《电机技术应用》课件 3.1.1 直流电机结构、原理和铭牌

直流电机结构、原理和铭牌直流电机认识直流电机低噪音12V直流电机ZQ系列直流牵引电机低速正反转电机12V概述

作为直流电动机，主要用于广泛调速的地方，比如电力机车、城市地铁、城市电车等。也可以用于快速可逆电力拖动系统，比如卷扬机、轧钢机等。

作为直流发电机，既可以作为独立的直流电源，也可以作为发电机－电动机拖动系统。直流电机是一种将直流电能和机械能相互转化的旋转电机，同一台直流电机既可作为直流电动机运行，又可作直流发电机运行。直流电能机械能（直流电动机）机械能直流电能（直流发电机）优点和缺点1.优点：（1）直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。（2）直流电动机的调速性能好，主要表现在调速范围广、调速方便、调速平滑。（3）直流电动机的过载能力较强，起动和制动转矩较大，起动性能好。2.缺点：存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。结构比较复杂，运行时可能产生环火。12V-24V直流电机可用于机器人、小车3052无刷直流电机、usb风扇、玩具电器专用直流电机变频器主要结构2.转子部分电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承主磁极换向磁极电刷装置机座端盖

1.定子部分风叶磁极电刷换向器电枢绕组绕组端部转轴换向片电枢转子压紧环结构示意图主要结构（1）主磁极

作用：建立主磁场。

构成：主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。

（2）机座

作用：①主磁路的一部分；②电机的结构框架，主要起支撑和防护作用。

构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。

（3）换向极

作用：改善换向。

构成：由铁心和绕组组成。直流电动机的磁极和磁路主要结构（4）电刷装置

作用：电枢电路的引出（或引入）装置。

构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。（5）端盖

作用：起支撑、保护作用。（6）电枢铁心

作用：①主磁路的一部分；②电枢绕组的支撑部件。构成：一般用厚0.5㎜且冲有齿、槽的DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成。主要结构（8）换向器

作用：整流（发电机）或逆变（电动机）

构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而构成。（7）电枢绕组

作用：直流电机的电路部分。

构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。直流发电机工作原理N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。当原动机驱动电机转子逆时针旋转至ωt=00时，导体ab在N极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在S极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性为正，电刷B极性为负。当原动机驱动电机转子逆时针旋转ωt=1800时，导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。直流发电机工作原理直流发电机工作原理由于旋转电刷和静止换向器的作用，eAB为脉动的直流电动势。可以通过增加导体减小感应电动势脉动。可以证明每极下导体数大于8时，脉动可小于1%。直流发电机工作原理①电枢线圈内电势、电流方向是交流电。②电刷间为直流电势，线圈中感应电势与电流方向一致。③从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场。④产生的电磁转矩T与转子转向相反，是制动性质。结论

把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。

当线圈旋转到右图所示位置时，在磁场作用下，N极性下通电导体ab受力方向从右向左，S极下通电导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。直流电动机工作原理

当电枢旋转到左图所示位置时，原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。直流电动机工作原理直流电动机运行的关键：使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，即当线圈边在不同极性的磁极下时受到的电磁转矩方向不变。换向器配合电刷可保证每个磁极下线圈边中电流始终是一个方向，即电枢受到的电磁转矩的方向始终不变。直流电动机工作原理①外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流是交流。直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替变化的电流。②线圈中感应电势与电流方向相反。③线圈是旋转的，电枢电流是交变的，电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的。④产生的电磁转矩Tem与转子转向相同，是驱动性质。结论铭牌数据

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。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。⒈额定功率

PN

指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以“W”为量纲单位。若大于1kW或1MW

时,则用kW

或MW表示。直流发电机：PN指输出的电功率，等于额定电压和额定电流的乘积。PN＝UNIN直流电动机：PN指输出的机械功率，PN＝UNINηN铭牌数据⒌额定励磁电流

If

指电机在额定状态时的励磁电流值。

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

指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以“A”为量纲单位。

⒋额定转速

nN

指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。6.额定温升

指电机允许高出环境温度的最高允许值，它表示了电机允许发热的限度。

铭牌数据第一部分用大写的拼音表示产品代号第二部分用阿拉伯数字表示设计序号第三部分用阿拉伯数字表示机座代号第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁心长度代号Z2—92Z表示一般用途直流电机；2表示设计序号，第二次改型设计；9表示机座代号；2电枢铁心长度代号。直流电机主要系列1、试叙述直流发电机的工作原理。答：直流发电机在原动机的拖动下旋转，电枢上的导体切割磁力线产生交变电动势，再通过换向器的整流作用，在电刷间获得直流电压输出，从而实现了将机械能转换成直流电能的目的。2、试述直流电动机的工作原理。答：直流电动机在外加电压的作用下，在导体中形成电流，载流导体在磁场中将受电磁力的作用，由于换向器的换向作用，导体进异性磁极时，导体中的电流方向也相应改变，从而保证了电磁转矩的方向不变，使直流电机能连续旋转，把直流电能转换成机械能输出。思考与练习

思考与练习4、试述直流电机的结构组成。答：直流电机由两大部分组成：定子和电枢。定子由机座、主磁极、换向磁极、端盖和轴承等组成。转子由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、风扇和轴组成。思考与练习3、小型直流电动机多为两极电动机，一般在结构上只用一个换向极，问能否良好运行，为什么?答：能良好运行，因为一个换向磁极，可以产生两个磁极；另外因为小型直流电动机的容量较小，用只用一个换向极产生的两个磁极，足可以保障换向要求。5、换向器与电刷的作用是什么？答：直流电机内部元件流的是交流；所以直流电动机电刷把外部供给的直流电引到换向器上，通过换向器上换向片的旋转，转换到元