直流電機(jī)考工

直流電動(dòng)機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用

本章主要討論直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論直流電機(jī)的磁場(chǎng)分布、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞反應(yīng)及影響、換向及改善換向方法，分析直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性和直流電動(dòng)機(jī)的工作特性。優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)性能和調(diào)速性能好，過載能力大。缺點(diǎn)：存在電流換向問題，結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，是由有色金屬多，價(jià)格昂貴，運(yùn)行可靠性差。1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：主要由定子、轉(zhuǎn)子（電樞）兩大部分組成一、直流電動(dòng)機(jī)定子部分：直流電機(jī)的定子由主磁極、機(jī)座、換向極、端蓋和電刷裝置等部件組成。主磁極：主要作用是建立主磁場(chǎng)。換向極：主要作用是改善換向，安裝在兩相鄰主磁極之間，是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組構(gòu)成。

機(jī)座——機(jī)座有兩個(gè)作用，一是作為主磁極的一部分，二是作為電機(jī)的結(jié)構(gòu)框架。機(jī)座中作為磁通通路疊部分稱為磁軛。機(jī)座的兩端裝有端蓋。端蓋——端蓋裝在機(jī)座兩端并通過端蓋中的軸承支撐轉(zhuǎn)子，將定轉(zhuǎn)子連為一體。同時(shí)端蓋對(duì)電機(jī)內(nèi)部還起防護(hù)作用。電刷裝置——電刷裝置是電樞電路的引出（或引入）裝置，它由電刷，刷握，刷桿和連線等部分組成。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、軸承、風(fēng)扇等。電樞鐵心——電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)。為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，鐵心一般用厚0.5mm且沖有齒、槽硅鋼片疊壓夾緊而成。電樞繞組——電樞繞組由一定數(shù)目的電樞線圈按一定的規(guī)律連接組成，是直流電機(jī)的電路部分，也是感生電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部分。線圈用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成，分上下兩層嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)，上下層以及線圈與電樞鐵心之間都要妥善地絕緣（右圖），并用槽楔壓緊。換向器——在直流電動(dòng)機(jī)中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件之一。換向器由許多換向片排成一個(gè)圓筒，其間用云母片絕緣，兩端再用兩個(gè)V形環(huán)夾緊而構(gòu)成。1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

1.2.1直流電動(dòng)機(jī)的物理模型圖解釋其中固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對(duì)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。在電樞鐵心上電樞線圈，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(duì)固定不動(dòng)的碳刷，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。1.直流電動(dòng)機(jī)線圈初態(tài)受力分析：由左手定則得ab受力向上，cd受力向下。這兩個(gè)力不是平衡力。運(yùn)動(dòng)分析：在這兩個(gè)力作用下，線圈作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。1.2.2直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理2.線圈到了90°受力分析：此時(shí)換向器與碳刷沒接觸，線圈不受力。運(yùn)動(dòng)分析：由于慣性線圈將繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。3.線圈過了90°后換向器：線圈轉(zhuǎn)過90°后，換向器換向，線圈上電流發(fā)生變化。受力分析：線圈轉(zhuǎn)過90°后ab受力向下，cd受力向上。運(yùn)動(dòng)分析：線圈繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。4.線圈轉(zhuǎn)到270°受力分析：線圈轉(zhuǎn)到270°時(shí)，換向器又和碳刷沒接觸，線圈不受力。運(yùn)動(dòng)分析：由于慣性線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。換向器：此時(shí)，換向器又換向，電流方向也變化，線圈仍繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)論：換向器可自動(dòng)改變線圈中電流方向，能使線圈不停地轉(zhuǎn)動(dòng)下去。綜上可知，通過換向器配合電刷的機(jī)械換向作用將外部的直流電流變成直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組大小不變、極性交替變化的交變電流，這才使得電樞繞組在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中受到方向不變的轉(zhuǎn)矩作用，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。1.3直流發(fā)電機(jī)原理

直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。一臺(tái)直流電機(jī)，原則上既可以做直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又可以做直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，這叫做直流電機(jī)的可逆原理。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)同，線圈12將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如下圖，導(dǎo)體1在N極下，高電位接電刷A，；導(dǎo)體2在S極下，低電位接電刷B；電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)。導(dǎo)體轉(zhuǎn)過180度，導(dǎo)體2在N極下，高電位接電刷A，；導(dǎo)體1在S極下，低電位接電刷B；仍然是電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)，將內(nèi)部交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變成外部的直流電壓，向負(fù)載供電。1.4直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定值是制造廠對(duì)各種電氣設(shè)備在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)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(zhǎng)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。直流電動(dòng)機(jī)的主要額定值主要有：⒈額定功率PN：對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，PN是指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率ηN存在。PN＝UNINηN，以“w”或馬力為單位。⒉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。⒊額定電流IN：

指電機(jī)在額定電