直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用

1、直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用9.1 直流電機(jī)9.2 交流電機(jī)9.3 控制電機(jī)9.4 技能訓(xùn)練直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用9.1 直流電機(jī) 定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)稱為直流電機(jī)，它能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換。直流電機(jī)可分為直流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，而直流電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。 本節(jié)主要介紹直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和分類，對其原理不作介紹。 1、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 剖面圖 正面圖 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用（1）定子 主磁極：其作用是用來產(chǎn)生主磁場。 換向極：其作用是用來改善電樞電流的換向性能，使電機(jī)運(yùn)行時電刷下不產(chǎn)生有害的火花。 機(jī)座：機(jī)座分磁軛和底

2、腳兩部分。磁軛的作用是用來固定主磁極和換向極，同時作為直流電機(jī)磁路的一部分。底腳的作用是將整個直流電機(jī)固定在地基上。 端蓋：端蓋上有軸承，轉(zhuǎn)子在軸承中旋轉(zhuǎn)，端蓋固定在機(jī)座的兩端，使直流電機(jī)組成一個整體。 電刷裝置：用來引入或引出直流電壓和直流電流。直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用（2）轉(zhuǎn)子 電樞鐵心：是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。 電樞繞組：作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件。 換向器：又稱為整流子，對直流電動機(jī)而言，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞繞組中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變。對直流發(fā)電機(jī)而言，換向器配以電刷，能將電樞繞組中感應(yīng)產(chǎn)生的

3、交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用 直流電機(jī)種類很多，分類方法也各不相同。按結(jié)構(gòu)主要分為直流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)；按類型主要分為直流有刷電機(jī)和直流無刷電機(jī)。但通常是按勵磁方式來分類，因?yàn)閯畲欧绞讲煌?，其特性也不同?（1）他勵直流電機(jī) （2）并勵直流電機(jī) （3）串勵直流電機(jī) （4）復(fù)勵直流電機(jī) 不同勵磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動機(jī)的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復(fù)勵式，直流發(fā)電機(jī)的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和和復(fù)勵式。 2、直流電機(jī)的分類 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用9.2 交流電機(jī)

4、 用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械稱為交流電機(jī)。 交流電機(jī)按功能通常分為交流發(fā)電機(jī)、交流電動機(jī)和同步調(diào)相機(jī)幾大類，按品種分為同步電機(jī)、異步電機(jī)兩大類。無論哪一種交流電機(jī)都既可做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可做電動機(jī)運(yùn)行。 同步電機(jī)具有效率高、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但制造工藝復(fù)雜、啟動困難、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，所以多用于特殊場合，比如用做發(fā)電機(jī)或拖動大負(fù)載等。異步電機(jī)具有構(gòu)造簡單、價格便宜、工作可靠、堅(jiān)固耐用、使用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。 本節(jié)主要介紹三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、技術(shù)數(shù)據(jù)及選擇，對其工作原理不做介紹。 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用1、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 1-定子；2-轉(zhuǎn)子；3-風(fēng)扇；4-罩

5、殼；5-接線盒；6-端蓋 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用 定子是由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座組成。 機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組。 定子鐵心由厚度為的相互絕緣的硅鋼片疊加而成，以減小損耗。硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放對稱的三相繞組，對稱的三相定子繞組U1U2、V1V2、WlW2按一定規(guī)律嵌放在槽中。六個引線再引到機(jī)座外側(cè)的接線盒上，就可以根據(jù)三相電源電壓的不同，方便的接成星形或三角形。 （1）定子 三角形接法 星形接法 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用（2）轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。 轉(zhuǎn)子鐵心也是由厚度為的相互絕緣的硅鋼片疊加而成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作

6、用是嵌放轉(zhuǎn)子繞組，鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上，軸上加機(jī)械負(fù)載。 根據(jù)構(gòu)造上的不同，轉(zhuǎn)子可分為兩種形式：鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。 鼠籠式轉(zhuǎn)子的繞組做成鼠籠狀，就是指轉(zhuǎn)子鐵心的槽中放銅條，其兩端用端環(huán)連接?；蛘咴诓壑袧茶T鋁液，鑄成一鼠籠，這樣便可以用相對便宜的鋁代替銅，同時制造也快。 鼠籠繞組 鑄鋁轉(zhuǎn)子 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用 繞線式轉(zhuǎn)子的繞組與定子繞組一樣，也是三相的，一般接成星形聯(lián)結(jié)。每相的始端連接在三個銅制的相互絕緣的滑環(huán)上，滑環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上。滑環(huán)上用彈簧壓著碳質(zhì)電刷，起動電阻和調(diào)速電阻借助于電刷與滑環(huán)和轉(zhuǎn)子繞組相連接。 繞線式轉(zhuǎn)子直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用2、三相異步電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù) 每臺電動機(jī)的機(jī)座

7、上都裝有一塊銘牌，銘牌上標(biāo)注著該電動機(jī)的主要性能和技術(shù)數(shù)據(jù)，它是選擇電動機(jī)的主要依據(jù)。以Y132M-4型電動機(jī)為例，其銘牌數(shù)據(jù)包括型號、功率、頻率、電壓、電流、接法、轉(zhuǎn)速、絕緣等級、工作方式、功率因數(shù)、效率和重量等。機(jī)座長度代號：S-短機(jī)座，M-中機(jī)座，L-長機(jī)座。 （1）型號 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用異步電動機(jī)的代號及其用途 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用（2）電壓 銘牌上所標(biāo)的電壓值是指電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。一般規(guī)定電動機(jī)的電壓不應(yīng)高于或低于額定值的5%。 若所加電壓較額定電壓高出許多，將使勵磁電流大大增加，從而使定子鐵心過熱。若所加電壓低于額定電壓時，會引起轉(zhuǎn)速下降，電流

8、增加。如果在滿載或接近滿載的情況下，電流的增加將超過額定值，使繞組過熱。 三相異步電動機(jī)的額定電壓有380V、3000V及6000V等多種。 銘牌上所標(biāo)的電流值是指電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組的線電流值。 當(dāng)電動機(jī)空載時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，兩者之間相對轉(zhuǎn)速很小，所以轉(zhuǎn)子電流近似為零，這時定子電流幾乎全為建立旋轉(zhuǎn)磁場的勵磁電流。當(dāng)輸出功率增大時，轉(zhuǎn)子電流和定子電流都隨著相應(yīng)增大。 （3）電流 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用（4）功率和效率 銘牌上所標(biāo)的功率值是指電動機(jī)在規(guī)定的環(huán)境溫度下，在額定運(yùn)行時電極軸上輸出的機(jī)械功率值。電動機(jī)從電源取用的功率稱為輸入功率 ，效率 是輸出功率 與輸入功率

9、的比值，即 。 輸出功率與輸入功率不等，其差值等于電動機(jī)本身的損耗功率，包括銅損、鐵損及機(jī)械損耗等，故效率 。一般鼠籠式電動機(jī)在額定運(yùn)行時的效率約為72%93%。以Y132M-4型電動機(jī)為例： 輸入功率 輸出功率 效率 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用（5）功率因數(shù) 因?yàn)殡妱訖C(jī)是電感性負(fù)載，定子相電流比相電壓滯后一個角，cos就是電動機(jī)的功率因數(shù)。 三相異步電動機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時約為，而在輕載和空載時更低，空載時只有。 選擇電動機(jī)時應(yīng)注意其容量，防止“大馬拉小車”，并力求縮短空載時間。 （6）轉(zhuǎn)速 由于生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速的要求不同，故需要生產(chǎn)不同磁極數(shù)的異步電動機(jī)，因此有不同的轉(zhuǎn)速等級。轉(zhuǎn)速即

10、電動機(jī)額定運(yùn)行時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分，最常用的是四個級的（n0=1500r/min）。 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用（7）絕緣等級 絕緣等級是按電動機(jī)繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的，所謂極限溫度是指電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點(diǎn)的最高容許溫度。 （8）工作方式 異步電動機(jī)的工作方式分八類，用字母S1S8表示： S1表示連續(xù)工作方式，允許在額定情況下連續(xù)長期運(yùn)行，如水泵、通風(fēng)機(jī)、機(jī)床等設(shè)備所用的異步電動機(jī)。 S2表示短時工作方式，是指電動機(jī)工作時間短而停車時間長的工作方式，如水壩閘門的啟閉，機(jī)床中尾架、橫梁的移動和夾緊等。 S3表示斷線周期性工作方式，其周期由一個額定負(fù)載時間和一個停止時

11、間組成，如吊車、起重機(jī)等。 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用9.3 控制電機(jī) 在各種自動控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中，廣泛使用許多具有特殊功能的小容量電價作為執(zhí)行、監(jiān)測和解算元件，這類電機(jī)統(tǒng)稱為控制電機(jī)，其主要功能是轉(zhuǎn)換和傳遞信號。 根據(jù)在自動控制系統(tǒng)中的作用，控制電機(jī)基本上可劃分為信號元件和功率元件兩大類。但凡用來轉(zhuǎn)換信號的都稱為信號元件，比如直流測速發(fā)電機(jī)、交流測速發(fā)電機(jī)、自整角電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器等；但凡把信號轉(zhuǎn)換成輸出功率或把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的都稱為功率元件，比如直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)（簡稱步進(jìn)電機(jī)）、低速同步電動機(jī)等。 由于控制電機(jī)在自動控制系統(tǒng)中的重要作用，所以除了要求控制電機(jī)體積

12、小、重量輕、耗電少外，還必須具有高可靠性、高精度、快速響應(yīng)等特點(diǎn)。 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用1、伺服電動機(jī) 伺服電動機(jī)又稱為執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制系統(tǒng)中，它作為執(zhí)行元件，具有服從控制信號的要求而動作的職能。在訊號到來之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；訊號到來時，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動；當(dāng)訊號消失時，轉(zhuǎn)子即能自行停轉(zhuǎn)。 很顯然，它的作用是把輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度輸出。改變控制電壓的大小和方向，就可以改變伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動的方向。 伺服電動機(jī)按其使用電源性質(zhì)不同，可分為直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)兩大類。 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用（1）直流伺服電動機(jī) 直流伺服電動機(jī)即用直流電信號控制的伺服電動機(jī)

13、，它實(shí)際上是一臺他勵式直流電動機(jī)，其勵磁繞組由外施恒壓的直流電源勵磁或?yàn)橛来糯艠O。 直流伺服電動機(jī)可分為有刷和無刷電機(jī)。 （2）交流伺服電動機(jī) 交流伺服電動機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。轉(zhuǎn)子有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是籠形轉(zhuǎn)子，與普通異步電動機(jī)的籠形轉(zhuǎn)子相似，只不過為了減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，在外形上做得細(xì)而長；另一種是非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子，此種轉(zhuǎn)子的空氣隙較大，所需勵磁電流較大，因而功率因數(shù)和效率都低。 交流伺服電動機(jī)屬于無刷電機(jī)，分同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。 直流電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用2、步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛑本€位移的控制電機(jī)。在非超載的情況下，電機(jī)的