直流電動機的原理及特性

1、電源勵磁機測速伺服2.1.1 直流電機的結(jié)構(gòu)2.1.1 直流電機的結(jié)構(gòu)主磁極主磁極 主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數(shù)直流電機的主主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數(shù)直流電機的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場。磁極不是用永久磁鐵而是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組構(gòu)成。主磁極主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組構(gòu)成。主磁極鐵心靠近轉(zhuǎn)子一端的擴大的部分稱為極靴，它的作用是使氣隙鐵心靠近轉(zhuǎn)子一端的擴大的部分稱為極靴，它的作用是使氣隙磁阻減小，改善主磁極磁場分布，并使勵磁繞組容易固定。為磁阻減小，改善主磁極磁場分布，并使勵磁繞組

2、容易固定。為了減少轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時由于齒槽移動引起的鐵耗，主磁極鐵心采用了減少轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時由于齒槽移動引起的鐵耗，主磁極鐵心采用1 11.5mm1.5mm的低碳鋼板沖壓一定形狀疊裝固定而成。主磁極上裝的低碳鋼板沖壓一定形狀疊裝固定而成。主磁極上裝有勵磁繞組，整個主磁極用螺桿固定在機座上。主磁極的個數(shù)有勵磁繞組，整個主磁極用螺桿固定在機座上。主磁極的個數(shù)一定是偶數(shù)，勵磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按一定是偶數(shù)，勵磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按 N N，S S 極交替出現(xiàn)。極交替出現(xiàn)。 機座機座 機座有兩個作用，一是作為主磁極的一部機座有兩個作用，一是作為主磁極的一部分，二是作為電機的結(jié)構(gòu)框

3、架。分，二是作為電機的結(jié)構(gòu)框架。 機座中作為磁通通機座中作為磁通通路疊部分稱為磁軛。機座一般用厚鋼板彎成筒形以路疊部分稱為磁軛。機座一般用厚鋼板彎成筒形以后焊成，或者用鑄鋼件（小型機座用鑄鐵件）制成。后焊成，或者用鑄鋼件（小型機座用鑄鐵件）制成。機座的兩端裝有端蓋。機座的兩端裝有端蓋。 換向極換向極 換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個小磁極，它的作用是改善直流電機的換向情況，使電小磁極，它的作用是改善直流電機的換向情況，使電機運行時不產(chǎn)生有害的火花。換向極結(jié)構(gòu)和主磁極類機運行時不產(chǎn)生有害的火花。換向極結(jié)構(gòu)和主磁極類似，是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組

4、構(gòu)成，似，是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組構(gòu)成，并用螺桿固定在機座上。換向極的個數(shù)一般與主磁極并用螺桿固定在機座上。換向極的個數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相等，在功率很小的直流電機中，也有不裝換的極數(shù)相等，在功率很小的直流電機中，也有不裝換向極的。換向極繞組在使用中是和電樞繞組相串聯(lián)的，向極的。換向極繞組在使用中是和電樞繞組相串聯(lián)的，要流過較大的電流，因此和主磁極的串勵繞組一樣，要流過較大的電流，因此和主磁極的串勵繞組一樣，導線有較大的截面。導線有較大的截面。 端蓋端蓋 端蓋裝在機座兩端并通過端蓋中的軸承支端蓋裝在機座兩端并通過端蓋中的軸承支撐轉(zhuǎn)子，將定轉(zhuǎn)子連為一體。同時端蓋對電機內(nèi)部還撐轉(zhuǎn)子，

5、將定轉(zhuǎn)子連為一體。同時端蓋對電機內(nèi)部還起防護作用起防護作用。 電刷裝置電刷裝置電刷裝置是電樞電路的引出（或引入）電刷裝置是電樞電路的引出（或引入）裝置，它由電刷，刷握，刷桿和連線等部分組成，右裝置，它由電刷，刷握，刷桿和連線等部分組成，右圖所示，電刷是石墨或金屬石墨組成的導電塊，放在圖所示，電刷是石墨或金屬石墨組成的導電塊，放在刷握內(nèi)用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表面，旋刷握內(nèi)用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表面，旋轉(zhuǎn)時與換向器表面形成滑動接觸。刷握用螺釘夾緊在轉(zhuǎn)時與換向器表面形成滑動接觸。刷握用螺釘夾緊在刷桿上。每一刷桿上的一排電刷組成一個電刷組，同刷桿上。每一刷桿上的一排電刷組成一個電刷

6、組，同極性的各刷桿用連線連在一起，再引到出線盒。刷桿極性的各刷桿用連線連在一起，再引到出線盒。刷桿裝在可移動的刷桿座上，以便調(diào)整電刷的位置。裝在可移動的刷桿座上，以便調(diào)整電刷的位置。 電樞鐵心電樞鐵心 電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽電樞繞組支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)。為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，鐵心一般用厚內(nèi)。為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，鐵心一般用厚0.5mm且沖有齒、槽的型號為且沖有齒、槽的型號為DR530或或DR510的硅鋼片的硅鋼片疊壓夾緊而成，如左圖所示。小型電機的電樞鐵心沖疊壓夾緊而成，

7、如左圖所示。小型電機的電樞鐵心沖片直接壓裝在軸上，大型電機的電樞鐵心片直接壓裝在軸上，大型電機的電樞鐵心沖片沖片先壓裝先壓裝在轉(zhuǎn)子支架上，然后再將支架固定在軸上。為改善通在轉(zhuǎn)子支架上，然后再將支架固定在軸上。為改善通風，沖片可沿軸向分成幾段，以構(gòu)成徑向通風道。風，沖片可沿軸向分成幾段，以構(gòu)成徑向通風道。 電樞繞組電樞繞組電樞繞組由一定數(shù)目的電樞線圈按一定的規(guī)律電樞繞組由一定數(shù)目的電樞線圈按一定的規(guī)律連接組成，他是直流電機的電路部分，也是感生電動勢，產(chǎn)連接組成，他是直流電機的電路部分，也是感生電動勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進行機電能量轉(zhuǎn)換的部分。線圈用絕緣的圓形或生電磁轉(zhuǎn)矩進行機電能量轉(zhuǎn)換的部分。線圈用絕

8、緣的圓形或矩形截面的導線繞成，分上下兩層嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)，上矩形截面的導線繞成，分上下兩層嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)，上下層以及線圈與電樞鐵心之間都要妥善地絕緣（左圖），并下層以及線圈與電樞鐵心之間都要妥善地絕緣（左圖），并用槽楔壓緊。大型電機電樞繞組的端部通常緊扎在繞組支架用槽楔壓緊。大型電機電樞繞組的端部通常緊扎在繞組支架上。上。 換向器換向器在直流發(fā)電機中，換向器起整流作用，在直流電在直流發(fā)電機中，換向器起整流作用，在直流電動機中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機的關動機中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機的關鍵部件之一。換向器由許多具有鴿尾形的換向片排成一個鍵部件之一。換向器由許

9、多具有鴿尾形的換向片排成一個圓筒，其間用云母片絕緣，兩端再用兩個圓筒，其間用云母片絕緣，兩端再用兩個V形環(huán)夾緊而構(gòu)形環(huán)夾緊而構(gòu)成，如圖所示。每個電樞線圈首端和尾端的引線，分別焊成，如圖所示。每個電樞線圈首端和尾端的引線，分別焊入相應換向片的升高片內(nèi)。小型電機常用塑料換向器，這入相應換向片的升高片內(nèi)。小型電機常用塑料換向器，這種換向器用換向片排成圓筒，再用塑料通過熱壓制成。種換向器用換向片排成圓筒，再用塑料通過熱壓制成。 直流電機定子轉(zhuǎn)子機座換向極主磁極電刷裝置電樞鐵心軸承換向器風扇 轉(zhuǎn)軸電樞繞組1.他勵式 若勵磁繞組不與電樞繞組聯(lián)接，勵磁繞組單獨由其他電源供電的直流電機稱為他勵式直流電機。 2

10、.1.2 2.1.2 直流電動機的勵磁方式直流電動機的勵磁方式定義定義：直流電機產(chǎn)生磁場的勵磁繞組的接線方式稱為勵磁方式。實質(zhì)上就是勵磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接，就決定了它是什么樣的勵磁方式。2.1.2 2.1.2 直流電動機的勵磁方式直流電動機的勵磁方式 勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵式直流電機。勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵式直流電機。 并勵式直流電機的電樞電流并勵式直流電機的電樞電流I Ia a。勵磁繞組流過的。勵磁繞組流過的電流為電流為I If f ，經(jīng)過負載或電源供給電機的總電流為，經(jīng)過負載或電源供給電機的總電流為 I I，三者須滿足以下關系：，三者須滿足以下關系： 直流發(fā)電機：直

11、流發(fā)電機：I Ia a I II If f 直流電動機：直流電動機：I Ia a I II If f并勵式并勵式2.1.2 2.1.2 直流電動機的勵磁方式直流電動機的勵磁方式串勵式串勵式勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)再接通直流電源稱為勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)再接通直流電源稱為串勵直流電動機。由于串勵式直流電機作為發(fā)串勵直流電動機。由于串勵式直流電機作為發(fā)電機用時，其電壓大小隨負載變化而有較大的電機用時，其電壓大小隨負載變化而有較大的變化，故一般不用串勵式直流發(fā)電機，只作電變化，故一般不用串勵式直流發(fā)電機，只作電動機使用。串勵式直流電動機廣泛應用交通運動機使用。串勵式直流電動機廣泛應用交通運輸。輸。 串

12、勵式電機：串勵式電機：Ia Ia I IIfIf2.1.2 2.1.2 直流電動機的勵磁方式直流電動機的勵磁方式 復勵式復勵式復勵式直流電機上有兩個勵磁繞組，一個和電樞復勵式直流電機上有兩個勵磁繞組，一個和電樞并聯(lián)，一個和電樞串聯(lián)。并聯(lián)，一個和電樞串聯(lián)。復勵式直流電機的串勵繞組產(chǎn)生的磁勢與并復勵式直流電機的串勵繞組產(chǎn)生的磁勢與并勵磁勢方向相同時稱為加復勵（或積復勵）；勵磁勢方向相同時稱為加復勵（或積復勵）；復勵式復勵式 兩者磁勢方向相反時稱為差復勵（或減兩者磁勢方向相反時稱為差復勵（或減復勵）；復勵）； 加復勵和差復勵比較，應嚴格按要求接，實用加復勵和差復勵比較，應嚴格按要求接，實用中加復勵用

13、得較多。中加復勵用得較多。2.1.3 2.1.3 額定數(shù)據(jù)額定數(shù)據(jù)2.1.3 2.1.3 額定數(shù)據(jù)額定數(shù)據(jù)直流電機是電機的主要類型之一。一臺直流電機是電機的主要類型之一。一臺直流電機即可作為發(fā)電機使用，也可作為電直流電機即可作為發(fā)電機使用，也可作為電動機使用。動機使用。 用作發(fā)電機可以獲得直流電源用作發(fā)電機可以獲得直流電源, ,常用作常用作大型交流發(fā)電機的勵磁機大型交流發(fā)電機的勵磁機; ;用作電動機，由用作電動機，由于其具有良好的調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能于其具有良好的調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求較高的場合，得到廣泛使用。要求較高的場合，得到廣泛使用。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180之后轉(zhuǎn)過180之后電樞線圈內(nèi)

14、電勢、電流方向是交流電；電刷間為直流電勢。線圈中感應電勢與電流方向一致；從空間看， 電樞電流產(chǎn)生的磁場在空間上是恒定不變的磁場；產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反， 是制動性質(zhì)；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180后外施電壓、電流是直流， 電樞線圈內(nèi)電流是交流；線圈中感應電勢與電流方向相反；線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的。 電樞電流產(chǎn)生的磁場在空間上是恒定不變的；產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同， 是驅(qū)動性質(zhì)；對電樞繞組的要求：在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電勢和電磁轉(zhuǎn)矩前提下，所消耗的有效材料最省， 強度高（機械、電氣、熱）， 運轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡單等。 電樞繞組有許多個形狀相同的線圈組成，每個線圈有兩個有效邊，分別位于電樞

15、圓周相距一個極距的兩個槽中。一個邊在上層時，另一個邊一般在下層。元件：線圈是組成繞組的元件有效邊:有效邊是指線圈的直線部分。 端部：端部是指線圈非接觸電樞鐵心的那個部分。上、下層：從工藝上考慮，一個線圈在嵌線時必須使一個有效邊在下層邊，另一個有效邊必須在上層邊。電機的極距極距用希臘字母表示是電機的常用量之一。有兩個表達式：一是電機中每個磁極所占的電樞感槽數(shù) 二是電機中每個磁極所占的電樞周長方向的長度值。 Z -(槽槽) 2P D -(m) 2P y=y1-y2元件：第一節(jié)距y1極距：鐵心表面， 一個極所占的距離。第二節(jié)距y2合成節(jié)距y：換向器節(jié)距yk：極軸線：磁極中心線幾何中心線：磁極之間的平

16、分線2.2.1 單迭繞組：迭： 兩個相臨聯(lián)接的元件， 后以元件的端部緊迭在前一元件的端部。單： 首末端相聯(lián)的兩換向片相隔一個換向片的寬度。特點： 槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片數(shù)K三者相同y=yk=12.2 直流電機的電樞繞組1。 數(shù)據(jù)計算：yyk1計算數(shù)據(jù)y和y1畫繞組展開圖安放電刷和磁極實例： P2， ZSK164221621pZy11.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷NSNS+112345678910111213141615234567891011

17、1213141615NSNS+繞電樞一周， 所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。結(jié)合電刷的放置， 得到該瞬時的電路圖每個極下的元件組成一條支路。 即單迭繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機的極數(shù)。 這是單迭繞組的重要特點之一。 1123456789101112131416152345678910111213141615NSNS+aaaiI2波繞組：首末端所接的兩換向片相隔很遠， 兩個元件緊相串聯(lián)后形似波浪。為了使緊相串聯(lián)的元件所生的電勢同向相加， 元件邊應處于相同磁極極性下， 即合成節(jié)距 2,2yy單波繞組： 換向片極距yk必須符合 即 1kyPkCPkyk1為了使繞組從某一換向片出發(fā)， 沿電樞鐵心一周后

18、回到原來出發(fā)點相鄰的一片上， 則可由此再繞下去。 2.2.2 單波繞組：計算數(shù)據(jù)y和y1畫繞組展開圖安放電刷和磁極1。繞組數(shù)據(jù)計算34341521pzy721151pKyyk43721yyy元件、換向片的放置：1元件上層邊1槽， 下層邊4槽;首末端所連的換向片相距yk7；為了端部對稱， 首末端所連的兩換向片之間的中心線與1元件的軸線重合。 1元件上層邊所連的換向片定為1。 依次聯(lián)接。 磁極放置： N、S極磁極均勻交替的排列。電刷的放置：放在與主極軸線對準的換向片上。 3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512NSSN槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷從繞組展開圖可以看出， 全部15個元件串聯(lián)而構(gòu)成一個閉合回路的順序是：1815 714 6 13 5 124 11 310 291用聯(lián)接順序圖表示為：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上層邊下層邊單波繞組把相同極性下的全部元件串聯(lián)起來組成一條支路。 由于磁極只有N、S之分， 所以單波繞組的支路對數(shù)a與極對數(shù)多少無關， 永遠為1，即a1。 714613151031142512891125415189同極性下各元件串聯(lián)起