第4章 直流電動(dòng)機(jī)

1、跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)n 電動(dòng)機(jī)與我們的生活密不可分。電動(dòng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式機(jī)器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。n 電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，其中交流電動(dòng)機(jī)中常用的是三相異步電動(dòng)機(jī)和單相異步電動(dòng)機(jī)。 第四章第四章 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)概述：概述： 直流電機(jī)是指通入直流電流而產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，或能輸出直流電流的發(fā)電機(jī)。具有可逆性。跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)（1）調(diào)速性能好）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、停車(chē)。）起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、停車(chē)。（3）易于控制。）易于控制。直流電機(jī)特性：直流電機(jī)特性：（1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車(chē)、中大型龍

2、門(mén)刨床等調(diào)速）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車(chē)、中大型龍門(mén)刨床等調(diào)速 范圍大的大型設(shè)備。范圍大的大型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車(chē)、拖拉機(jī)等。）用蓄電池做電源的地方，如汽車(chē)、拖拉機(jī)等。（3）執(zhí)行元件、測(cè)量元件。）執(zhí)行元件、測(cè)量元件。用途：用途：跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分所組成直流電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分所組成 直流電機(jī)組成：直流電機(jī)組成： 按勵(lì)磁方式的不同，傳統(tǒng)型直流伺服電動(dòng)機(jī)可按勵(lì)磁方式的不同，傳統(tǒng)型直流伺服電動(dòng)機(jī)可以再分為永磁式和電磁式兩種。以再分為永磁式和電磁式兩種。 永磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極由永久磁鋼組成。永磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極由永久磁鋼組成。 電磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子

3、磁極通常由硅鋼片鐵電磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極通常由硅鋼片鐵心和勵(lì)磁繞組組成。心和勵(lì)磁繞組組成。 分類(lèi)：分類(lèi)：跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)根據(jù)勵(lì)磁線(xiàn)圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的根據(jù)勵(lì)磁線(xiàn)圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線(xiàn)圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開(kāi)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線(xiàn)圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開(kāi)。M他勵(lì)他勵(lì)UfIfIaU勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式：跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線(xiàn)圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。勵(lì)磁線(xiàn)圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線(xiàn)圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。勵(lì)磁線(xiàn)圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：

4、勵(lì)磁線(xiàn)圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在勵(lì)磁線(xiàn)圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在 同一電源上。同一電源上。M并勵(lì)并勵(lì)UIfM串勵(lì)串勵(lì)UM復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)U跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè) 以起動(dòng)機(jī)為例介紹直流電動(dòng)機(jī)的以起動(dòng)機(jī)為例介紹直流電動(dòng)機(jī)的 各部分作用及工作原理各部分作用及工作原理直流串激式電動(dòng)機(jī)主要由機(jī)殼、磁極、電樞、換向器及電刷等組成，如下圖所示。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：1 一磁場(chǎng)繞組 2 一磁極鐵心 3 一外殼 4 一磁極固定螺釘 5 一換向器 6 一轉(zhuǎn)子鐵心 7 一電樞繞組 8 一電樞軸跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)磁極：磁極： 作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由鐵心和磁場(chǎng)繞組組成。鐵心用螺釘固定在殼體的內(nèi)壁上，其上套有磁場(chǎng)繞組。磁極的數(shù)目一般為 4 個(gè)（兩

5、對(duì)），功率超過(guò) 7.5kW的起動(dòng)機(jī)有用 6 個(gè)（三對(duì)）的。磁場(chǎng)繞組用矩形截面的裸銅條繞制。 4 個(gè)磁場(chǎng)繞組的連接方法有兩種，如下圖所示。一種是 4 個(gè)相互串聯(lián)，另一種是兩串兩并，即先將兩個(gè)串聯(lián)后再并聯(lián)。不論采用哪一種連接方式， 4 個(gè)磁場(chǎng)繞組產(chǎn)生的極性是相互交錯(cuò)的。磁場(chǎng)與磁路磁場(chǎng)與磁路跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)電樞和換向器電樞和換向器 ： 電樞是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的核心部件，主要由電樞軸、電樞鐵電樞是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的核心部件，主要由電樞軸、電樞鐵心、電樞繞組和換向器組成。心、電樞繞組和換向器組成。 換向器和鐵心都?jí)貉b在電樞軸上，電樞繞組則嵌裝在鐵心內(nèi)換向器和鐵心都?jí)貉b在電樞軸上，電樞繞組則嵌裝在鐵心內(nèi)。 電樞軸的一

6、端制有螺旋花鍵與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)接。電樞軸兩端支電樞軸的一端制有螺旋花鍵與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)接。電樞軸兩端支承在殼體內(nèi)。承在殼體內(nèi)。 跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)電樞和換向器電樞和換向器 ： 鐵心由許多相互絕緣的硅鋼片疊裝而成，其圓周表面上有鐵心由許多相互絕緣的硅鋼片疊裝而成，其圓周表面上有槽，用來(lái)安放電樞繞組。槽，用來(lái)安放電樞繞組。 電樞繞組各線(xiàn)圈的端頭均焊接在換向器上。換向器由銅片電樞繞組各線(xiàn)圈的端頭均焊接在換向器上。換向器由銅片和云母片相間疊壓而成。和云母片相間疊壓而成。 換向器的作用是把通入電刷的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌欣@組中換向器的作用是把通入電刷的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌欣@組中導(dǎo)體所需的交變電流。導(dǎo)體所需的交變電流。跳轉(zhuǎn)到

7、第一頁(yè)電刷與電刷架電刷與電刷架 ： 電刷與電刷架的作用是將電流引入電動(dòng)機(jī)。電刷與電刷架的作用是將電流引入電動(dòng)機(jī)。 4 個(gè)電個(gè)電刷架均固定在前端蓋上，其中兩個(gè)電刷架與端蓋絕緣刷架均固定在前端蓋上，其中兩個(gè)電刷架與端蓋絕緣，稱(chēng)為絕緣電刷架；另外兩個(gè)電刷架與端蓋直接鉚合，稱(chēng)為絕緣電刷架；另外兩個(gè)電刷架與端蓋直接鉚合而搭鐵，稱(chēng)為搭鐵電刷架電刷由銅與石墨粉壓制而而搭鐵，稱(chēng)為搭鐵電刷架電刷由銅與石墨粉壓制而成，加人銅是為了減小電阻并增加耐磨性。電刷裝在成，加人銅是為了減小電阻并增加耐磨性。電刷裝在電刷架中，借彈簧壓力將它壓緊在換向器上，電刷彈電刷架中，借彈簧壓力將它壓緊在換向器上，電刷彈簧的壓力一般為簧的

8、壓力一般為 11 . 7N 14 . 7N 。跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)端蓋端蓋 ： 端蓋分為前、后兩個(gè)端蓋。前端蓋一般用鋼板壓制端蓋分為前、后兩個(gè)端蓋。前端蓋一般用鋼板壓制而成，其上裝有而成，其上裝有 4 個(gè)電刷架，后端蓋用鑄鐵澆鑄而成個(gè)電刷架，后端蓋用鑄鐵澆鑄而成。它們分別裝在機(jī)殼的兩端，靠?jī)蓚€(gè)長(zhǎng)螺栓與起動(dòng)機(jī)。它們分別裝在機(jī)殼的兩端，靠?jī)蓚€(gè)長(zhǎng)螺栓與起動(dòng)機(jī)機(jī)殼緊固在一起。兩端蓋均裝有青銅石墨軸承或鐵基機(jī)殼緊固在一起。兩端蓋均裝有青銅石墨軸承或鐵基含油軸承套。含油軸承套。 跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)機(jī)殼機(jī)殼 ： 機(jī)殼用鋼管制成，一端開(kāi)有窗口，作為觀(guān)察電刷與機(jī)殼用鋼管制成，一端開(kāi)有窗口，作為觀(guān)察電刷與換向器之用

9、，平時(shí)用防塵箍蓋住。機(jī)殼上只有一個(gè)電換向器之用，平時(shí)用防塵箍蓋住。機(jī)殼上只有一個(gè)電流輸人接線(xiàn)柱（與外殼絕緣），并在內(nèi)部與磁場(chǎng)繞組流輸人接線(xiàn)柱（與外殼絕緣），并在內(nèi)部與磁場(chǎng)繞組的一端相接。的一端相接。跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 ： 直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，是以通直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，是以通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受電場(chǎng)力作用的原理而制成的。電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受電場(chǎng)力作用的原理而制成的。 跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)FF (a) 直流電動(dòng)機(jī)原理圖 (b) 線(xiàn)圈受力方向NSABabNS+U接通直流電壓接通直流電壓U U時(shí)，直流電流為從時(shí)，直流電流為從a a邊流入，邊流入，b

10、 b邊流出，由邊流出，由于于a a邊處于邊處于N N極之下，極之下，b b邊處于邊處于S S極之下，則線(xiàn)圈受到電磁力極之下，則線(xiàn)圈受到電磁力而形成一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩而形成一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩T T，使電樞繞組繞軸線(xiàn)使電樞繞組繞軸線(xiàn)方向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。方向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)FF (a) 直流電動(dòng)機(jī)原理圖 (b) 線(xiàn)圈受力方向NSABbaNS+U當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)半周后，當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)半周后，a a邊處于邊處于S S極之下，而極之下，而b b邊處于邊處于N N極之下。極之下。由于采用了電刷和換向器裝置，此時(shí)電樞中的直流電流方向由于采用了電刷和換向器裝置，此時(shí)電樞中的直流電流方向變?yōu)閺淖優(yōu)閺腷 b邊

11、流入，從邊流入，從a a邊流出。電樞仍受到一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻倪吜鞒?。電樞仍受到一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T T的作用，繼續(xù)繞軸線(xiàn)方向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。的作用，繼續(xù)繞軸線(xiàn)方向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩：直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩： 電樞軸上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩電樞軸上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 M 的大小，與電樞電流的大小，與電樞電流 Ia及磁極磁通及磁極磁通的大小成正比，即：的大小成正比，即： M = Cm Ia式中：式中： Cm 電機(jī)常數(shù)，與電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)、繞組電機(jī)常數(shù)，與電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)、繞組個(gè)數(shù)有關(guān)。個(gè)數(shù)有關(guān)。跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié)原理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié)原理 ： 當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)接入直流電

12、源時(shí)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)接入直流電源時(shí)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞旋轉(zhuǎn)。但當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于電樞繞組又切割使電樞旋轉(zhuǎn)。但當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于電樞繞組又切割磁力線(xiàn)，則其中又產(chǎn)生了一感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。按右手定則磁力線(xiàn)，則其中又產(chǎn)生了一感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。按右手定則可知，該電動(dòng)勢(shì)的方向恰與電樞電流的方向相反，如可知，該電動(dòng)勢(shì)的方向恰與電樞電流的方向相反，如圖圖4-32所示。由于它與外加電壓的方向相反，故稱(chēng)反所示。由于它與外加電壓的方向相反，故稱(chēng)反電動(dòng)勢(shì)，其大小為：電動(dòng)勢(shì)，其大小為： Ef = Cen 跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè) 這樣外加于電樞上的電壓這樣外加于電樞上的電壓U1 , ，一部分消耗在電，一部分消耗在電樞電阻樞電阻R

13、a上，一部分則用來(lái)平衡電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)上，一部分則用來(lái)平衡電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì) Ef 。即：。即： U1 = Ef + RaIa 上式是在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須滿(mǎn)足的一個(gè)基本條上式是在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須滿(mǎn)足的一個(gè)基本條件，稱(chēng)為電壓平衡方程式。由此式可知，電樞電流件，稱(chēng)為電壓平衡方程式。由此式可知，電樞電流 I 。為：。為：跳轉(zhuǎn)到第一頁(yè) 分析上式可知：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增加時(shí)，電樞軸分析上式可知：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增加時(shí)，電樞軸上的阻力轉(zhuǎn)矩增加，電樞轉(zhuǎn)速降低，而使反電動(dòng)勢(shì)上的阻力轉(zhuǎn)矩增加，電樞轉(zhuǎn)速降低，而使反電動(dòng)勢(shì) E 隨之減小，電樞電流隨之減小，電樞電流 I 。增大，因此電磁轉(zhuǎn)矩也將隨。增大，因此電磁轉(zhuǎn)矩也將隨之增大，直至電磁轉(zhuǎn)矩增加到與阻力矩相等時(shí)為止，之增大，直至電磁轉(zhuǎn)矩增加到與阻力矩相等時(shí)為止，這時(shí)電動(dòng)機(jī)將在新的負(fù)載下以較低的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)電動(dòng)機(jī)將在新的負(fù)載下以較低的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。反之，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載減小時(shí)，電樞轉(zhuǎn)速升高，反電反之，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載減小時(shí)，電樞轉(zhuǎn)速升高，反電動(dòng)勢(shì)增大，電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩則隨之減小，直動(dòng)勢(shì)增大，電樞電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩則隨之減小，直至電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩減小到與阻力矩相等時(shí)為止，電至電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩減小到與阻力矩相等時(shí)為止，電動(dòng)機(jī)將在較高的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。動(dòng)機(jī)將在較高的