电机学第23章课件

1、23-1 直流电机的工作原理、结构和额定值一、直流电机的工作原理1、直流发电机的工作原理 图3.1直流发电机原理模型 1-磁极 2-电枢 3-换向器 4-电刷图 23-1 直流发电机的原理模型在图所示瞬间，感应电动势方向如图23-1所示，这时电刷A呈正极性，电刷B呈负极性。当线圈逆时针方向旋转180时，导体cd位于N极下，导体ab位于S极下，两导体中的电动势都改变了方向。由于换向片随着线圈一同旋转，本来与电刷B相接触的换向片，现在与电刷A接触；原来与电刷A相接触的换向片与电刷B接触，电刷A仍呈正极性，电刷B仍呈负极性。可以看出，与电刷A接触的导体永远位于N极下，与电刷B接触的导体永远位于S极下

2、。电刷A始终为正极性，电刷B始终为负极性，电刷两端能引出方向不变的电压。 线圈abcd切割磁力线产生感应电动势。由右图可以看出：换向器使线圈内的交变感应电动势转变为电刷两端的直流电压，该直流电压有较大的脉动。在实际电机中，电枢上线圈数很多，并按照一定的规律连接起来，可使电压脉动较小以获得波形较好的直流电压。这就是直流发电机的工作原理。 图3.2 气隙磁密、线圈内感应电动势 和电刷之间的电压图23-2 电势波形图2、直流电动机的工作原理 图23-3为直流电动机的原理模型。与上图不同的是：线圈没有原动机拖动，电刷A、B接至直流电源，线圈abcd中有电流流过，电流的方向如图所示。 载流导体受到的电磁

3、力为： 图23-3 直流电动机原理模型1-磁极 2-电枢 3-换向器 4-电刷导体受力的方向用左手定则确定。如图23-3所示瞬间，导体ab的受力方向是从右向左，导体cd的受力方向是从左向右，都产生逆时针方向的转矩，使电枢沿逆时针方向转动。当电枢转过180o后，导体cd在N极下，导体ab在S极下，直流电源供给的电流方向不变，但线圈内电流方向发生了变化，导体cd受力方向变为从右向左，导体ab受力方向变为从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向，使线圈继续沿逆时针方向旋转。因此，由于换向器的作用，直流电流交替地由导体ab和cd流入，使处于N极下的线圈边中电流的方向总是由电刷A流入，而处于S极下的

4、线圈边中电流的方向总是从电刷B流出，从而产生方向不变的转矩，使电动机连续旋转，这就是直流电动机的工作原理。3、直流电机的可逆运行从上述电磁现象可以看出，直流电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行。如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，机械能从电机轴上输入，电刷端输出直流电压，将机械能转换成电能；反之，如在电刷端加直流电压，将电能输入电机，从电机轴上输出机械能，拖动机械负载工作，将电能转换成机械能。同一台电机既能作发电机又能作电动机运行，称为电机的可逆运行。直流电机的结构形式多种多样，下图是一台小型直流电机的结构剖面图。 图 23-4 直流电机的结构剖面图1换向器 2电刷装置 3机座 4主磁

5、极5换向极 6端盖 7风扇 8电枢绕组 9电枢铁心23-2 直流电机的基本结构直流电机由静止的定子和转动的转子构成，定、转子之间有一间隙，称为气隙。 直流电机的定子，主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。 直流电机的转子，主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器和转轴等组成。 主磁极在直流电机中，主磁极由磁极铁心和励磁绕组组成，其作用是在气隙内产生气隙磁场。下图是主磁极的装配图。各主磁极上励磁绕组的连接必须使励磁电流产生的磁极呈N、S极交替排列。 图23-5 直流电机的主磁极1主极铁心 2励磁绕组 换向极功率在1kW以上的直流电机，通常要在相邻两主磁极之间装设换向极，又称附加极或间极，其作用是改

6、善换向。换向极也由铁心和绕组构成，如下图所示。铁心一般用整块钢或薄钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串联。图23-6 直流电机的换向极机座机座有两方面的作用：一是导磁，二是作机械支撑。 电刷装置电刷装置是将直流电流引入或引出的装置，如图所示。电刷组的数目可以用电刷杆数 表示，电刷杆数与电机的主磁极数相等。 图23-7电刷装置电枢铁心 电枢铁心有两方面作用：一是作为主磁路的一部分，二是用于嵌放电枢绕组。 电枢绕组 电枢绕组由许多线圈按一定规律排列和连接而成，是产生感应电动势和电磁转矩以实现机电能量转换的关键部件。线圈用绝缘圆形线或扁铜线绕制而成，也称为元件。电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元件有两个出线端。所有元件按一定规律连接，就构成电枢绕组。图23-8 直流电机的电枢 换向器 换向器也是直流电机的重要部件。在直流发电机中，换向器将绕组内的交变电动势转换为电刷两端的直流电动势；在直流电动机中，换向器将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流。换向器安装在转轴上，如图所示，由许多换向片组成，换向片之间用云母进行绝缘，换向片数与元件数相等。 图23-9 换向器直流电机运行时，若各物理量都与额定值相同，称为额定运行状态或额定工况。 额定功率 （W或kW）指电机在额定状态时的输出功率。对于电动机，是指轴上输出的机械功率；对于发电机，是指线端输出的