中职电机与控制第一章教学课件

1、正版可修改PPT课件(中职）电机与控制第一章教学课件第一章 直流电动机第一节 直流电动机的结构和分类第二节 直流电机的基本原理与结构第三节 直流电动机的启动、反转和调速第四节 其他类型的直流电动机第五节 直流电动机常见故障的检修返回第一章 直流电动机本章概述直流电动机使用直流电源，与交流异步电动机相比，直流电动机具有更好的启动和运行性能，因此直流电动机应用在要求携带方便、在特殊场合使用或对电动机的性能要求较高的日用电器中，例如电子音像设备、办公设备、清洁、美容保健、医疗用的器械、仪器仪表、电动玩具等。教学目标1.了解直流电动机的结构和分类;2.掌握直流电动机的基本原理与结构;3.掌握直流电动机

2、的常见故障及检修。返回第一节 直流电动机的结构和分类一、直流电动机的基本结构直流电动机的基本结构也是由定子、转子和结构件(端盖、轴承等)三大部分所组成。图1-1是一台电磁式直流电动机的结构示意图。 1.定子定子包括机座、主磁极、换向磁极、前、后端盖和电刷装置等几个部分。(1)主磁极主磁极的作用是产生主磁场，由主磁极铁芯和主磁极绕组两部分组成，主磁极安装在机座上。直流电动机的机座也是磁路的一个构成部分，因此由铁磁性材料制成。日用电器使用的直流电动机多为永磁式直流电动机，其主磁极用永久磁铁制成。下一页返回第一节 直流电动机的结构和分类(2)换向磁极直流电动机的换向是一个比较复杂的过程。在换向时，会

3、在电刷与换向器的接触面上产生火花，不利于电动机的运行，因此一般的直流电动机上都装有换向磁极来减小火花，以改善电动机的换向性能。换向磁极也由铁芯和绕组构成，安装在两个相邻的主磁极间的中性线上(如图1 -1(b)所示)。换向磁极的绕组一般与电枢绕组串联。在日用电器中使用的永磁式直流电动机的功率较小，由于结构限制一般不装换向磁极。(3)端盖和电刷装置在前、后端盖内装有轴承，用以支撑电枢。后端盖上还固定有电刷装置。上一页下一页返回第一节 直流电动机的结构和分类电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座、弹簧等组成，电刷(碳刷)放在刷握内，由弹簧对电刷产生径向压力以和换向器保持紧密接触。刷握固定在刷杆上，刷杆则

4、固定在刷杆座上，从而构成一个部件整体(如图1-1(a)所示)。 2.转子(电枢)根据对直流电动机运转原理的分析，可见转子是直流电动机实现能量转换的枢纽，所以又称之为“电枢”。电枢包括电枢铁芯、电枢绕组及换向器。(1)电枢铁芯和电枢绕组电枢绕组由嵌放在电枢铁芯槽内的线圈按一定规律连接而成，线圈嵌入铁芯槽后用槽楔压紧。铁芯槽有直槽和斜槽之分。上一页下一页返回第一节 直流电动机的结构和分类(2)换向器换向器也是直流电动机的一个关键部件，电枢绕组的线头接到换向器的铜片上，换向器与电刷保持滑动接触，使电枢电路与外电路保持接通，并将外电路的直流电流转换成电枢电路的交流电流。换向器由铜片和云母片一片隔一片均

5、匀地排列成圆形，再经过压装而成。 二、直流电动机的分类根据定子磁场的不同，直流电动机主要可分为永磁式和励磁(电磁)式两大类，永磁式可分为有(电)刷和无(电)刷两类，而励磁式根据励磁绕组通电方式的不同，又可分成串励、并励、复励和他励四类。上一页下一页返回第一节 直流电动机的结构和分类在四类励磁式直流电动机中，他励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组各由独立的电源供电，而串励、并励和复励式的励磁绕组与电枢绕组共用一个电源，所以又统称为“自励式”。上一页下一页返回第一节 直流电动机的结构和分类其中串励式、并励式的励磁绕组分别与电枢绕组串联和并联。复励式的励磁绕组分为两个绕组，一组与电枢绕组串联，一组与电

6、枢绕组并联;如果两个绕组所产生的磁通方向相一致，则称为积复励;如果两个绕组所产生的磁通方向相反，则称为差复励。励磁式直流电动机的绕组连接方式如图1-2所示。上一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构直流电机是根据导体切割磁力线产生感应电动势和载流导体在磁场中受电磁力的作用这两条基本原理制造的。因此，从结构上看，任何电机都包括磁路和电路两部分;从原理上讲，任何电机都体现了电和磁的相互作用。一、直流电机的工作原理1.直流发电机工作原理 两极直流发电机原理如图1-3所示。图中N,S是一对在空间固定不动的磁极，磁极可以由永久磁铁制成，也可以在磁极铁芯上绕以通有直流电流的励磁绕组来产生N,S极。在N、S

7、磁极之间装有铁磁性物质构成的圆柱体，圆柱体外表面开槽并在其中嵌放线圈abcd，整个圆柱体可在磁极内部旋转，能够转动的部分称为转子或电枢。下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构电枢线圈abcd的两端分别与固定在轴上相互绝缘的两个半圆铜环(换向片)相连接，构成了简单的换向器。换向器通过静止不动的电刷A和B，将电枢线圈与外电路相接。电枢由原动机拖动，以恒定转速按逆时针方向旋转。当线圈有效边ab和cd切割磁力线时，便在其中产生感应电动势，其方向用右手定则确定。如图1-3所示瞬间，导体ab中的电动势方向由b指向a，导体cd中的电动势则由d指向。，从整个线圈来看，电动势的方向为d指向c通过端部连接线c

8、b,再由b指向a。 因此外电路中的电流自换向片1流至电刷A，然后经过负载流至电刷B和换向片2，进入线圈。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构此时，电流流出线圈处的电刷A为正电位，用“+”表示;而电流流入线圈处的电刷B则为负电位，用“-”表示。也就是电刷A相当于电源的正极，电刷B相当于电源的负极。电枢旋转1800后，导体ab和cd以及换向片1和2的位置同时互换，电刷A通过换向片2与导体cd相连接，此时由于导体cd取代了原来ab转到N极下，所以电刷A的极性仍然为正;同时电刷B通过换向片1与导体ab相连接，而导体ab此时已转到S极下，因此，电刷B的极性仍然为负。可见，通过换向器和电刷，能

9、够及时地改变线圈与外电路的连接，可以使线圈产生的交变电动势变为电刷两端方向恒定的电动势，保持外电路的电流按一定方向流动。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构由电磁感应定律(e = Blv )，线圈感应电动势e的波形与气隙磁感应强度B的波形相同，即线圈感应电动势。随时间变化的规律与气隙磁感应强度B沿空间的分布不同。在直流电机中，磁极下气隙磁感应强度按梯形波分布，如图1-4所示。因此，通过电刷和换向器的作用，电刷两端所得到的电动势的方向是恒定的，但大小却在零与最大值之间脉动，如图1-5所示。由于线圈只有一匝，产生的电动势很小。如果在直流电机电枢上均匀分布很多线圈，并相应增多换向片的数目

10、，使每个线圈两端均分别接至换向片上，这样，电刷两端总的电动势脉动值将显著减小，如图1-6所示，同时其值也大为增加。由于直流电机中线圈、换向片数目很多，因此，可以认为电刷两端的电动势是恒定的直流电动势。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构 2.直流电动机工作原理 图1-7所示为直流电动机原理图。直流电动机基本结构与发电机完全相同，只是将直流电源接至电刷两端。当电刷A接至电源的正极，电刷B接至负极，电流将从电源正极流出，经过电刷A、换向片1、线圈abcd到换向片2和电刷B，最后回到负极。根据电磁力定律，载流导体在磁场中受电磁力的作用，力的方向由左手定则确定。如图1-7所示导体ab所受电

11、磁力方向向左，而导体cd所受电磁力的方向向右，这样就产生了一个转矩。在此转矩的作用下，电枢便按逆时针方向旋转起来。当电枢从图1-7所示的位置转过900时，电刷不与换向片接触而与换向片间的绝缘物接触，这时线圈中电流为零，因而电枢旋转的转矩消失。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构由于机械惯性，电枢仍能转过一个角度，使电刷A,B分别与换向片2,1接触，于是线圈中又有电流流过。此时电流从正极流出，经过电刷A、换向片2、线圈到换向片1和电刷B，最后回到电源负极，此时导体ab中的电流改变了方向，同时导体ab已由N极下转到S极下，其所受电磁力方向向右。同时，处于N极下的导体cd所受的电磁力方向

12、向左。因此，在转矩的作用下，电枢继续沿着逆时针方向旋转。因此电枢便一直旋转下去，这就是直流电动机的基本原理。由上可知，直流电动机电刷位置固定，直流电流经电刷和换向片接入处于N极(或S极)下的线圈，而不是恒接入某个线圈，所以产生的转矩是脉动的。如果每极换向片数增至8片以上(相应也增加线圈数)，就可得到几乎不变的转矩。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构直流电机可作发电机运行，也可作电动机运行，这就是直流电机的可逆原理。如果原动机拖动电枢旋转，通过电磁感应，将机械能转换为电能供给负载，这就是发电机;如果由外部电源供给电机，由于载流导体在磁场中受到电磁力的作用，产生电磁转矩拖动负载转动，

13、又成为直流电动机。二、直流电动机的电磁转矩和电压平衡方程 1.电磁转矩和交流电动机一样，直流电动机的电磁转矩也是载流的转子导体在磁场中受电磁力作用而产生的，所以电磁转矩T与磁通及电枢电流Ia成正比。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构即式中CT为与电机结构有关的转矩常数。2.电枢电动势当直流电动机转动时，电枢绕组因切割磁感应线而产生的感应电动势称为电枢电动势，电枢电动势也与磁通成正比，而且还与导体切割磁感应线的速度(即电动机的转速n)成正比，即式中Ce为电动势常数，也是取决于电机的结构。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构 3.电枢回路的电压平衡方程式由直流电动机的电枢

14、回路(如图1 -8所示)，可列出电枢回路的电压平衡方程式或式中的U为电源电压，Ra为电枢回路的电阻，通常Ra很小，所以E与U很接近，由图可见E为反电动势，即与外加电压的方向相反。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构例1-1 一台直流电动机在正常运行时外加直流电源电压为220V，电枢电流为10 A，电枢电阻为0. 5，试求反电动势。解: E=U- Ra Ia =(220-0.5 x10)V=215 V三、直流电动机的机械特性1.他励(并励)式电动机的机械特性直流电动机的机械特性也是指其转矩T与转速n之间的关系。在他励(或并励)式直流电动机中，如果励磁电压不变，磁通也就恒定不变。由式(

15、1-1),(1-2),(1-3)可推出上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构将式(1 -5)所示的T-n关系用曲线画出，就是直流电动机的机械特性曲线，如图1-9所示。由式(1 -5)中的第一项n0:若T=0，则n=U/(Ce)=n0 。 n0为曲线与纵坐标轴的交点，称为“理想空载转速”，当U, 不变时， n0为一定值。由式(1 -5)中的第二项n:因磁通少恒定，C e、CT为常数，Ra为电枢回路的电阻，也基本为一定值，所以Ra /(C e CT 2)可视为常数，转速降nT,T-n之间为线性关系，由图1 -9可见直流电动机的机械特性曲线为一条略为下垂的直线。这是因为R。很小，所以n也很

16、小，随着转矩T的增加而转速n略有下降。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构一般从空载到满载，电动机的转速降n仅为额定转速的5%10%。由此可见，(他励、并励式)直流电动机具有较“硬”的机械特性，因而被广泛应用于要求转速较稳定且调速范围较大的场合。综合式(1-1)式(1-5)所反映的直流电动机内部各物理量之间的关系，可分析直流电动机在运行时内部各物理量的调节和能量平衡的关系。(1)当电动机稳定运行时上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构设此时工作点为(如图1-9所示)机械特性曲线上的a点。(2)当电动机的负载变化时(以负载增加造成转速下降为例)电动机内部的自动调节过程为调节

17、后电动机的工作点为(如图1-9所示)机械特性曲线的b点。由以上分析可见，直流电动机的反电动势E(式(1-2)的作用是:当电动机的机械负载变化时，通过E的变化反映到电枢电路，引起电流的变化。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构当电动机转轴上输出的机械功率增加时，电动机电枢电路输入的电功率也要相应增加，以实现能量的平衡。电动机的工作磁场是实现机一电能量转换的“媒介”，而电枢反电动势E可视为实现这一转换的标志。永磁式直流电动机的主磁极用永久磁铁制成，其磁场基本恒定，因此永磁式直流电动机的机械特性和他励(并励)式直流电动机的机械特性基本一致。在此需要指出的是:他励或并励式直流电动机在运行时

18、，切不可断开其励磁绕组，否则励磁电流为零，铁芯中仅剩微弱的剩磁，因磁通小，反电动势E也很小，在电源电压U一定时，电枢电流iE=(U-E)/Ra将骤升，转矩T也因ia的升高而急剧上升，以致超过安全限度，这种现象称之为“飞车”，是很危险的。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构飞车现象在电动机空载或轻载运行时更容易发生，而在满载运行时则出现另一种可能:因磁通少减少的程度大于ia增加的程度，从而使转矩T反而减小，造成电动机堵转(所谓“堵转”，是指电动机带负载时，若电动机的动力转矩小于负载转矩，导致电动机转动不起来，转速为零)。堵转时因，n =0,E =0，堵转电流ia = U/Ra同样很大

19、。无论哪一种情况，都会造成电动机严重损坏甚至引起严重的事故。所以励磁式直流电动机一般设有失磁保护，当电动机的工作磁场消失时能自动切断电源使电动机自动停机。当然永磁式直流电动机一般没有这个问题。2.串励式电动机的机械特性串励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流就是电枢电流，其特点是工作磁通随负载变化。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构当负载增加时，电流增加，若磁路未饱和，可认为磁通少与电枢电流成正比，则电磁转矩大大增(因 )，转速n随之显著下降;反之若负载减小，电流减小，磁场减弱，转矩下降，转速却急剧上升。可见串励式直流电动机具有软的机械特性，由图1-10可见，电动机空载

20、时转速很高，满载时转速很低。这种机械特性对电动工具很适用。串励式直流电动机适用于负载经常变化而对转速不要求稳定的场合，当负载增加时，转速将自动降低，而其输出功率却变化不大。因串励式直流电动机的电磁转矩与电枢电流的平方成正比，因此当转矩增加很多时，电流却增加不多，所以串励式直流电动机具有较强的过载能力。上一页下一页返回第二节 直流电机的基本原理与结构但是在轻载时转速将很高，空载时将出现“飞车”，因此绝不允许空载或轻载运行，在启动时至少要带上20%30%的额定负载。此外，还规定这种电动机与负载之间只能是齿轮或联轴器传动，而不能用皮带传动，以防皮带滑脱而造成“飞车”事故。至于复励式直流电动机的机械特

21、性，则介于上述两种电动机的机械特性之间，适用于启动转，矩较大而转速变化不大的负载。上一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速一、直流电动机的启动直流电动机从接通电源开始，转子转速由静止升高到额定值的过程，称为启动过程。启动过程中，不但转速在变化，电流、转矩也在变化。直流电动机有全压启动、变阻器启动和降压启动三种方法。1.全压启动全压启动就是将电动机直接接到额定电压的电源上启动。如图1-11所示的并励电动机全压启动原理接线图，启动前先合励磁开关S1，以建立起磁场，然后合电枢开关S2进行启动。下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速全压启动过程中，电流ia和转速n变化情况如图1-12所示

22、。合闸后，电流i。很快上升， ist= U/R，产生启动转矩MQ。在启动转矩作用下，电动机开始转动并产生反电动势-E，随着转速n升高，-E逐渐增大，电流ia开始下降，电磁转矩也开始下降，于是转速缓慢上升，直到转矩与负载转矩相等时，转速才稳定下来，启动过程结束。全压启动的优点是不需要其他设备，操作简便。缺点是启动电流大，启动转矩大，工作机械冲击较大，对电网影响较大，只适用于小型电动机。2.变阻器启动上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速变阻器启动就是在启动时，将一组启动变阻器R串入电枢回路，以限制启动电流，待转速上升以后，再逐段将启动电阻切除，采取此法启动时的启动电流为只要RQT数

23、值选择适当，就能将启动电流限制在允许范围内，一般限制在额定电流的2. 5倍左右。变阻器启动广泛应用于各种中小型直流电动机中，其缺点是变阻器较笨重，启动过程中消耗很多电能。3.降压启动降压启动就是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的方法，来限制启动电流，降压启动要有一套可变电压的直流电源。上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速目前不少场合已经采用晶闸管电路作为直流电动机的可调电源。电枢回路不必串联启动变阻器，直接与可调电源连接，使电压从零升至额定值，完成启动过程。但要注意，对励磁绕组的电压一开始就要加到额定值，否则启动电流仍很大，启动转矩却很小，以致不能启动。例1 -2有一台并励直

24、流电动机，它的额定输出功率为R2N = 25 kW，额定电压UN =110 V，额定电流IN = 263 A，额定转速nN =1 000 r/min，电枢绕组的电阻Ra= 0. 04 。求:(1)直接启动时，启动电流大小;(2)若采用变阻器启动，将启动电流限制在额定电流的2. 5倍，应串联电阻的阻值是多少?上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速解(1)全压直接启动时E2= 0故(2)采用串电阻器启动二、直流电动机的反转使用直流电动机的许多设备，常常要求电动机既能正转，又能反转，如龙门刨床工作台的往复运动，电车的前进和后退等。直流电动机的电磁转矩是由主磁通和电枢电流相互作用而产生的

25、，任意改变二者之尸的方向，就可以改变电磁转矩方向。上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速所以使直流电动机反转的方法有两种:保持电枢两端电压极性不变，把励磁绕组反接，使通过励磁的电流方向改变。保持励磁绕组电流方向不变，把电枢绕组反接，使通过它的电流反向。如果两电流方向同时改变，则电动机旋转方向不变。由于并励电动机的励磁绕组匝数很多，电感比较大，励磁电流方向改变时，会在绕组中产生很大的自感电动势，在开关处产生火花，损坏开关。实际上，一般都采用改变电枢电流方向的办法来改变电动机的转向。上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速三、直流电动机的调速电动机在机械负载不变的情况下，

26、改变电动机的转速叫做调速。如电车和电力机车的速度调节需要改变电动机的转速。直流电动机具有良好的调速性能，能在广泛的范围内平滑而经济的调速。调速方法可以由电动机的机械特性方程 ) 看出，当转矩M不变(即负载不变)时，影响电动机转速的有电源电压、电枢电阻Ra和主磁通三个因素，只要改变三个因素中的任意一个，电动机的转速就可以得到调整。上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速1.改变电枢回路的电阻调速对已经出厂的电动机，它的电枢电阻Ra是一定的，但是可以在电枢回路中串联一个可变电阻来调速。原理接线图如图1-13所示，与电枢回路串联电阻器启动原理接线图相同。但有一点要注意，调速变阻器可以作为

27、启动变阻器用;相反，启动变阻器却不能作为调速变阻器用。原因是启动变阻器按短接时工作设计的，不能够长时间通电使用。根据并励和串励电动机的自然和人工特性曲线可知，当负载一定时，在电枢回路串联电阻能使转速下降。但此法只能分挡将转速调低，是有级调速。如采取滑动变阻器，可做到无级调速。上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速这种调速方法的特点是:电动机只能得到比自然机械特性更陡的机械特性，即转速只能调低。低速时，调速电阻上通过较大的电流，使电动机效率降低。如果负载稍有变动，电动机的转速就会有较大的变化，这对于恒转速负载不利。这种调速方法的特点是设备简单，多用于负载对转速的稳定性要求不高的设备

28、中，如起重机、电车等。2.改变电枢端电压调速从电动机的机械特性方程可知，提高或降低电枢的端电压，也可相应地提高或降低直流电动机的转速。上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速采用这种方式调速时，应注意保持励磁电流不变，只改变电枢电压。因此需要可变电压的直流电源。近几年来，晶闸管整流设备作为可调电压的直流电源已经普遍使用。采用这种方法调速比较方便。改变电枢电压的机械特性曲线如图1-14所示。这种调速方法的特点是:可以得到平滑调速。机械特性较硬，转速稳定。 转速只能调低，不能调高。3.改变励磁回路电阻调速从电动机机械特性方程可知，当U为恒值时，调节励磁电流可改变主磁通，也可以调节转速。

29、上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动、反转和调速变磁通调速一般是增大励磁回路电阻，使磁通减小，就使得转速上升。其原理线路图如图1-15所示。在励磁回路中串联一只调速电阻RP1当电枢回路附加电阻RP2=0时，通过调节励磁回路电阻RP1来调节转速，其特性如图1-16直线1所示。调速后的直线2/3比自然机械特性升高，可见转速是上升的。从转矩M= 来看，当转矩M不变时，减小，则电流ia必然增大，如调速前ia已达到额定值，则降低少后，就超过额定值，这是不允许的。如调速前ia低于额定值，当减小时， ia增大，转速升高，输入和输出的功率同时增加，机械效率基本不变。上一页下一页返回第三节 直流电动机的启动

30、、反转和调速这种调速的特点是:可得到无级平滑调速。励磁电流小，能量消耗少，调速范围大，高速等于3 4倍低速。调速后的机械特性较硬，转速较稳定。缺点是只能使转速升高，不能获得低于自然机械特性以下的转速。如果改变电枢电压和改善励磁回路电阻调速法配合使用，可以得到很广的调速范围。在调速性能要求较高的机械设备中多采用这种方法。上一页返回第四节 其他类型的直流电动机一、永磁式直流电动机1.永磁式直流电动机的结构在日用电器中使用的直流电动机，基本上是永磁式直流电动机。永磁式直流电动机的定子是由永久磁铁制成，其他部分的结构与他励式直流电动机没有太大的区别在电动清洁用具、电动玩具上使用的微型永磁式直流电动机，

31、因其功率小、体积小，在结构上有其特殊。永磁式直流电动机的结构如图1-17所示，主要由定子、转子和端盖三部分组成。下一页返回第四节 其他类型的直流电动机(1)定子定子包括永久磁铁(磁钢)和机壳。永久磁铁采用铁氧体、铝镍钴和稀土(包括钕铁硼)三类永磁材料制成，其充磁方式有两种:一种是沿磁钢的长度方向充磁，电动机的外壳采用不导磁的铝合金;另一种是沿磁钢的径向充磁，外壳采用铁磁性材料制成，构成电动机磁路的一部分。(2)转子日用电器使用的永磁式直流电动机，其转子铁芯一般由冲成三翼式的硅钢片叠压而成，如图1-18(a)所示，铁芯上绕有电枢绕组，铁芯中间穿有转轴，转轴两端与轴承配合。转轴上套有换向器。换向器

32、由三片瓦形换向片装在塑料衬套上构成圆柱形，如图1-18(b)所示。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机三槽电枢绕组的线端与相应的换向片相连，可有两种连接方法:一种是三个线圈的一端分别接换向片，另一端接在一起;另一种方法是三个线圈首尾串联，三个接线点分别接换向片。(3)端盖后端盖一般为塑料材料制成，在端盖内装有一对电刷。两片电刷应平行地装在换向器的两面，如图1-18(b)所示，依靠其弹性和换向器保持紧密接触，直流电流通过电刷和换向器送入电枢线圈。2.永磁式直流电动机的运行特性在前面已介绍过，永磁式直流电动机的机械特性与他励(并励)式直流电动机基本相同。但永磁式直流电动机的工作电压一般较低

33、，因此电刷与换向器的接触电阻及由此产生的电压降对电动机的运行影响较大。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机此外，永磁式直流电动机一般采用直接启动，在直接启动、堵转和反转瞬间产生的大电流会对磁钢起去磁作用，这在使用电动机和选择电源时应注意。永磁式直流电动机可采用调压和调节电枢回路电阻的方法调速，有的还要求有稳速控制。二、无刷直流电动机无刷直流电动机也属于永磁式直流电动机。针对直流电动机有换向器和电刷，因而存在有换向火花、噪声大、会产生电磁波干扰等缺点，推出了采用电子换向装置取代机械换向装置的无刷直流电动机。无刷直流电动机由于仍具有一般直流电动机的优异性能，因此用途更加广泛，现已被广泛应用

34、于计算机、打印机、摄像机和电子音像设备中，同时也被用于电风扇、洗衣机等日用电器中。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机据统计，全世界无刷直流电动机的产量(台数)已占永磁式直流电动机总产量的1/20，已成为小功率直流电动机的一大类别。无刷直流电动机由电动机本体、转子位置传感器和电子换向控制电路三部分组成，如图1-19所示。1.电动机本体电动机本体由主定子、主转子组成。主转子为永久磁钢。主定子相当于普通直流电动机的电枢，在定子铁芯槽中嵌放有定子绕组。为获得较平稳的转矩，增大电动机的功率，一般采用多相的绕组结构。当定子绕组通以直流电时，与转子作用产生电磁转矩，该转矩随着转子的位置变化。上一页

35、下一页返回第四节 其他类型的直流电动机与前述直流电动机的运转原理相似，定子电流必须根据转子位置的变化适时换向，才能获得单一方向的电磁转矩，使电动机能够持续地转动起来。2.转子位置传感器位置传感器在无刷直流电动机中起着转子位置的跟踪作用，它将转子的位置信号转换成控制电路所需的电信号。常用的位置传感器有下面几种:(1)电磁式电磁式位置传感器是利用电磁感应的效应得到转子的位置信号。其基本原理是:在转子上有一个扇形的导磁片，随着转子的转动发出相应的电信号。这种传感器的优点是输出信号大、工作可靠、工作寿命长、结构较简单;缺点是体积较大、制造工艺较复杂。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机(2)光

36、电式光电式位置传感器由随转子一起旋转的遮光罩和固定不动的光源和光电管组成，其原理如图1 - 20所示。在遮光罩上开有缝隙，图中所示缝隙正对着光电管VD1，使光源的光线正好射到VD1上，使之产生电流输出，此时电动机的三组绕组中只有W1绕组有电流通过，另两组绕组因光电管VD2和VD3被遮光罩挡住光线而没有电流通过。当转子继续旋转时，三只光电管由遮光罩控制依次受到光线照射，使三组绕组轮流通电，于是电动机能够持续地旋转。光电式位置传感器性能较稳定，结构较简单，但耐震能力差，光源的寿命较短，且对环境的要求较高。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机(3)磁敏式磁敏式位置传感器也由定子和转子两部分组

37、成，其转子可以借助电动机的永磁转子，也可以在转轴上另装永磁磁极。磁敏元件用对磁场敏感的半导体材料制成，常用的有霍尔元件、磁敏二极管和磁敏电阻。磁敏元件放在传感器的定子上。磁敏元件检测到的转子位置信号经处理后，可控制电动机的定子绕组按顺序通电。3.电子换向控制电路电路主要由位置信号处理单元和功率逻辑开关单元组成。来自位置传感器的控制信号经信号处理单元处理后，送到功率逻辑开关单元，用作控制电动机绕组的通、断电，其原理框图如图1-19(a)所示。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机目前已有许多专用于控制无刷直流电动机的集成电路(如MC33035 )，组成开环或闭环控制系统，以调节和控制无刷电

38、动机的转速。无刷直流电动机的缺点是转矩随转子位置变化的波动较大。增加定子绕组的相数可以减少转矩的波动，但又相应提高了电动机的造价。而且即使如此，其转矩仍然不如有刷直流电动机平稳。三、直流伺服电动机所谓“伺服”电动机，是一种能够将输入的电压信号转换成转轴上的角位移或角速度输出的电动机，因为伺服电动机多在自动控制系统中作为执行元件使用，所以也称为执行电动机。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机对伺服电动机的基本要求是:在输入信号到来之前，转子静止不动;当信号到来时，转子立即转动，而且其转速与信号电压能保持线性关系;当信号消失时，转子立即停转，无自转现象。由此来看，伺服电动机就是对调速的精度

39、、灵敏度要求更高的电动机。伺服电动机分为交流和直流伺服电动机两大类，其中以直流伺服电动机应用较为广泛。直流伺服电动机的工作原理与他励直流电动机基本相同，只是为了减小转子的转动惯量，其转子的结构形式与一般直流电动机有较大的区别。此外，为了减轻电动机的重量，其励磁方式往往采用永磁式。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机随着近年电子技术的发展和自动化程度的不断提高，直流伺服电动机的应用日益广泛，要求也不断提高，因此出现了许多新的结构形式，如印制绕组永磁式直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机、无槽电枢直流伺服电动机等，下面做一简单介绍。1.印制绕组永磁式直流伺服电动机这种电动机又称为盘状转

40、子直流伺服电动机，因其转子如盘状(如图1-21(b)所示)而得名，由于转子的铁芯很小，因而这种电动机惯性很小，可以快速启动和制动。印制绕组永磁式直流伺服电动机的结构如图1-21所示。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机其圆盘状转子的基片由塑料材料压制而成，绕组由铜箔冲制而成，并贴在转子基片上(也有用导线绕制后与塑料基片塑压而成)，绕组导体沿径向成辐射状排列。直流电源通过正、负电刷直接与导体接触输入。磁场由永久磁铁产生，永久磁铁安装在机座两侧的端盖上，与机座一起构成闭合磁路。当转子导体通入直流电后，将在磁场中受到电磁力的作用而产生电磁转矩，驱动转子旋转。如果改变转子电流的方向，转子就会反

41、转。这种电动机的主要优点是机械和电磁的惯性小，可以在极短的时间内达到恒定的转速或制动停转;换向性能好，在低速运转时较平稳，且有较精确的转子定位;转子导体散热条件好，可允许较大的短时过载;电动机轴向尺寸小，适合于要求薄形安装的场合。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机印制绕组永磁式直流伺服电动机主要适用于低速运转和启动、正反转频繁的控制系统，如机床控制系统、计算机设备、摄像机等。如作驱动电动机使用，则用于电力机车、吊扇、汽车电器等。国产印制绕组永磁式直流伺服电动机的型号为SN型。2.空心杯电枢直流伺服电动机这种伺服电动机的结构特点是电枢没有铁芯只有绕组，整体结构如图1-22(a)所示，该绕组按一定形式编织成薄壁圆筒形，用环氧树脂赫结成形，并与电枢支架赫结在一起成杯子形状，所以称为“空心杯电枢”，如图1-22(b)所示。上一页下一页返回第四节 其他类型的直流电动机空心杯电枢直流伺服电动机的磁路如图1-22(c)所示，主磁极由永久磁钢制成，外加直流