1 直流电机原理及结构-1

1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。 由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。 在铁磁材料上绕线圈，线圈中通过直流电，在铁磁材料上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。形成电磁铁。 磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 1 主磁极：励磁绕组上加上直流电压，励磁绕组上有励 磁电流通过，使定子铁心产生固定磁场，即定子的主要作 用是产生主磁场。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 2电

2、枢绕组：在 固定的磁场中旋转， 主要作用是产生感 应电动势或产生机 械转矩，实现能量 的转换。 5换向器：电刷固定不动，换向器与电枢绕组一起旋转，两者 配合主要作用是将电枢绕组内感应的交流电势转换成电刷间的直 流电势（发电机），或者是将外加的直流电流转换为电枢绕组的 交变电流（电动机），并保证每一磁极下，电枢导体的电流的方 向不变，以产生恒定的电磁转矩。 3电刷 4换向片 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 为了讨论直流电机的工作原理，可把复杂的直流电机结构简化 为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别连 在两个换向片上，换向片上搭着两个电刷A和B。 下

3、一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 T1 a b c d e + + a b c d a b c d + a b c d e + d c b a n 1.励磁绕组通过直流励磁电流，产生恒定磁场( N S)； （1 1）直流发电机的工作原理）直流发电机的工作原理基于电磁感应定律基于电磁感应定律 2.设原动机( T1 )带动电枢线圈以 n 旋转； 3.线圈导体(有效边)切割磁场 在导体内将感应交流电势感应交流电势 e. (右手定则） 4.通过换向器与电刷 A、 B两端 输出直流电动势直流电动势 E. RL E B 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 直

4、流发电机 是机械能转换为直流电能的电气设备 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 T1 a b c d e + + a b c d a b c d + a b c d e + d c b an 直流发电机的工作原理演示 RL E (1) 绕组中的感应电动势是交变的。-交流 (2) 电刷A、B间的电动势的极性是不变的。-直流 换向片的作用：将绕组中的交流电变换为电刷的直流电。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 (3)发电机旋转时，电枢绕组中将产生感应电流（ia 与 e方向 相同）。 感应电流将产生一个电磁力，使转轴受到一个电磁转矩 T的 作用， 该

5、转矩为制动转矩，和原动机的力矩 T1 相反。 （4) n T1 + I e ia T f E 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 发电机原理：将机械能转换为电能。 电枢由原动机驱动而在磁场中旋转，在电枢线圈 的两根有效边（切割磁力线的导体部分）中便感应出 电动势e。 显然，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极 下是一个方向，当它转到S极下时是另一个方向。但是， 由于电刷A总是同与N极下的有效边相联的换向片接触， 而电刷B总是同与S极下的有效边相联的换向片接触， 因此，在电刷间就出现一个极性不变的电动势或电压， 当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路 中产生一定

6、方向的电流。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 ia f f c d a b a b c d f f a b c d a b c d f f T n d c b a f f n T U 3.载流的电枢导体将受到电磁力 f 的作用。 4.所有导体产生的电磁力作用于转子，产生电磁转矩 T 驱动转子以 n ( 转/分 )旋转，以便拖动机械负载。 2.将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流 ia 流过。 1.励磁绕组通过直流励磁电流，产生恒定磁场 （ N S ）； B 5.在磁场中运动的导体切割磁力线，导体中产生感应电势e，与ia相反。 E 下一页下一页总目录总目录

7、 章目录章目录返回返回上一页上一页 ia f f f f f f T n f f n T U 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 2）电动机旋转时，电枢绕组中将产生反电动势（与ia反向）， 与电源电压U相抵抗。 1) 电动机的电磁转矩 T 是驱动转矩。 T n d c b a f f n T ia e U E 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 (1) 直流电机的可逆性： (2) 发电机：靠外界原动力启动，靠电磁转矩制动 由上面分析可知：同一台直流电机，只要改变外界条同一台直流电机，只要改变外界条 件，既可以当发电机运行，也可以当电动机运行。件，

8、既可以当发电机运行，也可以当电动机运行。 同样，上述结论也适合于交流电机交流电机（感应电机和同步 电机），它是电机理论中的普遍原理，称为电机的可电机的可 逆原理。逆原理。 (3) 电动机：靠外界原电压启动，靠反电势制动 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 U+ E E T n S b N d F F a c I I 换向片换向片 电刷电刷 Ce: 与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数 n: 电动机转速电动机转速 ：磁通磁通 E= Ce n 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 U+ E E T n S b N d F F a c I I 换向片

9、换向片 电刷电刷 aaaa RInCRIEU e RaIa E + + U M 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 设外加电枢电压设外加电枢电压 U 一定，一定，T=T2 (平衡平衡)，此时，此时， 若若T2突然增加，则调整过程为突然增加，则调整过程为 达到新的平衡点达到新的平衡点(Ia 、 P入 入 ) 。 。 T2 n Ia T E nKE E a a a R EU I a IKT T 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 电动势和电磁转矩电动势和电磁转矩 E = Ke n T = Kt Ia Kt = 9.55 Ke 每极主磁通 电枢电流 结

10、构常数 电势常数 当电枢以转速n转动时，电枢绕组的导体便会切割磁力线， 产生感应电动势； 当电枢绕组通过电流时，与气隙磁场作用会产生电磁转矩。 发电机和电动机均有电枢电势 E 、电磁转矩 T， 但性质却有很大不同。（见下表） 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 直流发电机 T 与 n 反方向， T 是制动转矩 直流电动机 T 与 n 同方向，T 是驱动转矩 T1 T T1 = T + T0 （稳态运行时）T = T0 + TL （稳态运行时） n T E 和 Ia 反方向, 称为反电势 n T0 T0 T0-电机空载损耗转矩(由摩擦引起的反抗转矩） E 和Ia 同方向，

11、称为电源电动势 TL 电机在发电状态和电动状态下，E 和 T 的作用 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 直流电机由定子（固定不动）与转子（旋转）两大部分组成，定 子与转子之间有空隙，称为气隙。 定子部分包括机座、主磁极、换向极、端盖、电刷等装置；转子 部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件。 1风扇；2机座；3电枢； 4主磁极；5刷架；6换向器； 7接线板； 8出线盒；9换向极；10端盖 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 定 子 机座 起支撑作用； 作为部分磁路 主磁极 产生主磁通 （如何放置？） 电刷 与换向器配合使用，引入或

12、引出直流电 （个数？） 定子的作用：产生主磁场及机械支撑 换向极 产生附加磁场，改善换向 （个数，如何放置？） 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 直流电动机的定子： 定子由主磁极、换向磁极、机座以及电刷装置等组成。 如图所示。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 直流电动机的电刷装置 作用：使转动部分的电枢绕组与外电路接通，将直流电压、电 流引出或引入电枢绕组。它与换向器相配合，起整流或逆变器 的作用。 组成：由电刷、刷握、刷杆座和汇流条等零件组成，如下图所 示。电刷一般采用石墨和铜粉压制烧焙而成，它放置在刷握中， 由弹簧将其压在换向器的表面上

13、，电刷杆数一般等于主磁极的 数目。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 转 子 电枢铁心 其槽孔中放置电枢绕组 电枢绕组 产生感应电动势、电 磁转矩 转轴 输入或输出机械功率 换向器（换向片） 与电刷一起，共同完成 直流电和交流电的转换， 并产生恒定的电磁转矩 换向极 换向绕组 转子的作用：产生感应电动势及电磁转矩. 励 磁 绕 组 主 磁 极 转 轴 转 子 气隙气隙 气隙气隙 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 转子部分：由电枢铁心、电枢绕组和换向器等部件组成。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 电枢线圈 转子结构图

14、 电枢绕组线圈 换向片 电枢铁心硅钢片电枢铁心 - 由外圆开糟的硅钢片彼此 绝缘地叠成的. 有效边 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 电刷是石墨或金属石墨组成的导电块导电块，放在刷握内用弹 簧以一定的压力按放在换向器的表面上，旋转时与换向器表 面形成滑动接触. 电刷装置将电枢电路与外部电路连接起来 电 刷 换 向 器 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 换向器 换向器是直流电机的重要部件，在直流发电机中，它将电枢绕组内部的交流 电动势转换为电刷间的直流电动势；在直流电动机中，它将电刷上的直流电 流转换为绕组内的交流电流。如图所示，换向器由许多梯

15、形铜排制成的彼此 绝缘的换向片组成。换向片数与线圈元件个数相同。换向片数与线圈元件个数相同。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 两极直流电机的磁通路 磁路：磁路：当励磁绕组中通直流励磁电流时产生恒定主磁通当励磁绕组中通直流励磁电流时产生恒定主磁通 , ,经主经主 磁极铁心、空气隙、电枢铁心、磁轭（机座）形成的闭合回路磁极铁心、空气隙、电枢铁心、磁轭（机座）形成的闭合回路. . 主磁极 机座(磁轭) 励磁绕组 空气隙 电枢 I ( 励磁电流 ) 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 1直流电机的铭牌数据 电机制造厂按照国 家标准，根据电机的设 计和

16、试验数据，规定了 电机的正常运行状态和 条件，通常称之为额定 运行情况。凡表征电机 额定运行情况的各种数 据，称为额定值。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 2. 直流电机的额定值 （1）额定功率额定功率P PN N：是指电机的输出功率，对发电机系指出线端 输出的电功率；对电动机系指转轴上输出的机械功率输出的机械功率。单位为 W或kW。 （2）额定电压额定电压U UN N：是指在额定工作条件下，电机出线端的平均 电压。对于电动机是指输入端的额定电压，对于发电机是指输 出端的额定电压。单位为V。 （3）额定电流额定电流I IN N：是指电机在额定电压下，运行于额定功率时

17、 的电流值。 单位为A。 （ ：效率）：效率） （4）额定转速额定转速n nN N：是指对应于额定电压、额定电流、电机运行 于额定功率时所对应的转速。单位为rmin。直流电机的转速 一般在500r/min 以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如 每分钟几转）或很高（每分钟3000转以上）。 调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过1.2nN 。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 额定值还有N ， TN ， N ， If N等 直流发电机的额定功率为：直流发电机的额定功率为： PN =UN IN 直流电动机的额定功率为：直流电动机的额定功率为： PN =UN IN N 如果 I IN ，为欠载或轻载； 如果 I IN ，为过载或超载； 如果 I IN ，为满载运行。 电机运行时，所有物理量与额定值相同电机运行时，所有物理量与额定值相同电机运行于电机运行于 额定状