电机与电器-直流电机

电机与电器——直流电机第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机一、直流发电机二、直流电动机三、直流电机的可逆性

在不同的外界条件下，一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，这在电机理论中称为可逆原理。第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的结构第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的结构第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的结构1、主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。铁心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的结构2、换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成，数目与主磁极相等。第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的结构3、电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的，如图1.7所示。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的结构4、电枢铁心电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的结构5、换向器在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的结构主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极：改善换向。电刷装置：与换向器配合,完成直流与交流的互换机座和端盖：起支撑和固定作用，机座也是电机中磁路的一部分。定子转子电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。

是能量转换的中枢。换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换转轴轴承第十页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的工作原理简单模型简介：N，S——静止磁场，产生磁通（定子主磁极）电枢绕组——线圈abcd换向器—固定在转轴上且与转轴绝缘的两个铜质的半圆环电刷——与换向片滑动接触，是旋转的线圈与外界静止的电路相连接。第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的工作原理1、直流发电机的工作原理

在图示瞬间，导体ab、cd的感应电动势方向分别由b指向a和由d指向c。这时电刷A呈正极性,电刷B呈负极性。第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的工作原理

当线圈逆时针方向旋转180°时，这时导体cd位于N极下，导体ab位于S极下，各导体中电动势都分别改变了方向。第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的工作原理

从图看出，和电刷A接触的导体永远位于N极下，同样，和电刷B接触的导体永远位于S极下。直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向是交变的，而通过换向器和电刷的整流作用，在电刷A、B上输出的电动势是极性不变的直流电动势。因此，电刷A始终有正极性，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。

第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的工作原理2、直流电动机的工作原理在图示瞬间，导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，使电枢逆时针方向转动。第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的工作原理

当电枢转了180°后，导体cd转到N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷A流入，经导体cd、ab后，从电刷B流出。这时导体cd受力方向变为从右向左，导体ab受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的工作原理由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。第十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的工作原理一台直流电机原则上可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，取决于外界不同的条件。将直流电源加于电刷，输入电能，电机能将电能转换为机械能，作电动机运行；如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，输入机械能，电机能将机械能转换为直流电能，从电刷上引出直流电动势，作发电机运行。同一台电机，既能作电动机运行，又能作发电机运行的原理，称为电机的可逆原理。第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的铭牌数据额定容量PN：输出功率额定电压UN：额定状态下出线端电压；额定电流IN：额定状态下出线端电流；额定转速n：额定状态下的电机转速直流发电机：PN＝UN·IN直流电动机：PN＝UN·IN·★第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期一第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的绕组绕组：直流电机的线圈，实现电能与机械能的机电能量转换的部件；为直流电机的主要电路。在电机中按一定规律连接起来，构成直流电机的电枢绕组。要求有：1，产生足够的电动势；

2，尽可能节省材料；

3，结构简单，运行可靠。第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一简单的绕组

单一线圈是不能产生足够的电动势或电磁转矩，必须将多个线圈连接成绕组（称为电枢绕组）第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一简单的绕组 第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一简单的绕组

第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一简单的绕组

第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期一简单的绕组

第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期一简单的绕组

第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期一简单的绕组

结论：位于对称位置的电刷将闭合的六个线圈分为两个并联的支路第二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期一绕组相关概念

元件（线圈）：绕组中每个线圈的两个端子各接到一个换向片上，为绕组的一个单元。直流电机电枢绕组构成原则：将绕组通过换向片连接起来构成闭合绕组。极轴线：磁极的中心线；几何中性线：磁极之间的平分线，P:极对数；极距t：在电枢铁心表面上，一个极所占的距离。可用槽数表示，t=Z/2P槽），式中Z为电枢总槽数；第三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期一绕组相关概念 第一节距（元件节距y1）：同一个元件两个元件边之间的距离。换向节距（yc）：上层元件边与下层元件边所连接的两个换向片之间的距离。以换向片数目表示。第二节距(合成节距y2)：连至同一个换向片的两个元件边之间的距离。Y2=y1－ycy1=Q/2p±ε=整数（Q为电枢的槽数，p为磁极对数）ε是使y1成为整数的一个分数第三十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一123ycy1y2第三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一绕组相关概念基本形式有两种：

1.单叠绕组：元件两个端子连接于相邻的两个换热片上。

2.单波绕组：把元件相隔大约两个极距连接起来。第三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一举例：极对数p=2，槽数Q=16，元件数S=16，换向片数K=16，即Q=S=K=16，画绕组展开图。解：1、计算数据：y1=Q/2p=4，对于叠绕组yc=1，

y2=y1－yc=32、画展开图单叠绕组展开图第三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一（1）先画16根等长、等距的实线，代表各槽上层元件边，再画16根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。（2）根据第一节距，画出第一个元件的上下层边（1～5槽），令上层边所在的槽号为元件号；（3）接上换向片，1、2片之间对准元件中心线，之后等分换向器，定出换向片号；单叠绕组展开图12345678910111213141615第三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一（4）画出第二个元件，上层边在第2槽，与第一个元件的下层边联接；下层边在第6槽与3号换向联接。按此规律，一直把16个元件全部联起来。（5）放磁极：磁极宽度约为均匀分布在圆周上，N极磁力线垂直向里（进入纸面），S极向外（从纸面穿出）；（6）放电刷：对准在磁极轴线下，画一个换向片宽（实际上K很多，电刷宽＝2～3片宽）。并把相同极性下的电刷并联起来。实际运行时，电刷是静止不动的，电枢在旋转。单叠绕组展开图第三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期一单叠绕组展开图第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期一单叠绕组展开图第三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期一单叠绕组展开图第三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期一单叠绕组展开图第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期一单叠绕组展开图第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一单叠绕组的电路图元件1被电刷A1短路，元件2、3、4的电流方向一致，构成一条支路且与换向片5相连，同理8、7、6的电流方向一致，构成另1条支路且与换向片6相连，而5、6换向片又被电刷B1短接，故2、3、4、6、7、8的电流从B1流出。构成一对支路同理其他元件构成另2条支路。故一共有4条并联支路，两对支路。第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期一单叠绕组的电路图

用a表示支路对数，且有a＝p(p为磁极对数）第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期一（1）元件的两个出线端联接于相邻两个换向片上；（2）并联支路数等于磁极数，2a=2p；（4）每条支路由不相同的电刷引出，所以电刷不能少，电刷数等于磁极数；（5）正负电刷之间引出的电动势即为每一支路的电动势，电枢电压等于支路电压；（6）由正负电刷引出的电枢电流为各支路电流之和。单叠绕组的特点第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期一单波绕组(1)单波绕组：把元件相隔大约两个极距连接起来。(2)元件两出线端所连的换向片相隔较远相串连的两元件也相隔较远，这样连接起来的元件形式犹如波浪一样向前延伸。(3)支路对数永远等于1对比：电流较大电压较低的电机多采用叠绕组电压较大电流较小的电机多采用波绕组第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的励磁方式按励磁方式的不同，直流电机可分为4种：

1、他励直流电机2.并励直流电机3.串励直流电机4.复励直流电机直流电机的运行特性随着励磁方式的不同有很大的差别。他励串励并励复励永磁材料励磁I＝IaI＝Ia＝IfI=Ia+IfI=Ia第四十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场是指电枢电流等于零(电动机不带负载）因此，直流电机的空载磁场是指由主磁极单独建立的磁场。绝大部分磁通经由主磁极及气隙而通过电枢铁心，称为主磁通－ф0，另一部分不与电枢绕组相交链，称为漏磁通－фσ漏磁通的数量比主磁通的数量小得多，在直流电机中里，一般忽略不计。第四十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的空载磁场第四十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的负载磁场第四十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期一由于电枢磁动势的出现，气隙磁场将会发生变化。主极磁场电枢磁场合成磁场第五十页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，该电流建立的磁场简称电枢磁场，电枢磁场对主磁场的影响就称为电枢反应。具体表现：(1)使气隙磁场分布发生畸变；(2)去磁作用，使磁场总磁通减弱。直流电机的电枢反应第五十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期一直流电机的感应电势电枢