電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)(大連理工大學(xué)課件和答案)第1章

1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.2直流電機(jī)的電樞繞組1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列第一章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋定子轉(zhuǎn)子電樞鐵芯電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1.1直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)圖1-2直流電機(jī)的正剖面圖1．極靴2．電樞齒3．電樞槽4．主磁極5．勵(lì)磁繞組6．機(jī)座（磁軛）7．換向極8．換向極繞組9．電樞繞組10．電樞鐵芯11．底腳圖1-3換向極結(jié)構(gòu)1．換向極鐵芯2．換向極繞組圖1-4電刷盒裝配1．刷盒2．電刷3．銅絲辮4．壓緊彈簧圖1-5電樞鐵芯沖片圖1-6直流電機(jī)換向器

圖1-6直流電機(jī)換向器1.1.2直流電機(jī)的基本原理1、直流發(fā)電機(jī)工作原理右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)后，如右圖。可見，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下。導(dǎo)體ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)?？梢姡碗娝接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)線圈。線圈分布在電樞鐵芯表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對(duì)。2、直流電動(dòng)機(jī)工作原理把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過。如右圖。直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。在磁場作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí)同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對(duì)。返回電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分。無論是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩都在電樞繞組中產(chǎn)生，電樞繞組是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐，電樞繞組的名稱由此而來，并為此把直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子稱為電樞。

1.2直流電機(jī)的電樞繞組

1.2.1基本知識(shí)

繞組元件稱構(gòu)成繞組的線圈為繞組元件，是用絕緣銅線繞制的。元件的開始端頭稱首端，終了端頭稱末端。嵌放在電樞鐵芯槽中的直線部分稱有效邊，連接兩個(gè)有效邊的部分稱為端接部分。一個(gè)元件可以是單匝或多匝。直流電機(jī)電樞繞組是雙層的，即每個(gè)槽分上下兩層嵌放元件有效邊。每個(gè)元件的一個(gè)邊嵌放在一個(gè)槽子的上層，另一個(gè)邊嵌放在另一個(gè)槽子的下層線圈數(shù)、槽數(shù)、換向片數(shù)的關(guān)系：元件數(shù)等于換向片數(shù)等于槽數(shù)，即

S=K=Z式中S—元件數(shù)；

K—換向片數(shù)；

Z—電樞實(shí)際槽數(shù)。疊繞組和波繞組疊繞組是指相串聯(lián)的后一個(gè)元件端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分的上面，整個(gè)繞組成褶疊式前進(jìn)；波繞組是指相串聯(lián)的兩個(gè)元件像波浪式的前進(jìn)如圖所示電樞繞組和節(jié)距132y1y2yyk單疊繞組132y1y2yyk7單波繞組1.2.2電樞繞組的節(jié)距1．極距極距就是一個(gè)磁極在電樞表面的空間距離2．第一節(jié)距y1第一節(jié)距是指一個(gè)線圈兩有效邊之間在電樞表面上的跨距，以槽數(shù)表示，如圖1—10所示。由于線圈邊要放入槽內(nèi)，所以應(yīng)是整數(shù)。而為了讓組能感應(yīng)出最大的電動(dòng)勢(shì)，應(yīng)使接近或等于極距。為了節(jié)省銅線及其工藝的方便，一般采用短距或整距繞組。3．第二節(jié)距y2它是指相串聯(lián)的兩個(gè)相鄰線圈中，第一個(gè)線圈的下層邊與相鄰的第二個(gè)線圈的上層邊之間的距離，用槽數(shù)表示。4．換向片節(jié)距yk線圈的兩端所連接的換向片之間距離，用該線圈跨過的換向片數(shù)來表示。5．合成節(jié)距y它是指相串聯(lián)的兩個(gè)相鄰線圈對(duì)應(yīng)的有效邊之間的距離，用槽數(shù)表示。單疊繞組是指元件的首端和末端分別接到相鄰的兩片換向片上，下一個(gè)元件疊在前一個(gè)元件之上。繪制展開圖的步驟是：第一步：計(jì)算繞組的各節(jié)距。包括、y、y1。第二步：畫槽、畫元件，按順序編號(hào)。每槽用兩條短線表示，實(shí)線表示上層，虛線表示下層。注意：實(shí)線上的標(biāo)號(hào)既表示槽號(hào)又表示元件號(hào)，同時(shí)還表示該元件的上層邊所在的位置。第三步：畫換向片，按順序編號(hào)。用小方塊代表各換向片，換向片與電樞同周長，換向片的編號(hào)也是按順序從左向右并以第一元件上層邊所連接的換向片作為第一換向片號(hào)。第四步：排列、連接繞組。根據(jù)各節(jié)距按規(guī)律排列連接。第五步：放置主磁極。主磁極應(yīng)N、S極交替地、均勻地放置在各槽之上，每個(gè)磁極的寬度約為0.7倍的極距。第六步：安放電刷。在展開圖中，直流電機(jī)的電刷置于磁極中心線下，電刷大小與換向片相同，電刷數(shù)與主磁極數(shù)相同。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，直流電機(jī)電刷的位置是通過實(shí)驗(yàn)方法確定的。1.2.3單疊繞組

〔例〕已知一臺(tái)直流電機(jī)，2p=2，S=K=Z=8，畫出單疊繞組展開