直流电机考工

直流电动机工作原理直流电动机的应用

本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向及改善换向方法，分析直流发电机的运行特性和直流电动机的工作特性。优点：起动性能和调速性能好，过载能力大。缺点：存在电流换向问题，结构工艺复杂，是由有色金属多，价格昂贵，运行可靠性差。1.1直流电机的结构直流电动机结构：主要由定子、转子（电枢）两大部分组成一、直流电动机定子部分：直流电机的定子由主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件组成。主磁极：主要作用是建立主磁场。换向极：主要作用是改善换向，安装在两相邻主磁极之间，是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成。

机座——机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。机座的两端装有端盖。端盖——端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。电刷装置——电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成。直流电动机转子部分：转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。电枢铁心——电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽硅钢片叠压夹紧而成。电枢绕组——电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘（右图），并用槽楔压紧。换向器——在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形环夹紧而构成。1.2直流电动机的工作原理

1.2.1直流电动机的物理模型图解释其中固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。在电枢铁心上电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的碳刷，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。1.直流电动机线圈初态受力分析：由左手定则得ab受力向上，cd受力向下。这两个力不是平衡力。运动分析：在这两个力作用下，线圈作顺时针转动。1.2.2直流电机的转动原理2.线圈到了90°受力分析：此时换向器与碳刷没接触，线圈不受力。运动分析：由于惯性线圈将继续转动。3.线圈过了90°后换向器：线圈转过90°后，换向器换向，线圈上电流发生变化。受力分析：线圈转过90°后ab受力向下，cd受力向上。运动分析：线圈继续顺时针转动。4.线圈转到270°受力分析：线圈转到270°时，换向器又和碳刷没接触，线圈不受力。运动分析：由于惯性线圈继续转动。换向器：此时，换向器又换向，电流方向也变化，线圈仍继续顺时针转动。结论：换向器可自动改变线圈中电流方向，能使线圈不停地转动下去。综上可知，通过换向器配合电刷的机械换向作用将外部的直流电流变成直流电动机电枢绕组大小不变、极性交替变化的交变电流，这才使得电枢绕组在稳恒磁场中受到方向不变的转矩作用，从而带动转子旋转，将电能转化为机械能。1.3直流发电机原理

直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。一台直流电机，原则上既可以做直流电动机运行，又可以做直流发电机运行，这叫做直流电机的可逆原理。当原动机驱动电机转子逆时针旋转时同，线圈12将产生感应电动势。如下图，导体1在N极下，高电位接电刷A，；导体2在S极下，低电位接电刷B；电刷A极性为正，电刷B极性为负。导体转过180度，导体2在N极下，高电位接电刷A，；导体1在S极下，低电位接电刷B；仍然是电刷A极性为正，电刷B极性为负，将内部交变的感应电动势变成外部的直流电压，向负载供电。1.4直流电机的铭牌数据额定值是制造厂对各种电气设备在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。直流电动机的主要额定值主要有：⒈额定功率PN：对于直流电动机，PN是指电动机轴上输出的机械功率，所以公式中还应有效率ηN存在。PN＝UNINηN，以“w”或马力为单位。⒉额定电压UN：指额定状态下电枢出线端的电压，以“V”为量纲单位。⒊额定电流IN：

指电机在额定电