第6章直流電機(jī)的用途、基本工作原理和結(jié)構(gòu)

第六章直流電機(jī)的用途、基本工作原理與結(jié)構(gòu)§6-1直流電機(jī)及其用途目前一頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)電源勵(lì)磁機(jī)測(cè)速伺服直流電機(jī)的用途目前二頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)直流電機(jī)的用途直流電機(jī)分為電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。直流發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；直流電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。直流發(fā)電機(jī)主要做直流電源用；直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于電力機(jī)車、重型機(jī)械及軋鋼機(jī)等動(dòng)力裝置中。目前三頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)直流電機(jī)的特點(diǎn)直流發(fā)電機(jī)的電勢(shì)波形較好，對(duì)電磁干擾的影響小。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動(dòng)機(jī)過載能力較強(qiáng)，啟動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。調(diào)速時(shí)的能量損耗較小。易于控制，可靠性高。換向困難，使直流電機(jī)容量受到限制。目前四頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)§6-2直流電機(jī)的基本工作原理目前五頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、直流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生電磁感應(yīng)定律：

e=Blv

滿足右手定則eBA為隨時(shí)間正負(fù)交變的電動(dòng)勢(shì)結(jié)論：目前六頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、直流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生結(jié)論：由于靜止電刷和旋轉(zhuǎn)換向器的作用，

eBA為脈動(dòng)的直流電動(dòng)勢(shì)。目前七頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)2、平均電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生電磁力定律：f=Bil滿足左手定則以單線圈簡(jiǎn)化模型為例，進(jìn)行分析。顯然，在電刷間接入直流電源后，在線圈中就有直流電流流過。目前八頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)2、平均電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生目前九頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)2、平均電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生直流電機(jī)換向器將外部的直流電變成了內(nèi)部交替變化的電流。圖中電刷相對(duì)于磁極的位置保證不變，無論線圈邊處在N極下，還是S極下，線圈電流均產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電磁力矩，從而使轉(zhuǎn)子獲得了一個(gè)固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。目前十頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)直流電機(jī)的物理模型目前十一頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)電勢(shì)正方向：abcdB+,A-直流發(fā)電機(jī)的工作原理（1）換流過程abcdABabcdABdcabAB無感應(yīng)電勢(shì)電勢(shì)正方向：dcbaB+,A-線圈也要產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)子方向（拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩）相反。目前十二頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)（2）直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的幾點(diǎn)結(jié)論電樞線圈內(nèi)電勢(shì)、電流方向是交流電；電刷間為直流電勢(shì)。線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向一致；從空間看，電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的磁場(chǎng)；產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，是制動(dòng)性質(zhì)；目前十三頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理（1）換流過程abcdabcddcab電流正方向：dcba轉(zhuǎn)矩方向：順時(shí)針電勢(shì)方向：abcd電流正方向：dcba轉(zhuǎn)矩方向：電勢(shì)方向：電流正方向：abcd轉(zhuǎn)矩方向：順時(shí)針電勢(shì)方向：dcba目前十四頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)（2）直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的幾點(diǎn)結(jié)論外施電壓、電流是直流，電樞線圈內(nèi)電流是交流；線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向相反；線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的。電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的；產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)；目前十五頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)直流電機(jī)的可逆原理同一臺(tái)直流電機(jī)，通過改變外界條件，可當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。目前十六頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)§6-3直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)目前十七頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)定子和轉(zhuǎn)子目前十八頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、定子部分定子通常指磁路中靜止部分及其機(jī)械支撐，包括機(jī)座、磁軛、主磁極、換向極等。一、機(jī)座和磁軛：固定主極及端蓋，也作為磁軛構(gòu)成一部分磁路（定子磁軛）。由鑄鋼或鋼板焊接而成，使具有良好的導(dǎo)磁性能和機(jī)械性能。二、主磁極主磁極作用：產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，并使電樞表面的氣隙磁通密度B按方波沿空間分布。目前十九頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、定子部分極靴作用：①卡住勵(lì)磁繞組；②使主磁通在氣隙中分布合理。主磁極結(jié)構(gòu)機(jī)座極身極靴勵(lì)磁繞組主磁極疊片思考：①主磁極為何用沖片疊裝？ ②極靴有何作用？目前二十頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、定子部分有極靴氣隙磁通分布合理無極靴氣隙磁通分布不合理NNSS無磁場(chǎng)區(qū)域大NSSN①主磁極鐵心：主磁通交變產(chǎn)生鐵耗，為減少鐵耗，采用疊片結(jié)構(gòu)。鐵芯用0.5~1.5mm的鋼板沖片疊壓緊，然后再套上勵(lì)磁繞組。目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、定子部分目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、定子部分1、磁極表面對(duì)應(yīng)電樞齒槽，齒槽單復(fù)數(shù)不同，磁極表面對(duì)應(yīng)槽時(shí)氣隙大，磁通??。淮艠O對(duì)應(yīng)齒時(shí)氣隙小，磁通?大。電樞移動(dòng)時(shí)，?脈振，產(chǎn)生少許鐵耗。磁通交變的原因：

N?S

?

v2、電樞旋轉(zhuǎn)經(jīng)過N、S極，如右圖所示，電樞中有交變磁通。目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、定子部分?S

N

繞制好的勵(lì)磁繞組套在鐵芯外②

勵(lì)磁繞組

可用圓截面或矩形截面的絕緣導(dǎo)線繞在繞組框架上，經(jīng)浸膠（漆）及烘干后一起套入主磁極鐵芯。各主極上的勵(lì)磁繞組彼此間用串聯(lián)方式連接，保證各磁極電流相等。線圈繞向不同，使磁極N、S交替。目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、定子部分換向極作用：幫助換向。三、換向極

換向極形狀比較簡(jiǎn)單，常用厚鋼板略加刨削而成，但在要求高的場(chǎng)合也要求用鋼片疊裝而成。

換向極上裝有換向極繞組，一般由粗的扁銅線繞成，總是與電樞繞組串聯(lián)的。目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、定子部分電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座（搖環(huán)）組成。電刷（石墨）放在刷握上的刷盒內(nèi)，用彈簧將它壓緊在換向器上，而刷握固定在刷桿上，刷桿裝在刷桿座上（不止一個(gè)電刷），必須絕緣。刷桿座可轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)好與換向器的對(duì)應(yīng)接觸位置后，固定在端蓋或機(jī)座上。銅絲辮是外部電源與電刷的連接線。四、電刷裝置目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)1、定子部分目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)2、轉(zhuǎn)子部分一、電樞鐵心轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸和軸承。

電樞鐵芯固定在轉(zhuǎn)子支架上或直接固定在轉(zhuǎn)軸上，提供主極下磁通的通路。由電樞鐵心和主磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致鐵耗，通常由0.5mm厚的電工硅鋼片沖疊，每張沖片有嵌放繞組的槽。目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)2、轉(zhuǎn)子部分目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)2、轉(zhuǎn)子部分二、電樞繞組電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成。它是直流電機(jī)的主要電路部分。電動(dòng)機(jī)通電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機(jī)感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)都在電樞繞組中，它是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。電樞繞組實(shí)物圖目前三十頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)2、轉(zhuǎn)子部分槽楔導(dǎo)體（線圈）層間絕緣槽底絕緣槽絕緣電樞槽橫截面線圈伸出槽外的端接部分，用非磁性鋼絲或玻璃絲帶緊，防止離心力將繞組甩出槽內(nèi)。槽楔把繞組壓緊在槽內(nèi)，防止離心力將繞組甩出槽內(nèi)。電刷1

2槽內(nèi)部分換向片目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)2、轉(zhuǎn)子部分三、換向器換向器與電樞首尾相連，隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。換向器由換向片組成，電樞中每個(gè)線圈兩端分別焊接在兩個(gè)換向片上。換向器的作用是與電刷裝置相配合，使電樞線圈中的交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)。換向片之間用0.4～1.2mm的云母片絕緣，換向片嵌入V形套筒，V形套筒又套在軸上，與電樞同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)2、轉(zhuǎn)子部分目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)總結(jié)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成軸承換向極直流電機(jī)定子轉(zhuǎn)子機(jī)座主磁極電刷裝置電樞鐵心換向器風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸電樞繞組目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)3、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)4、直流電機(jī)的額定值額定容量PN（kW）：輸出功率；額定電壓UN（V）：額定狀態(tài)下出線端電壓；額定電流IN（A）：額定狀態(tài)下出線端電流；額定轉(zhuǎn)速nN（r/min）：額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速；直流發(fā)電機(jī)：PN＝UN·IN直流電動(dòng)機(jī)：PN＝UN·IN·N★勵(lì)磁方式：有并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)和他勵(lì)等。目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)5、直流電機(jī)按勵(lì)磁方式的分類1）他勵(lì)式（電機(jī)需要兩套電源）他勵(lì)式的勵(lì)磁繞組由另外一個(gè)電源供電勵(lì)磁。永磁式直流電機(jī)因其主磁場(chǎng)由永久磁鐵建立，屬于他勵(lì)式。他勵(lì)式UE-IfUf+-+-目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)5、直流電機(jī)按勵(lì)磁方式的分類2）自勵(lì)式（電機(jī)只需一個(gè)電源）

勵(lì)磁繞組與電樞繞組按一定的關(guān)系相連接，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言勵(lì)磁繞組和電樞繞組由同一電源供電；對(duì)發(fā)電機(jī)而言，勵(lì)磁電流由該電機(jī)電樞供電。按勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方式分為：并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)5、直流電機(jī)按勵(lì)磁方式的分類電動(dòng)機(jī)電流關(guān)系：I=Ia+If發(fā)電機(jī)電流關(guān)系：Ia=I+If

并勵(lì)式UE-+①并勵(lì)-+-+目前三十九頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)5、直流電機(jī)按勵(lì)磁方式的分類Ia=I=If

串勵(lì)電機(jī)電流關(guān)系：串勵(lì)式+-E-+UI②串勵(lì)目前四十頁(yè)\總數(shù)四十二頁(yè)\編于二十一點(diǎn)5、直流