直流永磁電機(jī)基本知識

1、直流永磁電機(jī)基本知識一. 直流電機(jī)的工作原理1. 直流電機(jī)的工作原理這是分析直流電機(jī)的物理模型圖。 其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。(其中2個(gè)小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的方向而設(shè)置的)    上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵(lì)磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互

2、相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動(dòng)的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。直流電機(jī)的原理圖對上上圖所示的直流電機(jī)，如果去掉原動(dòng)機(jī)，并給兩個(gè)電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中

3、的流動(dòng)方向是dcba，從電刷 B 流出。     此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是直流電機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。     實(shí)用中的直流電機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個(gè)線圈構(gòu)成，同樣是由多個(gè)線圈連接而成，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，繞組形式同發(fā)電機(jī)。將直流電機(jī)的工作原理歸結(jié)如下A. 將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流流過。 B. 電機(jī)內(nèi)部有

4、磁場存在。 C. 載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力 f 的作用 f=Blia （左手定則） D. 所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以n(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)，以便拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。 2. 歸納A. 所有的直流電機(jī)的電樞繞組總是自成閉路。B. 電樞繞組的支路數(shù)（2a）永遠(yuǎn)是成對出現(xiàn)，這是由于磁極數(shù)(2p)是一個(gè)偶數(shù).     注：a支路對數(shù)     p極對數(shù)C. 為了得到最大的直流電勢，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸。D. 每根電樞導(dǎo)體的電勢性質(zhì)是交流電，而經(jīng)電刷引出的電勢為直流電勢。為什么要

5、將電刷與q軸上的導(dǎo)體相接觸，才能得到最大的直流電勢？可由左圖解釋，設(shè)電刷A，B分別移到A'，B'位置。電刷B'構(gòu)成的左支路或右支路中的總電勢大小確是大大減小了。  此圖中雖然兩個(gè)支路的感應(yīng)電勢對稱，但對于在磁場外面的導(dǎo)體電勢為0，在磁場里面的兩部分導(dǎo)體形成的四個(gè)支路，其中有一部分電勢大小相同，方向相反 互相抵消，故A'B'電刷間的電勢大小減小了。因此，結(jié)論是正確的。二 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)這是一臺尤奈特電機(jī)的結(jié)構(gòu)裝配圖和結(jié)構(gòu)剖面圖。旋轉(zhuǎn)電機(jī)都是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，每一部分也都由電磁部分和機(jī)械部分組成，以便滿足電磁作用的條件。換向極用來

6、改善換向。 電磁部分定子 機(jī)械部分旋轉(zhuǎn)電機(jī) 機(jī)械部分轉(zhuǎn)子 電磁部分定子： 轉(zhuǎn)子：主磁極（磁瓦）電樞繞組機(jī)座（機(jī)殼和底腳）電樞鐵心電刷端蓋換向器電刷底板電刷彈簧 電機(jī)結(jié)構(gòu)部件：定子：直流電機(jī)的定子由主磁極（永磁電機(jī)為磁瓦）、機(jī)座（機(jī)殼）組成，主要的功能是為直流電動(dòng)機(jī)提供穩(wěn)定的磁場。 電刷端蓋：電刷端蓋由電刷端蓋、電刷、電刷架、刷架底板、電刷彈簧、電源線等零件組成。主要功能是為電動(dòng)機(jī)提供電源通路。 轉(zhuǎn)子： 轉(zhuǎn)子： 轉(zhuǎn)子是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，主要 由轉(zhuǎn)子鐵芯、芯軸、換向器等零件組成，主要的作用是提供換向和旋轉(zhuǎn)的功能。三 額定值額定值是制造廠對各種電氣設(shè)備（本文指直流電機(jī)）在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)

7、所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以保證各電氣設(shè)備長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或試驗(yàn)的依據(jù)。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。直流電機(jī)的主要額定值主要有：額定功率 PN     指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率，以 "W" 為量綱單位。若 大于 1kW 或 1MW 時(shí),則用 kW 或 MW 表示。-注意-對于直流發(fā)電機(jī)，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。PNUNIN 對于直流電動(dòng)機(jī)，PN是指輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率N存在。PNUN

8、INN-額定電壓 UN     指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 "V" 為量綱單位。 額定電流 IN      指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電樞電流值，以 "A" 為量綱單位。 額定轉(zhuǎn)速 nN      指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min（轉(zhuǎn)/分）為量綱單位。5.額定扭矩TN 指電機(jī)在額定狀態(tài)下的輸出扭矩，以N·m（牛·米）為量綱單位電壓 基本公式 扭矩（

9、N·m）= 9.5493×功率(瓦) ÷轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)四直流電機(jī)的勵(lì)磁方式1. 定義： 直流電機(jī)產(chǎn)生磁場的勵(lì)磁繞組的接線方式稱為勵(lì)磁方式。實(shí)質(zhì)上就是勵(lì)磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接，就決定了它是什么樣的勵(lì)磁方式。 2. 分類：他勵(lì)式并勵(lì)式自勵(lì)式 串勵(lì)式 復(fù)勵(lì)式3. 四種勵(lì)磁方式接線 （a）他勵(lì)式     若勵(lì)磁繞組不與電樞繞組聯(lián)接，勵(lì)磁繞組單獨(dú)由其他電源供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)式直流電機(jī)。他勵(lì)直流電機(jī)電樞電流Ia和負(fù)荷電流If相等；（b）并勵(lì)式顧名思義，勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵(lì)式直流電機(jī)。   并勵(lì)式直流電機(jī)的電樞

10、電流Ia。勵(lì)磁繞組流過的電流為If ，經(jīng)過負(fù)載或電源供給電機(jī)的總電流為 I， 三者須滿足以下關(guān)系：直流發(fā)電機(jī)：Ia IIf 直流電機(jī)：Ia IIf（c)串勵(lì)式    勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)再接通直流電源稱為串勵(lì)直流電機(jī)。由于串勵(lì)式直流電機(jī)作為發(fā)電機(jī)用時(shí)，其電壓大小隨負(fù)載變化而有較大的變化，故一般不用串勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)，只作電動(dòng)機(jī)使用。串勵(lì)式直流電機(jī)廣泛應(yīng)用交通運(yùn)輸。   串勵(lì)式電機(jī)：Ia IIf（d）復(fù)勵(lì)式     復(fù)勵(lì)式直流電機(jī)上有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)和電樞并聯(lián)，一個(gè)和電樞串聯(lián)。  &#

11、160;  復(fù)勵(lì)式直流電機(jī)的串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁勢與并勵(lì)磁勢方向相同時(shí)稱為加復(fù)勵(lì)（或積復(fù)勵(lì)）；     兩者磁勢方向相反時(shí)稱為差復(fù)勵(lì)（或減復(fù)勵(lì)）；      加復(fù)勵(lì)和差復(fù)勵(lì)比較，應(yīng)嚴(yán)格按要求接，實(shí)用中加復(fù)勵(lì)用得較多。4. 空載時(shí)直流電機(jī)的磁場空載時(shí)負(fù)載電流為零，此時(shí)電機(jī)內(nèi)部的磁場是由勵(lì)磁繞組通過電流產(chǎn)生的磁勢決定?？蛰d時(shí)的磁場用函數(shù)Bo（x）表示；空載磁通密度沿轉(zhuǎn)子外圓周長方向的變化情況即空載磁密的分布波形呈平頂波?？蛰d時(shí)磁密分布波形呈平頂波的原因是：  在主極直軸附近的氣隙較小，并且氣隙均勻，磁阻

12、小，即此位置的主磁場較強(qiáng)，在此位置以外，氣隙逐漸增大，主群場也逐漸減弱，到兩極之間的幾何中線處時(shí)，磁密等于0。磁路從氣隙1出發(fā)經(jīng)電樞齒電樞軛電樞齒2氣隙2主磁極2定子軛主磁極1，最后又回到氣隙1，如下圖演示。說明磁力線是閉合的。該圖不計(jì)電樞齒槽影響上面的電機(jī)空載磁路波形是理想狀態(tài)下的波形曲線，但載實(shí)際的設(shè)計(jì)和制造的過程中，空載影響的因素有電機(jī)電磁氣隙的大小、主磁極（磁瓦）性能的差異、機(jī)械制造的加工精度、機(jī)械裝配間隙的合理控制、電磁中心線與幾何中心線的角度5.影響空在電機(jī)電流的因素上面提到過空載時(shí)負(fù)載電流為零，電機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對外作功為零，在整個(gè)電機(jī)的性能上，空載參數(shù)只是一個(gè)參考的技術(shù)指標(biāo)，不屬于

13、主要控制性能指標(biāo)。影響空載電流的因素有電機(jī)的磁鋼的性能、轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙、電機(jī)工作環(huán)境、電機(jī)軸承的阻力，機(jī)械部件的加工精度、裝配間隙、空載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子的反電勢 五. 電動(dòng)車電機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng) 在國外，休閑系列的小型電動(dòng)車風(fēng)摩一時(shí)，品質(zhì)、性能、服務(wù)是取勝市場的關(guān)鍵。如何保證這幾點(diǎn)，作為直接的生產(chǎn)商，必須從生產(chǎn)、采購、銷售、管理各方面嚴(yán)格的控制。 作為電動(dòng)車的三大部件之一的電機(jī)，必須注意以下幾點(diǎn)： 1. 有刷電機(jī)的弱點(diǎn)就是使用壽命電刷的磨損，但是在輸出的扭力、效率、過載性能方面不比無刷電機(jī)差，關(guān)鍵是保養(yǎng)的方法。電機(jī)在使用1-2個(gè)月后如果能清理電機(jī)電刷與換向器的磨損物，將可以提高電機(jī)是使用壽命，但是

14、，除了專業(yè)人士以外，一般人是很難操作的。對于普通的休息系列電動(dòng)車來說，電機(jī)的使用壽命不是主要的（按客戶每周三次的使用頻率，每次一小時(shí)，一年的累計(jì)時(shí)間大概160小時(shí)，對于我們電機(jī)的壽命來說是綽綽有余）。 2. 直流永磁電機(jī)（屬于他勵(lì)電機(jī)）與其他的系列電機(jī)相比，在制造加工方面要求較高，影響的因素也多，所以必須注意：防磕碰、敲打，防潮、防高溫、防塵，在散熱良好的情況下使用。 3. 直流永磁電機(jī)的勵(lì)磁方式為他勵(lì)，其勵(lì)磁磁場為恒定的，如果電樞的勵(lì)磁一直增大，嚴(yán)重超過主磁場的勵(lì)磁強(qiáng)度的話，導(dǎo)致主磁場的磁場強(qiáng)度削弱，影響整個(gè)電機(jī)的性能，所以在使用和設(shè)計(jì)的過程中，電機(jī)不能嚴(yán)重長時(shí)間過載運(yùn)行，正常情況下電機(jī)的過

15、載能力為1.2-1.6倍過載，過載系數(shù)的大小根據(jù)不同的電機(jī)而定。 4. 直流永磁電機(jī)的性能按照額定參數(shù)使用，嚴(yán)禁超出太多的范圍，我們電機(jī)的規(guī)定容許偏差范圍為±10%。五 電動(dòng)機(jī)與小型電動(dòng)車的聯(lián)系1. 扭矩計(jì)算公式：扭矩（N·m）= 9.5493×功率(瓦) ÷轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分） 2. 電機(jī)的額定電流 電流（A） IN=PN÷UN÷N 3. 車速計(jì)算公式：×輪徑（英寸）主動(dòng)輪齒數(shù)從動(dòng)輪齒數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)減速比× 車速(公里/小時(shí)) = ×4.79×10-3 4. 電機(jī)消耗功率的計(jì)算 根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在普通的電動(dòng)車設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)的實(shí)際消耗功率為： Ph=電動(dòng)車的實(shí)際重量