通。1、定子部分、定子部分S N 绕制好的励磁绕组套在铁芯外绕制好的励磁绕组套在铁芯外 励磁绕组励磁绕组 可用圆截面或矩形截面的绝缘导线绕在绕组可用圆截面或矩形截面的绝缘导线绕在绕组框架上，经浸胶（漆）及烘干后一起套入主磁极框架上，经浸胶（漆）及烘干后一起套入主磁极铁芯。各主极上的励磁绕组彼此间用串联方式连铁芯。各主极上的励磁绕组彼此间用串联方式连接，保证各磁极电流相等。
12、线圈绕向不同，使磁接，保证各磁极电流相等。线圈绕向不同，使磁极极N、S交替。交替。1、定子部分、定子部分换向极作用换向极作用：帮助换向。帮助换向。三、换向极三、换向极 换向极形状比较简单，常用厚钢板略加刨换向极形状比较简单，常用厚钢板略加刨削而成，但在要求高的场合也要求用钢片叠装削而成，但在要求高的场合也要求用钢片叠装而成。而成。换向极上装有换向极绕组，一般由粗的扁换向极上装有换向极绕组，一般由粗的扁铜线绕成，总是与电枢绕组串联的。铜线绕成，总是与电枢绕组串联的。1、定子部分、定子部分 电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座（摇环）电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座（摇环）组成。组成。电刷（石墨）
13、放在刷握上的刷盒内，用弹簧将电刷（石墨）放在刷握上的刷盒内，用弹簧将它压紧在换向器上，而刷握固定在刷杆上，刷杆它压紧在换向器上，而刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷杆座上（不止一个电刷），必须绝缘。装在刷杆座上（不止一个电刷），必须绝缘。刷杆座可转动，调节好与换向器的对应接触刷杆座可转动，调节好与换向器的对应接触位置后，固定在端盖或机座上。位置后，固定在端盖或机座上。铜丝辫是外部电源与电刷的连接线。铜丝辫是外部电源与电刷的连接线。四四、电刷装置、电刷装置1、定子部分、定子部分2、转子部分、转子部分一、电枢铁心一、电枢铁心 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器
14、、风扇、转轴和轴承。风扇、转轴和轴承。电枢铁芯固定在转子支架上或直接固定在转轴电枢铁芯固定在转子支架上或直接固定在转轴上，提供主极下磁通的通路。上，提供主极下磁通的通路。由电枢铁心和主磁场间的相对运动，导致铁由电枢铁心和主磁场间的相对运动，导致铁耗，通常由耗，通常由0.5mm0.5mm厚的电工硅钢片冲叠，每张冲厚的电工硅钢片冲叠，每张冲片有嵌放绕组的槽。片有嵌放绕组的槽。2、转子部分、转子部分2、转子部分、转子部分二、电枢绕组二、电枢绕组 电枢绕组是由许多按电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组一定规律联接的线圈组成。它是直流电机的主成。它是直流电机的主要要电路部分电路部分。电动机通电流产生电
15、磁转矩，发电机感应产电动机通电流产生电磁转矩，发电机感应产生电动势都在电枢绕组中，它是实现机电能量转生电动势都在电枢绕组中，它是实现机电能量转换的换的关键部件关键部件。电枢绕组实物图电枢绕组实物图2、转子部分、转子部分槽楔导体（线圈）层间绝缘槽底绝缘槽绝缘电枢槽横截面电枢槽横截面 线圈伸出槽外的端接部线圈伸出槽外的端接部分，用非磁性钢丝或玻璃丝分，用非磁性钢丝或玻璃丝带紧，防止离心力将绕组甩带紧，防止离心力将绕组甩出槽内。出槽内。槽楔把绕组槽楔把绕组压紧在槽内，防压紧在槽内，防止离心力将绕组止离心力将绕组甩出槽内。甩出槽内。电刷 1 2槽内部分换向片2、转子部分、转子部分三、换向器三、换向器
16、换向器与电枢首尾相连，随轴转动。换向器换向器与电枢首尾相连，随轴转动。换向器由换向片组成，电枢中每个线圈两端分别焊接在由换向片组成，电枢中每个线圈两端分别焊接在两个换向片上。两个换向片上。换向器的作用是与电刷装置相配合，使电枢线换向器的作用是与电刷装置相配合，使电枢线圈中的交流电动势转换成电刷间的直流电动势。圈中的交流电动势转换成电刷间的直流电动势。换向片之间用换向片之间用0.40.41.2mm1.2mm的云母片的云母片绝缘，换向片嵌入绝缘，换向片嵌入V V形套筒，形套筒，V V形套筒形套筒又套在轴上，与电枢同轴转动。又套在轴上，与电枢同轴转动。2、转子部分、转子部分直流电机的基本结构总结直流
17、电机的基本结构总结主要由定子和转子两部分组成主要由定子和转子两部分组成轴承轴承换向极换向极直流电机直流电机定子定子转子转子机座机座 主磁极主磁极电刷装置电刷装置电枢铁心电枢铁心 换向器换向器风扇风扇 转轴转轴 电枢绕组电枢绕组3、直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据4、直流电机的额定值直流电机的额定值额定容量额定容量PN（kW）：）：输出功率；输出功率；额定电压额定电压UN（V V）：额定状态下出线端电压；：额定状态下出线端电压；额定电流额定电流IN（A A）：额定状态下出线端电流；：额定状态下出线端电流；额定转速额定转速nN（r/minr/min）：额定状态下的电机转速；额定状态下的电机转速
18、；直流发电机：直流发电机：PNUN IN直流电动机：直流电动机：PNUN IN N励磁方式：励磁方式：有并励、串励、复励和他励等。有并励、串励、复励和他励等。5、直流电机按励磁方式的分类直流电机按励磁方式的分类1 1）他励式）他励式（电机需要两套电源）他励式的励磁绕组由另外一个电源供电励磁。他励式的励磁绕组由另外一个电源供电励磁。永磁式直流电机因其主磁场由永久磁铁建立，永磁式直流电机因其主磁场由永久磁铁建立，属于他励式。属于他励式。他励式他励式UE-IfUf+-+-5、直流电机按励磁方式的分类直流电机按励磁方式的分类2）自励式）自励式（电机只需一个电源电机只需一个电源）励磁绕组与电枢绕组按一定
19、的关系相连接，对励磁绕组与电枢绕组按一定的关系相连接，对直流电动机而言励磁绕组和电枢绕组由同一电源供直流电动机而言励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电；对发电机而言，励磁电流由该电机电枢供电。电；对发电机而言，励磁电流由该电机电枢供电。按励磁绕组与电枢绕组的连接方式分为：按励磁绕组与电枢绕组的连接方式分为：并励、串励和复励。并励、串励和复励。5、直流电机按励磁方式的分类直流电机按励磁方式的分类电动机电流关系电动机电流关系：I=Ia+If发电机电流关系发电机电流关系：Ia=I+If 并励式并励式UE-+并励并励-+-+5、直流电机按励磁方式的分类直流电机按励磁方式的分类Ia=I=If 串励电机电流关系：串励电机电流关系：串励式串励式+-E-+UI 串励串励5、直流电机按励磁方式的分类直流电机按励磁方式的分类复励式复励式EF1F2长复励EF1F2短复励 复励复励：有两套励磁绕组，一个与电枢绕组有两套励磁绕组，一个与电枢绕组 并联，另一个与电枢绕组串联。并联，另一个与电枢绕组串联。当产生的磁动当产生的磁动势势F1和和F2方向相同方向相同时是时是积积复励；复励；方向相反时是方向相反时是差差复励复励。UE-+F F1 1F2 X6-2本章习题本章习题